DE1206827B

DE1206827B - Valve arrangement for mixing air into the flushing circuit of flushing drilling rigs

Info

Publication number: DE1206827B
Application number: DEG41332A
Authority: DE
Inventors: Herbert Sumpf
Original assignee: AUGUST GOETTKER ERBEN FLACHBOH
Current assignee: AUGUST GOETTKER ERBEN FLACHBOH
Priority date: 1964-08-17
Filing date: 1964-08-17
Publication date: 1965-12-16

Description

Ventilanordnung zum Beimischen von Luft in den Spülkreislauf von Spülbohranlagen Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, mittels der insbesondere bei Dreh-Spülbohranlagen die Möglichkeit geschaffen wird, mit Wasser, einem Luft-Wasser-Gemisch oder mit Luft allein zu spülen.Valve arrangement for mixing air into the flushing circuit of directional drilling rigs The invention relates to a valve arrangement, by means of which in particular in rotary directional drilling rigs the possibility is created with water, an air-water mixture or with Purge air alone.

Es ist bekannt, Drehbohranlagen je nach der Bodenbeschaffenheit mit Wasserspülung oder mit Luftspülung zu betreiben. Eine Luftspülung wird vor allem angewandt, wenn infolge Undichtheit des durchbohrten Erdreiches keine Wasserhaltung in dem Bohrloch möglich ist. Ein wahlweiser Betrieb mit Luft- oder Wasserspülung wurde bei Drehbohranlagen bisher in der Weise vorgesehen, daß zwei getrennte Zuleitungen für Wasser bzw. Luft angeordnet sind, welche einerseits durch Hand-Ventile mit dem Kompressor bzw. der zum Bohrgerät gehörigen Wasserpumpe verbunden werden und andererseits wahlweise über eine Kupplung an dem Bohr-oder Spülungskopf angeschlossen werden. Abgesehen davon, daß die Anbringung mehrerer Schläuche an dem ohnehin stark beanspruchten Bohrgerät zusätzliche Ursachen für Betriebsstörungen schafft, ist mit einer derartigen Ausrüstung weder eine Schnellumschaltung zwischen den Spülungsarten noch eine Mischung beider Spülungsarten möglich. Eine schnelle Anpassung an die insbesondere bei Flachbohrungen oft auf kurzen Bohrstrecken stark wechselnden Eigenschaften der durchbohrten Schichten ist zur Erzielung einer guten Bohrmeterleistung des Gerätes erstrebenswert.It is known to use rotary drilling rigs depending on the soil conditions To operate with water flushing or with air flushing. An air purge will above all used when there is no dewatering due to a leak in the drilled soil is possible in the borehole. Optional operation with air or water flushing was previously provided for rotary drilling rigs in such a way that two separate feed lines for water or air are arranged, which on the one hand by hand valves with the Compressor or the water pump belonging to the drilling rig are connected and on the other hand can optionally be connected to the drilling or flushing head via a coupling. Apart from the fact that the attachment of several hoses to the already heavily used Drilling rig creates additional causes for malfunctions, is with such Equipment neither a quick switch between the types of flushing nor a mixture both types of flushing possible. A quick adaptation to the especially for flat bores the properties of the drilled layers often change significantly over short drilling stretches is desirable to achieve a good drilling meter performance of the device.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine beliebige einfache Einstellung der Spülungszusammensetzung zwischen reinem Wasser, einem Wasser-Luft-Gemisch und reiner Luft zu ermöglichen, ohne daß die genannten Nachteile auftreten. Dies wird dadurch erreicht, daß in die Zuleitung zum Spülkopf des Bohrlochgerätes ein T-förmiges Anschlußstück eingefügt wird, dessen Steg mit der Hochdruckseite der Spülungspumpe verbunden ist, während das untere Ende des durchgehenden Stranges des Anschlußstückes über ein Kugelventil mit dem Luftkompressor verbunden ist. Das Ventil ist so ausgebildet, daß es nur bei einem überdruck der vom Kompressor kommenden Luft öffnet und diese in den oberhalb des Ventils geführten Wasserstrom eintreten läßt, indem es eine freibewegliche Kugel aufweist, welche im geschlossenen Zustand unter der Wirkung der eigenen Schwere sowie der Druckdifferenz zwischen dem Druck der Spülung und der zugeführten Druckluft auf einem Ventilsitz aufliegt. Die Kugel ist aus Metall und mit einem abriebfesten Kunststoff beschichtet.The invention has the task of any simple setting the rinse composition between pure water, a water-air mixture and to enable pure air without the disadvantages mentioned occurring. this will achieved in that in the supply line to the flushing head of the downhole device a T-shaped Connector is inserted, the web of which with the high pressure side of the mud pump is connected, while the lower end of the continuous strand of the connector is connected to the air compressor via a ball valve. The valve is designed in such a way that that it only opens when the air coming from the compressor is overpressure and this can enter the water flow guided above the valve by a has freely moving ball, which in the closed state under the effect its own severity as well as the pressure difference between the pressure of the flush and the supplied compressed air rests on a valve seat. The ball is made of metal and coated with an abrasion-resistant plastic.

Zweckmäßig wird der Spülkreislauf der Bohranlage so ausgelegt, daß eine konstante Spülungsmenge in der Zeiteinheit in das Bohrloch geführt wird und sich der Druck der zugeführten Spülung entsprechend den im Bohrloch herrschenden Bedingungen einstellt. Durch die Kombination dieser Maßnahmen mit dem Mischventil ergibt sich ein weitgehend automatisches Verhalten der Bohranlage, indem bei einer porösen Gesteinsschicht infolge des fehlenden Gegendruckes der im Bohrloch stehenden Wassersäule ein starker Druckabfall im Spülwasserkreislauf erfolgt, so daß das Ventil den Zutritt entsprechender Luftmengen in den Spülkreislauf ermöglicht. Trotz des Spülungsverlustes kann somit mit der neuen Einrichtung weitergebohrt werden, da die Luftspülung einsetzt und die Ausbringung des Bohrkleins übernimmt. Da im Spülungskreislauf der Wasserpumpe normalerweise ein erheblich über dem Druck der vom Kompressor gelieferten Luft liegender Druck herrscht, kann durch entsprechende Einstellung eines in die von der Pumpe zum Mischventil eingeschalteten Schiebers die dem Bohrloch zugeführte nahezu konstante Spülungsmenge und somit das Ausmaß der im Mittel beigefügten Luftmenge eingestellt werden.The flushing circuit of the drilling rig is expediently designed so that a constant amount of mud is fed into the borehole per unit of time and the pressure of the supplied mud increases according to the pressure prevailing in the borehole Conditions. By combining these measures with the mixing valve results in a largely automatic behavior of the drilling rig in that a porous rock layer as a result of the lack of counterpressure from those standing in the borehole Water column there is a strong pressure drop in the flushing water circuit, so that the valve the access of corresponding amounts of air into the rinsing circuit enables. Despite the Mud loss can thus be continued with the new device, since the air purging begins and takes over the removal of the cuttings. Because in the flushing circuit the water pump is usually a significantly higher pressure than that supplied by the compressor Air pressure prevails can be adjusted by setting one in the the valve that is switched on from the pump to the mixing valve is the one supplied to the borehole almost constant flush volume and thus the extent of the air volume added on average can be set.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Darstellung eines Ausführungsbeispiels in den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen F i g.1 eine schematische Ansicht einer Drehbohranlage mit einem über ein Mischventil zwischen Luft- und Wasserspeisung umschaltbaren Spülkreislauf und F i g. 2 einen Schnitt durch die Anordnung des Mischventilteiles der Bohranlage nach F i g.1. Gemäß F i g.1 ist auf einem Lastwagenchassis 10 ein Bohrmast 11 kippbar befestigt. In dem Bohrmast 11 kann mittels einer nicht dargestellten hydraulischen Anlage ein Drehkopf 12 gehoben oder gesenkt werden. Der Drehkopf 12 bildet das obere Ende eines Bohrgestänges 21, welches an seinem unteren Ende eine Bohrkrone trägt. Der Innenraum des Bohrgestänges 21 ist durch den Drehkopf 12 mit einem relativ zum Drehkopf 12 feststehenden Anschlußrohr 22 für die Spülung verbunden, an das mittels Schellen 13 ein Druckschlauch 14 angeschlossen ist. Der Druckschlauch 14 ist über eine weitere Schelle mit dem Mischventil 15 verbunden. Vor den Zuführungen des Mischventils 15 sind Schnellschlußschieber 17 und 18 angeordnet. Der Schnellschlußschieber 17 ermöglicht eine Regelung und Absperrung der Druckwasserzufuhr aus einer Kreiselpumpe 19, welche ebenfalls auf dem Lastwagenchassis 10 montiert ist. Der Schnellschlußschieber 18 dient zur Regelung der Luftzufuhr aus einem neben der Pumpe 19 angeordneten Kompressor 20. The invention is explained in more detail below with reference to the representation of an exemplary embodiment in the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic view of a rotary drilling rig with a flushing circuit that can be switched between air and water feed via a mixing valve, and FIG. 2 shows a section through the arrangement of the mixing valve part of the drilling rig according to FIG. 1. According to FIG. 1, a drill mast 11 is tiltably mounted on a truck chassis 10. In the drilling mast 11, a rotating head 12 can be raised or lowered by means of a hydraulic system (not shown). The rotary head 12 forms the upper end of a drill rod 21 which carries a drill bit at its lower end. The interior of the drill rod 21 is connected by the rotary head 12 to a connecting pipe 22, which is fixed relative to the rotary head 12 and to which a pressure hose 14 is connected by means of clamps 13. The pressure hose 14 is connected to the mixing valve 15 via a further clamp. Quick-release slides 17 and 18 are arranged in front of the inlets of the mixing valve 15. The trip valve 17 enables the pressurized water supply to be regulated and shut off from a centrifugal pump 19, which is also mounted on the truck chassis 10. The quick-closing slide 18 is used to regulate the air supply from a compressor 20 arranged next to the pump 19.

Beim Bohren werden sowohl der Kompressor 20 als auch die Pumpe 19 von dem auf entsprechend ausgebildete Übertragungsorgane arbeitenden Hauptmotor des Lastwagens angetrieben und erzeugen Druckluft bzw. Druckwasser. Bei Öffnung der Schieber 17 und 18 tritt sowohl Druckwasser als auch Druckluft in das Mischventil 15 ein. Sofern sich der Bohrmeißel in hartem Gestein, Tonen und sonstigen wasserdichten Schichten befindet, steigt das aus den Düsen des Bohrmeißels austretende Wasser mit dem Bohrklein vermengt in dem bereits gebohrten Loch bis zum Bohrlochmund an und erzeugt dabei einen Gegendruck. Zum überwinden dieses Gegendruckes ist ein bestimmter Druck der zugeführten Spülung erforderlich, so daß z. B. die Kugel des Ventils 16 die Druckluftzufuhr aus dem Kompressor 20 sperrt. Trifft der Bohrmeißel auf eine poröse Schicht, wie z. B. eine Kies- oder Schotterlage, so tritt meist ein Spülungsverlust auf, da das zugeführte Wasser in die Erdschicht frei austritt. Das Bohrloch ist somit trocken, so daß sich kein Gegendruck durch die im Bohrloch stehende Wassersäule bildet. Damit sinkt auch der Druck in der Spülungszuleitung unter den der Druckluft ab, da die mittels des Schiebers 17 eingestellte zugeführte Spülungsmenge nicht zur Deckung des Spülungsverlustes ausreicht. Die Kugel des Ventils 16 hebt sich dadurch von ihrem Sitz und gibt der Druckluft den Weg in das Bohrgestänge frei. Die Bohranlage arbeitet nunmehr mit einer Luftspülung, welche sich z. B. bei Schottern als vorteilhaft erwiesen hat. Durch entsprechende Betätigung der Schieber 17 und 18 ist die Bohranlage auch für reine Wasserspülung oder für reine Luftspülung fest einstellbar. Ebenso kann durch eine gedrosselte Einstellung des Schiebers 17 mit einem Wasser-Luft-Gemisch gespült werden, ohne daß Druckwasser in die vom Kompressor kommende Druckluftleitung gelangen kann.When drilling, both the compressor 20 and the pump 19 are driven by the main motor of the truck, which works on appropriately designed transmission elements, and generate compressed air or pressurized water. When the slides 17 and 18 are opened, both pressurized water and compressed air enter the mixing valve 15. If the drill bit is in hard rock, clays and other watertight layers, the water emerging from the nozzles of the drill bit, mixed with the cuttings, rises in the hole that has already been drilled up to the borehole mouth and creates a counterpressure in the process. To overcome this back pressure, a certain pressure of the supplied rinse is required so that, for. B. the ball of the valve 16 blocks the supply of compressed air from the compressor 20. If the drill bit hits a porous layer, such as e.g. B. a gravel or gravel layer, so usually occurs a loss of flushing, since the supplied water flows freely into the soil. The borehole is thus dry, so that no counterpressure is created by the water column standing in the borehole. As a result, the pressure in the mud supply line also drops below that of the compressed air, since the amount of mud supplied by means of the slide 17 is not sufficient to cover the loss of mud. As a result, the ball of the valve 16 is lifted from its seat and allows the compressed air to enter the drill pipe. The drilling rig now works with an air purge, which z. B. has proven advantageous in gravel. By appropriately actuating the slides 17 and 18, the drilling rig can also be permanently set for pure water flushing or for pure air flushing. Likewise, by a throttled setting of the slide 17, flushing can be carried out with a water-air mixture without pressurized water being able to get into the compressed air line coming from the compressor.

In dem Mischventil gemäß F i g. 2 ist die Zuleitung zum Bohrgestänge an das obere Ende 3 eines T-förmigen Rohrstückes angeschlossen. Das untere Ende des T-förmigen Anschlußstückes ist über einen Flansch mit dem Kugelventil 16 verbunden, während der Steg des T-förmigen Anschlußstückes mit der Druckwasserpumpe in Verbindung steht. In den Steg ist ein Schnellschlußschieber 17 eingesetzt. Die untere Zuführung des Mischventils 16 ist über den Schnellschlußschieber 18 mit dem Kompressor 20 verbunden. Das Mischventil 16 enthält eine metallene Kugel 7, welche unter der Wirkung ihrer eigenen Schwere auf einem ringförmigen Ventilsitz 6 aufliegt. Oberhalb der Kugel ist ein Stützring 8 angeordnet, welcher die Bewegung der Kugel nach oben begrenzt. Die metallene Kugel 7 besitzt einen abriebfesten Kunststoffbelag. Das Gehäuse 4 des Mischventils ist mit einem solchen Durchmesser ausgeführt, daß zwischen der Kugel und der Innenwand des Gehäuses ein genügender Durchströmquerschnitt erhalten bleibt.In the mixing valve according to FIG. 2, the feed line to the drill pipe is connected to the upper end 3 of a T-shaped pipe section. The lower end of the T-shaped connecting piece is connected to the ball valve 16 via a flange, while the web of the T-shaped connecting piece is connected to the pressurized water pump. A quick-closing slide 17 is inserted into the web. The lower feed of the mixing valve 16 is connected to the compressor 20 via the quick-acting closure slide 18. The mixing valve 16 contains a metal ball 7 which rests on an annular valve seat 6 under the effect of its own weight. A support ring 8, which limits the upward movement of the ball, is arranged above the ball. The metal ball 7 has an abrasion-resistant plastic coating. The housing 4 of the mixing valve is designed with a diameter such that a sufficient flow cross section is maintained between the ball and the inner wall of the housing.

Die Kugel 7 liegt so lange auf der Dichtung 6, wie der in dem oberhalb der Kugel befindlichen Raum herrschende Druck und das Gewicht der Kugel größer ist als der von unten auf die Kugel einwirkende Druck der zugeführten Luft. Wird der Schnellschlußschieber 17 geschlossen, bewirkt die Kugel eine selbsttätige COffnung der Druckluftzufuhr, da der Gegendruck des Wassers fehlt. Bei einer teilweisen Öffnung des Schnellschlußschiebers 17 verhindert die erhöhte Anordnung des Dichtsitzes 6 der Kugel das Eindringen von Wasser in die Kompressorleitung.The ball 7 lies on the seal 6 as long as the one above the pressure and weight of the ball is greater than the pressure of the supplied air acting on the ball from below. Will the If the quick-closing slide 17 is closed, the ball causes an automatic opening the compressed air supply, since the counter pressure of the water is missing. With a partial opening of the trip slide 17 prevents the raised arrangement of the sealing seat 6 the ball prevents water from entering the compressor line.

Claims

Claims: 1. Valve arrangement for mixing air into the Flushing circuit of flushing drilling rigs, characterized in that in the drill pipe a T-shaped connector (15) is inserted leading to the flushing line, whose web is connected to the high pressure side of the mud pump, while the lower end of the continuous strand of the connection piece via a ball valve (16) is connected to the air compressor.

2. Valve arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the ball is made of metal and has a plastic coating.

3. Valve arrangement according to claim 1, characterized in that in the compressed air and the pressurized water line to the T-shaped connection piece (15) each one .Schnellschlussschieber (17,18) is arranged.