CN102003137A - 钻探设备和钻探方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使用钻探装置在钻管内钻探的钻探设备和钻探方法，该钻探装置具有支撑框架和钻探工具，该支撑框架带有用于相对于钻管固定的紧固装置，该钻探工具借助于设置在支撑框架上的钻探驱动装置通过伸缩杆以旋转的方式被驱动。按照本发明，容纳部件设置在钻管上端，支撑框架可被紧固在该容纳部件上。容纳部件可调节地被支撑在钻探位置与偏移位置之间，在偏移位置，容纳部件相对于钻管侧向偏移。

Description

钻探设备和钻探方法

技术领域

本发明涉及一种带有用于在钻管(casing tube)内钻探的钻探装置的钻探设备，该钻探装置具有支撑框架和钻探工具，该支撑框架带有用于相对于钻管固定的紧固装置，该钻探工具借助于设置在支撑框架上的钻探驱动装置通过伸缩杆以旋转的方式被驱动。

本发明还涉及一种用于在钻管内产生钻孔的钻探方法，其中钻探装置的支撑框架相对于钻管被固定，并且借助于设置在支撑框架上的钻探驱动装置，钻探工具通过伸缩杆以旋转的方式被驱动，借以在钻管内部除去土壤材料。

背景技术

从EP1154078B1已知这种类型的钻探设备和钻探方法。为了在软质地层中产生钻探桩，首先借助于已知的引导设备将钻管顶入或旋入。为了除去钻管内部的土壤材料，起重装置用来设置在带有支撑框架的钻探装置上，该支撑框架被夹固在钻管的上端。使用该起重装置通过伸缩式方钻杆(Kelly rod)降下用作钻探工具的钻斗(drilling bucket)。通过设置在被夹固的支撑框架上的钻探驱动装置通过方钻杆以旋转方式驱动该钻探装置的钻探工具。

一旦钻斗的容纳空间充满被除去的土壤材料，就通过起重装置再次提升钻探工具，支撑框架与钻管分离并且整个钻探装置相对于钻管侧向摆动，并且钻斗在此位置被倒空。为了在钻探装置再次被置于钻管上之后继续钻探，将支撑框架夹固于其上并且又一次降下钻探工具。

在钻孔成形后，使用起重装置整体除去钻探工具，并且例如通过插入由钢和大块混凝土制成的加强笼填充钻管内产生的腔以便产生基桩。

总而言之，这种已知的钻探方法很有效，因为钻探完成后可通过起重装置将钻探装置移至下一钻管使得可随即着手下一钻孔。由于钻探装置通过缆索悬挂在起重装置上的事实，形成了能够通过起重装置以快速和有效的方式特别是在复杂地形上移动的所谓的“飞钻探装置(flying drilling apparatus)”。

在不利天气条件的情况下，特别是在强风的情况下，钻探装置在钻管上的安放和支撑框架的夹固要求起重装置内的操作员经验丰富且技术娴熟。由于悬挂在起重缆索上的钻探装置的摇摆运动，在工作过程期间可能出现时间延迟。

发明内容

本发明基于提供即使在不利天气条件下也能实现钻管中的钻孔的有效生产的钻探设备和钻探方法的目的。

按照本发明，分别通过具有权利要求1的特征的钻探设备和具有权利要求8的特征的钻探方法达到该目的。本发明的优选实施例在相应的从属权利要求中陈述。

根据本发明的钻探设备的特征在于，在钻管的上端设置了可调节的容纳部件，支撑框架可被紧固于其上，并且该容纳部件可调节地支撑在钻探位置与偏移位置之间，在钻探位置，钻探装置位于相对于钻管在同一轴线上的容纳部件中，在偏移位置，容纳部件相对于钻管侧向偏移。

本发明的基本理念在于以下事实：在产生钻孔期间，例如，为了倒空钻探工具，或当执行测量操作或维护操作时，钻探装置不再与钻管完全分离。相反，钻探装置保持与钻管连接并以限定的方式在其上进行调节。根据本发明，钻探装置不再被直接夹固在钻管上，而是被夹固在设于其上的容纳部件上，该容纳部件以可调节方式被支撑在钻管上。因此，例如在强风的情况下，可实现在钻探位置与例如可倒空钻探工具的偏移位置之间快速和可靠地调节钻探装置位于其上的容纳部件。优选的是，偏移位置是这样设置的：还对钻管的上开口提供自由通道使得可在钻孔内执行例如测量操作或其它工作操作。

结果，总体上方便了工作过程，即使在强风条件的情况下也允许钻探工具快速和可靠的倒空。因此，根据本发明的钻探设备还可用于例如离岸区域中以在海底产生基桩。强海风以及设置在水上运载工具上的起重装置的摇摆运动很难对工作过程产生任何影响。

基本上而言，容纳部件的调节可通过钻探装置悬挂在其上的起重装置的相应运动而发生。这种情况下，容纳部件将相对于钻管已被动方式被引导。但是，根据本发明，特别优选的是，提供带驱动装置的调节装置，可使用该调节装置在钻探位置与偏移位置之间调节容纳部件。调节装置的驱动装置可设置在位于钻管上的平台上，或设置在钻探装置上，例如支撑框架上。调节运动可沿引导装置发生。

基本上，为了进行调节，可设置枢轴关节，从而容纳部件可通过旋转运动相对于钻管枢转。按照本发明实现了一种特别简单和可靠的装置的原因在于调节装置具有沿着位移路径被引导的托架。为此，位移路径可具有一个或两个用于线性滑动运动的导轨。但是，也可提供其它类型的调节运动。

基本上，可在该钻探装置上使用各类钻探工具。根据本发明，不连续操作的钻探工具，包括自行旋入土壤中的螺旋钻头，是特别有利的。为了在软质土壤类型或在水下进行工作操作，按照本发明有利的是，钻探工具设计为具有底部的钻斗，该底部可通过铰链打开以倒空钻斗。

按照本发明的又一改进在于设置致动机构的事实，该致动机构设计成用于当钻斗被设置在偏移位置时通过铰链打开钻斗的底部。以已知的方式，铰接的底部首先具有带切割装置的开口使得可除去土壤材料并通过开口传送到钻斗的圆柱形容纳空间。在特定实施例中，可设置螺旋装置作为钻斗内的另外的传送装置。当容纳空间被填充时，该开口通过底部的扭转运动封闭，并且带有被除去的土壤材料的钻斗从钻管收回到容纳部件中。此后，钻斗可连同容纳部件一起移入偏移位置以便进行倒空。借助于致动机构，该致动机构例如可由起重装置通过钻探装置的短的提升运动致动，可打开底部锁定装置。这样，底部可围绕枢轴关节铰链打开使得土壤材料由于重力而可从钻斗的容纳空间掉出来。

本发明的另一优选实施例由于以下事实产生：在将容纳部件从偏移位置调节到钻探位置的过程中，钻斗的铰链打开的底部可被关闭。楔形或斜坡形定位元件的使用使得例如在回到钻探位置的调节运动过程中可将铰链打开的底部推回到其关闭位置，底部的锁定装置被再次锁住。一旦具有容纳部件的钻探工具再次位于钻探位置，钻探工具就可通过伸缩杆下降到钻管内以便继续钻探过程。

根据本发明，优选在钻管的上端设置平台，容纳部件和调节装置设置在该平台上。通过适当的紧固装置，具有容纳部件的平台以可分离方式与钻管连接。在钻探操作完成后，平台随后可与钻管分离并被安放在已被顶入土壤中的新钻管上。为此，平台可具有用于缆索悬挂的适当连接装置。

关于钻探方法，本发明的特征在于，钻探装置的支撑框架被紧固在设置在钻管上端的容纳部件上，并且借助于该容纳部件，在钻探位置与偏移位置之间调节钻探装置，其中，在钻探位置，钻探装置位于相对于钻管在同一轴线上的容纳部件中，在偏移位置，容纳部件相对于钻管侧向偏移。

如上所述，由于根据本发明的容纳部件，实现了工作过程的加速和简化。

根据本发明，优选的过程在于钻探装置的钻探工具在偏移位置被倒空除去的土壤材料的事实。这样，可执行不连续的方法，这在软质土壤的情况下是特别有利的。

按照本发明，意图通过起重装置上的伸缩杆将钻探装置保持在钻探位置和偏移位置这两个位置。特别地，该起重装置可为建筑工地普遍使用的吊架或起重机，钻探装置悬挂在其起重缆索上。特别地，伸缩杆可为通过起重缆索直接致动以便调节钻探工具的所谓的方钻杆。根据本发明的钻探方法特别适合利用暴露于例如由于波浪的运动造成的特别强的摆动的船舶或不同类型的水上运载工具上的起重装置实现。

此外，根据本发明，提供钻管，该钻管被引入特别是被顶入土壤中。为此，可采用已知的推进设备。另外，按照本发明，继在钻管内产生钻孔之后，在其中填充大块混凝土并形成钻探桩。

为了实现该钻探方法，特别是可使用例如上述的从EP1154078B1已知的钻探装置。

附图说明

将借助于附图中示意性地示出的优选实施例进一步描述本发明，在附图中：

图1显示了根据本发明的设备和方法在产生钻探期间的不同阶段中的示意图；

图2显示了在钻探装置从钻探位置至偏移位置的调节期间的示意性侧视图；

图3显示了处于偏移位置的钻探设备的示意性侧视图；以及

图4显示了根据本发明的钻探装置的示意性局部横截面图。

具体实施方式

在图1a中，示出了在实现根据本发明的钻探方法过程中的初始阶段。首先，使用引导设备以本质上已知的方式将仅部分示出的钻管5引入较软的土壤2中，该土壤2在所示实施例中位于水体3下方。钻管5向上伸出并超过水体3的表面使得容纳部件20能以旋转固定的方式附于钻管5的上部区域。在所示实施例中，平台30另外以可分离方式被紧固在钻管5的上部区域中。

作为根据本发明的钻探设备10的一部分，钻探装置100借助于由起重装置60上的起重缆索62保持的伸缩杆130沿容纳部件20的方向降下。在本例中，起重装置60包括设置在浮筒7上的具有吊架的履带支承车辆。

如图1b所示，钻探装置100被降下到大致管状容纳部件20并被紧固在所述容纳部件20的上侧。在根据图1b所示的位置，容纳部件20连同容纳在其中的钻探装置100和伸缩杆130相对于钻管5的中心轴线位于同一轴线上。在该钻探位置，通过伸缩杆130的伸出，钻探装置100的钻探工具140随后可移入钻管5内并钻出位于其中的土壤材料。

图1c中示出可能的最终深度，可分三段延伸的伸缩杆130可延伸到该深度。

基本上，钻管5可延伸到钻孔的下端，即，一直延伸到钻孔底部。这种情况下，将形成完全包套(cased)的钻孔。可替代地，钻管5可仅设置在存在较软土壤材料的钻孔的上部区域。如果下方是更稳定的土壤层，则无需进一步的包套安装使得钻孔也可下沉到钻管5下方。

如从图2可以看出，在根据本发明的钻探设备10中，钻探工具140设计为用于执行不连续钻探方法的带有圆柱形容纳斗146的钻斗。

通过钻探工具140的相应旋转运动，该钻探工具140借助于钻探驱动装置116通过伸缩杆130以旋转方式被驱动，土壤材料在钻管5内被除去并通过底部中的开口被传送到容纳斗146内。当容纳斗被填满时，钻探工具140随后在钻探工具140的底部中的开口已通过短时间反向旋转关闭后通过伸缩杆130和起重缆索62移出钻管5回到容纳部件20。此后，带有钻探工具100的容纳部件20通过调节装置40移动到偏移位置。为此，调节装置40具有移位路径44，该移位路径44带有沿平台30横向于钻管5设置的轨道。托架40位于套管形容纳部件20的下侧，其可借助于未示出的驱动装置沿着移位路径44移动。

如图2所示，平台30以大致水平的方式设置在水体3上方并通过支撑结构32以可分离方式紧固，并且将套环(collar)34保持在钻管5的上端。

在到达图3所示的偏移位置后，通过铰链关节144铰接于容纳斗146下侧的底部142可通过致动机构50打开。底部142可铰链打开到所示的竖直位置，使得位于容纳斗146内部的土壤材料可下落。此后，带有钻探装置100的容纳部件20再次朝钻管5向右移动回到钻探位置。这样，底部142被推回容纳斗146上的水平关闭位置，其中底部142通过这里未示出的锁定装置锁住。此后，可执行新的钻探步骤直到容纳斗146又一次被填满并且必须再次移动到偏移位置以便被倒空。

图4中示意性地显示了钻探装置100优选紧固在容纳部件20上。钻探装置100具有在其下端设有横向构件117的支撑框架110。在横向构件117的下侧的一边设置了安放支架111，可使用该安放支架111将钻探装置100安放在套管形容纳部件20的上缘。设置了偏离安放支架111定位的一个或多个紧固装置114，其具有液压操作的夹头。使用这些夹头，能以旋转固定的方式将支撑框架110紧固在容纳部件20上。

此外，还在支撑框架110上设置了用于通过伸缩杆130以旋转方式驱动钻探工具140的钻探驱动装置116。

在所示实施例中，支撑框架110为带有下支撑框架部分115和设置在上方的上支撑框架部分113的两部分设计。钻探驱动装置116以固定方式设置在上支撑框架部分113上，该上支撑框架部分113可借助于带有液压缸活塞112a的液压缸相对于下支撑框架部分115进行轴向调节。

通过分离紧固装置114，钻探装置100可被向上拉出容纳部件20然后被安放在另一钻管上的容纳部件上以产生另一钻孔。

Claims (11)

1.一种带有用于在钻管内钻探的钻探装置的钻探设备，所述钻探装置具有支撑框架和钻探工具，所述支撑框架带有用于相对于所述钻管固定的紧固装置，所述钻探工具借助于设置在所述支撑框架上的钻探驱动装置而通过伸缩杆以旋转的方式被驱动，其中，

-可调节的容纳部件设置在所述钻管的上端，所述钻探装置的所述支撑框架能够被紧固在所述容纳部件上，并且

-所述容纳部件可调节地支撑在钻探位置与偏移位置之间，其中，在所述钻探位置，所述钻探装置位于相对于所述钻管在同一轴线上的所述容纳部件中，在所述偏移位置，所述容纳部件相对于所述钻管侧向偏移。

2.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

设置了带有驱动装置的调节装置，能够使用所述调节装置在所述钻探位置与所述偏移位置之间调节所述容纳部件。

3.根据权利要求2所述的钻探设备，

其特征在于

所述调节装置具有沿着移位路径被引导的托架。

4.根据权利要求1所述的钻探设备，

其特征在于

所述钻探工具被设计为带有底部的钻斗，所述底部能够通过铰链打开以便倒空所述钻斗。

5.根据权利要求4所述的钻探设备，

其特征在于

设置了致动机构，所述致动机构被设计成用于当所述钻斗被设于所述偏移位置时铰链打开所述钻斗的底部。

6.根据权利要求4所述的钻探设备，

其特征在于

在将所述容纳部件从所述偏移位置调节到所述钻探位置期间，所述钻斗的铰链打开的底部能够被关闭。

7.根据权利要求2所述的钻探设备，

其特征在于

在所述钻管的上端设置了平台，所述容纳部件和所述调节装置设置在所述平台上。

8.一种用于特别是借助于根据权利要求1所述的钻探设备在钻管内产生钻孔的钻探方法，其中，钻探装置的支撑框架相对于所述钻管被固定，并且借助于设置在所述支撑框架上的钻探驱动装置，钻探工具通过伸缩杆以旋转的方式被驱动，从而在所述钻管内除去土壤材料，

其特征在于

-将所述钻探装置的所述支撑框架紧固在设置在所述钻管的上端的容纳部件上，并且

-借助于所述容纳部件，在钻探位置与偏移位置之间调节所述钻探装置，其中，在所述钻探位置，所述钻探装置位于相对于所述钻管在同一轴线上的所述容纳部件中，在所述偏移位置，所述容纳部件相对于所述钻管侧向偏移。

9.根据权利要求8所述的钻探方法，

其特征在于

在所述偏移位置将所述钻探装置的钻探工具倒空除去的土壤材料。

10.根据权利要求8所述的钻探方法，

其特征在于

通过起重装置上的伸缩杆将所述钻探装置保持在所述钻探位置和所述偏移位置。

11.根据权利要求8所述的钻探方法，

其特征在于

将所述钻管引入所述土壤中，并且

随后将大块混凝土填充到在所述钻管中所产生的钻孔中并形成钻探桩。

Images