BE1023843B1

BE1023843B1 - DEVICE AND METHOD FOR DRILLING A SHAFT IN A SUBSTRATE

Info

Publication number: BE1023843B1
Application number: BE2016/5458A
Authority: BE
Inventors: Dieter Wim Jan Rabaut; Antonius Johannes Maria PROVOOST; Steven Francis Josephine ALEN
Original assignee: GeoSea N.V.
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2017-08-09
Also published as: EP3260650A1; DK3260650T3; EP3260650B1; PT3260650T; PL3260650T3; ES2722649T3

Abstract

Beschreven wordt een inrichting en werkwijze voor het boren van een schacht in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. De inrichting omvat een mantelbuis en middelen voor het in de grond aanbrengen van de mantelbuis; en verder een in de mantelbuis neerlaatbaar en van een boorkop met snijwerktuigen voorzien boormiddel en middelen voor het in rotatie brengen van het boormiddel. De mantelbuis omvat een eerste en een tweede deel die telescopisch ten opzichte van elkaar verschuifbaar zijn langs een zich in een lengterichting van beide delen uitstrekkende gemeenschappelijke as tussen een uitgeschoven positie waarin de delen met koppelmiddelen zijn gekoppeld, en een ingeschoven positie. De uitvinding betreft eveneens een jackup platform dat is voorzien van de inrichting. Met de uitgevonden inrichting kan met hoger rendement worden geboord dan met de bekende inrichting en werkwijze.A device and method for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials is described. The device comprises a casing pipe and means for arranging the casing pipe in the ground; and furthermore a drilling means which can be lowered into the casing tube and provided with a drill head with cutting tools and means for rotating the drilling means. The casing pipe comprises a first and a second part which are telescopically slidable relative to each other along a common axis extending in the longitudinal direction of both parts between a slid-out position in which the parts are coupled to coupling means, and a slid-in position. The invention also relates to a jackup platform provided with the device. Drilling can be done with higher efficiency with the invented device than with the known device and method.

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET BOREN VAN EEN SCHACHT IN EESDEVICE AND METHOD FOR DRILLING A SHAFT IN EES

ONDERGRONDSUBSTRATE

TECHNISCH GEBIED VAN DE UITVINDINGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het boren van een schacht in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. Met de uitdrukking “rots, klei en/of aanverwante materialen” worden diverse grondspecies bedoeld die de grondlagen van een waterbekken of een terrein tot op een zeer variabele diepte kunnen vormen. Dergelijke grondlagen behoren bijvoorbeeld tot zeearmen, stromen en rivieren, dokken, spaarbekkens, toegangsgeulen tot sluizen of insteekdokken en zeegebieden voor de kust.The present invention relates to a device and method for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials. By the expression "rock, clay and / or related materials" is meant various soil species that can form the soil layers of a water basin or a terrain to a very variable depth. Such soil layers belong to, for example, sea inlets, streams and rivers, docks, reservoirs, access channels to locks or docks and sea areas off the coast.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDINGBACKGROUND OF THE INVENTION

Een groot deel van het landoppervlak op aarde is bedekt met los, niet-geconsolideerd materiaal zoals grond, klei, slib, zand, grind en keien. Deze zogenaamde ‘overburden’ (of deklaag) varieert in diepte van een paar centimeter tot honderden meters. Het doorboren van deze deklaag om een dragende laag te bereiken is vaak problematisch, onder andere als gevolg van de neiging van het deklaagmateriaal achter de boorkop in de boorschacht terug te vallen. Dit maakt het vaak lastig om de boorstreng weer op te halen door de geboorde schacht. Andere problemen kunnen worden veroorzaakt door holten en porositeit in de deklaag die interfereren met de circulatie van een spoelmedium en daardoor het via de boorschacht naar boven voeren van de uitgeboorde gronddelen met het spoelmedium bemoeilijken.A large part of the land surface on earth is covered with loose, non-consolidated material such as soil, clay, sludge, sand, gravel and boulders. This so-called "overburden" (or cover layer) varies in depth from a few centimeters to hundreds of meters. Drilling through this cover layer to achieve a bearing layer is often problematic, inter alia due to the tendency of the cover material to fall back into the drill shank behind the drill bit. This often makes it difficult to retrieve the drill string through the drilled shaft. Other problems can be caused by cavities and porosity in the cover layer which interfere with the circulation of a flushing medium and thereby make it difficult to carry the drilled soil parts up with the flushing medium via the drill shaft.

Om deze en andere redenen wordt bij het boren in een deklaag vaak gebruik gemaakt van een mantelbuis die voorafgaand aan of, tegelijkertijd met de boorstreng, tijdens het boren in de deklaag wordt aangebracht tot op of in een dragende laag, zoals een rotsbodem bijvoorbeeld. De mantelbuis verhindert althans gedeeltelijk de bovengenoemde nadelige effecten.For these and other reasons, when drilling in a cover layer, use is often made of a casing pipe which, prior to or simultaneously with the drill string, is applied in the cover layer during drilling into or onto a bearing layer, such as a rock bottom. The casing pipe at least partially prevents the aforementioned adverse effects.

Omdat de dikte van de deklaag (of de diepte van een dragende laag) vaak niet nauwkeurig bekend is en bovendien tussen posities kan variëren wordt in een bekende werkwijze een gesegmenteerde mantelbuis in de ondergrond aangebracht, waarbij de mantelbuis wordt verlengd door meer segmenten van bovenaf aan de mantelbuis toe te voegen.Because the thickness of the cover layer (or the depth of a bearing layer) is often not accurately known and, moreover, can vary between positions, in a known method a segmented casing is arranged in the substrate, the casing being lengthened by more segments from above to add the casing.

De bekende werkwijze heeft onder andere het nadeel dat veel tijd verloren gaat bij het verlengen en/of verkorten van de mantelbuis. Dit komt het rendement van het boren niet ten goede, waaronder wordt verstaan dat de hoeveelheid uitgeboord grondmateriaal per tij ds- en vermogenseenheid verder kan worden verhoogd.The known method has, inter alia, the disadvantage that a great deal of time is lost in extending and / or shortening the casing pipe. This does not improve the efficiency of drilling, which is understood to mean that the amount of drilled soil material per unit of time and power unit can be further increased.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDINGSUMMARY OF THE INVENTION

De uitvinding beoogt in een werkwijze en inrichting te voorzien voor het boren van een schacht in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond, die onder andere bovengenoemd nadeel tenminste gedeeltelijk ondervangt.The object of the invention is to provide a method and device for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials, which at least partially overcomes the above-mentioned disadvantage.

De uitvinding voorziet hiertoe in een inrichting volgens conclusie 1. In het bijzonder wordt een inrichting voor het boren van een schacht in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond verschaft, waarbij de inrichting een mantelbuis omvat en middelen voor het in de grond aanbrengen van de mantelbuis; en verder een in de mantelbuis neerlaatbaar en van een boorkop met snij werktuigen voorzien boormiddel en middelen voor het in rotatie brengen van het boormiddel; waarbij de mantelbuis een eerste en een tweede deel omvat die telescopisch ten opzichte van elkaar verschuifbaar zijn langs een zich in een lengterichting van beide delen uitstrekkende gemeenschappelijke as tussen een uitgeschoven positie waarin de delen met koppelmiddelen zijn gekoppeld, en een ingeschoven positie.To this end, the invention provides a device according to claim 1. In particular, a device for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials is provided, the device comprising a casing tube and means for applying soil to the casing; and furthermore a drilling means dropable in the casing tube and provided with a drill head with cutting tools and means for rotating the drilling means; wherein the casing tube comprises a first and a second part which are telescopically slidable relative to each other along a common axis extending in the longitudinal direction of both parts between a slid-out position in which the parts are coupled to coupling means, and a slid-in position.

Met de inrichting volgens de uitvinding kan een werkwijze voor het boren van een schacht in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond, omvattende het in de ondergrond aanbrengen van een mantelbuis, waarbij voorafgaandelijk een eerste deel van de mantelbuis telescopisch werd verschoven ten opzichte van een tweede deel van de boorkop langs een zich in een lengterichting van beide delen uitstrekkende gemeenschappelijke as tot in een uitgeschoven positie, het in de uitgeschoven positie koppelen van de delen, het in de mantelbuis neerlaten van een met snij werktuigen voorzien boormiddel, het ontkoppelen van de delen, en het in rotatie brengen van het boormiddel om de schacht te boren. Een geschikt boormiddel omvat bijvoorbeeld een langwerpige boorstreng die in de mantelbuis roteert zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt. Het losgewerkte grondmateriaal wordt doorgaans met een spoelmiddel (bijvoorbeeld maar niet beperkt tot water, mud, lucht) naar boven afgevoerd via een ringruimte tussen de boorstreng en de mantelbuis.With the device according to the invention, a method for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials, comprising arranging a casing in the substrate, wherein a first part of the casing was previously telescopically shifted with respect to a second part of the drill bit along a common axis extending in a longitudinal direction of both parts into an extended position, coupling of the parts in the extended position, lowering a drilling means provided with cutting tools into the casing tube, disconnecting the parts, and rotating the drilling means to drill the shaft. A suitable drilling means comprises, for example, an elongated drill string that rotates in the casing tube so that soil material is loosened by the cutting action of the cutting tools. The loosely worked soil material is usually discharged upwards with a flushing agent (for example, but not limited to water, mud, air) via a ring space between the drill string and the casing.

Gebleken is dat met de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding het boorrendement aanmerkelijk wordt verhoogd ten opzichte van de bekende werkwijze, onder andere doordat de boorkop dieper in de ondergrond kan worden gebracht zonder dat een tijdrovende verlenging van de mantelbuis door het aanbrengen van bijkomende mantelbuissegmenten hiervoor noodzakelijk is.It has been found that with the method and device according to the invention the drilling efficiency is considerably increased compared to the known method, inter alia because the drill bit can be brought deeper into the subsurface without a time-consuming extension of the casing pipe by arranging additional casing pipe segments therefor is necessary.

De uitgevonden werkwijze en inrichting kunnen met elk boormiddel worden toegepast zoals de gebruikelijke uit segmenten opgebouwde boorstreng, bij voorkeur een holle boorstreng. Het kan voordelen hebben een boormiddel toe te passen dat met vastzetmiddelen zowel in de lengterichting van de mantelbuis als loodrecht daarop (de radiale richting) kan worden verankerd tegen de binnenwand van de mantelbuis waarbij de boorkrachten effectief worden opgevangen door deze krachten door te leiden naar de mantelbuis.The invented method and device can be used with any drilling means such as the usual segmental drill string, preferably a hollow drill string. It may be advantageous to use a drilling means which can be anchored with fixing means both in the longitudinal direction of the casing pipe and perpendicular thereto (the radial direction) against the inner wall of the casing pipe, the drilling forces being effectively absorbed by passing these forces on to the jacket pipe.

Een verder voordeel van de uitvinding is dat manuele handelingen ten behoeve van mantelbuisverlenging worden vermeden, wat de veiligheid van werken verhoogt; er bevinden zich immers minder personen in de nabijheid van draaiende delen, zoals het geval is bij de bekende werkwijze.A further advantage of the invention is that manual operations for mantle tube extension are avoided, which increases the safety of work; after all, fewer people are in the vicinity of rotating parts, as is the case with the known method.

De koppelmiddelen die in een uitgeschoven positie van de mantelbuis het eerste deel koppelen aan het tweede deel zijn bij voorkeur dusdanig uitgevoerd dat zij beide delen in de uitgeschoven positie stijf verbinden, zowel in de lengterichting van de delen als in een rotatierichting rond een lengteas van de mantelbuis. Op deze wijze gedraagt de telescopische mantelbuis zich in de uitgeschoven positie als een structureel geheel.The coupling means which, in an extended position of the casing tube, couple the first part to the second part are preferably designed such that they rigidly connect both parts in the extended position, both in the longitudinal direction of the parts and in a direction of rotation about a longitudinal axis of the jacket pipe. In this way the telescopic casing pipe behaves as a structural whole in the extended position.

Een geschikte uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat koppelmiddelen die een aan het eerste deel verbonden vrouwelijk koppeldeel en een aan het tweede deel verbonden mannelijk koppeldeel omvatten. Beide koppeldelen werken samen om een stijve koppeling te verwezenlijken in de uitgeschoven positie.A suitable embodiment of the device according to the invention comprises coupling means comprising a female coupling part connected to the first part and a male coupling part connected to the second part. Both coupling parts work together to realize a rigid coupling in the extended position.

De positie van het vrouwelijk koppeldeel in de lengterichting van het eerste mantelbuisdeel kan in beginsel vrij worden gekozen. Om een zo lang mogelijke uitgeschoven mantelbuis te verkrijgen heeft het voordelen de inrichting volgens een uitvoeringsvorm te kenmerken doordat het vrouwelijk koppeldeel zich aan een bovenzijde van het eerste deel bevindt. Dit voordeel wordt versterkt door een uitvoeringsvorm van de inrichting waarbij het mannelijk koppeldeel zich aan een onderzijde van het tweede deel bevindt. Aldus wordt een mantelbuis verkregen waarbij een eerste deel is uit te schuiven ten opzichte van een tweede deel. Omdat een mantelbuis doorgaans vanaf een vaste positie op land of zee wordt neergelaten in de ondergrond bevindt het eerste deel zich in deze uitvoeringsvormen doorgaans lager dan het tweede deel, d.w.z. dichter bij de ondergrond dan het tweede deel.The position of the female coupling part in the longitudinal direction of the first casing pipe part can in principle be chosen freely. In order to obtain a casing tube that has been extended as long as possible, it is advantageous to characterize the device according to an embodiment in that the female coupling part is located on an upper side of the first part. This advantage is enhanced by an embodiment of the device wherein the male coupling part is located on a bottom side of the second part. A casing tube is thus obtained in which a first part can be extended with respect to a second part. Because a casing tube is generally lowered into the subsurface from a fixed position on land or sea, in these embodiments the first part is generally lower than the second part, i.e. closer to the subsurface than the second part.

In een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting omvat het vrouwelijke koppeldeel een van een uitsparing voorzien omtreksdeel, waarbij het mannelijke koppeldeel bij voorkeur een uitsteeksel omvat dat in een uitsparing van het vrouwelijk koppeldeel kan aangrijpen voor het koppelen van beide delen. Een uitsparing van het vrouwelijke koppeldeel is hiertoe bij voorkeur aan een onderzijde van het omtreksdeel in de lengterichting toegankelijk voor een uitsteeksel van het mannelijke koppeldeel. Om een in de lengterichting van de delen vaste koppeling te verkrijgen kan de uitsparing in een uitvoeringsvorm een zijwaarts gerichte zijtak vertonen waarachter het mannelijke uitsteeksel kan worden geschoven door een relatieve rotatie van het eerste en tweede deel. Wordt een rotatie in de andere richting uitgevoerd dan schuift het mannelijke uitsteeksel vanuit de zijtak in de volgens de lengterichting verlopende uitsparing waardoor beide delen kunnen worden ontkoppeld.In a further embodiment of the device the female coupling part comprises a circumferential part provided with a recess, the male coupling part preferably comprising a protrusion which can engage in a recess of the female coupling part for coupling both parts. For this purpose, a recess of the female coupling part is preferably accessible on a lower side of the circumferential part in the longitudinal direction for a protrusion of the male coupling part. In order to obtain a coupling fixed in the longitudinal direction of the parts, the recess may in one embodiment have a laterally directed side branch behind which the male protrusion can be slid by a relative rotation of the first and second part. If a rotation in the other direction is carried out, the male protrusion slides from the side branch into the longitudinal recess, so that both parts can be disconnected.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting wordt deze gekenmerkt doordat het tweede deel een aanslagrand omvat die in de uitgeschoven positie waarin de delen zijn gekoppeld aanligt tegen een aanslagrand van het eerste deel. De aanslagrand van het eerste deel vormt bij voorkeur een onderrand van het vrouwelijke koppeldeel.In an embodiment of the device, it is characterized in that the second part comprises an abutment edge which, in the extended position in which the parts are coupled, abuts against an abutment edge of the first part. The stop edge of the first part preferably forms a lower edge of the female coupling part.

De door het boormiddel losgewerkte gronddelen dienen te worden afgevoerd. In een hiertoe geschikte uitvoeringsvorm van de inrichting omvat deze middelen voor het onderhouden van een spoelmiddelkolom in de mantelbuis, welke spoelmiddelkolom een stroming onderhoudt in een ringruimte tussen de mantelbuis en de bij voorkeur holle boorstreng ten behoeve van het afvoeren van het losgewerkte grondmateriaal. De in de mantelbuis aangebrachte spoelmiddelkolom, die zich overigens uitstrekt tot in de ruimte tussen het in de mantelbuis neergelaten en in hoofdzaak coaxiaal met de mantelbuis opgestelde boormiddel, zorgt voor een drukverschil tussen de bovenzijde van de op de boorstreng aangesloten afvoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal en de onderzijde van de boorstreng, waarbij de druk aan de onderzijde uiteraard hoger is. Hierdoor wordt een stroming in een ringruimte tussen de mantelbuis en de (holle) boorstreng - en dus ook in de op de ringruimte aangesloten afVoermiddelen - onderhouden, in welke stroming het losgewerkte grondmateriaal wordt afgevoerd naar de bovenzijde van de afvoermiddelen, die bijvoorbeeld een op een bovenzijde van de ringruimte aangesloten afvoerslang omvatten. Het van de spoelmiddelkolom afkomstige spoelmiddel (bijvoorbeeld water, mud, lucht, schuim, ... ) zorgt voor het wegspoelen van het losgewerkte grondmateriaal. Om niet onnodig waterdruk te verliezen, wordt de mantelbuis bij voorkeur op dusdanige wijze aangebracht dat deze in hoofdzaak geen water doorlaat aan haar onderzijde. Doorgaans wordt de mantelbuis hiertoe op of in de onder(water)grond geplaatst, zodat er een goede verzegeling en waterafdichting ontstaat aan het onderuiteinde van de mantelbuis.The soil parts loosened by the drilling agent must be removed. In a suitable embodiment of the device, this comprises means for maintaining a rinsing agent column in the casing pipe, which rinsing column maintains a flow in an annular space between the casing pipe and the preferably hollow drill string for discharging the loosely worked base material. The rinsing means column arranged in the casing pipe, which incidentally extends into the space between the drilling means arranged in the casing pipe and which is arranged substantially coaxially with the casing pipe, provides a pressure difference between the top side of the discharge means connected to the drill string for loosely worked soil material and the underside of the drill string, whereby the pressure on the underside is of course higher. As a result, a flow in an annular space between the casing tube and the (hollow) drill string - and therefore also in the discharge means connected to the annular space - is maintained, in which flow the loosely worked soil material is discharged to the top of the discharge means, include a drain hose connected to the top of the annular space. The rinsing agent coming from the rinsing column (for example water, mud, air, foam, etc.) ensures that the loosely worked soil material is washed away. In order not to lose unnecessary water pressure, the casing pipe is preferably arranged in such a way that it substantially does not allow water to pass through on its underside. To this end, the casing pipe is usually placed on or in the under (water) soil, so that a good seal and water seal are created at the bottom end of the casing pipe.

Omdat het boormiddel in de mantelbuis dient opgenomen te worden tijdens het boren heeft de mantelbuis ietwat grotere dwarsafmetingen dan het boormiddel. Bij voorkeur is de mantelbuis cilindrisch uitgevoerd, waarbij een, bij voorkeur eveneens in hoofdzaak cilindrisch, boormiddel in de mantelbuis neerlaatbaar is volgens een richting die overeenkomt met de lengterichting van de mantelbuis.Because the drilling means must be received in the casing during drilling, the casing has somewhat larger cross dimensions than the drilling means. The casing pipe is preferably cylindrical, wherein a, preferably also substantially cylindrical, drilling means can be lowered into the casing pipe in a direction corresponding to the longitudinal direction of the casing pipe.

Om een stroming voor de afVoer van het losgemaakte grondmateriaal te kunnen onderhouden heeft het voordelen als de tussenruimte tussen het boormiddel en een binnenoppervlak van de mantelbuis relatief klein is, in het bijzonder aan een onderzijde van de mantelbuis. Een uitvoeringsvorm van de inrichting die hieraan bijdraagt heeft het kenmerk dat het eerste deel een kleinere diameter heeft dan het tweede deel en gedeeltelijk in het tweede deel kan worden geschoven.In order to be able to maintain a flow for the discharge of the loosened soil material, it is advantageous if the gap between the drilling means and an inner surface of the casing pipe is relatively small, in particular on an underside of the casing pipe. An embodiment of the device which contributes to this is characterized in that the first part has a smaller diameter than the second part and can be partially slid into the second part.

Om te vermijden dat gronddelen en/of spoelmiddel tussen manteloppervlakken van het eerste en het tweede deel terechtkomen, omvat een bovenrand van het eerste deel in een uitvoeringsvorm van de inrichting een afdichting voor een tussenruimte tussen manteloppervlakken van het eerste en het tweede deel.In order to prevent ground parts and / or flushing means from falling between lateral surfaces of the first and second parts, an upper edge of the first part in an embodiment of the device comprises a seal for a gap between lateral surfaces of the first and the second part.

Het eventueel uit de mantelbuis kunnen brengen van de boorkop laat toe dieper dan de onderzijde van de mantelbuis liggende ondergrondlagen van een schacht te voorzien. Omdat daar de structuur van de ondergrond wordt verzwakt kan de mantelbuis gemakkelijker in de ondergrond dringen. Desgewenst kan gebruik worden gemaakt van een zogenaamde ‘underreamer’. In underreaming wordt de boorstreng aan het boorkopuiteinde voorzien van een constructie met radiaal uitklapbare zijarmen. Bij het boren met de armen in uitgeklapte toestand zal een boorgat ontstaan dat breder is dan de door de boorkop geboorde diameter. Hierdoor wordt de grond net onder de mantelbuis weg geboord en kan de mantelbuis dieper in de ondergrond zakken. Underreaming wordt ook toegepast als een bredere voet geboord moet worden om extra paaldraagvermogen of verankering te verkrijgen.The possibility of bringing the drill bit out of the casing pipe allows to provide a base of substrate lying deeper than the underside of the casing pipe. Because the structure of the substrate is weakened there, the casing tube can penetrate the substrate more easily. If desired, a so-called "underreamer" can be used. In underreaming, the drill string is provided at the drill bit end with a construction with radially extendable side arms. When drilling with the arms folded out, a borehole will be created that is wider than the diameter drilled by the drill bit. As a result, the soil is drilled away just below the casing pipe and the casing pipe can sink deeper into the subsurface. Underreaming is also used when a wider foot needs to be drilled to obtain extra pole support or anchoring.

De inrichting omvat middelen waarmee de mantelbuis in de ondergrond kan worden aangebracht, en middelen om het boormiddel in rotatie te brengen. In een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een inrichting verschaft waarbij deze middelen een rotatiemotor omvatten, Geschikte middelen voor het in de ondergrond aanbrengen van de mantelbuis omvatten een rotatiemotor, een hei-inrichting en/of een oscillator. In een uitvoeringsvorm wordt het tweede deel van de telescopische mantelbuis aangedreven door de middelen voor het in de ondergronl aanbrengen van de mantelbuis. Door het eerste en tweede deel in de uitgeschoven positie rotatie- en translatie-vast te koppelen wordt ook het eerste deel aangedreven. In de losgekoppelde positie kan het tweede deel in beginsel worden aangedreven terwijl het eerste deel in hoofdzaak stationair blijft.The device comprises means with which the casing pipe can be arranged in the subsurface, and means for causing the drilling means to rotate. In an embodiment of the invention, a device is provided in which these means comprise a rotary motor. Suitable means for arranging the casing tube in the substrate comprise a rotary motor, a pile-driving device and / or an oscillator. In one embodiment, the second part of the telescopic casing tube is driven by the means for mounting the casing tube in the lower ground. The first and second parts are also driven by rotationally and translation-fixed coupling of the first and second parts in the extended position. In the disconnected position, the second part can in principle be driven while the first part remains substantially stationary.

De inrichting kan zowel op het land als op water worden gebruikt. De voordelen van de uitvinding komen in het bijzonder tot uitdrukking bij gebruik van de inrichting op zee. Hiertoe wordt in een uitvoeringsvorm een drijvend tuig verschaft dat is voorzien van een inrichting volgens de uitvinding. Het drijvend tuig kan bijvoorbeeld een hcfplatform omvatten, dat in de nabijheid van de te vormen schachten wordt geankerd. Een dergelijk hefplatform omvat in een uitvoeringsvorm een verstelbaar buitenboords frame (een ‘outrigger’) dat is voorzien van de middelen voor het in de grond aanbrengen van de mantelbuis, zoals bij voorkeur een rotatiemotor. Het is ook mogelijk de middelen voor het in de ondergrond aanbrengen van de mantelbuis dusdanig in te richten dat de mantelbuis onder een van nul verschillende hoek met de verticale richting in de ondergrond wordt aangebracht. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de rotatiemotor schamierbaar rond een in hoofdzaak horizontale as met het frame te verbinden zodat de rotatiemotor kan worden gekanteld onder een van nul verschillende hoek met de horizontale richting. Met de verticale richting wordt in het kader van onderhavige aanvraag de richting aangeduid die in hoofdzaak loodrecht verloopt op het wateroppervlak. Met de horizontale richting wordt in het kader van onderhavige aanvraag de richting aangeduid die in hoofdzaak evenwijdig aan het wateroppervlak verloopt.The device can be used on land as well as on water. The advantages of the invention are particularly expressed when the device is used at sea. To this end, in an embodiment a floating rig is provided which is provided with a device according to the invention. The floating rig may, for example, comprise a platform that is anchored in the vicinity of the shafts to be formed. In one embodiment such a lifting platform comprises an adjustable outboard frame (an "outrigger") which is provided with the means for arranging the casing tube in the ground, such as preferably a rotary motor. It is also possible to arrange the means for arranging the casing pipe in the subsurface such that the casing pipe is arranged in the subsurface at an angle different from zero. This can be achieved, for example, by pivotally connecting the rotary motor to the frame about a substantially horizontal axis so that the rotary motor can be tilted at a different angle from the horizontal direction. In the context of the present application, the vertical direction denotes the direction that extends substantially perpendicularly to the water surface. In the context of the present application, the horizontal direction denotes the direction which extends substantially parallel to the water surface.

De boorkop kan desgewenst worden voorzien van op toevoerleidingen aangesloten en in hoofdzaak radiaal buitenwaarts gerichte spuitmonden, die zijn ingericht voor het onder een hoge druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, en met de meeste voorkeur tenminste 500 bar in de ondergrond injecteren van een fluïdum ter hoogte van de boorkop. Een dergelijke uitvoeringsvorm maakt het gebruik van een underreaming constructie overbodig, waardoor de mantelbuis relatief eenvoudig op een grotere diepte kan worden gebracht. Het fluïdum kan elke injecteerbare stof omvatten, maar bijzonder geschikt is water, waaraan desgewenst toeslagstoffen zijn toegevoegd, zoals bijvoorbeeld abrasieve en andere schuurmiddelen.The drill bit can, if desired, be provided with nozzles connected to supply lines and directed substantially radially outwards, which nozzles are adapted to enter into the substrate under a high pressure of at least 200 bar, more preferably at least 350 bar, and most preferably at least 500 bar injecting a fluid at the height of the drill bit. Such an embodiment makes the use of an underreaming construction superfluous, as a result of which the casing tube can be brought relatively easily to a greater depth. The fluid can comprise any injectable substance, but particularly suitable is water to which, if desired, additives are added, such as, for example, abrasive and other abrasives.

Het kan ook nuttig zijn de inrichting uit te rusten met op toevoerleidingen aangesloten middelen die zijn ingericht voor het onder druk van ten hoogste 50 bar, met meer voorkeur ten hoogste 30 bar, en met de meeste voorkeur ten hoogste 20 bar injecteren van een transportfluïdum in de holle boorstreng van het boormiddel ter hoogte van de boorkop. Het transportfluïdum heeft bij voorkeur een lagere dichtheid dan water waardoor dit transportfluïdum in de boorstreng opwaarts stijgt waardoor de stroming van het spoelmiddel naar boven verder wordt ondersteund. Een bijzonder geschikt transportfluïdum omvat lucht.It may also be useful to equip the device with means connected to supply lines which are adapted to inject a transport fluid under pressure of at most 50 bar, more preferably at most 30 bar, and most preferably at most 20 bar the hollow drill string of the drilling means at the height of the drill bit. The transport fluid preferably has a lower density than water whereby this transport fluid in the drill string rises upwards, further supporting the flow of the flushing means upwards. A particularly suitable transport fluid comprises air.

Een aspect van de uitvinding betreft een werkwijze voor het boren van een schacht in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. De werkwijze omvat het in de ondergrond aanbrengen van een mantelbuis, waarbij voorafgaandelijk een eerste deel van de mantelbuis telescopisch werd verschoven ten opzichte van een tweede deel van de boorkop langs een zich in een lengterichting van beide delen uitstrekkende gemeenschappelijke as tot in een uitgeschoven positie, het in de uitgeschoven positie koppelen van de delen, het in de mantelbuis neerlaten van een met snij werktuigen voorzien boormiddel, het ontkoppelen van de delen, en het in rotatie brengen van het boormiddel om de schacht te boren.An aspect of the invention relates to a method for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials. The method comprises arranging a casing pipe in the subsurface, wherein a first part of the casing pipe has previously been telescopically shifted with respect to a second part of the drill bit along a common axis extending in a longitudinal direction of both parts into an extended position, coupling the parts in the extended position, lowering a drilling means provided with cutting tools in the casing tube, uncoupling the parts, and rotating the drilling means to drill the shaft.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze worden het eerste deel en het tweede deel gekoppeld en ontkoppeld door een rotatie om de gemeenschappelijke as van ten minste één der delen, bij voorkeur het tweede deel.In an embodiment of the method, the first part and the second part are coupled and disconnected by rotation about the common axis of at least one of the parts, preferably the second part.

De werkwijze wordt bij voorkeur toegepast in situaties waarin de ondergrond zich onder water bevindt en de werkwijze wordt uitgevoerd vanaf een drijvend tuig, bij voorkeur een jackup platform. De telescopische mantelbuis kan tijdens het boren in de ontkoppelde positie worden gebracht waarbij de eerste en tweede delen van de mantelbuis telescopisch ten opzichte van elkaar kunnen verschuiven langs een zich in een lengterichting van beide delen uitstrekkende gemeenschappelijke as. De mantelbuis kan hierbij de effecten van deining opvangen, en werkt in deze situatie als deiningscompensator voor de boorinrichting.The method is preferably applied in situations where the subsurface is under water and the method is carried out from a floating rig, preferably a jackup platform. During drilling, the telescopic casing tube can be brought into the uncoupled position, wherein the first and second parts of the casing tube can shift telescopically with respect to each other along a common axis extending in the longitudinal direction of both parts. The casing can hereby absorb the effects of swell, and in this situation acts as a swell compensator for the drilling device.

Tenslotte wordt aangegeven dat de in deze octrooiaanvraag beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding gecombineerd kunnen worden in elke mogelijke combinatie van deze uitvoeringsvormen, en dat elke uitvoeringsvorm afzonderlijk het voorwerp uit kan maken van een afgesplitste octrooiaanvrage.Finally, it is indicated that the embodiments of the invention described in this patent application can be combined into any possible combination of these embodiments, and that each embodiment can separately be the subject of a split-off patent application.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een inrichting en werkwijze voor het boren van een schacht in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven zonder dat de uitvinding daartoe wordt beperkt. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren. In de figuren toont: figuur 1 een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding in een gekoppelde toestand (links) en een ontkoppelde toestand (rechts); figuur 2 een schematisch perspectivisch detailaanzicht van koppelmiddelen volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; en tenslotte figuren 3A-3H een aantal opeenvolgende stappen van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.Other details and advantages of the invention will be apparent from the following description of a device and method for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials. This description is only given by way of example without the invention being limited thereto. The reference numerals relate to the attached figures. In the figures: figure 1 shows a schematic side view of an embodiment of the device according to the invention in a coupled state (left) and a disconnected state (right); figure 2 shows a schematic perspective detail view of coupling means according to an embodiment of the invention; and finally, Figures 3A-3H show a number of consecutive steps of an embodiment of the method according to the invention.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDINGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een inrichting 1 getoond voor het boren van een schacht 2 in een grondlaag 3. Grondlaag 3 omvat bij voorkeur rots, maar kan ook klei en/of aanverwante materialen omvatten. De grondlaag 3 kan zijn bedekt met een deklaag 3a of ‘overburden’, die doorgaans wat lossere gesteentes omvat. De inrichting 1 omvat een mantelbuis 4 die bijvoorbeeld door heien, oscillatie of trillen tenminste over een deel van haar lengte in de deklaag 3a en eventueel ook in de ondergrond 3 kan worden aangebracht. De diameter van de mantelbuis 4 kan in beginsel binnen brede grenzen worden gekozen. Doordat de mantelbuis 4 aan haar onderzijde steunt vindt op of in de grondlaag 3 wordt een in hoofdzaak water ondoorlatende verzegeling bereikt, doch dit kan enigszins afhangen van de eigenschappen van de grondlaag 3 en is daarom niet essentieel voor de uitvinding. De mantelbuis 4 omvat in de getoonde uitvoeringsvorm een dikwandige stalen buis, die geschikt is om de opgeroepen krachten tijdens het inbrengen van de mantelbuis 4 in de grondlaag 3 en het boren te weerstaan.With reference to Figure 1, a device 1 is shown for drilling a shaft 2 in a base layer 3. Base layer 3 preferably comprises rock, but can also comprise clay and / or related materials. The base layer 3 can be covered with a cover layer 3a or "overburden", which usually comprises somewhat looser rocks. The device 1 comprises a casing tube 4 which, for example by piling, oscillation or vibrating, can be provided at least over a part of its length in the cover layer 3a and possibly also in the substrate 3. The diameter of the casing tube 4 can in principle be chosen within wide limits. Because the casing tube 4 is supported on its underside on or in the base layer 3, a substantially water-impermeable seal is achieved, but this may depend somewhat on the properties of the base layer 3 and is therefore not essential for the invention. In the embodiment shown, the casing pipe 4 comprises a thick-walled steel pipe which is suitable for resisting the forces called up during the insertion of the casing pipe 4 into the base layer 3 and the drilling.

Volgens de uitvinding omvat de mantelbuis 4 een eerste deel 4a en een tweede deel 4b. De delen (4a, 4b) zijn telescopisch ten opzichte van elkaar verschuifbaar langs een zich in een lengterichting 40 van beide delen (4a, 4b) uitstrekkende gemeenschappelijke as 4c tussen een uitgeschoven positie, getoond in de linkse tekening van figuur 1, waarin de delen (4a, 4b) met koppelmiddelen (5, 6) zijn gekoppeld, en een ingeschoven positie, getoond in de rechtse tekening van figuur 1, waarin de delen (4a, 4b) zijn ontkoppeld en het eerste deel 4a telescopisch beweegbaar is in het tweede deel 4b over een afstand 41.According to the invention, the jacket tube 4 comprises a first part 4a and a second part 4b. The parts (4a, 4b) are telescopically slidable with respect to each other along a common axis 4c extending in a longitudinal direction 40 of both parts (4a, 4b) between an extended position, shown in the left-hand drawing of Figure 1, in which the parts (4a, 4b) are coupled to coupling means (5, 6), and a retracted position, shown in the right-hand drawing of Figure 1, in which the parts (4a, 4b) are disconnected and the first part 4a is telescopically movable in the second part 4b over a distance 41.

Onder verwijzing naar figuur 2 omvatten de koppelmiddelen (5, 6) een aan het eerste deel 4a verbonden vrouwelijk koppeldeel 5 en een aan het tweede deel 4b verbonden mannelijk koppeldeel 6. Om een maximale lengte in de uitgeschoven positie te kunnen bereiken bevindt het vrouwelijk koppeldeel 5 zich aan een bovenzijde 41 van het eerste deel 4a, terwijl het mannelijk koppeldeel 6 zich op relatief geringe afstand aan een onderzijde 42 van het tweede deel 4b bevindt. Omdat in de getoonde uitvoeringsvorm het eerste deel 4a een kleinere diameter 43 heeft dan de binnendiameter 44 van het tweede deel 4b kan het eerste deel 4a althans gedeeltelijk in het tweede deel 4b worden geschoven.With reference to Figure 2, the coupling means (5, 6) comprise a female coupling part 5 connected to the first part 4a and a male coupling part 6 connected to the second part 4b. In order to be able to reach a maximum length in the extended position, the female coupling part is located 5 is located on an upper side 41 of the first part 4a, while the male coupling part 6 is situated at a relatively small distance on an underside 42 of the second part 4b. Because in the embodiment shown the first part 4a has a smaller diameter 43 than the inner diameter 44 of the second part 4b, the first part 4a can be at least partially pushed into the second part 4b.

Onder verwijzing naar figuur 2 omvat het vrouwelijke koppeldeel 5 een omtreksdeel 50 dat is voorzien van twee regelmatig over een omtreksrichting 51 van het omtreksdeel 50 verdeelde uitsparingen 52. Het omtreksdeel 50 wordt bij voorkeur met een buitenoppervlak 46 van het eerste deel 4a verbonden door middel van lassen. De uitsparingen 52 hebben aan een onderzijde ervan een open uiteinde 52a en een in hoofdzaak in de omtreksrichting van het omtreksdeel verlopende zijtak 52b. Vier op een inwendig manteloppervlak 45 van het tweede deel 4b aangebrachte in een radiale richting 53 uitstekende uitsteeksels vormen het mannelijke koppeldeel 6. De uitsteeksels worden bij voorkeur op een inwendig oppervlak 45 van het tweede deel 4b gelast. Het is ook mogelijk een andere wijze van verbinding toe te passen, bijvoorbeeld een losmaakbare verbinding ten behoeve van eenvoudige vervanging na slijtage. Opgemerkt wordt dat het buitendeel 4b in figuur 2 doorzichtig is weergegeven. Het aantal uitsparingen 52 en uitsteeksels 6 kan in beginsel vrij worden gekozen en worden aangepast aan de diameter van de mantelbuis, waarbij het aantal van tenminste twee kan worden verhoogd bij grotere diameters bijvoorbeeld.With reference to Figure 2, the female coupling part 5 comprises a circumferential part 50 which is provided with two recesses 52 which are regularly distributed over a circumferential direction 51 of the circumferential part 50. The circumferential part 50 is preferably connected to an outer surface 46 of the first part 4a by means of welding. The recesses 52 have on their underside an open end 52a and a side branch 52b extending substantially in the circumferential direction of the circumferential part. Four protrusions projected in an radial direction 53 on an inner surface surface 45 of the second part 4b form the male coupling part 6. The protrusions are preferably welded onto an internal surface 45 of the second part 4b. It is also possible to use another method of connection, for example a releasable connection for the purpose of simple replacement after wear. It is noted that the outer part 4b in Figure 2 is shown transparent. The number of recesses 52 and protrusions 6 can in principle be freely selected and adapted to the diameter of the casing tube, wherein the number of at least two can be increased with larger diameters, for example.

Door het eerste deel 4a in de lengterichting 40 ten opzichte van het tweede deel 4b te verschuiven waarbij de uitsparingen 52 worden uitgelijnd met de uitsteeksels 6 kunnen deze laatste in de uitsparingen 52 worden geschoven en hierin aangrijpen voor het koppelen van beide delen (4a, 4b). Om een in de lengterichting 40 van de delen (4a, 4b) vaste koppeling te verkrijgen wordt het tweede deel 4b om de lengteas 4c geroteerd in tegenwijzerzin volgens de pijl 54, terwijl het eerste deel 4a stationair blijft. Hierdoor schuiven de mannelijke uitsteeksels 6 in de zijwaarts gerichte zijtakken 52b van de uitsparingen 52 waardoor de verbinding tussen de delen (4a, 4b) zowel in de lengterichting 40 als in de rotatierichting in tegenwijzerzin 55 een vaste verbinding is. Wordt het tweede deel 4b van de mantelbuis 4 in tegenwijzerzin 55 door een rotatiemotor 7b geroteerd, bijvoorbeeld om de mantelbuis 4 in de ondergrond (3, 3a) te drijven, dan zullen de delen (4a, 4b) gezamenlijk roteren en gedragen de mantelbuisdelen (4a, 4b) zich als één geheel. Om de delen (4a, 4b) los te koppelen wordt het tweede deel 4b in wijzerzin 54 geroteerd waarbij het eerste deel 4a opnieuw stationair wordt gehouden. Hierdoor schuiven de mannelijke uitsteeksels vanuit de zijtakken 52b in de volgens de lengterichting 40 verlopende uitsparingen 52 waardoor beide delen (4a, 4b) door een relatieve translatie in de lengterichting 40 kunnen worden ontkoppeld. Een uitvoeringsvorm waarin de bovengenoemde rotatierichtingen zijn omgekeerd (wijzerzijn wordt tegenwijzerzin en andersom) is ook mogelijk.By sliding the first part 4a in the longitudinal direction 40 with respect to the second part 4b, whereby the recesses 52 are aligned with the projections 6, the latter can be pushed into the recesses 52 and engage therein for coupling the two parts (4a, 4b) ). In order to obtain a fixed coupling in the longitudinal direction 40 of the parts (4a, 4b), the second part 4b is rotated about the longitudinal axis 4c counterclockwise according to the arrow 54, while the first part 4a remains stationary. As a result, the male protrusions 6 slide into the lateral side branches 52b of the recesses 52, so that the connection between the parts (4a, 4b) is a fixed connection both in the longitudinal direction 40 and in the direction of rotation in the counter-clockwise direction 55. If the second part 4b of the casing pipe 4 is rotated in a counter-clockwise direction 55 by a rotary motor 7b, for example to drive the casing pipe 4 into the substrate (3, 3a), the parts (4a, 4b) will rotate jointly and the casing pipe parts ( 4a, 4b) as a whole. To disconnect the parts (4a, 4b), the second part 4b is rotated clockwise 54, the first part 4a being held stationary again. As a result, the male protrusions slide from the side branches 52b into the recesses 52 extending in the longitudinal direction 40, so that both parts (4a, 4b) can be disconnected by a relative translation in the longitudinal direction 40. An embodiment in which the above-mentioned rotation directions are reversed (clockwise becomes counter-clockwise and vice versa) is also possible.

Om het eerste manteldeel 4a te centreren ten opzichte van het tweede manteldeel 4b is het inwendig manteloppervlak 45 van het tweede deel 4b aan een onderzijde 42 ervan voorzien van een aanslag 60 met aanslagrand 60a. De aanslagrand 60a ligt in de uitgeschoven positie waarin de delen (4a, 4b) zijn gekoppeld aan tegen een onderrand 50a van het omtreksdeel 50 van het vrouwelijke koppeldeel 5, waarbij de onderrand 50a dienst doet als aanslagrand. De aanslag 60 loopt niet in de volledige omtreksrichting door (geen 360°) om te vermijden dat er zich losgeboord materiaal zou ophopen tussen beide delen (4a, 4b).In order to center the first casing part 4a with respect to the second casing part 4b, the inner casing surface 45 of the second part 4b is provided on a lower side 42 thereof with a stop 60 with stop edge 60a. The stop edge 60a is in the extended position in which the parts (4a, 4b) are coupled to a lower edge 50a of the peripheral part 50 of the female coupling part 5, the lower edge 50a serving as the stop edge. The stop 60 does not extend in the full circumferential direction (not 360 °) to prevent loosely drilled material from accumulating between the two parts (4a, 4b).

Om verder te vermijden dat er zich materiaal kan ophopen tussen een binnenwand 45 van het tweede deel 4b en een buitenwand 46 van het eerste deel 4a is de bovenrand 41 van het koppeldeel 5 (welke samenvalt met een bovenrand van het eerste deel 4a) voorzien van een afdichting in de vorm van een rubberen ring 56, die met bouten 57 op de bovenrand 41 is bevestigd en die de tussenruimte tussen de manteloppervlakken (46, 45) van het eerste en het tweede deel afsluit. In een andere uitvoeringsvorm is de rubberen ring 56 vervangen door twee kunststof schaaldelen die in de tussenruimte tussen het eerste manteldeel 4a en het tweede manteldeel 4b zijn opgenomen (gelijkaardig aan het aanslagdelen 60). De kunststof schaaldelen strekken zich in de omtreksrichting over ongeveer 180° uit en liggen met in de lengterichting 40 verlopende randen tegen elkaar aan. De schaaldelen worden bij voorkeur los (niet mechanisch verbonden) in de tussenruimte aangebracht en kunnen eenvoudig worden weggenomen en vervangen door nieuwe exemplaren door het (binnenste) eerste manteldeel 4a aan een bovenzijde uit het (buitenste) tweede manteldeel 4b te voeren waarbij de schaaldelen vrijkomen. De mantelbuis 4 is voldoende ruim om plaats te bieden aan een boormiddel dat kan worden neergelaten in de mantelbuis 4 tot een positie ter hoogte van de onderzijde 47 van de mantelbuis 4. Het boormiddel omvat een holle boorstreng 10 die aan de naar de ondergrond 3 gekeerde zijde is voorzien van een boorkop 8 met snij werktuigen, bijvoorbeeld een zogenaamde ‘down the hole hammer’ (DTH). De uitvinding is echter niet beperkt tot een bepaald type boorkop 8To further prevent material from accumulating between an inner wall 45 of the second part 4b and an outer wall 46 of the first part 4a, the upper edge 41 of the coupling part 5 (which coincides with an upper edge of the first part 4a) is provided with a seal in the form of a rubber ring 56, which is fastened with bolts 57 to the upper edge 41 and which closes the gap between the jacket surfaces (46, 45) of the first and the second part. In another embodiment, the rubber ring 56 is replaced by two plastic shell parts which are accommodated in the gap between the first casing part 4a and the second casing part 4b (similar to the stop parts 60). The plastic shell parts extend approximately 180 ° in the circumferential direction and abut each other with edges extending in the longitudinal direction 40. The shell parts are preferably arranged separately (not mechanically connected) in the gap and can easily be removed and replaced by new ones by leading the (inner) first casing part 4a on top of the (outer) second casing part 4b, whereby the shell parts are released . The casing tube 4 is sufficiently spacious to accommodate a drilling means that can be lowered into the casing tube 4 to a position at the level of the underside 47 of the casing tube 4. The drilling means comprises a hollow drill string 10 which faces the substrate 3 side is provided with a drill head 8 with cutting tools, for example a so-called 'down the hole hammer' (DTH). However, the invention is not limited to a specific type of drill bit 8

De boorstreng 10 wordt aangedreven door middelen voor het in rotatie en translatie brengen van de boorstreng 10 (en dus ook van de boorkop 8) in de vorm van een rotatiemotor 7a. Op de, desgewenst holle, boorstreng 10 kunnen (niet getoonde) afVoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal worden aangesloten. Het transleren van de boorstreng 10 in de lengterichting 40 van de mantelbuis 4 kan eveneens door de motor 7a worden verwezenlijkt, waarbij de boorkop 10 uit de mantelbuis 4 kan worden gebracht of in de mantelbuis 4 kan worden teruggetrokken. Het zal duidelijk zijn dat de aandrijving van de boorstreng 10 en van de mantelbuis 4 op bekende wijze gebeurt waarbij de hiervoor benodigde apparatuur aanwezig wordt geacht.The drill string 10 is driven by means for bringing the drill string 10 (and therefore also the drill bit 8) into rotation and translation in the form of a rotary motor 7a. To the, if desired, hollow, drill string 10, discharge means for loosely worked soil material can be connected (not shown). Translating the drill string 10 in the longitudinal direction 40 of the casing tube 4 can also be realized by the motor 7a, wherein the drill bit 10 can be brought out of the casing tube 4 or withdrawn into the casing tube 4. It will be clear that the drive of the drill string 10 and of the casing pipe 4 takes place in known manner, wherein the equipment required for this is considered to be present.

Door de boorstreng 10 aan de bovenzijde ervan in rotatie en translatie te brengen wordt de boorkop 8 eveneens in rotatie en translatie gebracht in de lengterichting 40 van de mantelbuis 4, welke richting 40 tevens de boorrichting voorstelt, waarbij door inwerking van de snijwerktuigen de ondergrond (3, 3a) wordt verbrijzeld en een schacht 2 wordt gevormd. Hoewel de mantelbuis 4 en boorstreng 10 in de getoonde figuren nagenoeg verticaal verlopen kunnen deze ten opzichte van de verticale richting volgens gelijk welke van nul verschillende hoek worden ingesteld, bijvoorbeeld vanaf een hefeiland of ponton, of vanaf de landzijde wanneer de inrichting deel uitmaakt van een voertuig bijvoorbeeld.By turning the drill string 10 on its upper side in rotation and translation, the drill bit 8 is also brought in rotation and translation in the longitudinal direction 40 of the casing tube 4, which direction 40 also represents the drilling direction, whereby the substrate is influenced by the action of the cutting tools ( 3, 3a) is crushed and a shaft 2 is formed. Although in the figures shown the casing pipe 4 and drill string 10 run substantially vertically with respect to the vertical direction, they can be adjusted to any angle that is different from zero, for example from a lifting platform or pontoon, or from the land side when the device forms part of a vehicle for example.

De inrichting 1 kan tevens zijn voorzien van (niet getoonde) middelen voor het onderhouden van een waterkolom in de mantelbuis 4, bijvoorbeeld in de vorm van een pomp met voldoende opvoerhoogte en debiet om een zo hoog mogelijk waterpeil in de mantelbuis 4 te onderhouden. De waterkolom zorgt voor een drukverschil tussen de bovenzijde van de mantelbuis 4 en de onderzijde van boorstreng 10 ter hoogte van de boorkop 8, waarbij de druk aan de onderzijde uiteraard hoger is. Door dit drukverschil, en doordat de mantelbuis 4 aan de onderzijde open is zodat een doorvoer mogelijk is naar de ringruimte tussen de boorstreng 10 en de mantelbuis 4 (4a, 4b) stromen water en losgewerkt grondmateriaal de ringruimte in waar zij worden meegevoerd met een volgens de pijl P gerichte opwaartse stroming in de tussen de boorstreng 10 en de mantelbuis 4 gelegen ringruimte en aan een bovenzijde van de inrichting 1 worden afgevoerd. Eventueel kan het losgewerkte grondmateriaal ook via een in de boorstreng 10 opgenomen holte 10a worden afgevoerd. Desgewenst wordt de opwaartse stroming volgens pijl P ondersteund door hierin van onderuit luchtbellen te blazen. De mantelbuis 4, in het bijzonder het eerste manteldeel 4a en/of het tweede manteldeel 4b, is in een uitvoeringsvorm voorzien van over de lengte van de mantelbuis 4 verdeelde openingen om afgevoerde grondmateriaaldelen naar het omgevende water af te kunnen voeren.The device 1 can also be provided with means (not shown) for maintaining a water column in the casing pipe 4, for example in the form of a pump with sufficient head and flow to maintain the highest possible water level in the casing pipe 4. The water column provides a pressure difference between the top of the casing pipe 4 and the bottom of drill string 10 at the height of the drill bit 8, the pressure on the underside being naturally higher. Due to this pressure difference, and because the casing 4 is open at the bottom so that a passage is possible to the annular space between the drill string 10 and the casing 4 (4a, 4b), water and loosely worked soil material flow into the annular space where they are entrained with an according to the upward flow directed by the arrow P in the ring space located between the drill string 10 and the casing tube 4 and on a top side of the device 1 are discharged. Optionally, the loosely worked soil material can also be discharged via a cavity 10a received in the drill string 10. If desired, the upward flow according to arrow P is supported by blowing air bubbles from below. In one embodiment, the casing pipe 4, in particular the first casing part 4a and / or the second casing part 4b, is provided with openings distributed over the length of the casing pipe 4 in order to be able to drain discharged raw material parts to the surrounding water.

Onder verwijzing naar figuren 3A-3H wordt een ponton 30 getoond dat is voorzien van een inrichting 1 volgens de uitvinding. Een dergelijke drijvende uitvoeringsvorm is in het bijzonder geschikt voor het boren van gaten in onderwaterbodems waarin na het verwijderen van de boorstreng explosieven kunnen worden aangebracht.With reference to figures 3A-3H, a pontoon 30 is shown which is provided with a device 1 according to the invention. Such a floating embodiment is particularly suitable for drilling holes in underwater bottoms in which explosives can be arranged after removal of the drill string.

Het getoonde ponton 30 is voorzien van een boormast 32, en desgewenst van andere hulpmiddelen. De inrichting 1 ten minste omvattende de rotatiemotoren (7a, 7b) en de daaraan verbonden mantelbuis 4 en boorstreng 10 kan langs de boormast 32 worden gehesen en neergelaten. De inrichting 1 wordt hierbij ondersteund door een verstelbaar buitenboordframe 33 (ook wel aangeduid met de term ‘outrigger’).The pontoon 30 shown is provided with a drilling mast 32 and, if desired, with other aids. The device 1 at least comprising the rotary motors (7a, 7b) and the casing pipe 4 and drill string 10 connected thereto can be hoisted and lowered along the drilling mast 32. The device 1 is herein supported by an adjustable outboard frame 33 (also referred to by the term "outrigger").

Onder verwijzing naar figuur 3A wordt vooreerst een mantelbuis 4 met boorstreng 10 in een gewenste positie gebracht, waarbij de mantelbuis/boorstreng combinatie (4, 10) zich in een bovenste positie van de boormast 32 bevindt. De boorstreng 10 bevindt zich in de mantelbuis 4, waarvan beide delen (4a, 4b) gekoppeld zijn. Hierbij is het eerste deel 4a uitgeschoven ten opzichte van het tweede deel 4b.With reference to Fig. 3A, first a casing pipe 4 with drill string 10 is brought into a desired position, the casing pipe / drill string combination (4, 10) being in an upper position of the drilling mast 32. The drill string 10 is located in the casing tube 4, both parts of which (4a, 4b) are coupled. The first part 4a is hereby extended with respect to the second part 4b.

Volgens figuur 3B wordt de mantelbuis/boorstreng combinatie (4, 10) vervolgens neerwaarts langs de boormast 32 bewogen totdat de onderzijde 47 van het eerste deel 4a van de mantelbuis de deklaag 3a bereikt.According to Figure 3B, the casing pipe / drill string combination (4, 10) is then moved downwards along the drilling mast 32 until the underside 47 of the first part 4a of the casing pipe reaches the cover layer 3a.

Zoals wordt getoond in figuur 3C wordt de mantelbuis 4 daarna in de deklaag 3a gedreven door de mantelbuis bijvoorbeeld onder aandrijving van de rotatiemotor 7b in tegenwijzerzin 54 te roteren totdat de gewenste diepte wordt bereikt, bijvoorbeeld de diepte van de ondergrond 3.As shown in Fig. 3C, the casing tube 4 is then driven into the cover layer 3a by rotating the casing tube, for example, while driving the rotary motor 7b counterclockwise 54 until the desired depth is reached, for example, the depth of the substrate 3.

Vervolgens worden in een in figuur 3D getoonde vervolgstap de beide delen (4a, 4b) van de mantelbuis 4 ontkoppeld door rotatie van het tweede deel 4b in de wijzerzin 55 onder aandrijving van de rotatiemotor 7b over een hoek van ongeveer 45 graden. Een onderzijde van de mantelbuis 4 rust hierbij op de ondergrond 3. Bij voorkeur is de ondergrond 3 op de inbrengdiepte van de mantelbuis 4 een harde laag zoals rots, kalk, harde klei of dicht gepakt zand. De deklaag 3a omvat doorgaans eenvoudiger doordringbare grond, zoals verweerde rots, klei, veen, los gepakt zand, of combinaties hiervan.Subsequently, in a subsequent step shown in Figure 3D, the two parts (4a, 4b) of the casing tube 4 are disconnected by rotation of the second part 4b in the clockwise direction 55 while driving the rotary motor 7b through an angle of approximately 45 degrees. A bottom side of the casing pipe 4 here rests on the substrate 3. Preferably, the substrate 3 on the insertion depth of the casing pipe 4 is a hard layer such as rock, lime, hard clay or densely packed sand. The cover layer 3a generally comprises more easily permeable soil, such as weathered rock, clay, peat, loosely packed sand, or combinations thereof.

Vervolgens wordt de boorstreng 10 in rotatie gebracht met de rotatiemotor 7a en verder in de ondergrond 3 gedreven waarbij een schacht 2 wordt gevormd (figuur 3E). De mantelbuisdelen (4a, 4b) zijn ontkoppeld zodat het tweede deel 4b in de lengterichting 40 relatief vrij beweegbaar is over een afstand 41 ten opzichte van het eerste deel 4a dat op de ondergrond 3 staat. Hierdoor worden schommelingen van het ponton 30 door deining bijvoorbeeld opgevangen. Tijdens het boren kan het losgemaakte grondmateriaal desgewenst via een in de holle boorstreng 10 onderhouden opwaartse waterstroming worden afgevoerd.The drill string 10 is then brought into rotation with the rotary motor 7a and further driven into the substrate 3, whereby a shaft 2 is formed (Figure 3E). The casing tube parts (4a, 4b) are disconnected so that the second part 4b is relatively freely movable in the longitudinal direction 40 over a distance 41 with respect to the first part 4a which stands on the substrate 3. As a result, swings of the pontoon 30 are absorbed by swell, for example. During drilling, the loosened soil material can, if desired, be discharged via an upward water flow maintained in the hollow drill string 10.

In de in figuur 3 F getoonde werkwijze stap wordt de boorstreng 10 vervolgens door de rotatiemotor 7a teruggetrokken in de mantelbuis 4 tot in een positie waarin de rotatiemotor 7a van de boorstreng 10 zich bovenaan de boormast 32 bevindt. Hierbij is de boorstreng 10 volledig uit de mantelbuis 4 getrokken.In the method step shown in Figure 3F, the drill string 10 is subsequently withdrawn by the rotary motor 7a into the casing tube 4 to a position where the rotary motor 7a of the drill string 10 is located at the top of the drill mast 32. The drill string 10 is hereby completely pulled out of the casing tube 4.

In figuur 3G wordt schematisch een mogelijk volgende stap van de werkwijze weergegeven, waarin explosieven in een detonator worden geladen, de detonator en een pompslang voor de explosie ven vervolgens door de nog altijd ontkoppelde mantelbuis 4 naar beneden tot in de ondergrond 3 worden gevoerd, explosieven door de leiding naar een onderzijde van de schacht 2 worden gevoerd, en de lading tot ontploffing wordt gebracht.Figure 3G schematically shows a possible next step of the method, in which explosives are loaded into a detonator, the detonator and a pump hose for the explosion are then led down through the still-disconnected jacket tube 4 into the substrate 3, explosives are passed through the conduit to a bottom of the shaft 2, and the charge is exploded.

Tenslotte worden de mantelbuisdelen (4a, 4b) gekoppeld door een gecombineerde translatie in de lengterichting 40 en rotatie in tegenwijzerzin 54 van het tweede deel 4b ten opzichte van het stationaire eerste deel 4a, waarna de mantelbuis 4 naar boven wordt gehesen met behulp van de boormast 32. Een eventuele detonatorkabel 35 wordt ingehaald en het van de inrichting 1 voorziene ponton 30 wordt naar een volgende boorpositie gebracht, waar de bovenbeschreven werkwijze wordt herhaald.Finally, the casing pipe parts (4a, 4b) are coupled by a combined translation in the longitudinal direction 40 and rotation counterclockwise 54 of the second part 4b relative to the stationary first part 4a, after which the casing pipe 4 is lifted upwards with the aid of the drill mast 32. Any detonator cable 35 is caught up and the pontoon 30 provided with the device 1 is brought to a next drilling position where the above-described method is repeated.

De uitgevonden inrichting en werkwijze zijn in het bijzonder geschikt voor het boren van schachten in een ondergrond waarop zich een deklaag of‘overburden’ bevindt, waarbij de diepte van de ondergrond niet altijd goed bekend is. Door gebruik te maken van de uitgevonden telescopische mantelbuis wordt veel tijd uitgespaard omdat de lengte van de mantelbuis zich automatisch aanpast aan de diepte van de ondergrond. Ook fungeert de telescopische mantelbuis als deiningscompensator.The invented device and method are particularly suitable for drilling shafts in a substrate on which there is a coating or "overburden", wherein the depth of the substrate is not always well known. Making use of the invented telescopic casing pipe saves a lot of time because the length of the casing pipe automatically adjusts to the depth of the substrate. The telescopic casing also functions as a swell compensator.

De uitvinding is niet beperkt tot de hier beschreven uitvoeringsvorm en vele wijzigingen zouden hieraan kunnen worden aangebracht voorzover deze wijzigingen binnen het raamwerk van de hieraan toegevoegde conclusies vallen.The invention is not limited to the embodiment described here and many changes could be made to it insofar as these changes fall within the framework of the appended claims.

Claims

CONCLUSIONS

Device for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials, comprising a casing pipe and means for arranging the casing pipe in the ground; and furthermore a drilling means dropable in the casing tube and provided with a drill head with cutting tools and means for rotating the drilling means; wherein the casing tube comprises a first and a second part which are telescopically slidable relative to each other along a common axis extending in the longitudinal direction of both parts between a slid-out position in which the parts are coupled to coupling means, and a slid-in position.

Device as claimed in claim 1, wherein the coupling means comprise a female coupling part connected to the first part and a male coupling part connected to the second part.

Device as claimed in claim 2, wherein the female coupling part is located on an upper side of the first part.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the male coupling part is located on a bottom side of the second part.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the first part has a smaller diameter than the second part and can be partially slid into the second part.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the female coupling part comprises a peripheral part provided with a recess.

Device as claimed in claim 6, wherein the male coupling part comprises a protrusion which can engage in a recess of the female coupling part for coupling of both parts.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the second part comprises an abutment edge which, in the extended position in which the parts are coupled, abuts against an abutment edge of the first part.

The device of claim 1, wherein the abutment edge of the first portion forms a lower edge of the female coupling portion.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein an upper edge of the first part comprises a seal for a space between casing surfaces of the first and the second part.

A floating rig, provided with a device according to any one of claims 1-10.

12. Method for drilling a shaft in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials, comprising arranging a casing pipe in the substrate, wherein a first part of the casing pipe was telescopically displaced relative to a second part from the drill bit along a common axis extending in a longitudinal direction of both parts into an extended position, coupling the parts in the extended position, lowering a drilling means provided with cutting tools into the casing, decoupling the parts, and rotating the drilling means to drill the shaft.

A method according to claim 12, wherein the first part and the second part are coupled and disconnected by rotation about the common axis of at least one of the parts.

A method according to claim 12 or 13, wherein the substrate is submerged in water and the method is performed from a jackup platform.