DE2227505A1 - LOW VOLTAGE SPARK DRILLS - Google Patents

LOW VOLTAGE SPARK DRILLS

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DE2227505A1
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spark
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George Neville Woodruff
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Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/14Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
    • E21B7/15Drilling by use of heat, e.g. flame drilling of electrically generated heat

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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Description

PatentanwältePatent attorneys

Dr.-Ing, HANS RUSCHKt
D=pl.-Ing. HEINZ AGULAR
Dr.-Ing, HANS RUSCHKt
D = pl.-Ing. HEINZ AGULAR

Unser Zeichen* T 1141Our reference * T 1141

TRW Inc., Redondo Beach/Kalifornien (V.St.A.)TRW Inc., Redondo Beach / California (V.St.A.)

Mit niederer Spannung arbeitender FunkenbohrerLow voltage spark drill

Die Erfindung bezieht sich auf Bohreinrichtungen und betrifft Punkentladungsbohrer, die zur Erzeugung von Druckwellen in einer Bohrflüssigkeit dienen, welche Untertage-Strukturen aufbrechen.The invention relates to and relates to drilling equipment Point discharge drills used to generate pressure waves serve in a drilling fluid, which break down underground structures.

Punkentladungsbohrer und andere Bohrerarten sind allgemein in dem Buch mit dem Titel "Novel Drilling Techniques" von William C. Maurer, erschienen bei Pergamon Press 1968, erläutert. Der derzeitige Stand der Technologie des !Funkenbohrens ist ferner in der US-PS 3 500 942 von Smith jr., veröffentlicht am 17.3.1970 beschrieben.Point discharge drills and other types of drills are common in the book entitled "Novel Drilling Techniques" by William C. Maurer, published by Pergamon Press 1968, explained. The current state of the art of spark drilling technology is also in U.S. Patent 3,500,942 to Smith Jr., published on 3/17/1970.

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Im allgemeinen bauen Bohrwerkzeuge das Gebirge durch eine von vier grundsätzlichen Mechaniken ab, nämlich mechanisch erzeugte Belastungen, Auflösung, Verdampfung und chemische Reaktionen. Der Lichtbogen- oder Funkenbohrer ist einer der verschiedenen Bohrer, die in die Klasse von Bohrern fallen, welche mit mechanisch erzeugten Kräften arbeiten. Der Funkenbohrer erfordert eine Arbeitsflüssigkeit, die den Bereich zwischen den Elektroden und der Arbeitsfläche ausfüllt. Zwischen den Elektroden entladene Funken erzeugen Druckwellen, welche auf die Arbeitsflächen auftreffen und dabei in das Untertagegefüge eine Energie übertragen, welche das Aufbrechen bewirkt. In general, drilling tools work through the rock one of four basic mechanisms, namely mechanically generated loads, dissolution, evaporation and chemical reactions. The arc or spark drill is one of the various drills that are used in the Class of drills fall which work with mechanically generated forces. The spark drill requires one Working fluid that fills the area between the electrodes and the work surface. Between the electrodes Discharged sparks generate pressure waves which hit the work surfaces and thereby into the underground structure transmit an energy that causes the breakup.

Das aufgebrochene Gebirge wird dann durch die Flüssigkeit ausgespült, welche im wesentlichen in dem Bohrgestänge nach unten in den Arbeitsbereich gepumpt und an dessen Fläche entlang der Außenseite des Bohrgestänges zurückgeführt wird. Bei der Technologie des Funkenbohrens ist es typisch, daß eine Spülflüssigkeit als Arbeitsflüssigkeit dient, in welcher die Druck- oder Stoßwellen erzeugt werden.The broken rock is then flushed out by the liquid, which is essentially in the drill pipe pumped down into the work area and returned on its face along the outside of the drill pipe will. In spark drilling technology, it is typical that a flushing fluid is used as the working fluid serves, in which the pressure or shock waves are generated.

Funkenbohrer sind insbesondere deshalb vorteilhaft, weilSpark drills are particularly advantageous because

8 1 /OA 428 1 / OA 42

sie zugeführte Energie mit hohem Wirkungsgrad auf das Untertagegefüge übertragen. Ein primärer Nachteil derartiger Bohrer war bisher die Notwendigkeit von hohen Bohrspannungen, welche üblicherweise bei 50 kV lagen. Spannungen dieser Größenordnung sind auf dem Gebiet der Ölgewinnung schwierig zu handhaben und zu steuern. Darüberhinaus traten erhebliche Verluste bei der Übertragung derartiger Energiegrößen als Gleichstrom von der Einrichtung an der Erdoberfläche zu einem Funkenbohrer auf, der viele hundert Meter (einige tausend Fuß) unter der Oberfläche liegen kann.they supplied energy with high efficiency on the Transfer underground structure. A primary disadvantage of such drills has heretofore been the need for high Drilling voltages, which were usually 50 kV. Stresses of this magnitude are difficult to handle and control in the oil production field. Furthermore Significant losses occurred in the transmission of such energy quantities as direct current from the Establishment on the surface of the earth to a spark drill which is many hundreds of meters (several thousand feet) below the surface can lie.

Die Technologie der Zündkerzen schließt die Verwendung von Halbleitermaterial zwischen den Zündkerzenelektroden ein, um ein Verschmutzen der Zündkerzen zu verhindern und findet insbesondere Anwendung auf dem Gebiet der Luftfahrt, wo die Zuverlässigkeit ein bedeutsamer Faktor ist. Eine Anordnung dieser Art ist in der US-PS 2 963 von Knudson usw., veröffentlicht am 6.12.1959, dargestellt.The technology of spark plugs includes the use of semiconductor material between the spark plug electrodes a, to prevent contamination of the spark plugs and finds particular application in the field of Aviation, where reliability is an important factor. One arrangement of this type is shown in U.S. Patent No. 2,963 by Knudson, etc., published December 6, 1959.

Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß die Verwendung einer Halbleiter-Nebenschlußstrecke zwischen den Elektroden eines Funkenbohrer nicht nur die Erzeugung von Funken ermöglicht, sondern bestimmte, eine VerschmutzungThe invention is based on the finding that the use of a semiconductor shunt path between the Electrodes of a spark drill not only enable the generation of sparks, but also certain pollution

7 [ i H I' 8 1 / Ü Ä U 2 7 [ i H I ' 8 1 / Ü Ä U 2

verhindernde Eigenschaften mit sich bringt, wenn der Bohrer in einer Flüssigkeit betrieben wird un außerdem den Betrieb des Funkenbohrers mit geringeren Spannungen ermöglicht, nämlich im Bereich einer Größe von 5 KV und darunter. Dies ist ein erheblicher Vorteil auf dem Gebiet der Technologie des Untertagebohrens. Z.B. sind derartige Spannungen an vielen Bohrstellen bereits vorhanden. Ferner ermöglicht die gegenwärtige Technologie eine wirkungsvolle Übertragung solcher niedergespannter Wechselströme auf den Bohrer. Wenn dies der Fall ist, kann die zugeordnete Schaltung zur Funkenerzeugung, welche Anordnungen zum Gleichrichten, zur Energiespeicherung und zur Entladung enthält, im Bohrerabschnitt oder in anderen Abschnitten des Bohrgestänges in der Nähe des Bohrers angeordnet sein. Die bisher erforderliche Überschlagspannung zum Betrieb eines Funkenbohrers in Flüssigkeiten machte einen so großen Kondensator erforderlich, daß der begrenzte Platz die Anordnung einer solchen Schaltung am Bohrer unmöglich machte.has preventive properties when the drill is operated in a liquid and moreover allows the operation of the spark drill with lower voltages, namely in the range of 5 KV and underneath. This is a significant advantage in underground drilling technology. E.g. are such tensions already exist at many drilling sites. Furthermore, current technology enables an effective transfer of such low-voltage alternating currents to the drill. If this is the case, can the associated circuit for spark generation, which arrangements for rectification, for energy storage and contains for discharge, in the bit section or in other sections of the drill string in the vicinity of the bit be arranged. The flashover voltage previously required to operate a spark drill in liquids required such a large capacitor that the limited space required the placement of such a circuit Made drill impossible.

Wenn auch bekannt war, daß Funkenbohrer eine höhere Bohrgeschwindigkeit als übliche Bohrer ermöglichten, so wurden sie doch durch die erforderliche hohe Spannung für den vergleichbaren Betrieb im Hinblick auf die Erforder-Even though it was known that spark drills had a higher drilling speed than conventional drills made possible, they were nevertheless due to the high voltage required for the comparable operation with regard to the required

^00BHΊ /0442^ 00BHΊ / 0442

nisse der Isolierung und den Energieverlust unverwend- ,-, bar. Die höhere Bohrgeschwindigkeit, die in Verbindung mit den praktischen Anwendungen des Funkenbohrers gemäß der Offenbarung erreicht wird, schafft erhebliche wirtschaftliche Vorteile, z.B. vermindern hohe Bohrgeschwindigkeiten Zeit, Kosten, welche im Bereich von US $ 30.000 pro Tag liegen können.nisse of the insulation and the energy loss unused, -, bar. The higher drilling speed, which in connection with the practical applications of the spark drill according to of the disclosure is achieved creates significant economic benefits, e.g., decrease high drilling speeds Time, costs, which can be in the range of US $ 30,000 per day.

Es ist entsprechend eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen Funkenbohrer für Untertagebohrung zu schaffen, welcher die vorstehend erläuterten Probleme und Mangel der Bekannten Bohrer nicht hat.It is accordingly an object of the invention to provide a spark drill for underground drilling, which does not have the above-mentioned problems and shortcomings of the known drill.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Funkenbohrer zu schaffen, welcher eine relativ geringe Spannung für den Betrieb benötigt.Another object of the invention is to provide a spark drill which has a relatively low voltage required for operation.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Funkenbohrkopf zu schaffen, welcher die Schaltung für die Funkenerzeugung enthält.Yet another object of the invention is to provide a spark drill head which provides the circuit for contains the spark generation.

Gemäß der Erfindung wird ein Funkenbohrer für Untertagebohrung geschaffen, welcher wenigstens ein Paar von Elektroden aufweist, zwischen welchen eine Auskleidung ausAccording to the invention there is provided a spark drill for underground drilling which has at least one pair of electrodes has, between which a lining made

2U988 1/0 4422U988 1/0 442

einem Halbleitermaterial liegt. Der Bohrer enthält
ferner eine Einrichtung zum Zuführen einer Bohrflüssigkeit in den Bereich zwischen den Elektroden und der
Arbeitsfläche. Wenn auch unterschiedliche Ausbildungen ausgeführt werden können, so ermöglicht doch schon das grundsätzliche Schema die Verwendung von relativ geringen Arbeitsspannungen. Earüberhinaus kann die Schaltung dicht am Bohrer angeordnet werden, um einen Wechselstrom niedriger Spannung in einen relativ hochgespannten Gleichstromlichtbogen umzuwandeln.
a semiconductor material. The drill contains
furthermore means for supplying a drilling fluid into the region between the electrodes and the
Work surface. Even if different designs can be carried out, the basic scheme allows the use of relatively low working voltages. In addition, the circuit can be placed close to the drill to convert a low voltage alternating current into a relatively high voltage direct current arc.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings of exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen;In the drawings show;

Pig. 1 einen Axialschnitt durch einen Funkenbohrer
gemäß der Erfindung,
Pig. 1 shows an axial section through a spark drill
according to the invention,

Pig. 2 eine Draufsicht auf die untere Stirnseite des Funkenbohrers gemäß Fig. 1,Pig. 2 is a plan view of the lower end face of the spark drill according to FIG. 1,

Fig. 3 schematisch ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung, wie sie als Triggerschaltung für den Funkenbohrer gemäß Fig. 1 verwendbar
ist und
3 schematically shows a block diagram of the electrical circuit as it can be used as a trigger circuit for the spark drill according to FIG. 1
is and

V ü 9 B H I / 0 4 4 2V ü 9 B H I / 0 4 4 2

Pig. 4 und 5 . schematisch eine AbwandlungsformPig. 4 and 5. schematically a modification

des in Pig. 1 bis 5 dargestellten Punkenbohrers.des in Pig. 1 to 5 shown point drill.

In den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, insbesondere in Pig. 1 und 2, ist ein Punkenbohrer 10 dargestellt, der insbesondere zum Befestigen am unteren Ende eines Bohrgestänges, wie es bei Ölbohrung verwendet wird^~ge~e±gnet_.ist. Der Punkenbohrer 10 hat ein zylindrisch geformtes Gehäuse 11, welches als eine von wenigstens zwei Elektroden dient. Das Gehäuse oder die Elektrode 11 ist an seinem bzw. ihrem oberen Ende mit Gewinde versehen, um in das untere Ende des Bohrgestänges eingeschraubt zu werden.In the drawings, in which like reference characters refer to like parts, particularly in Pig. 1 and 2, is a spot drill 10 is shown, which is particularly suitable for attaching to the lower end of a drill string, as in Oil hole is used ^ ~ ge ~ e ± gnet_. Is. The punk drill 10 has a cylindrically shaped housing 11 which serves as one of at least two electrodes. The case or the electrode 11 is threaded at its upper end for insertion into the lower end of the drill string to be screwed in.

Der Punkenbohrer enthält ferner eine zweite, mittlere Elektrode 12, welche durch eine Anzahl von radial vorspringenden Schenkeln 13 gekennzeichnet ist. Die äußere und die mittlere Elektrode sind mit Ausnahme des unteren Teiles durch ein dielektrisches Material 14 isoliert. Die radial von der mittleren Elektrode 12 zur äußeren Elektrode 11 gerichteten Wege sind durch eine Schicht 15 eines Halbleitermaterials gebildet. Nach der Erfindung ist vorzugsweise die Halbleiterschicht etwas von der unteren Pläche der Elektroden zurückgesetzt. Jeder der radial vor-The point drill further includes a second, central electrode 12, which is defined by a number of radially projecting Legs 13 is marked. The outer and middle electrodes are except for the lower one Part isolated by a dielectric material 14. The one radially from the middle electrode 12 to the outer electrode 11-directed paths are formed by a layer 15 of a semiconductor material. According to the invention is preferred the semiconductor layer is set back somewhat from the lower surface of the electrodes. Each of the radially forward

'i 0 9 B H 1 / Π U 4 ? 'i 0 9 BH 1 / Π U 4?

springenden Sohenkel 15 bildet in Verbindung mit der äußeren Elektrode 11 einen Funkenspalt. Im Betrieb tritt ein willkürliches Muster von Funken zwischen den Elektroden auf.The jumping sole handle 15 forms a spark gap in connection with the outer electrode 11. In operation occurs create a random pattern of sparks between the electrodes.

Der Funkenbohrer schließt ferner ein Zuführrohr 16 für eine Bohrflüssigkeit ein, das ein Befestigungsgewinde zum Befestigen an einer Zuführleitung hat, die an der Erdoberfläche beginnt. Das Flüssigkeitszuführrohr 16 endet in einer Anzahl von Bohrflüssigkeitsverteilungsrohren 18.The spark drill further includes a supply tube 16 for a drilling fluid that has fastening threads has to be attached to a feed pipe that starts at the surface of the earth. The liquid supply pipe 16 ends in a number of drilling fluid distribution pipes 18th

Im Betrieb wird der Funkenbohrer in die Erde eingeführt und eine viskose Bohrflüssigkeit, gelegentlich "Trübe" (mud) genannt, wird durch das Zuführrohr 16 und die Verteilerrohre 18 nach unten gepumpt, um den Bereich zwischen dem untertagegefüge und den Elektroden auszufüllen. Die Flüssigkeit kann dann entlang der Außenseite des Eunkenbohrers und des Bohrgestänges unter Mitführung der ausgebrochenen Teilchen der Untertagestruktur nach oben fließen. Es ist allgemein üblich, die Bohrflüssigkeit zu' sammeln und zurückzuführen.In operation, the spark drill is inserted into the earth and a viscous drilling fluid, occasionally "cloudy" (mud) called, is through the supply pipe 16 and the distribution pipes 18 pumped down to fill the area between the underground structure and the electrodes. The liquid can then be entrained along the outside of the sink drill and the drill pipe the broken particles of the underground structure flow upwards. It is common practice to use the drilling fluid to 'collect and return.

Bei bisher bekannten Funkenbohrern wird eine so große Spannung zwischen den Elektroden aufgebracht, daß eineIn previously known spark drills such a large voltage is applied between the electrodes that one

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Entladung zwischen den Elektroden erfolgt. Diese Entladung bewirkt, wenn sie mit einem hohen Wiederholungsgrad erzeugt wird, Stoßwellen, welche unmittelbar unter dem Bohrer auf die Untertagestruktur übertragen werden und auf diese auftreffen. Bohrer dieser Art haben, wie duroh Versuch gezeigt, die Möglichkeiten hoher Arbeitsgeschwindigkeiten. Jedoch erfordern derartige Bohrer im allgemeinen hohe Spannungen im Bereich von 50 KV um die Entladung eimuleiten. Spannungen, die bei der Ölgewinnung verfügbar sind, gehen 3edoeh üblicherweise nioht über 10 KV hinaus.Discharge occurs between the electrodes. This discharge, if it is generated with a high degree of repetition, causes shock waves, which immediately below transferred to the underground structure by the drill and impinge on it. Have drills of this type, like duroh trial demonstrated the possibilities of high working speeds. However, such drills require generally high voltages in the region of 50 KV µm initiate the discharge. Tensions In Oil Production are available, they usually do not exceed 10 KV.

Gemäß der Erfindung schafft die Halbleiterschicht 15 eine Nebenschlußbahn zwischen den Elektroden 11 und 12. Mit einer solohen Nebensohlußbahn sind aufgebrachte Spannungen von unter 10 KV erforderlich, um eine elektrische Entladung zu erzeugen. Es ist anzunehmen, daß ein so großer Stromfluß durch die Nebensohlußbahn geht, daß die Moleküle der Halbleiterfläche ionisiert werden. Wenn dies auftritt, wird ein elektrischer Weg mit sehr geringem Widerstand geschaffen und ein Funken erzeugt. Die her erläuterte Erfindung macht es praktisch möglich, Liohtbogenentladungseinriohtungen im Untertagebohrbetrieb zu verwenden. According to the invention, the semiconductor layer 15 creates a shunt path between the electrodes 11 and 12. With a single minor orbit, tensions are applied of less than 10 KV is required to generate an electrical discharge. It can be assumed that such a large current flow through the Nebensohlußbahn goes that the molecules of the semiconductor surface are ionized. When this occurs it becomes an electrical path with very little Resistance created and a spark created. The invention explained heretofore makes it practically possible to use Liohtbogenentladungseinriohtungen to be used in underground drilling operations.

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Bohrer, die gemäß diesen Prinzipien gebaut sind, arbeiten bei Spannungen von 1-3 KV", was in dem Spannungsbereich üblicher Ölfeld-Tauchpumpen und elektrischer Bohrer liegt und iat benutzbar mit üblichen elektrischen Kabeln und anderen leicht verfügbaren Einrichtungen. Drills built according to these principles operate at voltages of 1-3 KV ", which is in the voltage range Common oilfield submersible pumps and electric drills are available and can be used with common electric Cables and other readily available facilities.

Bei solchen Anwendungsformen, bei welchen elektrische Grleichstromenergie über einen sehr langen Bohrstrang nach unten übertragen werden muß, kann die zugeordnete hohe Kapazitanz des elektrischen Kabels die Funkenentladung vermindern. Der Betrieb des Funkenbohrers kann durch Übertragung von Wechselstrom im Bohrstrang nach unten und Anordnung der Schaltung zur Erzeugung der Funkenentladung im Funkenbohrkopf selbst oder als Unteranordnung, welche einen Teil des Bohrstranges und der Bohrerkomlvination bildet, verbessert werden.In those applications in which electrical direct current energy over a very long drill string must be transmitted downwards, the associated high capacitance of the electrical cable can reduce the spark discharge Reduce. The spark drill can be operated by transmitting alternating current in the drill string below and arrangement of the circuit for generating the spark discharge in the spark drill head itself or as a sub-arrangement, which is part of the drill string and the drill combination forms, to be improved.

In Fig. 2 ist eine entsprechende Schaltung für diesen Zweck dargestellt. Die Enirgie in Joules, die während einer Funkenentladung freigegeben wird, ist E » 1/2 C V , wobei C die Kapazitanz in Mikrofarad und V das Ladungspotential in KV ist. Experimentalarbeitsberichte zeigen, daß in eine Energie von 45 - 375 Joules erforderlich ist, um in das Gestein einzudringen. Dadurch erreicht eineStrom-In Fig. 2 is a corresponding circuit for this Purpose shown. The energy in joules released during a spark discharge is E »1/2 C V, where C is the capacitance in microfarads and V is the charge potential in KV. Experimental work reports show that an energy of 45 - 375 joules is required to penetrate the rock. As a result, an electricity

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zuführung von 3 KV zu einem Kondensator mit 100 Mikrofarad zur Erzeugung einer ausreichenden Energie aus.supply of 3 KV to a capacitor with 100 microfarads to generate sufficient energy.

Zu diesem Zweck zeigt Fig. 3 eine Wechselstromzuführung 20, die auf der Bohrlochoberflache liegt und die mit einer Gleichstromzuführung 21 in Yerbindung steht, welche ihrerseits mit den Elektroden 11 und 12 und dem Hebenschlußweg 15 verbunden ist. Die Gleichstromzuführung 21 ist durch den Block 21 in Pig. 1 dargestellt und enthält einen Gleichrichter und eine Triggerschaltung zur Erzeugung des Lichtbogens. Fig. 1 zeigt ferner einen zylindrischen Behälter 22, welcher die elektrische Schaltung umschließt und einen elektrischen Anschluß 23 als Befestigungspunkt für ein elektrisches Kabel von der Wechselstromzuführung 20.For this purpose, FIG. 3 shows an alternating current supply 20 which lies on the borehole surface and which is in connection with a direct current supply 21, which in turn is connected to the electrodes 11 and 12 and the lift-off path 15. The direct current supply 21 is through block 21 in Pig. 1 and includes a rectifier and a trigger circuit to generate the arc. Fig. 1 also shows a cylindrical container 22 which contains the electrical circuit encloses and an electrical connection 23 as an attachment point for an electrical cable from the AC power supply 20.

In Fig. 3 ist eine 3 KV Wechselstromzuführung 20 mit der Triggerschaltung 21 durch das Kabel 24 verbunden. Die Triggerschaltung besteht aus einer Gleichrichterschaltung 25, einem Kondensator 26 und einer T.riggeranordnung 27, welche ein Funkenspalt mit einer bekannten Durchbruchsspannung oder eine Festkörpersteuervorrichtung sein kann, die so ausgebildet ist, daß eine bekannte Menge von Energieimpulsen auf die Elektroden 11 und 12 übertragen werden.In FIG. 3, a 3 KV alternating current supply 20 is connected to the trigger circuit 21 by the cable 24. The trigger circuit consists of a rectifier circuit 25, a capacitor 26 and a T.rigger arrangement 27, which a spark gap with a known Breakdown voltage or a solid state control device which is designed so that a known amount of energy pulses are transmitted to the electrodes 11 and 12 will.

Ά; 9 8 8 1 / (H 4 2Ά; 9 8 8 1 / (H 4 2

Als andere Ausführungsform ist der Funkenbohrer gemäß Fig. 1 und 2 in Fig. 4 und 5 mit einer Anzahl von eraten oder mittleren Elektroden und einer gleichen Anzahl von G-leichstromzuführungen, die nicht alle dargestellt sind, gezeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Gleichstromzuführung 21 mit einer Mittelelektrode 12 verbunden, welche in Abstand von einer äußeren Elektrode 11 liegt, wobei zwischen beiden eine Halbleiterschicht 15 liegt. Andere Gleichstromzuführungen 21a, 21b sind zum Zuführen von Gleichstromimpulsen zu den anderen Elektroden 12a, 12b, wie in Fig. 5 gezeigt, vorgesehen. Wie Fig. 5 zeigt, kann die Anzahl von Mittelelektroden um die untere Fläche des Funkenbohrers in Abstand angeordnet sein. Die Schicht aus Halbleitermaterial muß von jeder Elektroden 12, 12a - 12d zur äußeren Elektrode 11 verlaufen. Das Halbleitermaterial braucht nicht den mittleren Bereich zwischen den mittleren Elektroden abzudecken und wie dargestellt, liegt das dielektrische Isoliermaterial frei. Jede Gleichstromzuführung kann mit zwei oder mehreren Mittelelektroden verbunden sein oder kann im Verhältnis 1 : 1 vorgesehen sein.As another embodiment, the spark drill according to FIGS. 1 and 2 in FIGS. 4 and 5 is advised with a number of or middle electrodes and an equal number of DC power supplies, not all shown are shown. As shown in FIG. 4, the direct current supply 21 is provided with a center electrode 12 connected, which is at a distance from an outer electrode 11, with a semiconductor layer between the two 15 lies. Other direct current supplies 21a, 21b are for supplying direct current pulses to the other electrodes 12a, 12b, as shown in Fig. 5, is provided. As shown in Fig. 5, the number of center electrodes may be the bottom surface of the spark drill may be spaced apart. The layer of semiconductor material must be of everyone Electrodes 12, 12a-12d run to the outer electrode 11. The semiconductor material doesn't need that cover middle area between the middle electrodes and as shown, lies the dielectric Isolation material free. Each direct current supply can be connected to two or more central electrodes or can be provided in a ratio of 1: 1.

2 U 9 8 81/04422 U 9 8 81/0442

Claims (12)

PatentansprücheClaims 1. Untertagefunkenbohrer, gekennzeichnet durch eine erste Elektrode (11), eine zweite Elektrode (12), eine Schicht (15) aus Halbleitermaterial, welche zwisohen den Elektroden angeordnet ist und einen elektrischen Nebenschlußweg zwischen diesen bildet, und duroh wenigstens einen Flüssigkeitsdurohgang (16,18) mit einer Öffnung im Bereich der Elektroden (11,12) und so angeordnet, daß eine Bohrflüssigkeit in dem Bereich zwischen den Elektroden und der Untertagestruktur verteilt werden kann, derart, daß Energie von der Funkenentladung zwischen den Elektroden über die Flüssigkeit auf die Untertagestruktur übertragen wird.1. Underground spark drill, characterized by a first electrode (11), a second electrode (12), a layer (15) of semiconductor material, which between is disposed on the electrodes and forms an electrical shunt path therebetween, and during at least one fluid passage (16,18) with an opening in the region of the electrodes (11,12) and arranged so that a drilling fluid in the Area between the electrodes and the underground structure can be distributed in such a way that energy from the Spark discharge between the electrodes through which the liquid is transferred to the underground structure. 2. Funkenbohrer naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (11) die zweite Elektrode (12) im wesentlichen umrundet.2. Spark drill according to claim 1, characterized in that that the first electrode (11) essentially surrounds the second electrode (12). 209881/0442209881/0442 3. Funkenbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (12) eine Anzahl von radial nach außen verlaufenden Schenkeln (13) aufweist, deren jeder im Abstand von der ersten Elektrode (11) liegt und jeder in Verbindung mit der ersten Elektrode einen Funkenspalt bildet.3. spark drill according to claim 1, characterized in that the second electrode (12) a number of radially has outwardly extending legs (13), each of which is spaced from the first electrode (11) and each forms a spark gap in conjunction with the first electrode. 4. Funkenbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (11) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und einen Außendurchmesser etwa gleich dem jedoch etwas geringer als dem Durchmesser des Bohrlochs hat, wobei die zylindrische Elektrode so lang ists daß sie ein Gehäuse für die zugeordneten Bauelemente bildet«4. Spark drill according to claim 1, characterized in that that the first electrode (11) is essentially cylindrical and has an outer diameter approximately equal to but slightly less than the diameter of the borehole, the cylindrical electrode so long is that it is a housing for the associated Building elements " 5» Funkenbohrer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eiae Gleiclastromzuführung (21), welche mit den Elektroden (11,12) verbunden ist«5 »Spark drill according to claim 1, characterized by A DC power supply (21), which is connected to the electrodes (11,12) is connected « 6. Funkenbohrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromzuführung einen Ausgang von unter 10 KV hat.6. spark drill according to claim 5, characterized in that the direct current supply has an output of below 10 KV. 7, Funkenbohrer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltung (21), deren Ausgang mit den Elektroden7, spark drill according to claim 1, characterized by a circuit (21) whose output with the electrodes 2 U 9 8 8 1 / Q 4 4 22 U 9 8 8 1 / Q 4 4 2 (11,12) zum trbertrageti von Grleichstromspannungsimpulsen zwischen, diesen und zum Aufbringen der Spannung über den Uefeenschlußweg gekuppelt ist, welcher durch die Schicht (15.) aus Halbleitermaterial gebildet ist, wobei die Schaltung (21) einen Eingang (24-) hat, welcher mit einer elektrischen Kraftquelle verbunden ist.(11,12) for the transmission of green current voltage pulses is coupled between, these and to apply the voltage across the Uefeenschlußweg, which is formed by the layer (15.) made of semiconductor material, the circuit (21) having an input (24-) which is connected to an electrical power source. 8. Funkenbohrer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung enthält* einen Kondensator (26) parallel zu den Elektroden (11,12), und einen Trigger (27) mit einer lunkenerzeugungsanordnung, die in Serie mit dem Kondensator (26) und den Elektroden (11, 12) geschaltet ist, um die Übertragung von Spannungsimpulsen auf die Elektroden zu bewirken. 8. spark drill according to claim 7, characterized in that that the circuit contains * a capacitor (26) parallel to the electrodes (11,12), and a trigger (27) with a link generating arrangement, which is in series connected to the capacitor (26) and the electrodes (11, 12) in order to effect the transmission of voltage pulses to the electrodes. 9. Funkenbohrer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung (21) einen Ausgang von unter 5 KV hat und daß der Kondensator so ausgewählt ist, daß er eine Entladungsenergie im Bereich von 45 Joules bewirkt.9. Spark drill according to claim 8, characterized in that that the power supply (21) has an output of less than 5 KV and that the capacitor is selected so that it causes a discharge energy in the range of 45 joules. 10. Punkenbohrer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl von zweiten Elektroden (12, 12a - d), wo-10. point drill according to claim 1, characterized by a number of second electrodes (12, 12a-d), where- 2-U9 88 1/04422-U9 88 1/0442 bei die Schicht (15) aus Halbleitermaterial zwischen, der Aneahl von zweiten Elektroden (12, 12a - 12d) und der ersten Elektrode (11) so angeordnet ist, daß sie Nebenschlußwege zwischen diesen bildet.in the case of the layer (15) made of semiconductor material between, the number of second electrodes (12, 12a - 12d) and the first electrode (11) is arranged to form shunt paths therebetween. 11. Funkenbohrer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (21) eine Gleichrichterschaltung (25) einschließt, deren Eingang mit einer Wechselstrom-^· quelle (20) verbunden ist, wobei eine Triggerschaltung (27) mit ihrem Eingang mit dem Ausgang der Gleichrichterschaltung (25) verbunden ist und mit ihrem Ausgang mit dieser Anzahl von zweiten Elektroden verbunden ist, um Spannungsimpulse auf diese zu übertragen.11. Spark drill according to claim 8, characterized in that that the circuit (21) is a rectifier circuit (25) includes the input of which is connected to an alternating current source (20), with a trigger circuit (27) has its input connected to the output of the rectifier circuit (25) and to its output is connected to this number of second electrodes in order to transmit voltage pulses to them. 12. Funkenbohrer nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine gleiche Anzahl von Gleichrichterkreisen (21, 21a, 21b), deren jeder mit seinem Eingang mit einer Wechselstromquelle (20) verbunden ist und durch eine gleiche Anzahl von Triggerschaltungen (27), deren Eingang mit dem Ausgang einer der Anzahl von Gleichrichterschaltungen verbunden ist, wobei der Ausgang jeder Triggerschaltung mit einer der Anzahl von zweiten Elektroden (12, 12a - 12d) und der ersten Elektrode (11) verbunden ist.12. Spark drill according to claim 11, characterized by an equal number of rectifier circuits (21, 21a, 21b), each of which is connected with its input to an alternating current source (20) and by the same Number of trigger circuits (27) whose input with connected to the output of one of the plurality of rectifier circuits, the output of each trigger circuit being connected to one of the plurality of second electrodes (12, 12a-12d) and the first electrode (11) is connected. 2Ü9881 /04422Ü9881 / 0442 L e e r s e 11 eRead 11 e
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