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Regelung der Drehbewegung eines Bohrkopfs in Tiefbohranlagen


Kurzfassung

Die Erfindung verfolgt den Ansatz, die für die Regelung geeigneten Rechen- und Stellelemente direkt unter Tage zu integrieren. So werden mittels verkürzter Übertragungswege die Signallaufzeiten erheblich reduziert. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die gesamte Branche der Tiefbohrtechnik. Die Erfindung ermöglicht eine Drehzahlregelung für die beiden am häufigsten verwendeten Methoden der Tiefbohrtechnik (Bohrkopfantrieb unter Tage/ über Tage).


Hintergrund

Bisherige Regelungsansätze basieren auf einer über Tage stattfindenden Verarbeitung der Sensorsignale, die am Bohrkopf gemessen und über das Bohrwasser übertragen werden.


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Problemstellung

Da die Datenübertragung per Druckpulsation über das Bohrwasser nur Datenraten von 10 bit/s ermöglicht und über eine geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit verfügt, erscheinen die Totzeiten für eine adäquate Regelung zu groß. Elektrische oder funkwellenbasierte Datenübertragungsmethoden stellen aktuell keine zufriedenstellende Funktionsfähigkeit dar.


Lösung

Die Erfindung verfolgt den Ansatz, die für die Regelung geeigneten Rechen- und Stellelemente direkt unter Tage zu integrieren. So werden mittels verkürzter Übertragungswege die Signallaufzeiten erheblich reduziert. Für die beiden gängigen unterschiedlichen Antriebsprinzipien für Bohrsysteme sind entsprechend zwei verschiedene Regelungskonzepte vorgesehen.

Bei der Regelung des Bohrkopfes unter Tage erfolgt eine Bohrwasserumleitung mittels entsprechend geregelten Ventilen. Dadurch lässt sich die Drehzahl des Bohrkopfes über die nach dem Moineau-Prinzip funktionierenden Mud-Motoren regeln.

Bei der Anwendung bei übertägigen Bohrstrangantrieben wird der Bohrstrang aufgeteilt und entsprechend der Belastungen ge- bzw. entkoppelt. Für Anforderungsspitzen ist ein zusätzlicher Energiespeicher wie bspw. ein Moineau-Motor vorgesehen.

In Abb. 1 a) ist eine Tiefbohreinrichtung mit Pumpe (1) zum Antrieb des Bohrkopfes (3) mit dem durch den Bohrstrang (2) gepumpten Fluid (F) skizziert. Das Zwischenrohrstück b) mit Messeinheit (4), Regeleinheit (5) und Ventilen (6) ermöglicht eine bedarfsgerechte Anpassung des zum Bohrkopfantrieb benötigten Volumenstromes. Des Weiteren sind der Rückstrom (R) des Fluides außerhalb des Bohrstrangs und der im Zwischenrohrstück, über die Ventile (6), abgeleiteten Bypassvolumenstrom (B) in der Abbildung dargestellt.

In Abb. 2 ist eine Tiefbohreinrichtung mit übertägig angeordnetem Motor (1) zum Antrieb des Bohrstranges (2) und des Bohrkopfes (3) mit der durch den Bohrstrang (2) gepumpten Flüssigkeit zur Spülung des Bohrlochs und das in den Bohrstrang (2) eingesetzte Zwischenrohrstück (4) schematisch dargestellt. Das Zwischenrohrstück ist mit Stellelementen zur bedarfsgerechten Beaufschlagung des Bohrkopfes mit dem notwendigen Drehmoment ausgestattet. Optional können auch die Mess- und Regeleinheiten hier integriert sein, eine Anordnung an anderer Position in Bohrkopfnähe ist jedoch ebenfalls möglich.


Vorteile

  • Reduzierung des Verschleißes des Bohrequipments
  • bessere Beherrschung des Bohrvorgangs
  • mittels schnellerer Drehzahlregelung wird dem Stick-Slip-Effekt und anderen Drehschwingungseffekten entgegenwirkt

Anwendungsbereiche

Anwendungsgebiet der Erfindung ist die gesamte Branche der Tiefbohrtechnik. Die Erfindung ermöglicht eine Drehzahlregelung für die beiden am häufigsten verwendeten Methoden der Tiefbohrtechnik (Bohrkopfantrieb unter Tage/ über Tage).


Service

Lizenz, Verkauf, Kooperation


EZN Erfinderzentrum Norddeutschland GmbH

Dipl.-Ing. Daniel Pyttlik
+49 (0) 511 850 308-
pyttlik@ezn.de
www.ezn.de
Adresse
Theaterstraße 2
30159 Hannover



Entwicklungsstand

Machbarkeit


Patentsituation

  • DE anhängig

Stichworte

Bergbau, Bohrkopf, Drehzahl, Regelung, Technische Universität Clausthal, unter Tage

Angebot Anbieter-Website


Kontakt | Geschäftsstelle

TechnologieAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr