DE2607046B2 - Thermalbohrgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf rotierend oder in Drehrichtung pendelnd angetriebene Thermalbohrgeräte zum Bohren insbesondere geologischer Formationen mittels heißer Gase, mit einer Brennkammer sowie einer Ausströmdüse.

Bekannte Thermalbohrgeräte dieser Art (DT-AS 16 29 966) 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 oder mehreren, der Brennkammer nachgeschalteten, im Querschnitt kreisförmigen Ausströmdüsen für die heißen Bohrgase, ferner aus einem Gerätegehäuse zur Unterbringung der Wasserkühlung, zur Anordnung gegebenenfalls von zusätzlichen mechanischen Bohrköpfen mit Schneidwerkzeugen 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.

Ferner ist ein nichtrotierender Spülkopf bekannt (DT-PS 9 49 729), bei dem Druckluft oder Wasser über am Außenmantel gleichförmig verteilte, schlitzförmige Durchlässe radial zur Längsachse des Spülkopfes austritt und dadurch das Bohrloch freispült.

Bekannt ist weiterhin eine unter Sauerstoffzufuhr abbrennende, ebenfalls nichtrotierende Lanze mit einer gleichfalls schlitzförmigen Sauerstoff-Austrittsdüse am vorderen Lanzenende.

Schließlich ist ein rotierendes Thermalbohrgerät bekannt (GB-PS 11 79 093), das statt mit einem in einer Brennkammer erzeugten Heißgasstrahl mit einem Plasmasirahl arbeitet, der über einen von der Längsachse des Bohrgerätes zu dessen Umfang hin verlaufenden Düsenschlitz im wesentlichen konstanter Breite oder über zwei im stumpfen Winkel zueinander angeordnete Düsenschlitzpaare austritt. Durch die Rotationsbewegung dieses Thermalbohrgeräts entstehen umlaufend abwechselnd örtliche Wärmeschock- und Abkühlbereiehe am Bohrlochgrund, die ein thermisches Sprengen und dann Abplatzen der Schicht auf dem Bohrlochgrund bewirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Bohrwirkungsgrad und die Bohrleistung von Thermalbohrgeräten der eingangs erwähnten Art zu erhöhen.

Dies geschieht erfindungsgemäß bei einem Thermalbohrgerät der beanspruchten Gattung einmal dadurch, daß die Ausströmdüse mit mindestens einem radial angeordneten Düsenschlitz versehen ist, dessen Schlitzbreite mit der Entfernung von der Längsachse des Bohrgerätes zunimmt.

Bei dem erfindungsgemäßen Thermalbohrgerät ist der besondere Vorteil gegeben, daß in der Zeiteinheit in bezug aur 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. Durch die in Radiairichtung im wesentlichen gleichförmige Erhitzung und nachfolgende Kühlung der aufzubrechenden Gesteinsbereiche bei Drehung des Bohrgerätes um seine Längsachse wird somit eine in Radialrichtung stark vergleichmäßigte Bohrwirkung und mithin ein wesentlich verbesserter Bohrwirkungsgrad sichergestellt.

Wahlweise oder zusätzlich wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Thermalbohrgerät der beanspruchten Gattung gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausströmdüse zwei Düsenschlitze aufweist, welche diametral und symmetrisch zur

■»o Längsachse des Bohrgerätes angeordnet sind.

Bei diesem erfindungsgemäßen Thermalbohrgerät werden durch die spezielle Düsenschlitzanordnung jeweils zwei gleich große, voneinander getrennte Heißbzw. Kühlzonen geschaffen, die den Bohrlochgrund bei einer Rotations- bzw. Pendelbewegung des Bohrgerätes lückenlos überwandern und dort unter Verdoppelung der Anzahl der Wärmeschocks eine für jedes Heiz- und Kühlzonenpaar gleich hohe, thermische Sprengwirkung erzeugen, so daß die Bohrleistung erheblich gesteigert wird. Da die Düsenschlitze im Bereich der Längsachse des Bohrgeräts voneinander getrennt sind, wird eine gleichbleibend überhöhte, spezifische Wärmebelastung im zentralen Bohrbereich unterbunden.

Weiterhin ist ein Thermalbohrgerät der beanspruchten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüse mehrarmig mit sich von der Längsachse des Bohrgerätes zu dessen Umfang hin erstreckenden Düsenschlitzen ausgebildet ist.

Durch diese mehrarmige, sich über die gesamte

bo Radialbreite des Bohrgerätes erstreckende Schlitzkonfiguration vervielfacht sich die Anzahl der Thermoschocks je Umdrehung bzw. Pendelgang des Bohrgerätes, und es kommt auf dem gesamten Flächenbereich des Bohrlochgrundes zu einer hochgradigen thermischen

h5 Sprengwirkung, die eine Zerstörung auch sehr harter Gesteinsformationen ermöglicht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

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

F i g. 2 bis 4 verschiedene Gestaltungen von Stirnseiten eines Bohrgerätes.

Wie in F i g. 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 Kühlwasserzuführleitung 8 und aus einer Gasausströmdüse 9. Zwischen der iinnenseite des Gerätegehäuses 1 und der Außenseite der Brennkammer 2 ist ein freier Zwischenraum bzw. 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 Bohrlochgrund 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

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

F i g. 3 zeigt eine dreiarmige Ausströmdüse mit drei Düsenschlitzen 9d, 9e und 9 f.

In Fig.4 ist eine doppel-V-förmige Ausströmdüse ίο dargestellt, deren beide Düsenschlitze 9g und 9Λ sich jeweils in radialer Richtung nach außen hin erweitern.

Die Bohrdüse entspricht durch ihre Gestaltung einem flachen mechanischen Bohrmeißel. Durch die Rolations- oder Pendebewegung der Bohrdüse werden über den • 5 Bohrlochgrund verteilt örtlich umlaufende bzw. hin- und hergehende thermische Spitzenbelastungen erzeugt, die zu hohen mechanischen Spannung im Bohrlochgrund führen, durch die auch sehr harte Gesteinsformationen zerstört werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Rotierend oder in Drehrichtung pendelnd angetriebenes Thermalbohrgerät zum Bohren insbesondere geologischer Formationen mittels heißer Gase, mit einer Brennkammer sowie einer Ausströmdüse, dadurchgekennzeichnet, daß die Ausströmdüse (9) mit mindestens einem radial angeordneten Düsenschlitz (9g; 9h) versehen ist, dessen Schlitzbreite mit der Entfernung von der Längsachse (L)des Bohrgerätes zunimmt.

2. Rotierend oder in Drehrichtung pendelnd angetriebenes Thermalbohrgerät zum Bohren insbesondere geologischer Formationen mittels heißer Gase, mit einer Brennkammer sowie einer Ausströmdüse, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüse (9) zwei Düsenschlitze (9a; 9b) aufweist, welche diametral und symmetrisch zur Längsachse (L) des Bohrgerätes angeordnet sind.

3. Rotierend oder in Drehrichtung pendelnd angetriebenes Thermalbohrgerät zum Bohren insbesondere geologischer Formationen mittels heißer Gase, mit einer Brennkammer sowie einer Ausströmdüse, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüse (9) mehrarmig mit sich von der Längsachse (L) des Bohrgerätes zu dessen Umfang hin erstreckenden Düsenschlitzen (9t/, 9e, 9/?ausgebildet ist.