DE1190415B

DE1190415B - Drill rods for air purge method

Info

Publication number: DE1190415B
Application number: DER31637A
Authority: DE
Inventors: Heinz Hoerter
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1961-12-07
Filing date: 1961-12-07
Publication date: 1965-04-08

Description

Bohrgestänge für Luftspülverfahren Die Erfindung betrifft ein Bohrgestänge für Luftspülverfahren mit einer daran geführten Luftleitung, die über Blasdüsen mit dem Bohrgestängeinnenraum verbunden ist.Drill rods for air flushing methods The invention relates to a drill rod for air purging processes with an air line attached to it, which is via air nozzles is connected to the drill pipe interior.

Zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere zum Herstellen von Brunnenbohrungen zur Absenkung des Grundwasserspiegels im Braunkohlentagebau werden vielfach Saugbohrgeräte verwendet. Dabei wird jedoch bei großen Teufen ab etwa 200 m das Prinzip der Mischluftspülung benutzt, bei dem in das Bohrgestänge Preßluft eingeblasen wird, die dann den erforderlichen Auftrieb für das Bohrgut bewirkt. Die Bohrleistung ist abhängig von der Luftmenge und der Einblastiefe. Letztere hängt wiederum vom Luftdruck ab.For drilling boreholes, in particular for producing Well drilling to lower the groundwater level in open-cast lignite mining often used suction drilling rigs. However, at great depths from around 200 m the principle of mixed air purging is used, in which compressed air is fed into the drill pipe is blown in, which then causes the necessary buoyancy for the cuttings. The drilling capacity depends on the amount of air and the blow-in depth. The latter depends in turn depends on the air pressure.

Es ist bekannt, an den Außenwänden der Bohrgestängeschüsse, die zum Bohrstrang zusammengesetzt werden, um 180'e versetzt zwei Luftrohre anzubringen. Diese müssen beim Nachsetzen eines Gestängeschusses den Luftrohren am vorhergehenden, bereits mit der Leitung verbundenen Schuß genau gegenüberliegen. Sie sind durch Rundschnurringe abgedichtet.It is known, on the outer walls of the drill pipe sections that are used for Drill string can be assembled to attach two air pipes offset 180'e. When repositioning a rod section, these must match the air pipes on the preceding, section already connected to the line are exactly opposite. you are through O-rings sealed.

Dieses bekannte Bohrgestänge wird in der Weise benutzt, daß immer nur eine Luftleitung an die Druckluftzufuhr, z. B. einen Kompressor, angeschlossen wird. Das luftführende Rohr kann während des Bohrvorganges durch eine an geeigneter Stelle angeordnete Düse nur so lange Preßluft in das mit Wasser gefüllte Bohrgestänge einblasen, bis der mit der Teufe größer werdende Wasserdruck dem Luftdruck das Gleichgewicht hält. Das heißt, daß die Wassersäule sozusagen als Absperrventil wirkt, sobald die Düse im Verlauf des Bohrvorganges eine Tiefe erreicht, bei der der Druck der Wassersäule größer ist als der Druck der Preßluft. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, spätestens in einer Tiefe, bei der sich der Druck der Preßluft und der Druck der Wassersäule ausgleichen, auf eine Blasdüse umzuschalten, die weniger tief angeordnet ist und sich also noch in einem Bereich befindet, in dem der Druck der Preßluft den Wasserdruck überwiegt. Dieses Umschalten geschieht in der Weise, daß die Mitnehmerstange beim Nachsetzen eines Gestängerohres um 180° verdreht angeflanscht wird und die vorher unbenutzte Luftleitung mit dem Kompressor verbunden wird. In dieser Leitung ist eine Düse angeordnet, die sich in einer geringeren Tiefe befindet als jene in der anderen, vorher benutzten Luftleitung zuletzt benutzten Düse.This known drill pipe is used in such a way that always only one air line to the compressed air supply, e.g. B. a compressor connected will. During the drilling process, the air-carrying pipe can be replaced by a suitable Place the arranged nozzle only as long as compressed air into the drill rods filled with water blow in until the water pressure, which increases with the depth, is in equilibrium with the air pressure holds. This means that the water column acts as a shut-off valve, so to speak, as soon as the During the drilling process, the nozzle reaches a depth at which the pressure of the water column is greater than the pressure of the compressed air. From this arises the need at the latest at a depth at which the pressure of the compressed air and the pressure of the water column compensate for switching to a blower nozzle that is arranged less deeply and So it is still in an area in which the pressure of the compressed air exceeds the water pressure predominates. This switching is done in such a way that the drive rod when Repositioning a drill pipe is flanged rotated by 180 ° and the previously unused air line is connected to the compressor. This line is arranged a nozzle which is at a shallower depth than that in the other, previously used air line, last used nozzle.

Dieses bekannte Bohrgestänge ist sowohl in seiner Herstellung als auch in seiner Handhabung einigermaßen kompliziert. Ein besonderer Nachteil besteht auch darin, daß Schraubverbindungen zwischen den einzelnen Schüssen des Bohrgestänges nicht möglich sind, da beim Zusammenschrauben der Schüsse die außerhalb derselben befindlichen Luftrohre nicht oder nur in wenigen Fällen fluchtend miteinander verbunden werden könnten.This known drill pipe is both in its manufacture as also somewhat complicated to use. There is a particular disadvantage also in the fact that screw connections between the individual sections of the drill string are not possible, because when screwing the shots together the outside of the same located air pipes are not or only in a few cases connected to each other in alignment could become.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen, die in erster Linie auf das Vorhandensein von zwei Luftleitungen zurückzuführen sind.The invention is based on the object described above To eliminate disadvantages, primarily due to the presence of two air ducts are due.

Das Neue gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Blasdüsen aus einem Gehäuse, einem Differentialkolben und einem Kolben bestehen und in Abhängigkeit vom Luft- und Wasserdruck Luftdurchlaßöffnungen freigeben oder verschließen.The novelty according to the invention is that the blow nozzles from consist of a housing, a differential piston and a piston and in dependence open or close air passage openings from air and water pressure.

Bei Anwendung dieses Vorschlages ist es möglich, nur mit einer Luftleitung auszukommen, da die Düse in Abhängigkeit von Luft- und Wasserdruck in einem vorherbestimmbaren Tiefenbereich in Tätigkeit tritt, also geöffnet ist. Der Vorschlag gemäß der Erfindung gestattet weiterhin. die einzelnen Schüsse über Schraubgewinde miteinander zu verbinden. Dabei können die einzelnen, jeweils jeden Schuß zugeordneten Abschnitte der Luftleitung an den Verbindungsstellen über Ringräume miteinander verbunden sein, wie sie im Zusammenhang mit Rohrsträngen in Gewinnungsbohrungen bereits bekannt sind.When using this suggestion, it is possible to use only one air line get along because the nozzle depends on the air and water pressure in a predeterminable Depth area comes into action, so it is open. The proposal according to the invention still allowed. to connect the individual sections with each other via screw threads. The individual sections of the air line assigned to each shot can thereby be connected to each other at the connection points via annular spaces, as in the Connection with pipe strings in extraction wells are already known.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Gesamtanordnung zum Niederbringen von Bohrlöchern nach dem Luftspülverfahren, F i g. 2 einen Ausschnitt eines Bohrgestänges mit Luftzuführung und Einblasdüse in vertikalem Schnitt, F i g. 3, 4 und 5 verschiedene Stellungen der Blasdüse. Zum Niederbringen eines in F i g. 1 der Zeichnung dargestellten Bohrloches 10 dient ein Bohrgestänge 11, das an seinem unteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ende ein Bohrwerkzeug trägt. Das gelöste Bohrgut wird in dem mit Wasser gefüllten Bohrgestänge mittels Preßluft nach oben gefördert.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows a side view of an overall arrangement for driving boreholes using the air flushing method, FIG. 2 shows a section of a drill rod with air supply and injection nozzle in vertical section, FIG. 3, 4 and 5 different positions of the air nozzle. To bring down one in FIG. 1 of the drawing shown borehole 10 is a drill rod 11 which carries a drilling tool at its lower end, not shown in the drawing. The loosened cuttings are conveyed upwards in the drill rods filled with water by means of compressed air.

Das Bohrgestänge wird durch einen Drehtisch 12 angetrieben. Außenseitig trägt es eine Luftleitung 13, durch die Preßluft unter Zwischenschaltung von Düsen 14 in das Bohrgestänge eingeblasen werden kann.The drill pipe is driven by a turntable 12 . On the outside it carries an air line 13 through which compressed air can be blown into the drill rod with the interposition of nozzles 14.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 sind die obere Düse 14 in einer Teufe von 20 m, die Düse 14 a in einer Teufe von 100 m und die Düse 14 b in einer Teufe von 180 m angeordnet. Die Wahl des Abstandes richtet sich jeweils nach dem Druck der verwendeten Preßluft.In the embodiment according to FIG. 1, the upper nozzle 14 is arranged at a depth of 20 m, the nozzle 14 a at a depth of 100 m and the nozzle 14 b at a depth of 180 m. The choice of the distance depends on the pressure of the compressed air used.

F i g. 2 zeigt in größerem Maßstab einen Abschnitt des Bohrgestänges 11, der über ein Schraubgewinde 15 mit einem Rohrstück 16 verbunden ist. Dieses trägt die Düse 14. Der Schuß 11 des Bohrgestänges und der die Düse 14 tragende Rohrabschnitt 16 sind an beiden Enden jeweils mit einem umlaufenden Kragen, Flansch od. dgl. 17 bzw. 18 versehen. An ihren einander zugekehrten Seiten weisen diese Kragen oder Flansche 17 bzw. 18 umlaufende Ausnehmungen 19 bzw. 20 auf. Im zusammengesetzten Zustand der Teile ergibt sich somit ein Ringraum, in den hinein Rohre 21 und 22 münden. Diese für die Zuleitung der Luft bestimmten Rohre sind außen am eigentlichen Bohrgestänge angebracht. Es liegt auf der Hand, daß durch den Ringraum 19, 20 in jedem Fall eine Verbindung zwischen den beiden Luftrohren 21 und 22 besteht, und zwar unabhängig davon, ob und gegebenenfalls um welchen Betrag die Luftrohre gegeneinander versetzt in den umlaufenden Ringraum 19, 20 einmünden. Das Luftrohr 22 ist an seinem einen Ende fest mit der Ringkammer 23 verbunden, in der auch die Düse 14 angeordnet ist.F i g. 2 shows, on a larger scale, a section of the drill rod 11 which is connected to a pipe section 16 via a screw thread 15 . This carries the nozzle 14. The section 11 of the drill rod and the pipe section 16 carrying the nozzle 14 are each provided with a circumferential collar, flange or the like 17 and 18 at both ends. On their sides facing one another, these collars or flanges 17 and 18 have circumferential recesses 19 and 20, respectively. In the assembled state of the parts there is thus an annular space into which pipes 21 and 22 open. These pipes, which are intended for the supply of air, are attached to the outside of the actual drill pipe. It is obvious that through the annular space 19, 20 there is always a connection between the two air pipes 21 and 22 , regardless of whether and, if applicable, by what amount the air pipes open into the circumferential annular space 19, 20 offset from one another . The air tube 22 is firmly connected at one end to the annular chamber 23 in which the nozzle 14 is also arranged.

Die F i g. 3 bis 5 zeigen Einzelheiten dieser Blasdüse.The F i g. 3 to 5 show details of this blow nozzle.

Bei Verwendung von Luft mit 20 atü beträgt die maximale Teufe, in welcher noch Luft in das Gestänge eingeblasen werden kann, 200 m. Da, wie bereits an Hand der F i g. 1 erläutert worden war, die Einblasdüsen 14, 14a und 14b einen Abstand von jeweils 80 m haben, sollen die Düsen, wenn sie im Verlauf des Bohrfortschrittes eine Teufe von 100 m erreicht haben, öffnen und später bei Erreichen einer Teufe von 200 m schließen .When using air at 20 atmospheres, the maximum depth at which air can still be blown into the boom is 200 m. 1, the injection nozzles 14, 14 a and 14 b are each 80 m apart, the nozzles should open when they have reached a depth of 100 m in the course of drilling progress and later when they reach a depth of 200 m conclude .

In der Ringkammer 23 beträgt der Luftdruck 20 atü. Dieser Luftdruck wird über eine Ölfüllung 24 auf die Ringfläche F1 des Differentialkolbens 25 und, weil durch eine Bohrung 26 im Differentialkolben der Zufluß auf eine im Kolben 25 beweglichen weiteren Kolben 27 möglich ist, auch auf dessen Rückfläche 28 ein. Die Ölfüllung 24 wird verwendet, weil sich damit die Dichtungsprobleme besser beherrschen lassen. Die Kolbenfläche F, als Summe der zum Rohrinneren gerichteten Stirnflächen der Kolben 25 und 27 ist doppelt so groß wie die Ringfläche F1 an der Rückseite des Kolbens 25. Bis die Düse eine Teufe von 100 m erreicht hat, ist die aus dem Luftdruck resultierende Kraft - 20 - Ringfläche F1 - größer als der Wasserdruck auf die größere Fläche F, bzw. die sich daraus ergebende Kraft. Der Kolben 25 wird somit in Pfeilrichtung 29 in Richtung auf das Innere des Bohrgestänges gedrückt. Der kleinere Kolben 27 wird ebenfalls in Pfeilrichtung 29 durch den Druck des Öls und in Pfeilrichtung 30 nach außen durch den Druck des im Bohrgestänge befindlichen Wassers beaufschlagt. Solange Öldruck bzw. Luftdruck überwiegen, wird der Kolben 27 nach innen in Pfeilrichtung 29 verschoben. Daraus ergibt sich, daß in Teufen von 0 bis 100 m gemäß der Darstellung der F i g. 3 der Weg der Druckluft aus dem Ringraum 23 durch die Leitung 31 im Kolbengehäuse 32 und Leitung 33 im Kolben 25 und Leitung 34 im Kolben 27 gesperrt ist. Sobald eine Teufe erreicht wird, die größer ist als 100 m, wird die Kraft, die sich aus dem Wasserdruck und der Fläche F., ergibt, größer als die Kraft aus dem Luftdruck und der Ringfläche F, Der Kolben 25 wandert somit in Pfeilrichtung 30 nach außen, während der Kolben 27 seine Relativstellung zum Kolben 25 beibehält. Dann sind, wie aus F i g. 4 hervorgeht, die Leitungen 31, 33 und 34 fluchtend, so daß Preßluft in das Innere des Bohrgestänges einströmen kann. In the annular chamber 23 , the air pressure is 20 atm. This air pressure is applied via an oil filling 24 to the annular surface F1 of the differential piston 25 and, because a further piston 27 movable in the piston 25 can flow through a bore 26 in the differential piston, also to its rear surface 28. The oil filling 24 is used because the sealing problems can be better controlled with it. The piston area F, as the sum of the end areas of the pistons 25 and 27 directed towards the inside of the tube, is twice as large as the annular area F1 on the back of the piston 25. Until the nozzle has reached a depth of 100 m, the force resulting from the air pressure is - 20 - ring area F1 - greater than the water pressure on the larger area F, or the resulting force. The piston 25 is thus pressed in the direction of arrow 29 in the direction of the interior of the drill rod. The smaller piston 27 is also acted upon in the direction of arrow 29 by the pressure of the oil and in the direction of arrow 30 to the outside by the pressure of the water in the drill pipe. As long as the oil pressure or air pressure predominate, the piston 27 is displaced inward in the direction of the arrow 29. It follows that in depths from 0 to 100 m, as shown in FIG. 3 the path of the compressed air from the annular space 23 through the line 31 in the piston housing 32 and line 33 in the piston 25 and line 34 in the piston 27 is blocked. As soon as a depth is reached that is greater than 100 m, the force resulting from the water pressure and the area F. becomes greater than the force from the air pressure and the annular area F. The piston 25 thus moves in the direction of arrow 30 to the outside, while the piston 27 maintains its position relative to the piston 25. Then, as shown in FIG. 4, the lines 31, 33 and 34 are in alignment so that compressed air can flow into the interior of the drill string.

Wird die Druckluftzufuhr aus irgendwelchen Gründen unterbrochen, dann überwiegt der Druck der Wassersäule und der Kolben 27 wandert innerhalb des Kolbens 25 nach außen in Pfeilrichtung 30, wie dies F i g. 5 erkennen läßt. Die Düse ist dann gesperrt. Gleiches gilt für den Fall, daß die Düse in eine Teufe gerät, die größer als 200 m ist. Auch in diesem Fall überwiegt der Druck der Wassersäule, so daß in der vorbesehriebenen Weise ein Schließen des Ventils bewirkt wird.If the compressed air supply is interrupted for any reason, then the pressure of the water column predominates and the piston 27 migrates within the piston 25 outwards in the direction of arrow 30, as shown in FIG. 5 reveals. The nozzle is then blocked. The same applies in the event that the nozzle gets into a depth that is greater than 200 m. In this case, too, the pressure of the water column predominates, see above that in the vorbeehriebenen manner closing of the valve is effected.

Claims

Patent claim: Drill rods for air-flushing processes with an air line attached to it, which is connected to the interior of the drill rod via blow nozzles, characterized in that the blow nozzles (14 a, 14 b) consist of a housing (32), a differential piston (25) and a piston (27 ) exist and, depending on the air and water pressure, open or close air passage openings (33, 34). References considered: USA: Patent No. 2,304,394.