DE2607046A1 - Thermalbohrgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermalbohrgerät mit rotierender oder in Umfangsrichtung pendelnder Arbeitsweise, insbesondere zum Bohren von geologischen Formationen mittels heißer Gase, erzeugt in einer Brennkammer mit Ausströmdüse.

Thermale Bohrgeräte sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Brennkammer, in die zumeist flüssiger Brennstoff und Sauerstoff eingefördert werden und dort zur Erzeugung der heißen Bohrgase reagieren, aus einer der Brennkammer nachgeschalteten im Querschnitt kreisförmigen Ausströmdüse für die heißen Bohrgase, ferner aus dem Gerätegehäuse zur Unterbringung der Wasserkühlung, zur Anordnung gegebenenfalls von zusätzlichen mechanischen Bohrköpfen mit Schneidewerkzeugen zum Nachbohren des thermisch vorgearbeiteten Bohrlochs und schließlich aus Versorgungseinrichtungen für die benötigten Betriebsmittel. Der Bohrvorgang erfolgt bei solchen Geräten auf die Weise, daß der heiße Bohrstrahl das Gestein durch Erhitzen schmilzt oder durch seine Hitzeeinwirkung spaltet, wobei das gleichzeitig zugeführte Wasser durch die vorhandene Hitze verdampft und der unter Druck stehende Dampf das Bohrklein mit nach oben reißt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Bohrwirkungsgrad und die Bohrleistung eines solchen Bohrgerätes zu erhöhen.

Dies geschieht gemäß der Erfindung durch schlitzförmige Ausbildung der Ausströmdüse für die heißen Gase. Dabei kann erfindungsgemäß ein diametral durchgehender Düsenschlitz oder es können zwei einzelne Düsenschlitze vorgesehen sein, die diametral zur Bohrfläche verlaufen und symmetrisch zur Längsachse des Bohrgerätes angeordnet sind. Es können aber auch mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, radial gerichtete einzelne Düsenschlitze vorgesehen sein.

Die Wirkung der erfindungsgemäß ausgebildeten Ausströmdüse in Verbindung mit einer Rotationsbewegung oder in Umfangsrichtung hin- und herpendelnden Bewegung der schlitzförmigen Ausströmdüse oder Ausströmdüsen ist die, daß der dem Düsenschlitz jeweils gegenüberliegende Bereich des Bohrgrunds augenblicklich wesentlich höher erhitzt wird als die anderen (danebenliegenden) Bereiche, so daß umlaufend abwechselnd örtliche Wärmeschock- und Abkühlbereiche im Bohrgrund entstehen, die ein thermisches Sprengen und dann Abplatzen der Schicht auf dem

Bohrgrund bewirken. Durch die schlitzförmige Gestaltung der Ausströmdüse oder Ausströmdüsen wird in Verbindung mit der Rotations- oder Pendelbewegung ein lückenloses Überstreichen des Bohrgrundes mit den daraus resultierenden guten Arbeitsergebnissen erreicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die einzelnen Düsenschlitze mit nach außen hin zunehmender Schlitzbreite auszuführen. Hierdurch ist der besondere Vorteil gegeben, daß in der Zeiteinheit in bezug auf den jeweils überstrichenen Bodensektor das Hitzeangebot spezifisch ausgeglichen ist, d.h. bei einer Umdrehung des Gerätes trifft auf den Bohrgrund pro Flächeneinheit etwa die gleiche Wärmemenge.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Bohrgerät mit Schnitt durch einen der beiden Düsenschlitze und die

Fig. 2 bis 5 verschiedene Gestaltungen von Stirnseiten eines Bohrgerätes.

Wie in Fig. 1 veranschaulicht, besteht das Bohrgerät im wesentlichen aus einem Gerätegehäuse 1, einer Brennkammer 2 mit Brennkammerkopf 3 und Treibstoffeinförderungsvorrichtungen 4 und 5, aus Treibstoffzuführungsleitungen 6 und 7 sowie einer Kühlwasserzufuhrleitung 8 und aus einer Gasausströmdüse 9. Zwischen der Innenseite des Gerätegehäuses 1 und der Außenseite der Brennkammer 2 ist ein freier Zwischenraum beziehungsweise Kühlraum 10 vorgesehen, der vom Kühlwasser W von oben nach unten durchströmt wird. Dieses tritt durch radial nach außen gerichtete Bohrungen 11 aus, verdampft dort durch die Hitzeeinwirkung der vom Bohrgrund nach oben abströmenden noch heißen Gasstrahlen und trägt somit auch von außen her zur Kühlung des Bohrgerätes bei. Mit L ist die Längsachse des Bohrgerätes bezeichnet.

Fig. 2 zeigt eine Ausströmdüse 9, wie sie im Bohrgerät nach Fig. 1 eingebaut ist, mit zwei einzelnen Düsenschlitzen 9a und 9b, die diametral zum Bohrgrund liegen und symmetrisch zur Längsachse L des Bohrgerätes angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt einen durchgehenden Düsenschlitz 9c, durch den der Bohrgrund nicht waagerecht bzw. flach sondern kegelförmig ausgehöhlt wird, da im zentralen Bohrbereich ein spezifisch größerer Wärmeanfall gegeben ist.

Fig. 4 zeigt eine dreiarmige Ausströmdüse mit drei Düsenschlitzen 9d, 9e und 9f.

In Fig. 5 ist eine doppel-V-förmige Ausströmdüse 9g dargestellt, deren beide Düsenschlitze 9g und 9h sich jeweils in radialer Richtung nach außen hin erweitern.

Die erfindungsgemäße Bohrdüse entspricht durch ihre Gestaltung einem flachen mechanischen Bohrmeißel. Durch die Rotations- oder Pendelbewegung einer solchen Bohrdüse werden über den Bohrgrund verteilt örtlich umlaufende bzw. hin- und hergehende thermische Spitzenbelastungen erzeugt, die zu hohen mechanischen Spannungen im Bohrgrund und damit zur Zerstörung auch sehr harter Gesteinsformationen führen.

Claims (4)

1. Thermalbohrgerät mit rotierender oder in Umfangsrichtung pendelnder Arbeitsweise, insbesondere zum Bohren von geologischen Formationen mittels heißer Gase, erzeugt in einer Brennkammer mit Ausströmdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüse (9) schlitzförmig mit einem Düsenschlitz oder mehreren Düsenschlitzen ausgebildet ist.

2. Thermalbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einzelne Düsenschlitze (9a und 9b) vorgesehen sind, die diametral zur Bohrfläche verlaufen und symmetrisch zur Längsachse (L) des Bohrgerätes angeordnet sind.

3. Thermalbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüse mehrarmig mit in radialer Richtung sich erstreckenden Düsenschlitzen (9d, 9e und 9f) ausgebildet ist.

4. Thermalbohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenschlitz oder die Düsenschlitze (9g und 9h) radial nach außen hin mit zunehmender Schlitzbreite ausgeführt sind.