Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für Hartgestein mittels eines Fluids, aufweisend mindestens einen Bohrkopf mit Vorkammer und Mischkammer, mindestens eine vorwärtsgerichtete Düse und mindestens eine rückwärtsgerichtete Düse.

Generell ist es bekannt, dass für wasserstrahlbasierte Bohrverfahren einer

Spülflüssigkeit Abrasivstoffe beigemischt werden können, um die Bohrfortschrittsrate zu erhöhen. Dies kann auch beim Radial-Jet-Drilling-Bohrverfahren (RJD- Bohrverfahren) erfolgen, um das Verfahren zu verbessern. Bei der derzeitigen Verwendung von reinem Wasser als Schneid- und Spülflüssigkeit allein können extrem harte Gesteinsschichten nicht oder nur schwer durchbohrt werden. Durch die Zugabe von Abrasivstoffen in die Spülflüssigkeit können jedoch härtere Gesteine oder Gesteinsschichten durchdrungen werden. Allerdings kann diese

Verfahrensweise im Bohrkopf zu einer Schädigung der inneren Geometrie des Bohrkopfes und der Wasserzuleitung zum Bohrkopf führen und die

Vortriebsgeschwindigkeit verlangsamen. So ist in der US 6,932,285 B1 das Prinzip der Zuleitung von Abrasivstoffen zu einer mit Wasser beaufschlagten Mischkammer offenbart, wobei die Zuleitung der

Abrasivstoffe radial über eine seitliche Zuleitung erfolgt. Ferner ist in der US

6,932,285 B1 eine Vorrichtung als water jet drilling device dargestellt, bei der in einer Mischkammer Wasser mit Abrasivstoffen versetzt wird und aus einer Austrittsdüse austreten kann.

Die US 6,263,984 A1 beschreibt die Verwendung einer Vorrichtung als water jet drilling device, in der rückwärtsgerichtete Düsen angeordnet sind, aus denen Wasser mit Abrasivstoffen austreten kann. Wasser mit Abrasivstoffen trifft zudem auf einen Rotationskörper, versetzt diesen in Rotation, wobei das Wasser mit den

Abrasivstoffen nachfolgend aus den Austrittsdüsen entweichen kann. In der CN 104033106 A ist ein Bohrkopf für ein water jet drilling device dargestellt, der über rückwärtsgerichtete Spuldüsen, eine Mischkammer und einen

Rotationskörper aufweist, wobei über rotierende Austrittsdüsen ein Fluid aus dem Bohrkopf entweichen kann. Ferner ist eine externe Zuführung von Abrasivstoffen nahe des Bohrkopfs durch magnetisch induzierte Kraftfelder bekannt. Durch die lokal sehr hohen

Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids und der Partikel, besitzen die Partikel einen sehr hohen Impuls, welcher zusätzlich zu den angreifenden Fluidkräften durch das Magnetfeld überwunden werden müssen, um es auf eine andere„Fluidbahn zu zwingen". Zudem müssen die Magnetfelder die kleinen Partikel in extrem kleine Öffnungen im Bohrkopf lenken, was in der Praxis nicht ohne erheblichen Aufwand sicher garantiert werden kann. Zudem kann die durchbohrte Gesteinsschicht das wirkende Magnetfeld ebenso ungünstig beeinflussen wie Umgebungstemperaturen von bis zu 200 °C wie sie in Geothermie-Reservoiren vorliegen. Problematisch an dem bekannten Stand der Technik ist, dass es bei Förderung einer Mischung aus Abrasivstoffen und Spülflüssigkeit zum Bohrkopf, zu erhöhtem

Verschleiß in der Zuleitung und des Bohrkopfs kommen kann. So kann der Bohrkopf durch den Austritt von Abrasivstoffen an den gegebenenfalls vorhandenen seitlichen Düsen und bei den Zuleitungen, die nicht auf Kunststoffen basieren, der gesamte oder ein Teil der Bohrvorrichtung beschädigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es eine fluidbasierte Bohrvorrichtung für harte Gesteine und/oder Gesteinsschichten bereitzustellen, die einerseits einen Schutz des

Bohrkopfes und der Bohrzuleitungen vor größerer Beschädigung und erhöhtem Verschleiß gewährleistet und/oder fluidbasierte Bohrungen mit Hilfe eines

rotierenden, pulsierenden Fluidstrahls ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen

Anspruchs 1 gelöst.

Die Erschließung von Geothermie-Reservoiren und Erdöl-/Erdgaslagerstätten, die in extrem harten Gesteinsschichten liegen, kann ohne den Einsatz hydraulischer oder chemischer Stimulation oftmals nicht erfolgen. Alternativ können durch das RJD- Bohrverfahren dünne, lange Bohrungen unter Tage aus einer Hauptbohrung heraus erzeugt werden. Um mit diesem Verfahren Bohrungen im Hartgestein zu ermöglichen, können Abrasivstoffe über eine abrasivstoffhaltige Zuleitung in eine Mischkammer im Bohrkopf geleitet werden, wobei eine Vermischung von

Abrasivstoffen und einem abrasivstofffreien Fluid in der Mischkammer erfolgt und das mit den Abrasivstoffen versetzte Fluid aus einer vorwärtsgerichteten Düse entweicht und einen Bohrvorgang ermöglicht, wobei mindestens eine

rückwärtsgerichtete Düse im Bereich des Bohrkopfs angeordnet ist, aus welcher Fluid ohne Abrasivstoffe austritt, um einen kontinuierlichen, gleitförmigen

Bohrvortrieb zu gewährleisten.

Die Bohrvorrichtung und das Bohrverfahren können als umweltfreundliche Alternative zum„Fracken" gesehen werden. Mittels RJD-Drilling ist es möglich, anstelle durch hydraulische Risserzeugung lange Dünne Bohrungen in das Hartgestein

einzubringen, was die Erschließung von Lagerstätten ebenso möglich macht. Die Bohrvorrichtung und das Verfahren eignet sich zudem als eigenständiges

Bohrverfahren für coiled tubing-Anwendungen (CT-Drilling) sowie um von einer bestehenden Bohrung, kleine Einzelbohrungen in die Formation einzubringen, auch unter Verwendung von CT-Drilling.

Durch die Zugabe von Abrasivstoffen in das Fluid in der Mischkammer zu der mindestens einen vorwärtsgerichteten Düse können extrem harte Gesteine und/oder Gesteinsschichten durchbohrt bzw. zerschnitten und dahinterliegende Lagerstätten erschlossen werden. Als Abrasivstoffe werden erfindungsgemäß disperse Festkörper wie Metallsalze beispielsweise Eisenoxide, Silikate wie beispielsweise Siliziumoxid oder andere ionische, amorphe oder metallische Festkörper eingesetzt, die extern der Bohrvorrichtung über eine Zuleitung zugeführt werden können. Die Zuführung der Abrasivstoffe in den erfindungsgemäßen Bohrkopf erfolgt dabei über eine abrasivstoffhaltige Zuleitung in eine Mischkammer. In dieser Mischkammer werden die Abrasivstoffe mit einem abrasivstofffreien Fluid versetzt. Das Fluid ohne

Abrasivstoffe gelangt über eine abrasivstofffreie Zuleitung in den Bohrkopf in die Vorkammer und wird über Zuleitungen und/oder Fokussierdüsen in die Mischkammer geleitet und erst in einer Mischkammer mit Abrasivstoffen versetzt. In einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands ist auch vorgesehen, dass die Abrasivstoffe erst in der Bohrvorrichtung erzeugt werden, indem

beispielsweise Metallstreifen oder andere strangförmige Festkörper über die abrasivstoffhaltige Zuleitung in den Bohrkopf geführt werden und dort in Abrasivstoffe zerkleinert werden bzw. dort die dispersen Abrasivstoffe in situ erzeugt werden, beispielsweise durch rotierende Abtragung der Metallstreifen oder der

strangförmigen Festkörper im Bereich des Bohrkopfs.

Die Vor- und Mischkammer sind erfindungsgemäß räumlich voneinander getrennt. Im Bereich des Bohrkopfs sind eine oder mehrere rückwärtsgerichtete Düsen angeordnet, mittels derer das Fluid ohne Abrasivstoffe in das Bohrloch eingetragen und/oder als Vortriebsmittel und/oder Gleitmittel für den Bohrer eingesetzt werden kann. Die Anzahl der rückwärtsgerichteten Düsen richtet sich dabei nach dem jeweiligen Aufbau des Bohrkopfs und dem Einsatzzweck der Bohrvorrichtung. Zudem können im Bereich des Bohrkopfs auch Spülausgänge angeordnet sein, um abgetragenes Bohrgestein aus dem Bohrloch hinaus zu spülen und einen

gleichmäßigen Vortrieb der Bohrvorrichtung zu gewährleisten.

Die räumliche Trennung der Vor- und Mischkammer kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch vorsehen, dass die Mischkammer an der Bohrkopfspitze angeordnet und in Richtung des abzutragenden Gesteins oder Sediments oder Materials geöffnet ist, d.h. dass der Bohrkopf mit der offenen Mischkammer ausgestaltet ist. Die Vor- und Mischkammer müssen demnach nicht zwingend als abgeschlossene Einheiten innerhalb des Bohrkopfs ausgestaltet sein und die Spitze des Bohrkopfs kann unmittelbar d.h. mit direkter Berührung gegenüber der

Bohrumgebung eine Öffnung als offene Mischkammer aufweisen, wobei die mit abrasivstofffreien Fluid beaufschlagten, vorwärtsgerichteten Düsen das

abrasivstoffhaltige Fluid in der offenen Mischkammer durchmischen und in Richtung der Öffnung bewegen. Das abrasivstofffreie Fluid kann über eine oder mehrere Fokussierdüsen in den Bohrkopf geleitet und aus mindestens einer

vorwärtsgerichteten Düse in die offene Mischkammer gelangen. Dabei kann die vorwärts gerichtete Düse auch als Fokussierdüse ausgestaltet sein. Das

abrasivstoffhaltige Fluid wird über eine interne oder externe Zuleitung dem

abrasivstofffreien Fluid in der offenen Mischkammer zugeführt, wobei das mit dem abrasivstofffreien Fluid versetzte abrasivstoffhaltige Fluid nachfolgend aus der offenen Mischkammer in Richtung des abzutragenden Gesteins, Sediments oder Materials aus der Öffnung der offenen Mischkammer austreten kann.

Die äußeren seitlichen Begrenzungen der Spitze des Bohrkopfs verlaufen in

Richtung der Öffnung der offenen Mischkammer konisch, wobei konischer Verlauf bedeutet, dass die seitlichen Begrenzungen der offenen Mischkammer einen Winkel in einem Bereich von 10° bis 45° gegenüber der Längsmittelachse der

Bohrvorrichtung aufweisen. Der konische Verlauf der Seitenflächen der offenen Mischkammer ermöglicht insofern eine Fokussierung des abrasivstoffhaltigen Fluids auf das abzutragende Gestein, Sediment oder Material und gewährleistet so einen besseren Vortrieb der Bohrvorrichtung während des Bohrvorgangs. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit analog zu den voranstehenden Ausführungen, dass abrasivstoffhaltiges Fluid aus dem Bohrloch über eine externe Zuleitung in die offene Mischkammer zu führen, wobei eine solche externe Zuleitung kumulativ oder alternativ zu einer bereits vorhandenen externen Zuleitung für abrasivstoffhaltiges Fluid an der Bohrvorrichtung vorhanden sein kann.

In der Mischkammer bzw. offenen Mischkammer wird das Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mit Abrasivstoffen versetzt, um als Zusatz zu dienen, mit dessen Hilfe über die vorwärtsgerichteten Düsen am Bohrkopf ein Materialabtrag des Untergrunds erfolgen und eine Bohrung vorgenommen werden kann. Das verwendete Fluid weist dabei in der Regel eine Viskosität von η = 1 bis 20 Pa s bei 20 °C auf, kann aber auch Mischungen oder Dispersionen von Wasser mit anderen Verbindungen wie beispielsweise Ethylenglycol enthalten. Die Wahl des Fluids richtet sich nach dem jeweiligen Einsatzzweck und der Art des Bohrgesteins. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen einen Fluidstrom für die rückwärtsgerichteten Düsen und Spülabgänge ohne Abrasivstoffe und einen Fluidstrom mit Abrasivstoffen für die vorwärtsgerichteten Düsen aufzuteilen. Das Fluid umfasst für die

rückwärtsgerichteten Düsen und die Spülgausänge in der Regel dieselbe

Zusammensetzung wie für die vorwärtsgerichteten Düsen mit der Einschränkung, dass das Fluid für die vorwärtsgerichteten Düsen in der Mischkammer zusätzlich mit Abrasivstoffen versetzt wird. Es ist jedoch auch alternativ vorgesehen, dass die Abrasivstoffe mit einem Fluid der Mischkammer zugeführt werden, in welcher die Abrasivstoffe zumindest dispersiv verteilt sind. Es kann dann in der Mischkammer bzw. offenen Mischkammer zu einer Durchmischung des abrasivstoffreien Fluids mit dem abrasasivstoffhaltigen Fluid erfolgen, wobei sich die Zusammensetzung der Fluide mit und ohne Abrasivstoffe unterscheiden kann.

Die Zuführung der Abrasivstoffe kann dabei durch externe oder interne Zuleitungen in den Bohrkopf ermöglicht werden. Dazu ist in einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands vorgesehen, dass die Zuleitungen koaxial zum Bohrkopf verlaufen, was den Vorteil hat, dass der Fluideintrag der Spülflüssigkeit und/oder der Abrasivstoffe gleichmäßig erfolgt und der Vortrieb durch die koaxiale Anordnung der Zuleitungen nicht behindert wird. Es ist in einer besonderen Ausgestaltung auch vorgesehen, dass die Zuleitungen beide innerhalb und/oder koaxial in der

Bohrvorrichtung zum Bohrkopf verlaufen. Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung kann mehrere rückwärtsgerichtete und mehrere vorwärtsgerichtete Düsen, sowie mehrere Spülausgänge aufweisen.

Vorteil der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ist, dass eine Beschädigung des Bohrkopfs durch die Verwendung des abrasivstofffreien Fluids bei den

rückwärtsgerichteten Düsen und/oder Spülausgängen vermieden wird. Das

Bohrverfahren stellt somit eine Alternative zu herkömmlichen Bohrmethoden dar und es kann im Gegensatz zur hydraulischen Stimulation vorausbestimmt werden, welche Länge das Bohrloch aufweist und welchen Umfang die Kontaktfläche zwischen Bohrung und Lagerstätte einnimmt. Zudem dauert die Einbringung einer Bohrung nur wenige Minuten. Durch den Verzicht auf ein Aufbrechen des

Untergrunds werden zudem keine Seismizitäten in das Gestein induziert. Dadurch, dass insbesondere Wasser oder andere nicht-toxische Verbindungen als Fluid verwendet werden können, wird der Untergrund im Gegensatz zur Verwendung anderer Fluide in anderen Bohrvorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik nicht kontaminiert.

Erfindungsgemäß kann ein effektiver Materialabtrag dadurch gewährleistet werden, dass im Bereich der Vorkammer am Bohrkopf auch rückwärtsgerichtete Düsen und /oder Spülausgänge angeordnet sind, um bei gleicher Leistung weiter oder tiefer bohren zu können. Dies stellt einen besonderen Vorteil der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung und des Verfahrens dar, da nach dem aktuellen Stand der

Forschung die Pumpleistung einen limitierenden Faktor in der Länge der Bohrung darstellt. Aus den rückwärtsgerichteten Düsen und/oder Spülausgängen tritt ein abrasivstofffreier Fluidstrom aus, der die am Bohrkopf und den Zuleitungen angreifenden Reibungskräfte minimiert. Der Bohrkopf kann über das Fluid der rückwärtsgerichteten Düsen weiter in Richtung der Gesteine und/oder

Gesteinsschichten geschoben werden als ohne deren Vorhandensein, basierend auf der Annahme, dass die Gesteinseigenschaften in horizontaler Richtung annähernd konstant sind.

In einer besonderen Ausgestaltung weist der Bohrkopf ein rotierendes Innenteil auf, das über eine Achse am Gehäuse des Bohrkopfs gelagert ist. Das mit den

Abrasivstoffen versetzte Fluid kann aus dem Bereich des rotierenden Innenteils über mindestens eine vorwärtsgerichtete rotierende Düse und/oder Öffnung heraustreten. Im Wesentlichen bedeutet vorliegend, dass die vorwärtsgerichteten Düsen eine in Bezug auf den Bohrkopf Ausrichtung oder eine Neigung von weniger als 90° aufweisen, wobei der relative Neigungswinkel von der Beschaffenheit des

Untergrunds variieren kann. Vorteil des rotierenden Innenteils ist, dass ein gleichmäßiger Materialabtrag an der Bohrlochwand gegeben ist. Bei konventionellen Bohrköpfen des RJD-Bohrverfahrens ist die Ausrichtung der vorwärtsgerichteten Düsen statisch. Somit wird nur punktuell Material abgetragen. Durch die Rotation wird die gesamte Fläche der Bohrlochwand gleichmäßig bearbeitet. Der Bohrkopf umfasst im Falle der besonderen Ausgestaltung mit rotierendem

Innenteil mindestens eine Fokussierdüse am rotierenden Innenteil und mindestens eine Bohrung am statischen Bereich (Stator) des Bohrkopfs zur Regulierung der Wasserversorgung. Dazu umfasst die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung im Falle der besonderen Ausgestaltung mit rotierendem Innenteil mindestens eine

Mischkammer bzw. offene Mischkammer, mindestens eine Vorkammer, mindestens eine rückwärtsgerichtete Düse und/oder Spülausgang, mindestens eine

Übergangsleitung für die Abrasivstoffe und mindestens eine vorwärtsgerichtete Düse und/oder Öffnung. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das rotierende Innenteil drei und der Stator vier Bohrungen zur Regulierung der

Wasserversorgung auf, sodass sich mindestens eine oder auch keine der Bohrungen mit der Fokussierdüse bei einer Rotation des Innenteils überlagern können. Durch die periodisch auftretende Überlappung der Bohrungen des Stators mit der

Fokussierdüse des rotierenden Innenteils kann eine Pulsation des Fluidstroms erfolgen, wobei die Frequenz der Pulsation durch unterschiedliche

Rotationsgeschwindigkeiten des Innenteils ermöglicht wird. Bei Überlappung der Bohrungen mit der Fokussierdüse wird der Abrasivstoff in die vorwärtsgerichtete Düse gedrückt, sodass bei Überlappen der Bohrungen und der Fokussierdüse das Fluid die Abrasivstoffe stoßartig aus den vorwärtsgerichteten Düsen drückt und einen impulsartigen Fluidstrom erzeugt. Eine solche Erzeugung eines pulsierenden

Fluidstromes muss im Bohrkopf oder unmittelbar davor erfolgen. Eine Erzeugung in der Pumpe hat demgegenüber zur Folge, dass die Pulsierende Bewegung durch die dynamischen Eigenschaften einer langen Hydraulikleitung (Fluidträgheit und

Leitungskompressibilität) gedämpft und gegebenenfalls bis zum Bohrkopf vollständig ausgeglichen wird.

Die rückwärtsgerichteten Düsen und/oder Spülausgänge werden während der Rotation des Innenteils bei auch fehlender Überlappung der Bohrungen des Stators und des rotierenden Innenteils mit abrasivstofffreiem Fluid beaufschlagt, wobei das Fluid einerseits als Gleitmittel innerhalb des Bohrlochs und andererseits als

Vortriebsmedium für den Bohrvorgang dient. Die rückwärtsgerichteten Düsen verlaufen erfindungsgemäß schräg zur Längsmittelachse des Bohrkopfs, so dass durch die schräge Anordnung der rückwärtsgerichteten Düsen und/oder

Spülausgänge einen Vortrieb des Bohrkopfes und ein Abtransport von abgetragenem Gestein bzw. Untergrund aus dem Bohrloch hinaus erleichtert wird. Zudem wirkt das Fluid wie beispielsweise Wasser oder Mischungen von Wasser mit

Kohlenwasserstoffen als Schmierstoff zwischen dem rotierenden Innenteil, der Vorkammer und dem Bohrkopfgehäuse.

Die Rotation des Innenteils kann dadurch erreicht werden, dass das rotierende Innenteil einen spitzen Winkel im Bereich von 1 ° bis 1 1 ° gegenüber dem Gehäuse des Bohrkopfs einschließt. Durch die Schaltung der Fokussierdüsen am Rotor und der Bohrungen am Stator wird der Bohrkopf mit Fluid beaufschlagt, womit eine Rotation des Innenteils induziert wird. Im Bereich des rotierenden Innenteils ist ein Ringspalt zwischen Gehäuse des Bohrkopfes und rotierendem Innenteil vorhanden, der je nach Einsatzzweck der Bohrvorrichtung in Größe und Breite variieren kann. Ebenso kann ein Schmierspalt zwischen dem rotierenden Innenteil und dem statischen Bereich des Bohrkopfs vorhanden sein, in das abrasivstofffreies Fluid eintreten kann und das Gleiten des rotierenden Innenteils entlang der Oberfläche des statischen Bereichs des Bohrkopfs erleichtert. In einer besonderen Ausgestaltung weist der Erfindungsgegenstand am Bohrkopf eine externe Zuleitung für abrasivstoffhaltiges Fluid auf, wobei das abrasivstoffhaltige Fluid aus dem Bohrloch entnommen werden kann. Die externe Zuleitung für

Abrasivstoffe aus dem Bohrloch kann parallel bzw. zeitgleich zu einer internen Zuleitung abrasivstoffhaltigen Fluids im Erfindungsgegenstand vorhanden sein. Über eine Zuleitung abrasivstoffhaltigen Fluids gelangen die aus dem Bohrloch

stammenden Abrasivstoffe in die Mischkammer bzw. offene Mischkammer und werden von dort aus über die vorwärtsgerichteten Düsen nach außen befördert. Um eine kontinuierliche und/oder konstante Zuführung von Abrasivstoffen aus dem Bohrloch in den Bohrkopf zu gewährleisten, sind vorteilhafterweise an der

Außenseite des Bohrkopfs Leitbleche angeordnet, die die Abrasivstoffe in Richtung der Zuleitung für Abrasivstoffe und/oder der Mischkammer bzw. offene Mischkammer lenken. Die erfindungsgemäße SMC-Bohrvorrichtung findet insbesondere Einsatz bei der Erschließung von Geothermie-Reservoiren, Erdöl-/Erdgaslagerstätten,

Ankerbohrungen, Erkundungsbohrungen, Stimulationsbohrungen und/oder

Verwendung für CT-Drilling Anwendung.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren nochmals eingehend beschrieben:

Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Prinzip der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 1 für Hartgestein in einem vertikalen Querschnitt des Bohrkopfs 2. Innerhalb des

Bohrkopfs 2 verläuft eine Zuleitung 6a für die Zuführung abrasivstofffreien Fluids in die Vorkammer 8 und eine Zuleitung 6b für die Zuführung von Abrasivstoffen 5 (nicht dargestellt) in eine Mischkammer 3. Vorkammer 8 und Mischkammer 3 sind in

Richtung auf die vorwärtsgerichtete Düse 4 getrennt und hintereinander angeordnet, sodass das abrasivstofffreie Fluid über die Vorkammer 8 und eine Fokussierdüse 14 in die Mischkammer 3 eintritt und dort mit den Abrasivstoffen 5 (nicht dargestellt) vermischt werden kann. Das abrasivstofffreie Fluid tritt über eine rückwärtsgerichtete Düse 7 aus dem Bohrkopf 2 in ein Bohrloch aus. Die rückwärtsgerichtete Düse 7 ist vorliegend schräg zur Längsmittelachse des Bohrkopfs 2 angeordnet und ermöglicht den Einsatz des abrasivstofffreien Fluids als Vortriebsmittel und/oder Gleitmittel für die Bohrvorrichtung 1 . Demgegenüber dient das abrasivstoffhaltige Fluid mit dem abrasivstofffreien Fluid, wobei das abrasivstofffreie Fluid aus der Vorkammer 8 über eine Fokussierdüse 14 in die Mischkammer 3 eintritt als Schneidstrahl, welcher aus der vorwärtsgerichteten Düse 4 aus dem Bohrkopf 2 kontinuierlich entweichen kann.

In der Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 1 mit rotierendem Innenteil 9 in einem vertikalen Querschnitt dargestellt. Der Bohrkopf 2 beinhaltet das Gehäuse des Bohrkopfs 2, der einen statischen Bereich des Gehäuses als Stator 1 1 umfasst und ein rotierendes Innenteil 9. Man erkennt die abrasivstofffreie Zuleitung 6a über die ein Fluid in die Vorkammer 8 des Bohrkopfs 2 eintreten kann. Von der

Vorkammer 8 abgehend ist eine rückwärtsgerichtete Düse 7 schräg zur

Längsmittelachse angeordnet, mittels derer abrasivstofffreies Fluid in das Bohrloch austreten kann. Über eine Übergangsleitung 12 gelangt abrasivstoffhaltiges Fluid aus einer abrasivstoffhaltigen Zuleitung 6b in die Mischkammer 3, in der das

abrasivstofffreie Fluid mit Abrasivstoffen 5 (nicht dargestellt) vermischt wird. Das rotierende Innenteil 9 weist eine Fokussierdüse 14 auf, die in Richtung auf die

Vorkammer 8 bzw. Bohrungen 13 des statischen Bereichs des Bohrkopfs 2 weisen. Diese konstruktive Anordnung der Bohrungen 13, Übergangsleitung 12 und

Fokussierdüse 14 ist in den Schnitten A-A und B-B dargestellt. Das Innenteil 9 ist über einen Ringspalt 10 vom Gehäuse des Bohrkopfs 2 beabstandet. Bei Rotation des Innenteils 9 überlappt jeweils ein Teil der Bohrungen 13 der Vorkammer 8 mit der Fokussierdüse14 des rotierenden Innenteils. Bei Kongruenz der Bohrungen 13 der Vorkammer 8 mit der Fokussierdüse 14 tritt abrasivstofffreies Fluid in die

Mischkammer 3 ein. Über die vorwärtsgerichtete Düse 4 kann dann das mit dem Abrasivstoffen vermischte Fluid aus dem Bohrkopf 2 austreten und agiert als

Schneidstrahl. Die Rotation des Innenteils 9 wird erzeugt durch die kontinuierliche Beaufschlagung mit abrasivstofffreien Fluid mindestens einer vorhandenen

Fokussierdüse 14, die nicht kongruent ist mit den Bohrung 13 des statischen Teils des Bohrkopfs 2 mit dem abrasivstofffreien Fluid, wobei die Position der

Fokussierdüse 14 einen spitzen Winkel gegenüber dem Bohrkopf 2 des Innenteils 9 einschließt

Figur 3 zeigt eine konstruktive Ausgestaltung der Bohrvorrichtung 1 mit analoger Struktur zu Figur 2. Abrasivstofffreies Fluid wird über eine abrasivstofffreie Zuleitung 6a zur Vorkammer 8 geleitet, welche sich teilweise im rotierenden Innenteil 9 befindet. Die rückwärtsgerichteten Düsen 7 sind im rotierenden Innenteil 9 an der Vorkammer 8 angeordnet. Das rotierende Innenteil 9 besteht vorliegend aus zwei ineinander gepressten Teilen, wobei über eine abrasivstoffhaltige Zuleitung 6b eine Zufuhr der Abrasivstoffe 5 (nicht dargestellt) in die Mischkammer 3 ermöglicht wird, welche im rotierenden Innenteil 9 angeordnet ist. Eine Besonderheit dieser

Ausführung ist der Abzweig des abrasivstofffreien Fluids an der Zuleitung 6a. Die Schmierspalte 15, an denen eine Drehbewegung des rotierenden Innenteils 9 zum Gehäuse des Bohrkopfs 2 relativ zueinander auftritt, wird mit abrasivstofffreiem Fluid beaufschlagt. Da der Druck des abrasivstofffreien Fluids gegenüber dem

abrasivstoffhaltigen Fluid wesentlich höher ist, wird die Schmierspalte 15 vom abrasivstofffreien Fluid durchströmt und verhindert ein Eindringen der Abrasivstoffe 5 (nicht dargestellt) in die Schmierspalte 15.

Während die hohen Drücke des abrasivstofffreien Fluides das rotierende Innenteil 9 je nach Ausführung, speziell aber auch bei dieser Ausführung eine Kraft erzeugen, die den rotierenden Teil 9 axial herausdrücken, wird im Ringspalt 10 ein Druck aufgebaut, der eine axiale Kraft erzeugt, der dem entgegenwirkt. Der Ringspalt 10 ist so konstruiert, dass die projizierte Fläche des Ringspaltes 10 größer ist als die hydraulisch wirksame Fläche, die ein Herausdrücken des rotierenden Innenteils 9 aus dem Bohrkopf 2 hervorrufen würde. Die Zufuhr von abrasivstofffreiem Fluid zu dieser Ringfläche des Ringspaltes 10 erfolgt durch eine Leitung 17, in der ein

Druckabfall abhängig von der Durchströmung erzeugt wird. Würde der rotierende Innenteil an dem Konus anliegen, so könnte kein Fluid fließen und in der Leitung 17 fiele kein Druck ab. Die Kraft ist wegen der größeren Fläche des Ringspaltes 10 nun größer und drückt das rotierende Innenteil 9 in den Bohrkopf hinein. Dadurch kann durch Öffnen des Ringspaltes 10 Fluid fließen, der Druckabfall der Leitung 17 steigt mit fließendem Fluid an, bis sich ein Kräfte- und Druckgleichgewicht einstellt, welches das rotierende Innenteil 9 axial zentriert und ein axiales Gleitlager darstellt. Das Fluid, welches diese Zentrierung ermöglicht, kann aus den Spülausgängen 16 aus der Bohrvorrichtung 1 entweichen.

Figur 4 zeigt eine Variation von Figur 2 mit der Abrasivstoffzuleitung 6b in der Mitte der Bohrvorrichtung 1 durch die Vorkammer 8 hindurch. Die Bohrungen 13 zur Erzeugung der Pulsation werden durch eine Überlappung wie sie in Figur 2 beschrieben sind um diese Zuleitung 6b herum angeordnet. Die

Rückwärtsgerichteten Düsen 7 sind im statischen Teil des Bohrkopfs 2 angeordnet. Die mittige Zufuhr ermöglicht die Zufuhr eines strangförmigen Abrasivstoffes, der durch die Rotation des rotierenden Innenteils 9 in der Mischkammer 3 zerkleinert wird.

In Figur 5 ist eine weitere besondere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands in einem vertikalen Querschnitt dargestellt. In dieser Besonderen Ausgestaltung der Bohrvorrichtung 1 ist die Mischkammer 3 als offene Mischkammer 19 ausgestaltet, d.h. sie befindet sich an der Spitze des Bohrkopfs 2 und ist in Richtung des durch das abrasivstoffhaltige Fluid zu beaufschlagenden Gesteins, Sediments oder Materials offen bzw. weist eine Öffnung 20 auf. Man erkennt, dass die

Bohrvorrichtung 1 ein rotierendes Innenteil 9 aufweist. Das rotierende Innenteil 9 weist eine Fokussierdüse 14 auf, die in Richtung des rotierenden Innenteils 9 und/oder der offenen Mischkammer 19 weist. Der Bohrkopf 2 beinhaltet das

Gehäuse des Bohrkopfs 2 mit einem statischen Bereich des Gehäuses als Stator 1 1 und einem rotierenden Innenteil 9. Über die abrasivstofffreie Zuleitung 6a wird ein abrasivstofffreies Fluid in die Vorkammer 8 des Bohrkopfs 2 eingeleitet. Von der Vorkammer 8 abgehend ist eine rückwärtsgerichtete Düse 7 schräg zur

Längsmittelachse angeordnet, mittels derer abrasivstofffreies Fluid in das Bohrloch austreten kann. Das abrasivstofffreie Fluid wird über die vorwärtsgerichtete Düse, die hier als Fokussierdüse 14 ausgestaltet ist, in die offene Mischkammer 19 geleitet. Über eine externe Zuleitung 6b wird das arassivstofffhaltige Fluid in der offenen Mischkammer 19 mit dem abrasivstofffreien Fluid vermischt, wobei das mit dem abrasivstofffreien Fluid versetzte abrasivstoffhaltige Fluid nachfolgend aus der offenen Mischkammer 19 in Richtung des abzutragenden Gesteins, Sediments oder Materials aus der Öffnung 20 austreten kann. Die äußeren seitlichen Begrenzungen der Spitze des Bohrkopfs 2 verlaufen in Richtung der Öffnung 20 der offenen

Mischkammer 19 konisch und ermöglichen so eine Fokussierung des

abrasivstoffhaltigen Fluids auf das abzutragende Gestein, Sediment oder Material. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit (nicht dargestellt) analog zu den Ausführungen zu Figur 6 abrasivstoffhaltiges Fluid aus dem Bohrloch über die externe Zuleitung 6b und/oder eine weitere Zuleitung in die offene Mischkammer 19 zu führen.

Figur 6 zeigt eine zusätzliche Ausgestaltungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstands in einer vertikalen Schnittzeichnung. Es gelangt vorliegend abrasivstoffhaltiges Fluid aus einer extern zum Bohrkopf 2 angeordneten, abrasivstoffhaltigen Zuleitung 6b in die offene Mischkammer 19, wobei das abrasivstoffhaltige Fluid mit Abrasivstoffen 5 aus dem Bohrloch (nicht dargestellt) vermischt wird. Es ist auch vorgesehen, um eine kontinuierliche und/oder konstante Zuleitung der Abrasivstoffe 5 aus dem Bohrloch über die Zuleitung 6b in die offene Mischkammer 19 zu gewährleisten, ein Leitblech 18 an der Außenseite des Bohrkopfs 2 angeordnet wird, welches die Abrasivstoffe 5 in Richtung der Zuleitung 6b leitet und gewährleistet, dass die Abrasivstoffe 5 aus dem Bohrloch mit dem abrasivstofffreien Fluid kontinuierlich und/oder konstant vermischt werden bevor sie aus der Öffnung 20 austreten.

Bezugszeichenliste:

1 Bohrvorrichtung

2 Bohrkopf

3 Misch kam mer

4 Vorwärtsgerichtete Düse

5 Abrasivstoffe

6a abrasivstofffreie Zuleitung

6b abrasivstoffhaltige Zuleitung

7 Rückwärtsgerichtete Düse

8 Vorkammer

9 Rotierendes Innenteil

10 Ringspalt

1 1 Stator

12 Übergangsleitung

13 Bohrung

14 Fokussierdüse

15 Schmierspalt

16 Spülausgang

17 Leitung

18 Leitblech

19 offene Mischkammer

20 Öffnung