DE2920126A1 - CENTERING AND GUIDE DEVICE FOR DRILL RODS FOR GROUND DRILLING - Google Patents
CENTERING AND GUIDE DEVICE FOR DRILL RODS FOR GROUND DRILLINGInfo
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Zentrier- und Führungsvorrichtung für Bohrgestänge zum ErdbohrenCentering and guiding device for drill rods for earth drilling
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrier- und Führungsvorrichtung für Bohrgestänge zum Erdbohren mit wenigstens drei auf dem Umfang verteilt angeordneten und zwischen einem oder mehreren das Bohrgestänge umschließenden Tragelementen und der Bohrlochwandung verspannbaren Stützgliedern.The invention relates to a centering and guiding device for drill rods for earth drilling at least three arranged distributed on the circumference and between one or more surrounding the drill pipe Support elements and the borehole wall tensionable support members.
Bei Erdbohrarbeiten und insbesondere beim sogenannten Schrägbohren ist es erforderlich, das Bohrgestänge innerhalb des Bohrlochs zu zentrieren und beim Bohrvorgang zu führen. Bei den bekannten Vorrichtungen der eingangs angegebenen Art sind die Stützglieder als Kufen ausgebildet, die entweder mitdrehend unter Abstützung durch Rollen oder nicht mitdrehend unter Zwischenschaltung eines Lagers am jeweiligen Tragelement angeordnet sind und gegen die Bohrlochwandung verspannt werden. Das beim Erdbohren entstehende Bohrloch kann in der Praxis nicht genau kalibriert werden, wiederum insbesondere beim Schrägbohren, und es weisen die bekannten Vorrichtungen den Nachteil auf, daß sich die Kufen derartigen mangelnden Kalibrierungen des Bohrlochs nicht anpassen können, insbesondere nicht während des Bohrvorgangs, so daß sehr häufig schiefe Bohrungen die Folge sind. Auch dann, wenn wie bei einigen bekannten Vorrichtungen die Kufen gefedert sind, besteht stets die Gefahr einer Ablenkung des Bohrwerkzeugs bzw. des Bohrgestänges. Es kann daher mit Hilfe der bekannten Vorrichtungen eine genaue Zentrierung und Führung des Bohrgestänges nicht bewerkstelligt werden.For earth drilling and especially for so-called inclined drilling, it is necessary to use the drill rod to center within the borehole and to guide during the drilling process. In the known devices of the type specified above, the support members are designed as runners, which either rotate with support by rolling or not rotating with the interposition of a bearing on the respective support element are arranged and are braced against the borehole wall. The borehole resulting from earth drilling can be in in practice cannot be precisely calibrated, again in particular when drilling at an angle, and the known Devices have the disadvantage that the skids are not such a lack of calibrations of the borehole can adapt, especially not during the drilling process, so that very often inclined holes the result are. Even if, as in some known devices, the runners are spring-loaded, there is always the Risk of deflection of the drilling tool or the drill rod. It can therefore with the help of the known devices precise centering and guidance of the drill pipe cannot be achieved.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrier- und Führungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die unter Vermeidung der geschilderten Nachteile es gestattet, das Bohrgestänge, auch etwaige Schwerstangen, und damit das Bohrwerkzeug genau innerhalb des Bohrlochs zu zentrieren und zu führen und damit schiefe Bohrungen mit Sicherheit auszuschließen. Dabei soll die Zentrier- und Führungsvorrichtung auch bei lockerem Fels die gewünschte genaue Zentrierung bewerkstelligen. Ferner soll die Vorrichtung eine Fähigkeit zur Anpassung an den jeweiligen Bohrlochverlauf und an jeweilige Unebenheiten aufweisen. Dies wird nach der Erfindung bei einer Zentrier- und Führungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art vor allem dadurch erreicht, daß die Stützglieder als geschlossene und elastisch verformbare, jeweils gesondert druckmittelbeaufschlagbare Druckkissen ausgebildet sind. Derartige Druckkissen sind in der Lage, sich dem jeweiligen Bohrlochverlauf und etwaigen Unebenheiten innerhalb des Bohrlochs sowie auch Durchme s s erver änderungen anzupassen, so daß stets eine genaue Zentrierung und Führung des Bohrgestänges erreicht werden kann. Durch die gesonderte Druckmittelbeaufschlagung der einzelnen Druckkissen kann zusätzlich eine gewillkürte Anpassung und damit Zentrierung herbeigeführt werden. Das Bohrgestänge kann somit in seiner Führung innerhalb des Bohrlochs genau beherrscht werden, was beim Schrägbohren besonders wichtig ist. Gegebenenfalls kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch im Zusammenhang mit einer mechanischen Führung zur Grobzentrierung verwendet werden, die dann der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschaltet wird. Um Anlageänderungen auszugleichen, können im Druckkissen Druckänderungen durchgeführt werden. Die Druckkissen sind als sehr einfache Bauteile anzusehen, so daß insgesamt die Vorrichtung konstruktiv besonders einfach ausgebildet werden kann. Die Druckmittelbeaufschlagung kann mit einfachen Medien und mit einfachenThe invention is based on the object of providing a centering and guiding device of the type specified at the beginning To create a way that, while avoiding the disadvantages described, allows the drill rods, also any collars, and thus the drilling tool to center and guide exactly within the borehole and thus exclude crooked bores with certainty. The centering and guiding device should achieve the desired exact centering even with loose rock accomplish. Furthermore, the device should be able to adapt to the respective borehole course and to have respective bumps. This is according to the invention in a centering and guiding device of Type specified at the outset mainly achieved in that the support members are closed and elastically deformable, pressure cushions that can be acted upon separately by pressure medium are formed in each case. Such pressure pads are in the location, the respective borehole course and any unevenness within the borehole as well as diam s s erver to adapt changes so that precise centering and guidance of the drill rods can always be achieved can. Due to the separate application of pressure medium to the individual pressure cushions, a specific pressure can also be selected Adjustment and thus centering can be brought about. The drill pipe can thus be guided within the Drill hole can be precisely controlled, which is particularly important when drilling at an angle. Optionally, the inventive Device can also be used in connection with a mechanical guide for rough centering, which is then connected upstream of the device according to the invention. To compensate for system changes, Changes in pressure can be carried out in the pressure pad. The pressure pads are to be regarded as very simple components, so that, overall, the device can be designed in a particularly simple manner. The application of pressure medium can with simple media and with simple
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Steuerungsmitteln durchgeführt werden. Die Vorrichtung nach der Erfindung sichert somit ein besonders genaues Bohrergebnis und vermeidet insbesondere schiefe Bohrungen. Control means are carried out. The device according to the invention thus ensures a particularly accurate Drilling result and in particular avoids crooked holes.
Eine besonders zweckmäßige und den Druckkissen besonders angepaßte Bauweise wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß das Tragelement konzentrisch zum Bohrgestänge ausgebildet und auf ihm frei drehbar und längsverschieblich gelagert ist und die Druckkissen auf dem Umfang des Tragelements gehalten sind. Eine besonders zweckmäßige Ausbildung der Druckmittelbeaufschlagung kann in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß zur Druckmittelbeaufschlagung jedem Druckkissen eine gesonderte Druckmittelleitung zugeordnet ist, die einerseits Über ein Umschaltventil an eine allen Druckkissen gemeinsame Ablaßleitung, die im Bohrloch endet, und andererseits über ein Rückschlagventil an eine allen Druckkissen gemeinsame Zufuhrleitung angeschlossen ist. Hierdurch läßt sich die Druckmittelbeaufschlagung auf besonders einfache Weise sicher beherrschen. A particularly expedient construction that is particularly adapted to the pressure pad is provided in a further embodiment the invention achieved in that the support element is designed concentrically to the drill pipe and free on it is rotatably and longitudinally displaceably mounted and the pressure pads are held on the circumference of the support element. A particularly expedient embodiment of the application of pressure medium can be used in a further embodiment of the invention can be achieved in that a separate pressure medium line is assigned to each pressure pad for the application of pressure medium is, on the one hand, via a switching valve to a discharge line common to all pressure cushions, which is located in the borehole ends, and on the other hand connected via a check valve to a supply line common to all pressure cushions is. In this way, the application of pressure medium can be safely controlled in a particularly simple manner.
Um gezielt Änderungen in der Druckmittelbeaufschlagung ausführen zu können, ist es auch in weiterer Ausbildung der Erfindung möglich, das ausgewählte Druckkissen an jeweils eine gesonderte Druckmittelzufuhrleitung angeschlossen sind.In order to be able to make targeted changes in the application of pressure medium, it is also in further training the invention possible, the selected pressure pad to a separate pressure medium supply line are connected.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigenFurther features, details and advantages of the invention emerge from the claims and the following Description of an embodiment of the invention with reference to the drawing. Show it
Fig. 1 eine Seitenansicht der Zentrier- und Führungsvorrichtung nach der Erfindung innerhalb eines Bohrlochs und mit hindurchgeführtem Bohrgestänge,Fig. 1 is a side view of the centering and guiding device according to the invention within a borehole and with drill rods passed through,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1 entlang der Linie A-B,FIG. 2 shows a partially sectioned view of the device according to FIG. 1 along the line A-B,
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Fig. 3 ein Schaltbild der Druckmittelbeaufschlagung der Druckkissen der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 für Bohrungen mit Flüssigkeit im Bohrloch,Fig. 3 is a circuit diagram of the application of pressure medium to the pressure pad of the device according to FIGS. 1 and 2 for Drilling with fluid in the borehole,
Fig. 4 ein Schaltbild für die Druckmittelbeaufschlagung der Druckkissen der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 für Bohrungen mit ausschließlich Luft im Bohrloch.4 shows a circuit diagram for the application of pressure medium the pressure pad of the device according to FIGS. 1 and 2 for bores with only air in the borehole.
In Fig. 1 und 2 ist die Zentrier- und Führungsvorrichtung nach der Erfindung weitestgehend schematisch mit denjenigen Teilen dargestellt, die zur Erläuterung der Erfindung dienen.In Fig. 1 and 2, the centering and guiding device according to the invention is largely schematic shown with those parts that serve to explain the invention.
Die Vorrichtung dient dazu, das schematisch dargestellte Bohrgestänge 1, das auch eine Schwerstange sein kann, im Bohrloch 2 zu zentrieren und zu führen. Zu diesem Zweck umschließt das Bohrgestänge 1 konzentrisch ein Tragelement 3, das z.B. aus zwei zylindrischen Teilen 3a und 3b besteht, die durch radiale Stege 3c miteinander verbunden sind. Auf dem äußeren Umfang des Tragelements 3, hier dem äußeren Zylinder 3b, sind in geeigneter Weise und auf dem Umfang verteilt geschlossene und. elastisch verformbare Druckkissen 4 gehalten. Diese Druckkissen sind aus geeignetem widerstandsfähigem gummielastischem Material gebildet und der konzentrischen Form weitestgehend angepaßt, wie insbesondere Fig. 2 zeigt. Die Verbindung der Druckkissen mit dem Umfang des Zylinders 3b des Tragelements 3 erfolgt z.B. durch einen geeigneten Klebevorgang. Das Tragelement 3 ist über seinen inneren Zylinder 3a frei drehbar und längsverschieblich konzentrisch zum Bohrgestänge 1 gelagert.The device is used to drill the drill rod 1 shown schematically, which is also a drill collar can to center in the borehole 2 and to guide. For this purpose, the drill pipe surrounds 1 concentrically a support element 3, which consists, for example, of two cylindrical parts 3a and 3b, which are connected to one another by radial webs 3c are connected. On the outer circumference of the support element 3, here the outer cylinder 3b, are in a suitable manner and distributed on the perimeter closed and. elastically deformable pressure pad 4 held. These pressure pads are made of a suitable, resilient, rubber-elastic material and are largely concentric in shape adapted, as in particular Fig. 2 shows. The connection of the pressure pad to the circumference of the cylinder 3b of the support element 3 takes place, for example, by means of a suitable gluing process. The support element 3 is about its inner Cylinder 3a is mounted concentrically to the drill rod 1 so that it is freely rotatable and longitudinally displaceable.
Die Druckkissen 4 sind jeweils gesondert druckmittelbeaufschlagbar. In Fig. 2 sind schematisch diesem Zweck dienende Anschlußstutzen 5 dargestellt. Fig. 1 zeigt ebenfalls schematisch eine gemeinsame Zufuhrleitung 6 für die Druckmittelbeaufschlagung der Druckkissen 4.The pressure cushions 4 can each be acted upon separately by pressure medium. In Fig. 2, connecting pieces 5 serving this purpose are shown schematically. Fig. 1 likewise schematically shows a common supply line 6 for the application of pressure medium to the pressure cushions 4.
Fig. 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsformen von Schaltungen zur Druckmittelbeaufschlagung der Druckkissen 4 der in Fig. 1 und 2 dargestellten Zentrier- und3 and 4 show two embodiments of circuits for applying pressure medium to the pressure pad 4 of the centering and shown in Figs
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Führungsvorrichtung.Guide device.
Es wird zunächst die Schaltung nach Fig. 3 beschrieben, die für eine Druckmittelbeaufschlagung der Druckkissen 4 im Fall einer Bohrung mit Flüssigkeit im Bohrloch angewendet wird. Als Druckmittel wird Druckluft verwendet.The circuit according to FIG. 3 will first be described, which is used for the application of pressure medium Pressure pad 4 is used in the case of a drilling with liquid in the borehole. Compressed air is used as the pressure medium used.
Übertage sind an geeigneter Stelle ein Druckluftkompressor 7 und ein Hauptventil 8 sowie eine Auslaßleitung 9 zur Atmosphäre und schließlich die gemeinsame Zufuhrleitung 6 angeordnet, wobei die Zufuhrleitung 6 in das Bohrloch geführt wird. Das Hauptventil 8 ist als Wegeventil mit drei Anschlüssen und drei Schaltstellungen ausgebildet. Die dargestellte mittlere Schaltstellung stellt die neutrale Stellung dar. Die gemeinsame Zufuhrleitung 6 ist über ein Rückschlagventil 10 zu gesonderten Einzelzufuhrleitungen 11 geführt, die ihrerseits an die Druckkissen 4 angeschlossen sind, und zwar über jeweils ein Rückschlagventil 12. Jede Einzelzufuhrleitung 11 ist ferner über jeweils ein von der Zufuhrleitung 6 her beaufschlagtes Umschaltventil 13 an eine allen Druckkissen gemeinsame Ablaßleitung 14 angeschlossen, die über ein Rückschlagventil 15 oberhalb der Druckkissen 4 im Bohrloch endet.A compressed air compressor 7 and a main valve 8 and an outlet line are located above ground at a suitable point 9 to the atmosphere and finally the common supply line 6, the supply line 6 in FIG the borehole is guided. The main valve 8 is a directional valve with three connections and three switching positions educated. The middle switch position shown represents the neutral position. The common supply line 6 is guided via a check valve 10 to separate individual supply lines 11, which in turn are connected to the Pressure cushions 4 are connected, in each case via a check valve 12. Each individual supply line 11 is furthermore via each one acted upon by the supply line 6 Switching valve 13 connected to a discharge line 14 common to all pressure cushions, which via a Check valve 15 ends above the pressure pad 4 in the borehole.
Mit Hilfe dieser Schaltung wird wie folgt die Vorrichtung betrieben: Es wird das Hauptventil auf seine untere Schaltstellung geschaltet, so daß also der Kompressor 7 über die gemeinsame Zufuhrleitung 6 und die Einzelzufuhrleitungen 11 die Druckkissen 4 mit Druckluft beaufschlagt. Vorher erfolgt die Umschaltung der Umschaltventile 13 auf die obere geschlossene Stellung. Sind die Druckkissen in gewünschter Weise beaufschlagt, wird das Hauptventil 8 in die in der Zeichnung dargestellte neutrale Stellung zurückgeschaltet, also geschlossen. Sollen die Druckkissen 4 entlastet werden, so wird zunächst kurzzeitig das Hauptventil 8 auf seineWith the help of this circuit, the device is operated as follows: It is the main valve on its switched lower switching position, so that the compressor 7 via the common supply line 6 and the Individual supply lines 11 acted upon the pressure pad 4 with compressed air. The switchover valves are switched over beforehand 13 to the upper closed position. Are the pressure cushions pressurized in the desired manner, the main valve 8 is switched back to the neutral position shown in the drawing, ie closed. If the pressure cushions 4 are to be relieved, the main valve 8 is first briefly on its
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obere Schaltstellung geschaltet, also kurzzeitig auf die Atmosphären-Auslaßleitung 9. Dadurch erfolgt die Umschaltung der Umschaltventile 13 in die offene dargestellte Stellung, und es kann die Druckluft aus den Druckkissen 4 über die Umsehaltventile 13 und die gemeinsame Ablaßleitung 14 über das Rückschlagventil 15 ins Bohrloch entweichen. Es möge angemerkt werden, daß durch diese Schaltung die gemeinsame Zufuhrleitung 6 einen minimalen Querschnitt aufweisen kann. Die Jeweilige Beaufschlagung oder Entlastung der Druckkissen 4 kann mit der geschilderten und dargestellten Schaltung im jeweils gewünschten Maß durch die geschilderten Maßnahmen durchgeführt werden.switched to the upper switch position, i.e. briefly to the Atmospheric outlet line 9. As a result, the switchover valves 13 are switched to the open position shown Position, and it can the compressed air from the pressure pad 4 via the Umsehaltventile 13 and the common discharge line 14 escape through the check valve 15 into the borehole. It should be noted that by this circuit the common supply line 6 can have a minimal cross section. The respective loading or Relief of the pressure pad 4 can with the described and illustrated circuit to the desired extent in each case can be carried out using the measures outlined.
Fig. 4 zeigt eine Schaltung für die Verwendung der Zentrier- und Führungsvorrichtung nach der Erfindung bei Bohrarbeiten, bei denen nur Luft im Loch ansteht. Es sind in Fig. 4 diejenigen Teile der Schaltung, die mit derjenigen nach Fig. 3 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht erneut beschrieben. Zwischen den Kompressor 7 und das Hauptventil 8 sind bei dieser Ausführungsform der Schaltung ein Umschaltventil 16 und ein Injektor 17 eingeschaltet und in der in Fig. 4 dargestellten Weise an die jeweiligen Anschlußleitungen des Umschaltventils 16 und des Hauptventils 8 angeschlossen.Die Druckmittelbeaufschlagung der Druckkissen 4 erfolgt in der bereits anhand Fig. 3 beschriebenen Weise. Es weicht jedoch der Entlastungsvorgang von dem nach Fig. 3 ab: Es wird zunächst zur Entlastung das Hauptventil auf seine obere Schaltstellung umgeschaltet, so daß Überdruck zur Atmosphäre in das Bohrloch über die gemeinsame Ablaßleitung 14 und das Rückschlagventil 15 entweichen kann. Die Druckkissen legen sich jedoch mangels des bei Fig. 3 noch herrschenden Flüssigkeitsdrucks nicht zusammen, so daß die Vorrichtung noch nicht gezogen werden kann. Daher wird der Kompressor über das Umschaltventil 16 auf den Injektor 17 umgeschaltet, und zwar bei der geschilderten oberen Schalt-Fig. 4 shows a circuit for the use of the centering and guiding device according to the invention Drilling work in which there is only air in the hole. There are those parts of the circuit in Fig. 4 that correspond to those coincide according to FIG. 3, denoted by the same reference numerals and are not described again here. In this embodiment of the circuit, there is a switchover valve between the compressor 7 and the main valve 8 16 and an injector 17 switched on and in the manner shown in FIG. 4 to the respective connecting lines of the switching valve 16 and the main valve 8 connected 4 takes place in the manner already described with reference to FIG. 3. However, it gives way to the discharge process from that according to Fig. 3 onwards: The main valve is first switched to its upper switching position to relieve the load, so that overpressure to atmosphere in the wellbore via the common drain line 14 and the check valve 15 can escape. However, in the absence of the liquid pressure still prevailing in FIG. 3, the pressure cushions lay down not together so that the device cannot yet be pulled. Hence the compressor switched over to the injector 17 via the switching valve 16, namely at the described upper switching
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stellung des Hauptventils 8. In dieser Stellung saugt der Injektor 17 weitere Druckluft aus den Druckkissen 4 ab, so daß die Druckkissen in der gewünschten Weise zusammengezogen werden und die Vorrichtung danach gezogen werden kann. Die Absaugung erfolgt über eine gestrichelt dargestellte Saugleitung 18 mit Rückschlagventil 19.position of the main valve 8. In this position, the injector 17 sucks further compressed air from the pressure pad 4 so that the pressure pads are drawn together in the desired manner and the device is then pulled can be. The suction takes place via a suction line 18, shown in dashed lines, with a check valve 19.
Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Schaltungen stälen nur Ausführungsbeispiele dar, die für den geschilderten Betrieb vorteilhaft sind. Es ist jedoch durch einfache schaltungstechnische Maßnahmen auch möglich, bestimmt ausgewählte Druckkissen an jeweils eine gesonderte Druckmittelzufuhrleitung anzuschließen, um Anlagekorrekturen durch unterschiedliche Druckmittelbeaufschlagung ausführen zu können. Eine Entlastung kann dann in ähnlicher Weise erfolgen, wie dies anhand Fig. 3 und 4 beschrieben worden ist.The circuits shown in Fig. 3 and 4 only represent exemplary embodiments that are for the described Operation are beneficial. However, it is also possible through simple circuitry measures certain selected pressure cushions to be connected to a separate pressure medium supply line in order to make system corrections to be able to perform through different pressurization. A discharge can then take place in a manner similar to that described with reference to FIGS. 3 and 4.
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