Bohrmethoden für Röhrchen und deren Auswahl

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Bohrmethoden und deren Auswahl.

Bohrmethoden für Rohrbohrungen:

1. Percussion-Bohrverfahren:

Diese Methode eignet sich für weiche und zerklüftete Gesteinsformationen. In reinen Bodenformationen ergibt diese Methode eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit. Dieses Verfahren besteht aus dem Brechen und Pulverisieren des Untergrundmaterials durch wiederholte Schläge mit einem Fräser aus Hartmetall. Das pulverisierte Material vermischt sich mit Wasser und wird dann entfernt. Manchmal wird diese Methode auch als Kabelwerkzeugmethode bezeichnet. Das Bohren kann manuell oder mechanisch erfolgen. Bohrungen mit einem Durchmesser von 30 cm und einer Tiefe von über 200 bis 300 m können sehr bequem gebohrt werden, um die normalen Anforderungen zu erfüllen.

Die Schläge werden mittels eines Kolbens abgegeben. Der Kolben besteht aus einem hohlen Metallrohr. Eine Schneidvorrichtung ist am unteren Ende des Kolbens durch Nieten oder Schweißen befestigt. Am Boden des Kolbens befindet sich außerdem ein Kugelventil aus Stahl. Das Ventil ist so beschaffen, dass es eine Aufschlämmung von pulverisiertem Bodenmaterial in Wasser ermöglicht, in den Kolben zu gelangen.

Sobald die Aufschlämmung in den Kolben gelangt, schließt das Ventil und es wird verhindert, dass die Aufschlämmung austritt. Somit hat das Ventil nur eine Einwegwirkung. Manchmal kann auch ein Klappenventil im Kolben vorgesehen sein. Der Zweck ist genau der gleiche wie der des Kugelhahns. Abbildung 18.4 zeigt ein Klappenventil. Der Kolben übernimmt somit auch die Funktion eines Schlammers und eines Ballers.

Der Kolben kann auf zwei Arten abgesenkt und angehoben werden:

ich. Mit dem Seilsystem und

ii. Mit Stangensystem.

Im Seilsystem ist das obere Ende des Kolbens an einem Seil befestigt. Das Seil läuft über eine Seilrolle. Der Kolben wird plötzlich angehoben und losgelassen, um einen Schlag zu geben. Das Stangensystem ist im Prinzip dem Seilsystem ähnlich. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Stange das Seil ersetzt und folglich auch die Stangenbetätigungsmaschine gewechselt wird. Der Nachteil des Stangensystems besteht darin, dass Zeit vergeudet wird, um die Stangenlänge zu vergrößern oder zu verkleinern. Die Stangenlänge kann durch Verschrauben oder Lösen kleiner Stangenlängen vergrößert oder verkleinert werden.

Das eigentliche Bohrverfahren mit der manuellen Perkussionsmethode ist wie folgt beschrieben:

Eine Grube wird an der Stelle gegraben, an der der Röhrenschacht versenkt werden soll. Das Mantelrohr mit einem Schneidschuh wird in die Grube eingesetzt. Eine Plattform wird an das Mantelrohr geklemmt. Die Plattform wird mit vor Ort verfügbarem, in Jutesäcken gefülltem Material beladen.

Über dem Mantelrohr wird ein Stativ aufgestellt und mittig eine Rolle daran befestigt. Ein Seil läuft über die Rolle. Ein Ende des Seils ist am Kolben befestigt. Der Durchmesser des Kolbens ist etwas geringer als das Mantelrohr (etwa 6 cm). Die Anordnung ist aus Abb. 18.5 ersichtlich.

Vor dem eigentlichen Bohren wird etwas Wasser in das Loch gegossen. Wenn der Kolben bei jedem Schlag Schläge abgibt, gelangt die Aufschlämmung in den Kolben. Schläge werden wiederholt gegeben, bis der Kolben mit Schlamm gefüllt ist. Der Kolben wird dann herausgenommen und die Aufschlämmung wird durch Umdrehen des Kolbens entfernt. Der Kolben wird wieder abgesenkt und der Vorgang wiederholt. Dadurch sinkt das Mantelrohr weiter. Wenn die Länge des Mantelrohrs ausreichend unter den Boden fällt, kann ein zusätzliches Rohr an der Oberseite des ersten Rohrs angebracht werden. Um die Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen, wird Maschinenpercussion verwendet.

Das Material, das herauskommt, wird sorgfältig geprüft und eine Aufzeichnung wird erstellt. Es wird Protokollierung genannt. Aus dem Bohrloch kann die Position der Grundwasserleiter korrekt berechnet werden. Wenn das Rohr des Mantelrohrs eine vorbestimmte Tiefe erreicht, wird die Plattform entfernt und ein Rohr mit Sieben in den festgelegten Pegeln von Grundwasserleitern wird in das Loch abgesenkt. Nach dem Absenken auf die gewünschte Tiefe wird das Siebrohr geklemmt. Es gibt Unterstützung und verhindert, dass es in den Boden des Lochs fällt. Dann wird die Umhüllung gestartet. Zu Beginn wird eine ca. 60 cm lange Ummantelung durchgeführt. Dann wird der Rohrmantel langsam um 30 cm entfernt.

Dann wird wieder 30 cm ummantelt und wieder um etwa 30 cm angehoben. So erfolgt das Abdecken und Abziehen der Rohre langsam, nacheinander und in kleinen Hubräumen von etwa 30 cm, bis der gesamte Rohrmantel zurückgezogen ist. Die für das Abdecken benötigte Materialmenge pro 30 cm Länge kann vorher genau berechnet werden. Dies hängt natürlich von der Dicke der Kiespackung ab. Normalerweise variiert die Dicke der Kiespackung zwischen 7, 5 cm und 25 cm. Die Kiespackung sollte so dick sein, dass sich selbst feinste Partikel nicht bewegen können.

Machine Percussion oder Kabelwerkzeugmethode:

Die Maschine zum Bohren von Rohrbrunnen wird Bohrgerät genannt. Das Rig für die Kabelwerkzeugmethode ist eine fahrzeugmontierte Baugruppe unter Berücksichtigung der Mobilität und besteht aus einem Mast, einem Mehrfachaufzug, einem Hubbalken und einem Motor. Abbildung 18.6 zeigt die Baugruppe. Die Werkzeugkette umfasst Bohrer, Bohrgestänge, Bohrgläser, die als Verbindungsglieder dienen, und Seilmuffe zum Verbinden der Bohrlinie. Abbildung 18.7 zeigt Komponenten des Bohrwerkzeugs. Das Gesamtgewicht des Werkzeugs variiert zwischen 100 und 2000 kg. weil für verschiedene Gesteinsformationen verschiedene Arten von Bits benötigt werden. Die Bohrerlänge variiert von 1 bis 3 m, während der Bohrgestänge 2 bis 10 m lang ist.

Die Bedienung ist im Prinzip der manuellen Methode ähnlich. Der Kabelmeißel dient als Brecher zum Bohren in festem Gestein. Das Bohren wird durch wiederholte Schläge des Bohrwerkzeugs ausgeführt, die in einer Minute etwa 40 bis 60 Hübe ausführen. Die Bohrlinie wird so gedreht, dass ein rundes Loch gebohrt wird. Wie bei der manuellen Methode wird der Bohrung Wasser zugesetzt, um die Aufschlämmung zu bilden, falls diese nicht in der Untergrundformation vorhanden ist. Nachdem die Bohrung um 1, 25 bis 1, 5 m gebohrt wurde, wird das Bohrwerkzeug entfernt und die Aufschlämmung wird mittels Sandpumpe oder Bailer aus der Bohrung entnommen.

Der Bailer verfügt über ein Einwegventil, durch das Gülle in den Bailer eindringen kann, jedoch nicht entweichen kann. Nachdem der Bailer gefüllt ist, wird er an der Oberfläche angehoben und entleert. Die Länge des Ballers beträgt ebenfalls 3 bis 12 m. In unkonsolidierten Formationen wird der Brunnenmantel eingesetzt und gleichzeitig auf die volle Tiefe abgesenkt, um ein Einstürzen des Materials zu vermeiden. Die Bohrgeschwindigkeit hängt von der Art der getroffenen Bodenbildung, dem Durchmesser des Bohrlochs und der Tiefe des Bohrlochs ab. In festen kristallinen Gesteinsformationen kann die Bohrgeschwindigkeit nur 2 bis 3 m pro Tag betragen.

Die Bohrgeschwindigkeit in lose fließenden Feinsandformationen ist gleichermaßen niedrig, da sie das Loch füllt, sobald das Material herausspringt. Zur Kontrolle des Sandzuflusses kann das Loch mit Wasser gefüllt bleiben. Das Bohren in einer nicht verfestigten Formation mit Felsbrocken ist ziemlich schwierig, da die Felsbrocken das Loch nicht nur durchbiegen, sondern auch schwer zu bohren sind und ein Einsinken des Bohrlochgehäuses verhindern. In weichen Formationen wie Sandstein oder Sandstein könnte die Bohrgeschwindigkeit 20 bis 30 m pro Tag betragen. Die Bohrung wird sorgfältig protokolliert, um die Position der verschiedenen getroffenen Formationen zu ermitteln.

2. Rotationsbohrverfahren:

Hydraulische Drehbohrmethode:

Diese Methode wird im Allgemeinen Drehbohrverfahren genannt. Diese Methode kann sowohl für Gesteinsformationen als auch für nicht konsolidierte Formationen erfolgreich eingesetzt werden. Das Verfahren wird daher für Wasserbrunnen sowie für Ölbohrungen verwendet. Ölbohrungen sind im Allgemeinen sehr tief und dieses Verfahren ist für sie gut geeignet, da die Bohrrate im Gegensatz zu anderen Verfahren nicht von der Tiefe des Bohrlochs abhängt.

Bei diesem Verfahren erfolgt das Bohren mit Hilfe von rotierenden Meißeln, die am unteren Ende des flachen Stahlrohrs befestigt sind. Das Stahlrohr ist oben an einem quadratischen Abschnitt einer Stahlstange befestigt, der Kelly genannt wird. Kelly passt in einen Drehtisch an der Oberfläche. Der Drehtisch wird durch Kraft gedreht. Das pulverförmige Gestein und die Ablagerungen werden durch ständigen Umlauf der Bohrflüssigkeit entfernt.

Die hydraulische Drehbohranlage besteht aus einem Bohrturm oder Mast, einem Drehtisch, einer Pumpe zum Einspritzen von Bohrschlamm, einem Hebezeug und einem Motor. Die Bohrrohre sind nahtlose Stahlrohre, die in der Regel in 6 m Länge erhältlich sind. Der Außendurchmesser der Rohre liegt zwischen 6 und 12 cm.

Im Allgemeinen wird eine ausreichende Rohrgröße verwendet, da für das Bohren eine große Menge an Bohrfluid im Umlauf ist. Die am unteren Ende des Bohrrohrs angebrachten Bohrmeißel sind mit kurzen Düsen versehen, um die Bohrfluidstrahlen auf die Stirnflächen der Bohrmeißelmesser zu lenken. Abbildung 18.8 zeigt ein schematisches Diagramm des Drehbohrverfahrens.

Der Drehtisch, in den der Kelly passt, dreht den Bohrer. Der Bohrmeißel schneidet durch die Formation und bei tieferen Bohrungen gleitet die Bohrstange nach unten. In diesem Stadium wird die Kelly gelöst und hochgezogen, um eine neue Rohrlänge anzubringen. Das Bohrfluid oder der Bentonit (Ton) -Slurry wird durch das Bohrrohr und durch die Düsen im Bohrmeißel herausgepumpt. Der Schlamm steigt dann durch den ringförmigen Raum zwischen dem Bohrrohr und der Bohrung zur Oberfläche auf und entfernt damit die Gesteinsbrocken und -späne.

Die Bohrflüssigkeit erfüllt folgende Funktionen:

(i) Er stützt die Bohrungswände und verhindert ein Höhlenbewegen.

(ii) es entfernt Stecklinge aus dem Bohrloch.

(iii) Während des Bohrens wird der Grundwasserzufluss in das Bohrloch kontrolliert.

(iv) Er kühlt den Bohrer und schmiert die Bohrstange.

(v) Es verhindert, dass sich die Schnitzel auf dem Bohrungsgrund absetzen.

(vi) Erleichtert die unterirdische Formation und beschleunigt das Bohren.

Da die Wahrscheinlichkeit besteht, dass der Bohrschlamm wasserdichte Lagerstätten mit niedrigem Druck abdichten kann, muss der Schlammanteil im Wasser kontrolliert werden. Sobald das Bohrfluid an die Oberfläche gelangt, wird es in eine Ansiedlungsgrube gebracht, in der sich Gesteinsbrocken ansiedeln. Die gereinigte Flüssigkeit wird durch das Loch umgewälzt.

Im Laufe des Bohrens wird eine detaillierte Protokollierung der getroffenen Untergrundformationen durchgeführt. Nachdem das Bohrloch auf die erforderliche Tiefe gebohrt wurde, wird ein Bohrloch mit Sieb und Blindlängen bestimmter Größe abgesenkt. Da die Bohrungswände mit einer kolloidalen Bentonitmischung beschichtet sind, müssen die Wände gewaschen werden.

Es wird Rückspülung genannt. Zum Rückspülen wird das Bohrrohr mit einem Kragen von der Größe des oberhalb des Bohrlochs befestigten Bohrmeißels wieder eingesetzt. Die Pumpe drückt das Wasser, das Calgon enthält (Natriumhexa-meta-phosphat), durch das Bohrrohr.

Das Wasser strömt durch die Siebe und das Calgon verteilt die an den Bohrungswänden abgelagerten Tonkolloide. Um die Effizienz des Rückspülens zu erhöhen, wird das Bohrrohr aufwärts und abwärts bewegt, um eine Pumpwirkung zu erzeugen. Die Bohrgeschwindigkeit bei diesem Verfahren hängt von der Art der durchdrungenen Untergrundformation und der Art der verwendeten Bohrausrüstung ab. Im Gegensatz zum Kabelwerkzeugverfahren hängt die Bohrgeschwindigkeit durch hydraulische Drehmethode nicht von der Tiefe des Lochs ab.

Die Bohrgeschwindigkeit in konsolidierten Gesteinsformationen kann zwischen 10 und 15 m pro Tag variieren, während sie in nicht konsolidierten Formationen 100 bis 150 m pro Tag erreichen kann.

Die Hauptvorteile der hydraulischen Drehmethode sind folgende:

(i) Die Bohrung kann kontinuierlich fortgesetzt werden.

(ii) Die Bohrraten sind ziemlich hoch.

(iii) Ein Mantelrohr ist nicht erforderlich. Der Schlamm bildet eine Tonauskleidung an der Bohrungswand und verhindert das Höhlenbewegen.

(iv) Wenn Bohrung sich als nicht erfolgreich erweist, kann sie sofort aufgegeben werden, da das Entfernen des Mantelrohrs usw. nicht erfolgt.

Reverse Rotationsbohrmethode:

Dieses Verfahren wird als umgekehrtes Drehverfahren bezeichnet, da der Fluss des Bohrfluids im Vergleich zum (hydraulischen) Drehbohrverfahren umgekehrt wird. Die Bohrmaschine, die für die umgekehrte Drehmethode verwendet wird, ist der für das Drehbohren verwendeten ähnlich. Es gibt jedoch zwei Varianten. Der erste ist, dass das Bohrrohr einen größeren Durchmesser hat (z. B. 15 cm) und zweitens, dass eine Spezialpumpe mit großer Kapazität und Rotoren mit offener Schaufel verwendet wird. Mit der Pumpe kann großer Kies abgelassen werden. Das Bohrrohr mit großem Durchmesser ermöglicht es, Steine ​​mit einem Durchmesser von 12 cm an die Oberfläche zu heben.

Als Bohrflüssigkeit wird im Allgemeinen nur Wasser verwendet. Sie bewegt sich durch den Ringraum zwischen Bohrrohr und Bohrungswänden in die Bohrung. Das Wasser nimmt das Schnittgut auf und die Mischung wird von der Pumpe durch das Bohrrohr nach oben gesaugt. Aufgrund der Saugkraft hat die aufsteigende Flüssigkeit eine große Geschwindigkeit und hebt mit ihr große Partikel an. Ein schematisches Diagramm der Methode ist in Abb. 18.9 dargestellt.

An der Oberfläche wird das Gemisch in eine Absetzgrube abgegeben. Das Wasser nimmt feine Partikel aus den unterirdischen Formationen auf, und es ist nicht notwendig, dem Wasser Hentonit oder irgendeinen anderen Schlamm hinzuzufügen. Das Niveau der Bohrflüssigkeit im Ringraum sollte bis zur Bodenoberfläche gehalten werden, um ein Einstürzen des Lochs zu verhindern. Mit dieser Methode können Brunnen mit großem Durchmesser, z. B. bis zu 150 cm, gebohrt werden. Dies ist die billigste Methode zum Bohren von Brunnen mit großem Durchmesser in weichen, nicht verfestigten Formationen aus Sand, Schluff oder weichem Ton.

Auswahl der Bohrmethode:

Die Wahl einer bestimmten Bohrmethode hängt von folgenden Faktoren ab:

ich. Zweck des Brunnens;

ii. Erforderliche Abflussmenge;

iii. Wassertiefe

iv. Art der Untergrundformation; und

v. Art der Ausrüstung verfügbar.

Flache Schächte mit kleinem Durchmesser können von einer manuell betriebenen Schnecke in unkonsolidierter Formation gebohrt werden.

Bohrlöcher mit geringer Kapazität in unkonsolidierten Formationen können mit dem Bohrlochverfahren mit Selbststrahlverfahren oder mit einem Wasserstrahlbohrverfahren gebohrt werden.

Alle tiefen Rohrbohrungen werden durch Bohren hergestellt. Rotary-Methoden sind im Allgemeinen für geologische Untersuchungen besser geeignet, während das Kabelwerkzeug oder die Perkussionsmethode für die Untersuchung der Wasserqualität überlegen sind.