DE2602550A1 - Large diameter well drill rig - with cluster of pneumatic hammers and air lift cuttings removal - Google Patents
Large diameter well drill rig - with cluster of pneumatic hammers and air lift cuttings removalInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur EIerstellung von Großlochbohrungen Procedure for creating large holes
unter Einsatz von druckluftbetriebenen Bohrlochhämmern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Großlochbohrungen unter Einsatz von druckluftbetriebenen Bohrlochhämmern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. using compressed air driven downhole hammers and devices for carrying out the method The invention relates to a method for production of large-hole bores using compressed air-powered downhole hammers and an apparatus for performing this method.
Zur Herstellung von Bohrungen in der Brunnenbau- und Tiefbautechnik ist die Verwendung von druckluftbetriebenen Bohrlochhämmern seit mehr als 10 Jahren bekannt. Derartige Bohrlochhämmer ermöglichen wegen ihrer schnellen Schlagfolge im festenGestein im Vergleich mit den herkömmlichen Bohrverfahren einen etwa zehnmal grösseren Bohrfortschritt. Da jedoch die Verwendung druckluftbetriebener Bohrlochhämmer gleichzeitig eine Austragung des Bohrgutes durch die Antriebsdruckluft bedingt Faren bisher derartige vorteilhafte Verfahren unter Verwendung von druckluftbetrieben Bohrlochhämmern auf Bohrlochdurchmesser von etwa maximal Lt45 mn. begrenzt.For drilling holes in well construction and civil engineering has been the use of air-powered downhole hammers for more than 10 years known. Such downhole hammers allow because of their rapid impact sequence in solid rock about ten times that of conventional drilling methods greater drilling progress. However, since the use of compressed air powered downhole hammers At the same time, a discharge of the cuttings by the compressed air drive causes Faren so far such advantageous Process using compressed air operated Borehole hammering to a borehole diameter of about a maximum of Lt45 mn. limited.
Diese Begrenzung ergibt sich aus der Tatsache, daß zum Austragen des Bohrgutes eine Auftriebsgeschwindigkeit von etwa 15-20 n/sec erforderlich ist, was bei größeren Bohrlochdurchmessern einen Luftbedarf ergibt, der in Größenordnungen liegt, die wrxi t ror':nalen üblichen Kompressoren nicht mehr erreichbar sind.This limitation results from the fact that to discharge the Drilled material a lift speed of about 15-20 n / sec is required what with larger borehole diameters results in an air requirement in the order of magnitude lies, the wrxi t ror ': nalen common compressors can no longer be reached.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren und eine Vorrichtung der ob gen genannten Art zu schaffen, mittels derer diese Grenze überschritten werden kann, ohne daß die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile auftreten.The invention is based on the object of a method and a To create device of the type mentioned above, by means of which this limit is exceeded can be without the disadvantages inherent in the prior art occur.
Bei einem Verfahren der oben genannten Art wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Druckluft ausschließlich zum Betrieb des Bohrlochhammers verwendet wird und daß das anfallende Bohrgut nach dem Mammutpumpen-Prinzip durch Zugabe von Wasser in das Bohrloch im Lufthebeverfahren aus dem Bohrloch gefördert wird.In a method of the above type, this task becomes essential solved in that the compressed air is used exclusively to operate the downhole hammer is used and that the resulting cuttings are carried out according to the mammoth pump principle Addition of water into the borehole pumped out of the borehole using the air lift method will.
Es ist offensichtlich, daß durch die Erfindung insbesondere der Vorteil erzielt wird, daß die zum Austragen des Bohrgutes mindestens erforderliche Auftriebsgeschwindigkeit in der oben erwähntenGrößenordnung keine kritische, den Bohrlochdurchmesser begrenzede Menge darstellt,da durch die Kombination von Antriebs luft und Wasser das Mammutpumpen-Prinzip zum Austragen des Bohrgutes verwendet werden kann.It is obvious that by means of the invention in particular the advantage it is achieved that the minimum necessary lift speed for discharging the cuttings in the above-mentioned order of magnitude, there is no critical limit to the borehole diameter Quantity, because the combination of drive air and water creates the mammoth pump principle can be used to discharge the cuttings.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mehrere nebeneinander angeordnete Bohrlochhämmer verwendet.According to a particularly preferred embodiment of the invention several juxtaposed downhole hammers used.
Hierdurch wird erreicht, daß mit handelsüblichen Größen von Bohrlochhämmern theoretisch beliebig große Bohrlochdurchmesser im Fest; gestein hergestellt werden können.This ensures that with standard sizes of downhole hammers theoretically any large hole diameter in the solid; are made of stone can.
Im einzelnen ist es von Vorteil, das Bohrloch mit einem Gefälle zur Mitte herzustellen, wobei dann die Bohrgutförderung aus dem tiefsten Punkt des Bohrloches durchgeführt wird.In particular, it is advantageous to the borehole with a slope Manufacture middle, then the cuttings from the deepest point of the borehole is carried out.
Nache einer besonders Vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Bohrlochhämmer beim Vortrieb des Bohrloches im Kreisbogen um die Bohrlochmitte bewegt.According to a particularly advantageous development of the invention the drill hole hammers driving the drill hole in a circular arc around the center of the drill hole emotional.
Hierbei werden die Bohrlochhämmer vorzugsweise in sich überschneidenden Kreisbögen bewegt.Here, the downhole hammers are preferably in intersecting Moving arcs.
Die Überschneidung beträgt nach einer vorteilhafter Ausführungsform nach der Erfindung etwa 10-15 cm.According to an advantageous embodiment, the overlap is according to the invention about 10-15 cm.
Da es bei dem erfindungsgemässen Verfahren unvermeidbar ist, daß die Meißel der weiter aussen angeordneten Bohrlochhämmer stärker beansprucht werden als die Meißel im Bereich der hohrlochmitte, )a sie eine wesentlich größere Fläche zu bearbeiten haben, ist es von besonderem Vorteil, die Meißel im Bohrlochhammer nach jeder Bohrung um 180° zu drehen.Since it is inevitable in the inventive method that the Chisel of the further outwardly arranged downhole hammers are more heavily stressed than the chisels in the area of the center of the hoophole,) a they have a much larger area have to work, it is of particular advantage to have the chisel in the downhole hammer Rotate 180 ° after each drilling.
Hierbei ist es ferner vorteilhaft, die Meißel des radial außenliegenden Bohrlochhammers mit dem Meißel des radial inneren Bohrlochhammers zu vertauschen.It is also advantageous to use the chisel of the radially outer To swap the downhole hammer with the chisel of the radially inner downhole hammer.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit mindestens einem druckluftbetriebenen Bohrlochhammer, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Durchlaßöffnung im oberen Teil des Bohrlochhammers blind gesetzt ist und daß ein Luftheberrohr zum Fördern von Bohrgut-Luft-Wasser-Gemis eh vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäuse Vorrichtung wird ebenfalls die eingangs definierte Aufgabe der Erfindung in vollem Umfang gelöst, in-dem die Druckluft lediglich zum Betrieb der Auf- und Abbewegung des Kolbens in dem Bohrloch, zur Erzeugung der Schlagenergie verwendet wird und keine zusätzliche Luft zum Bohrgutaustrag durch den Bohrlochhammer strömt. Die Bohrgutförderung, die bisher ausschließlich durch Druckluft erfolgte, wird hierbei ebenfalls unter Wasserzugabe in das Bohrloch im Lufthebeverfahren, nach dem Mammutpumpen- Prinzip durchgeführt Eine vorteilhafte Weiterbildung kann die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch erfahren, daß mehrere druckluftbetriebene Bohrlochhämmer in etwa einer Ebene nebeneinander angeordnet ,orgesehen sind.Another object of the invention is a device for implementation the described method with at least one pneumatic drill, which is characterized in that the passage opening in the upper part of the downhole hammer is set blind and that an air jack tube for conveying cuttings-air-water-Gemis is provided anyway. The device according to the invention is also the initially defined object of the invention is achieved in its entirety by the compressed air only to operate the up and down movement of the piston in the borehole, to generate the Impact energy is used and no additional air is used to discharge the cuttings the downhole hammer flows. The drilling material conveyance, which so far has only been carried out by Compressed air was carried out, is here also with the addition of water into the borehole in the Air lifting process, according to the mammoth pump Principle carried out a The device according to the invention can experience advantageous further development by that several compressed air-powered downhole hammers in approximately one level next to each other arranged, are provided.
Von besonderem Vorteil ist es hierbei, die Bohrlochhämmer exzentrisch zui' Bohrlochachse anzuordneten, derart, daß jeder Bohrlochhammer um die Bohrlochachse auf einem Kreisbogen bewegbar ist.It is of particular advantage here that the downhole hammers are eccentric zui 'borehole axis to be arranged such that each downhole hammer around the borehole axis is movable on an arc.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung kann dadurch £escha!fen werden, daß die Exzentrizität der Bohrlochhämmer verschieden bemessen ist, derart, daß sich die zugeordneten Kreisbögen gegenseitig überschneiden.An advantageous further development of this embodiment of the invention can be created by making the eccentricity of the downhole hammers different is dimensioned such that the associated arcs intersect each other.
Von besonderem Vorteil ist es auch, die Bohrlochhämmer mit verschiedener Exzentrizität abwechselnd auf den beiden 3eiten der Bohrlochachse anzuordnen.It is also of particular advantage to use the downhole hammers with different To arrange the eccentricity alternately on the two sides of the borehole axis.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung kann dadurch geschaffen werden, daß die Bohrlochhämmer auf einem gemeinsamen Träger gelagert sind und daß der Träger für den oder die Bohrlochhämmer um die Bohrlochachse drehbar angetrieben ist.A particularly preferred embodiment of the device according to the invention can be created in that the downhole hammers on a common carrier are stored and that the carrier for the downhole hammers or hammers around the borehole axis is rotatably driven.
Der radial am weitesten innen angeordnete Bohrlochhammer ist bei einerhesonders bevorzugten Ausführungsform nach derErfindung tie fer als die übrigen Bohrlochhämmer angeordnet.The radially innermost downhole hammer is special in one preferred embodiment of the invention deeper than the rest of the downhole hammers arranged.
Hierbei ist es von Vorteil, das Luftheberrohr lediglich neben dem tiefer angeordneten Bohrlochhammer vorzusehen.Here it is advantageous to only place the air lift tube next to the Provide lower downhole hammer.
Die oben erwähnte Überschneidung der Kreisbögen, auf denen die Bohrlochhämmer bewegbar sind, bildet vorzugsweise einen 20-70 mm breiten Streifen.The above-mentioned intersection of the arcs on which the downhole hammers are movable, preferably forms a 20-70 mm wide stripes.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichen Ausführungsform näher erläutert.In the following the invention is exemplified with reference to one in the drawings illustrative embodiment explained in more detail.
Es zeigt: Fig. 1 eine skizzenhafte Seitenansicht der Vorrichtung nah der vorliegenden Erfindung und Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß Figur 1 längs der Linie II - II.It shows: Fig. 1 a sketchy side view of the device close of the present invention and FIG. 2 shows a sectional view according to FIG. 1 along the Line II - II.
Bei der in Figur 1 veranschaulichtes Ausführungsform, bei der es sich lediglich um eine Prinzipskizze handelt, wird ein Bohrloch 1 mittels der erfindungsgemässen Vorrrichtung gebohrt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei ueblichen druckluftbetriebenen Bohrhämmern 2,3, deren Durchlaßöffnung (nicht dargestellt) zu It ) im oberen Teil des Bohrlochhammer jedoch blind gesetzt ist, da nach dem erfindungsgemässen Verfahren keine zusätzliche Luft zum Bohrgutaustrag durch den Bohrlochhammer strömen muß.In the embodiment illustrated in FIG. 1, in which it is is merely a basic sketch, a borehole 1 is made by means of the Drilled device. The device according to the invention consists in the one shown Embodiment of two conventional pneumatic hammers 2.3, whose Passage opening (not shown) to It) in the upper part of the downhole hammer, however is set blind, since according to the inventive method no additional air must flow through the downhole hammer to discharge the cuttings.
Dc beiden Bohrlochhämmer 2,3 sind an einem Rahmen oder Drehgestell gelagert, welches allgemein mit 4 bezeichnet ist. Bei dem veranschaulichtern Ausführungsbeispiel ist der Rahmen oder Drehgestell + aus zwei Teilen 5 und 6 aufgebaut, in welchen die beiden Bohrlochhämmer 2 und 3 an zwei im axialen Abstand befindlichen telle gelagert sind. Der Rahmen oder Drehgestell 4 ist um die Bohrlochachse 7 drehbar angetrieben, wobei Einzelheiten des Gestänges zum Absenken und Dre-hen nicht veranschaulicht sind.The two downhole hammers 2.3 are on a frame or bogie stored, which is designated generally with 4. In the illustrated embodiment the frame or bogie + is made up of two parts 5 and 6, in which the two downhole hammers 2 and 3 at two axially spaced points are stored. The frame or bogie 4 is rotatable about the borehole axis 7 driven, with details of the linkage for lowering and rotating not illustrated are.
Die beidenRohrlochhämmer 2 und 3 werden über eine gesemeinsame Druckluftleitung mit Antriebsdruckluft (Pfeil 9) von 7 - 20 atü versorgt, wobei diese Antriebsdruckluft an einem T-Stück 10 auf die zwei den Bohrlochhämmern 2 bzw. 3 zugeordnete Versorgungsleitungen 11 und 12 aufgeteilt wird.The two pipe hammers 2 and 3 are connected via a common compressed air line with drive compressed air (arrow 9) of 7 - 20 atmospheres, this drive compressed air on a T-piece 10 on the two supply lines assigned to the downhole hammers 2 and 3, respectively 11 and 12 is split.
Jeder der Bohrlochhämmer 2 und 3 ist mit einem schematisch dargestelllten Meißel 13 bzw. 14 versehen. Ferner ist ein Luftheberrohr 15 vorgesehen, welches das Bohrgut-Luft-Wasser-Gemisch (Pfeil 16), das wegen der Füllung des olirloches 1 mit Wasser Ihr der ohnehin zugeführten Atltriebs-lllft fUr die bohrhämmer 2 unter 3 erzeugt wird, durch seine im Bereich des Bohrlochbodens befindliche Öffnung 17 auf-nimmt und nach dem Mammutpumpen-Prinzip nach oben fördert.Each of the downhole hammers 2 and 3 is shown schematically with a chisel 13 and 14 respectively. Furthermore, an air lifter tube 15 is provided, which the cuttings-air-water mixture (Arrow 16), because of the filling of the olirhole 1 with water your already supplied Atltriebs-lllft for the hammer drills 2 under 3 is generated by its in the area The opening 17 located in the bottom of the borehole receives and according to the mammoth pump principle promotes upwards.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind die Bohrlochhämmer 2 und 3 sowie die Öffnung 17 des Luftheberrohres 15 exzentrisch zur Bohrlochachse 7 in verschiedenen Exzentrizitaten angeordnet und werden bei Drehung des Rahmens oder Drehgestelles 4 auf Kreisbögen bewegt, auf die unter Bezugnahme auf Figur 2 nochmals näher eingegangen wird.As can be seen from Figure 1, the downhole hammers are 2 and 3 as well the opening 17 of the air jack tube 15 eccentric to the borehole axis 7 in different Eccentricities are arranged and when the frame or bogie rotates 4 moved on arcs, which will be discussed in more detail with reference to FIG will.
Aus Figur 1 ist ferner ersichtlich, daß der weiter radial innenliegende Bohrlcchhammer 2 etwas tiefer als der Bohrlochhammer 3 oder gegebenenfalls weitere vorgesehene Bohrlochhämmer angeordnet ist, so daß in dem Bohrloch 1 ein Gefälle zur Mitte hin erzeugt wird, welches ausreicht um es zu ermöglichen, daß das Luftheberrohr 15 lediglich neben dem am weitesten innen liegenden Bohrlochhammer 2 angeordnet wird. Bei Verwendung von mehr als zwei Bohrlochhämmern sind diese bevorzugt von innen nach aussen jeweils ca. 10cm höher an£eordnet,um das oben erwähnte Gefälle zu erzeugen.From Figure 1 it can also be seen that the further radially inner Boring hammer 2 a little deeper than the borehole hammer 3 or possibly more provided borehole hammers is arranged so that in the borehole 1 a slope toward the center, which is sufficient to allow the air lift tube 15 arranged only next to the downhole hammer 2 which is furthest inward will. If more than two downhole hammers are used, these are preferred by inside outwards each about 10cm higher, around the gradient mentioned above to create.
BeiAusführungsformen mit zwei oder mehr Bohrlochhämmer werden die se jeweils abwechselnd auf der linken und rechten Seite der Bohrlochachse 7 angeordnet, wobei beispielsweise bei einer praktischen Ausführungsform die Achse des ersten Bohrlochhammers etwa 90mm links von der Bohrlochachse, die Achse des zweiten Bohrlochhammers etwa 270 mm rechts von der Bohrlochachse, die Achse des dritten Bohrlochhammers 450mm links von der Bohrlochachse usw. liegt.In embodiments with two or more downhole hammers, the se alternately arranged on the left and right side of the borehole axis 7, for example, in a practical embodiment, the axis of the first Downhole hammer about 90mm to the left of the downhole axis, the axis of the second downhole hammer about 270 mm to the right of the borehole axis, the axis of the third downhole hammer 450mm to the left of the borehole axis etc.
Wieinsbesondere aus Figur 2 ersichtlich, werden die Meißel 13 bzw, 14 der Bohrlochhämmer 2 bzw. 3 aufgrund ihrer verschiedenen Exzentrizität zur Bohrlochachse 7 auf Kreisbögen unterschiedlicher Größe um die }3ohrlri'ha'hse 7 herumgelegt. Hierbei wird aus dem Bohtlochboden durch den von der Bohrlochachse weiter entfernt liegenden Meißel 14 der din Figur 7 links schraffierte kreisförmige Streifen und durch den weiter innen liegenden Meißel 13 der rechts schraffierte Kreis 19 abgebaut. Es ist klar zu sehen, daß sich der durch den Mei?el iLt. abgebaute kreisförmige Streifen 18 und der durch den Meißel 13 abgebaute Kreis 19 in einem ringförmigen Streifen 20 überschneiden, so daß hierdurch gewährleistet ist, daß zwischen den Abbaubereichen der beiden Bohrlochhämmer 2 und 3 kein Gestein stehen bleibt. In der Praxis hat sich für die Breite des ringförmigen Streifens 20 eine Größenordnung von 40 bis 70 mm als günstig erwiesen, welche sich daraus ergibt, daß pro verwendetem Bohrlochhammer vom Meißeldurchmesser 20 bis 30 min abgezogenwerden. Zwei Bohrlochhämmer mit Meißeln von 260 mm Durchmesser werden also etwa ein Bohrloch von 720 mm Durchmesser, drei Bohrlochhämmer ein Bohrloch von etwa 1080 mm usw. herstellen, können.As can be seen in particular from Figure 2, the chisels 13 or 14 of the downhole hammers 2 and 3 due to their different eccentricity to the borehole axis 7 different on circular arcs Size around the} 3ohrlri'ha'hse 7 lying around. Here, the bottom of the borehole is passed through the axis of the borehole More distant chisels 14 of the circular hatched chisel on the left in FIG. 7 Stripes and through the chisel 13 further inwards, the hatched one on the right District 19 dismantled. It can be clearly seen that it works its way through the chisel. degraded circular strip 18 and the circle 19 broken down by the chisel 13 in one overlap annular strips 20, so that this ensures that there is no rock between the mining areas of the two downhole hammers 2 and 3 remain. In practice, the width of the annular strip 20 has a The order of magnitude of 40 to 70 mm has proven to be favorable, which results from that per downhole hammer used, 20 to 30 minutes are deducted from the chisel diameter. Two downhole hammers with chisels with a diameter of 260 mm become roughly one borehole with a diameter of 720 mm, use three hammers to drill a hole about 1080 mm, etc., can.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet wird aus Figur 2 ferner offenbar, aaß es bei dem erfindungsgemssen Verfahren unvermeidbar ist, daß die weiter außen liegenden Meißel, wie beispielsweise der Meißel 14 des Bohrlochhslmers 3, stärker beansprucht werden als die weiter innen liegenden Meißel, da sie eine wesentlich größere Fläche abzutragen haben. Daher sollen nach jeder Bohrung die Meißel im Hammer um 1800 gedreht und die Meißel der äußeren Bohrlochhämmer mit den Meißeln der inneren Bohrlochhämmer vertauscht werden.It is also apparent to those skilled in the art from FIG. 2 that aass it is unavoidable in the method according to the invention that the further outlying Chisel, such as the chisel 14 of the Bohrlochhslmers 3, more stressed than the chisels located further inside, as they cover a much larger area have to remove. Therefore, after each drilling, the chisels should be turned by 1800 in the hammer and the bits of the outer downhole hammers with the bits of the inner downhole hammers be swapped.
Ferner ist aus Figur 2 ersichtlich, daß die Öffnung 17 des Luftheberrohres 15 ebenfalls im Kreisbogen im Bereich des tiefsten Punktes des durch die aus Figur 1 ersichtliche Anordnung der Bohrlochhämmer erzeugten Gefälles bewegt wird. Hierdurch wird die nach dem Mammutpumpen-Prinzip erfolgende Bohrgutförderung sichergestellt.It can also be seen from Figure 2 that the opening 17 of the air lift tube 15 also in the arc of a circle in the area of the lowest point of the through the figure 1 apparent arrangement of the downhole hammers generated slope is moved. Through this the cuttings are conveyed according to the mammoth pump principle.
Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, daß im Rahmen der vorliegenden Beschreibung keine Einzelheiten der Anschlüsse des Luftheberrohres 15 bzw. der Druckluftleitung 9 und des Dreh antriebes des Rahmens @ näher erläutert wurden, da diese Einzelheiten zum allgemeinen Fachwissen gehören dürften.For the sake of completeness, it is pointed out that in the frame The present description does not give details of the connections of the air lift tube 15 or the compressed air line 9 and the rotation drive of the frame @ as these details are part of general knowledge should.
Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.All of those mentioned in the description and in the drawings recognizable technical details are important for the invention.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2599782A1 (en) * | 1985-10-04 | 1987-12-11 | Tone Boring Co | METHOD AND APPARATUS FOR PERCUSSION DRILLING |
FR2745031A1 (en) * | 1996-02-16 | 1997-08-22 | Boniface Andre | Rotary percussion tool for drilling large-diameter wells in very hard ground |
WO1998011321A1 (en) * | 1996-09-10 | 1998-03-19 | Powermole International Limited | Method and apparatus for driving an article into a medium |
EP0990765A1 (en) * | 1998-09-28 | 2000-04-05 | Compagnie Du Sol | Percussive core barrel |
-
1976
- 1976-01-23 DE DE19762602550 patent/DE2602550A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHW | Rejection |