EP3327247A1 - Drilling device and method for rock drilling - Google Patents
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- EP3327247A1 EP3327247A1 EP16200188.7A EP16200188A EP3327247A1 EP 3327247 A1 EP3327247 A1 EP 3327247A1 EP 16200188 A EP16200188 A EP 16200188A EP 3327247 A1 EP3327247 A1 EP 3327247A1
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Classifications
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- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/14—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
- E21B7/15—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling of electrically generated heat
-
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- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/02—Core bits
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
- E21B25/10—Formed core retaining or severing means
Definitions
- the invention relates to a drilling device for drilling rock, in particular hard rock, with a drill pipe and at least one first electrode and at least one second electrode, between which an electrical voltage can be generated, which can be ablated by voltage discharge between the electrodes rock material, according to the preamble of the claim 1.
- the invention further relates to a method for drilling rock, in particular hard rock, with a drill pipe, which has at least one first electrode and at least one second electrode, between which an electrical voltage is built up, wherein by voltage discharge between the first electrode and the second electrode rock material for producing the bore is removed, according to the preamble of claim 10.
- a generic drilling method which is also referred to as Elektroimpulsbohren, for example, from the DE 20 2006 018 980 U1 out.
- a central electrode is formed around which a plurality of further electrodes is arranged in a ring.
- a voltage can be built up, so that rock material on a circular disk-shaped working face over the entire surface can be removed.
- the electrodes contact the rock, they do not have to transmit any large mechanical forces.
- the Elektroimpulsbohren is thus relatively low-wear, but requires a large amount of electrical energy.
- drilling devices for Elektroimpulsbohren with a central electrode are, for example, from the US 3,881,559 B , of the US 2,822,148 B or the US 2,308,860 B known. From the DE 10 2011 100 358 A1 Furthermore, a drilling device with a curved casing out, through which initially a drill head for an electric pulse method can be introduced horizontally.
- drill heads For drilling hard rock, it is also known to use drill heads, in which fuel gases are passed into the region of the working face. In the case of hard rock, due to thermal stresses, rock material can be loosened and a borehole can be created. Such a drilling method is for example from the US 2011/0198123 A1 out. The delivery of a fuel gas into a borehole is expensive in terms of design, operation and maintenance.
- the invention has for its object to provide a drilling apparatus and a method for drilling, with which a well can be created efficiently especially in hard rock.
- the drilling device is characterized in that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs to each other and that the plurality of electrode pairs of the first electrode and the second electrode are arranged annularly along a lower edge of the drill pipe.
- a basic idea of the invention can be seen in the use of an electric impulse method for creating a borehole, wherein, however, a rock excavation is not provided completely over the entire boring cross section. Rather, according to the invention, the first electrodes and the second electrodes arranged in pairs along an annular edge of a drill pipe. Thus, so to speak, an annular borehole is created in which a corresponding core remains.
- the electrodes of a pair of electrodes have a different polarity.
- a particularly preferred embodiment of the invention is that the drill pipe has an inner receiving space for a drill core.
- the processed in the electric pulse process soil material can be dissipated in a known manner by the supply of a rinsing fluid from the working face and discharged to the outside of the borehole.
- the core can be removed with or through the drill pipe.
- At least one collecting device is provided for holding the drill core in the receiving space of the drill pipe.
- the collecting device may in particular comprise hooks or punches, which are preferably movable between a retraction position and a clamping position for holding the core.
- actuating cylinder in particular hydraulic actuating cylinder or mechanical clamping devices.
- the core can break off at a certain length / diameter ratio, for example of a critical length, which is 1 to 2 m or more, due to the forces acting in drilling operation on its own.
- a crushing device is provided for breaking the core of pending rock.
- the crushing device may comprise elements which selectively apply transverse forces transversely to the longitudinal direction of the drill core.
- a mechanical removal device may also be provided at a lower region of the drill pipe, with which the core is machined in its foot area. In this way, a targeted separation or break point can be generated on the core.
- the drill pipe can create a borehole in the ground solely by axial or vertical movement.
- the borehole may also have a deviating from a circular outer contour.
- a rotary drive is provided for rotationally driving the drill pipe.
- the rotary drive can be provided within the borehole or preferably outside the borehole on a carrier device.
- the drill pipe is rotatably driven to create the borehole, so that it can be worked on the drill pipe due to the continuous change in position with a small number of pairs of electrodes.
- mechanical removal tools can also be provided on the drill pipe.
- the drill pipe can be used on a conventional rotary drilling rig, which is equipped with additional components for electrical voltage generation.
- At least one electrical generator device is provided, which is designed to generate a high voltage electrical pulse between the electrodes of a pair of electrodes.
- the generator device is designed to generate an electrical pulse, which is preferably in a range between 100 kV to 1000 kV.
- the impact energy can be in the range of 100 joules.
- the surge can be generated with a duration of preferably less than 200 ns.
- a pulse repetition rate may preferably be between 10 Hz.
- the generator device comprises a so-called Marx generator, which is arranged within the drill pipe or outside the borehole on a carrier device. It may be provided a mode of operation with DC voltage and AC voltage. Depending on the operating mode, corresponding components may be provided, such as rectifiers, capacitors and / or transformers.
- a particularly efficient operation of the drilling apparatus is achieved according to an embodiment of the invention in that a control device is provided, which for targeted activation and power supply of the individual pairs of electrodes is trained.
- the electrode pairs can be driven simultaneously with energy for generating a plurality of high-voltage pulses.
- Such a differentiated control of the electrode pairs is particularly useful for the removal of the resulting rock material, which is preferably removed by a flushing medium from the wellbore.
- a discharge device for discharging the drill core from the receiving space of the drill pipe is arranged.
- a broken drill core can be removed from the wellbore by an internal lifting device within the drill pipe.
- the drill core it is also possible for the drill core to be held in the receiving space of the drill pipe, the drill pipe being pulled out of the drill hole for emptying the drill core and then being inserted again into the drill hole.
- the simplest arrangement variant of a pair of electrodes consists in that two individual electrodes of different polarity face each other, so that a removal flow can be generated between them.
- a preferred embodiment of the invention consists in that the first electrode and / or the second electrode of an electrode pair itself comprises a plurality of electrode elements.
- the first electrode may be a central electrode
- the second electrode has a plurality of electrode elements, which are arranged, for example, in a ring around the central electrode.
- a pair of electrodes may be considered, so to speak, as an electrode removal unit having any electrode or electrode element configuration.
- the electrode removal units are preferably arranged distributed along the lower edge of a drill pipe.
- the object mentioned in the introduction is achieved in that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs and annularly along a lower edge of the drill pipe, wherein an annular borehole is produced with a drill core.
- the method according to the invention can preferably be carried out with the drilling device described above. With the method according to the invention, the advantages described above can be achieved.
- a preferred embodiment of the method according to the invention is that the drill core is received in an inner receiving space of the drill pipe.
- the receiving space may be formed with a length of up to several meters.
- the core is broken and loosened in the receiving space of the upcoming rock.
- the release of the core can be effected solely by the forces occurring in drilling operation when the core has reached a certain length-diameter ratio.
- a release or breaking device can be provided, with which static and / or dynamic forces are preferably applied to them in the transverse direction to the longitudinal axis of the drill core.
- a cutting device on the drill pipe with which the drill core is at least partially cut in a foot region. In this way, a predetermined breaking point can be formed when transverse forces are applied to an upper end of the drill core.
- the broken core be held in the receiving space and / or discharged from the receiving space.
- a holding can take place via corresponding clamping or tensioning devices in the interior of the drill pipe.
- the drill core can be removed from the wellbore via a cable system within the drill pipe.
- the electrode pairs can be operated with any suitable voltage. According to a development of the invention, it is particularly preferred for an electrical high-voltage pulse to be generated between the first electrode and the second electrode of each electrode pair, through which the rock material is released. To form the high voltage pulse, a voltage of 10 kV and more may be provided.
- the individual pairs of electrodes are selectively activated and supplied with energy.
- a corresponding control device for generating and guiding the voltage pulse is provided.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung und ein Verfahren zum Bohren von Gestein, insbesondere Hartgestein, mit einem Bohrrohr und mindestens einer ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode, zwischen denen eine elektrische Spannung erzeugt wird, wobei durch Spannungsentladung zwischen den Elektroden Gesteinsmaterial abgetragen wird. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander angeordnet sind und dass die mehreren Elektrodenpaare von erster Elektrode und zweiter Elektrode ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohres angeordnet sind.The invention relates to a drilling apparatus and a method for drilling rock, in particular hard rock, with a drill pipe and at least one first electrode and at least one second electrode between which an electrical voltage is generated, wherein rock material is removed by voltage discharge between the electrodes. According to the invention it is provided that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs to each other and that the plurality of electrode pairs of first electrode and second electrode are arranged annularly along a lower edge of the drill pipe.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Bohren von Gestein, insbesondere Hartgestein, mit einem Bohrrohr und mindestens einer ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode, zwischen denen eine elektrische Spannung erzeugbar ist, wobei durch Spannungsentladung zwischen den Elektroden Gesteinsmaterial abtragbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a drilling device for drilling rock, in particular hard rock, with a drill pipe and at least one first electrode and at least one second electrode, between which an electrical voltage can be generated, which can be ablated by voltage discharge between the electrodes rock material, according to the preamble of the claim 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bohren von Gestein, insbesondere Hartgestein, mit einem Bohrrohr, welches mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode aufweist, zwischen denen eine elektrische Spannung aufgebaut wird, wobei durch Spannungsentladung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode Gesteinsmaterial zum Erzeugen der Bohrung abgetragen wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention further relates to a method for drilling rock, in particular hard rock, with a drill pipe, which has at least one first electrode and at least one second electrode, between which an electrical voltage is built up, wherein by voltage discharge between the first electrode and the second electrode rock material for producing the bore is removed, according to the preamble of claim 10.
Es ist Stand der Technik, bei Hartgestein Bohrwerkzeuge mit sogenannten Rollen- oder Rundschaftmeißeln einzusetzen. Durch punktförmige Werkzeugspitzen können im Hartgestein punktuell so hohe Spannungen erzeugt werden, dass Gesteinsmaterial abplatzt und so das Bohrloch erstellt wird. Dieses mechanische Erstellen eines Bohrloches in Hartgestein ist jedoch sehr verschleißbehaftet und bedingt einen häufigen Austausch der Rollen- oder Rundschaftmeißel.It is state of the art to use in hard rock drilling tools with so-called roller or round shank bits. By means of punctiform tool tips, such high stresses can be generated in the hard rock at certain points so that rock material chips off and the borehole is created. However, this mechanical creation of a well in hard rock is very subject to wear and requires frequent replacement of the roller or round shank chisel.
Ein gattungsgemäßes Bohrverfahren, welches auch als Elektroimpulsbohren bezeichnet wird, geht beispielsweise aus der
Weitere derartige Bohrvorrichtungen zum Elektroimpulsbohren mit einer zentralen Elektrode sind beispielsweise auch aus der
Zum Bohren von Hartgestein ist es weiterhin bekannt, Bohrköpfe einzusetzen, bei welchen Brenngase in den Bereich der Ortsbrust geleitet werden. Bei Hartgestein kann aufgrund thermischer Spannungen so Gesteinsmaterial gelöst und ein Bohrloch erstellt werden. Ein derartiges Bohrverfahren geht beispielsweise aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung und ein Verfahren zum Bohren anzugeben, mit welchen insbesondere in Hartgestein ein Bohrloch effizient erstellt werden kann.The invention has for its object to provide a drilling apparatus and a method for drilling, with which a well can be created efficiently especially in hard rock.
Die Aufgabe wird zum einen durch eine Bohrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren zum Bohren von Gestein mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved on the one hand by a drilling apparatus having the features of claim 1 and on the other hand by a method for drilling rock with the features of claim 10. Preferred embodiments of the invention are specified in the respective dependent claims.
Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander angeordnet sind und dass die mehreren Elektrodenpaare von erster Elektrode und zweiter Elektrode ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohres angeordnet sind.The drilling device according to the invention is characterized in that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs to each other and that the plurality of electrode pairs of the first electrode and the second electrode are arranged annularly along a lower edge of the drill pipe.
Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, zum Erstellen eines Bohrloches ein Elektroimpulsverfahren einzusetzen, wobei ein Gesteinsabtrag jedoch nicht vollständig über den gesamten Bohrquerschnitt vorgesehen wird. Vielmehr sind nach der Erfindung die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden paarweise zueinander entlang eines ringförmigen Randes eines Bohrrohres angeordnet. Somit wird sozusagen ein ringförmiges Bohrloch erstellt, in welchem ein entsprechender Bohrkern verbleibt. Die Elektroden eines Elektrodenpaares weisen eine unterschiedliche Polarität auf.A basic idea of the invention can be seen in the use of an electric impulse method for creating a borehole, wherein, however, a rock excavation is not provided completely over the entire boring cross section. Rather, according to the invention, the first electrodes and the second electrodes arranged in pairs along an annular edge of a drill pipe. Thus, so to speak, an annular borehole is created in which a corresponding core remains. The electrodes of a pair of electrodes have a different polarity.
Nach einer Erkenntnis der Erfindung ist es nicht zwingend notwendig, diesen Bohrkern im Elektroimpulsverfahren abzuarbeiten. Vielmehr hat sich gezeigt, dass insbesondere beim Erstellen eines Bohrkerns im Hartgestein der Bohrkern aufgrund der im Betrieb auftretenden mechanischen Querkräfte ab einer bestimmten Länge abbricht. Somit kann ein Bohrloch mit einem erheblich reduzierten Energieaufwand und auch mit einer erheblich verkürzten Bearbeitungszeit erstellt werden.After a realization of the invention, it is not absolutely necessary to process this drill core in the electric pulse method. Rather, it has been found that, in particular when creating a drill core in the hard rock, the drill core breaks off due to the mechanical shear forces occurring during operation beyond a certain length. Thus, a well can be created with a significantly reduced energy consumption and also with a significantly reduced processing time.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Bohrrohr einen inneren Aufnahmeraum für einen Bohrkern aufweist. Das im Elektroimpulsverfahren abgearbeitete Bodenmaterial kann in bekannter Weise durch die Zuführung eines Spülfluides von der Ortsbrust abgeführt und nach außerhalb des Bohrlochs abgeleitet werden. Hingegen kann der Bohrkern mit oder durch das Bohrrohr abgeführt werden.A particularly preferred embodiment of the invention is that the drill pipe has an inner receiving space for a drill core. The processed in the electric pulse process soil material can be dissipated in a known manner by the supply of a rinsing fluid from the working face and discharged to the outside of the borehole. On the other hand, the core can be removed with or through the drill pipe.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass mindestens eine Auffangeinrichtung zum Halten des Bohrkerns in dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs vorgesehen ist. Die Auffangeinrichtung kann dabei insbesondere Haken oder Stempel aufweisen, welche vorzugsweise zwischen einer Rückzugsposition und einer Spannposition zum Halten des Bohrkerns verfahrbar sind. Zum Verfahren können vorzugsweise Stellzylinder, insbesondere hydraulische Stellzylinder oder mechanische Klemmeinrichtungen vorgesehen sein.According to a further embodiment of the invention, it is particularly advantageous that at least one collecting device is provided for holding the drill core in the receiving space of the drill pipe. The collecting device may in particular comprise hooks or punches, which are preferably movable between a retraction position and a clamping position for holding the core. For the method preferably can be provided actuating cylinder, in particular hydraulic actuating cylinder or mechanical clamping devices.
Grundsätzlich kann der Bohrkern ab einem bestimmten Längen-DurchmesserVerhältnis, etwa mit einer kritischen Länge, welche 1 bis 2 m oder mehr, aufgrund der im Bohrbetrieb anstehenden Kräfte von alleine abbrechen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Brecheinrichtung zum Brechen des Bohrkerns von anstehendem Gestein vorgesehen ist. Insbesondere kann die Brecheinrichtung Elemente aufweisen, welche gezielt Querkräfte quer zur Längsrichtung des Bohrkerns aufbringen. Alternativ oder ergänzend kann auch eine mechanische Abtragseinrichtung an einem unteren Bereich des Bohrrohrs vorgesehen sein, mit welcher der Bohrkern in seinem Fußbereich mechanisch bearbeitet wird. Hierdurch kann eine gezielte Trenn- oder Bruchstelle an dem Bohrkern erzeugt werden.In principle, the core can break off at a certain length / diameter ratio, for example of a critical length, which is 1 to 2 m or more, due to the forces acting in drilling operation on its own. According to one embodiment of the invention, it is advantageous that a crushing device is provided for breaking the core of pending rock. In particular, the crushing device may comprise elements which selectively apply transverse forces transversely to the longitudinal direction of the drill core. Alternatively or additionally, a mechanical removal device may also be provided at a lower region of the drill pipe, with which the core is machined in its foot area. In this way, a targeted separation or break point can be generated on the core.
Abhängig von Anzahl und Anordnung der Elektrodenpaare kann das Bohrrohr allein durch eine Axial- oder Vertikalbewegung ein Bohrloch im Boden erstellen. Dabei kann das Bohrloch auch eine von einer Kreisform abweichende Außenkontur aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass ein Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrrohrs vorgesehen ist. Der Drehantrieb kann dabei innerhalb des Bohrlochs oder vorzugsweise außerhalb des Bohrlochs an einem Trägergerät vorgesehen sein. Das Bohrrohr wird zum Erstellen des Bohrlochs drehend angetrieben, so dass aufgrund der kontinuierlichen Lageveränderung auch mit einer geringen Anzahl von Elektrodenpaaren an dem Bohrrohr gearbeitet werden kann. Zusätzlich können an dem Bohrrohr auch mechanische Abtragswerkzeuge vorgesehen sein. Das Bohrrohr kann an einem herkömmlichen Drehbohrgerät eingesetzt werden, welche mit Zusatzkomponenten zur elektrischen Spannungserzeugung ausgestattet ist.Depending on the number and arrangement of the pairs of electrodes, the drill pipe can create a borehole in the ground solely by axial or vertical movement. In this case, the borehole may also have a deviating from a circular outer contour. According to one embodiment variant of the invention, it is particularly advantageous that a rotary drive is provided for rotationally driving the drill pipe. The rotary drive can be provided within the borehole or preferably outside the borehole on a carrier device. The drill pipe is rotatably driven to create the borehole, so that it can be worked on the drill pipe due to the continuous change in position with a small number of pairs of electrodes. In addition, mechanical removal tools can also be provided on the drill pipe. The drill pipe can be used on a conventional rotary drilling rig, which is equipped with additional components for electrical voltage generation.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, dass mindestens eine elektrische Generatoreinrichtung vorgesehen ist, welche zum Erzeugen eines elektrischen Hochspannungsimpulses zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares ausgebildet ist. Die Generatoreinrichtung ist zur Erzeugung eines elektrischen Impulses ausgebildet, welcher vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100 kV bis 1000 kV liegt. Die Stoßenergie kann dabei im Bereich von 100 Joule liegen. Der Spannungsstoß kann mit einer Zeitdauer von vorzugsweise unter 200 ns erzeugt werden. Eine Impulswiederholrate kann vorzugsweise zwischen 10 Hz liegen. Besonders bevorzugt umfasst die Generatoreinrichtung einen sogenannten Marxgenerator, welcher innerhalb des Bohrrohrs oder außerhalb des Bohrlochs an einem Trägergerät angeordnet ist. Es kann eine Betriebsweise mit Gleichspannung und Wechselspannung vorgesehen sein. Abhängig von der Betriebsart können entsprechende Komponenten vorgesehen sein, etwa Gleichrichter, Kondensatoren und/oder Transformatoren.According to a further embodiment of the invention, it is advantageous that at least one electrical generator device is provided, which is designed to generate a high voltage electrical pulse between the electrodes of a pair of electrodes. The generator device is designed to generate an electrical pulse, which is preferably in a range between 100 kV to 1000 kV. The impact energy can be in the range of 100 joules. The surge can be generated with a duration of preferably less than 200 ns. A pulse repetition rate may preferably be between 10 Hz. Particularly preferably, the generator device comprises a so-called Marx generator, which is arranged within the drill pipe or outside the borehole on a carrier device. It may be provided a mode of operation with DC voltage and AC voltage. Depending on the operating mode, corresponding components may be provided, such as rectifiers, capacitors and / or transformers.
Ein besonders effizienter Betrieb der Bohrvorrichtung wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielt, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zur gezielten Aktivierung und Energieversorgung der einzelnen Elektrodenpaare ausgebildet ist. Grundsätzlich können die Elektrodenpaare gleichzeitig mit Energie zur Erzeugung von mehreren Hochspannungsimpulsen angesteuert werden. Vorzugsweise werden jedoch nur einzelne Elektrodenpaare gleichzeitig angesteuert, während die verbliebenen Elektrodenpaare ruhen und zeitlich versetzt angesteuert werden. Ein derartiges differenziertes Ansteuern der Elektrodenpaare ist insbesondere zur Abführung des anfallenden Gesteinsmaterials sinnvoll, welches vorzugsweise durch ein Spülmedium aus dem Bohrloch abgeführt wird.A particularly efficient operation of the drilling apparatus is achieved according to an embodiment of the invention in that a control device is provided, which for targeted activation and power supply of the individual pairs of electrodes is trained. In principle, the electrode pairs can be driven simultaneously with energy for generating a plurality of high-voltage pulses. Preferably, however, only individual pairs of electrodes are driven simultaneously, while the remaining pairs of electrodes rest and are actuated offset in time. Such a differentiated control of the electrode pairs is particularly useful for the removal of the resulting rock material, which is preferably removed by a flushing medium from the wellbore.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Abführeinrichtung zum Abführen des Bohrkerns aus dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs angeordnet ist. So kann etwa ein gebrochener Bohrkern durch eine interne Hebeeinrichtung innerhalb des Bohrrohrs aus dem Bohrloch abgeführt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der Bohrkern in dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs gehalten wird, wobei das Bohrrohr zum Entleeren des Bohrkerns aus dem Bohrloch gezogen und anschließend wieder in das Bohrloch eingesetzt wird.According to a development of the invention, it is advantageous that a discharge device for discharging the drill core from the receiving space of the drill pipe is arranged. For example, a broken drill core can be removed from the wellbore by an internal lifting device within the drill pipe. In principle, it is also possible for the drill core to be held in the receiving space of the drill pipe, the drill pipe being pulled out of the drill hole for emptying the drill core and then being inserted again into the drill hole.
Die einfachste Anordnungsvariante eines Elektrodenpaares besteht darin, dass sich zwei einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität gegenüberliegen, so dass zwischen diesen ein Abtragsstrom erzeugt werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode eines Elektrodenpaares selbst mehrere Elektrodenelemente umfasst. So kann beispielsweise die erste Elektrode eine Zentralelektrode sein, während die zweite Elektrode mehrere Elektrodenelemente aufweist, welche beispielsweise ringförmig um die Zentralelektrode angeordnet sind. Ein Elektrodenpaar kann sozusagen als eine Elektrodenabtragseinheit angesehen werden, welche eine beliebige Elektroden- oder Elektrodenelementkonfiguration aufweist. Die Elektrodenabtragseinheiten sind vorzugsweise verteilt entlang des unteren Randes eines Bohrrohrs angeordnet.The simplest arrangement variant of a pair of electrodes consists in that two individual electrodes of different polarity face each other, so that a removal flow can be generated between them. A preferred embodiment of the invention consists in that the first electrode and / or the second electrode of an electrode pair itself comprises a plurality of electrode elements. Thus, for example, the first electrode may be a central electrode, while the second electrode has a plurality of electrode elements, which are arranged, for example, in a ring around the central electrode. A pair of electrodes may be considered, so to speak, as an electrode removal unit having any electrode or electrode element configuration. The electrode removal units are preferably arranged distributed along the lower edge of a drill pipe.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander und ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohrs angeordnet sind, wobei ein ringförmiges Bohrloch mit einem Bohrkern erzeugt wird.With regard to the method, the object mentioned in the introduction is achieved in that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs and annularly along a lower edge of the drill pipe, wherein an annular borehole is produced with a drill core.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise mit der zuvor beschriebenen Bohrvorrichtung ausgeführt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.The method according to the invention can preferably be carried out with the drilling device described above. With the method according to the invention, the advantages described above can be achieved.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Bohrkern in einem inneren Aufnahmeraum des Bohrrohrs aufgenommen wird. Der Aufnahmeraum kann mit einer Länge von bis zu mehreren Metern ausgebildet sein.A preferred embodiment of the method according to the invention is that the drill core is received in an inner receiving space of the drill pipe. The receiving space may be formed with a length of up to several meters.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der Bohrkern in dem Aufnahmeraum von dem anstehenden Gestein gebrochen und gelöst wird. Das Lösen des Bohrkerns kann allein durch die im Bohrbetrieb auftretenden Kräfte bewirkt werden, wenn der Bohrkern ein bestimmtes Längen-Durchmesser-Verhältnis erreicht hat. Alternativ oder ergänzend kann eine Löse- oder Brecheinrichtung vorgesehen sein, mit welcher statische und/oder dynamische Kräfte vorzugsweise in Querrichtung zur Längsachse des Bohrkerns auf diesen aufgebracht werden. Es kann auch eine Schneideinrichtung am Bohrrohr vorgesehen sein, mit welcher der Bohrkern in einem Fußbereich zumindest teilweise angeschnitten wird. Hierdurch kann eine Sollbruchstelle bei einem Aufbringen von Querkräften an einem oberen Ende des Bohrkerns gebildet werden.According to a development of the invention, it is advantageous that the core is broken and loosened in the receiving space of the upcoming rock. The release of the core can be effected solely by the forces occurring in drilling operation when the core has reached a certain length-diameter ratio. Alternatively or additionally, a release or breaking device can be provided, with which static and / or dynamic forces are preferably applied to them in the transverse direction to the longitudinal axis of the drill core. There may also be provided a cutting device on the drill pipe, with which the drill core is at least partially cut in a foot region. In this way, a predetermined breaking point can be formed when transverse forces are applied to an upper end of the drill core.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass der gebrochene Bohrkern in dem Aufnahmeraum gehalten und/oder aus dem Aufnahmeraum abgeführt wird. Ein Halten kann über entsprechende Klemm- oder Spanneinrichtungen im Inneren des Bohrrohrs erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Bohrkern über ein Seilzugsystem innerhalb des Bohrrohrs aus dem Bohrloch entfernt werden.According to a further embodiment variant of the method according to the invention, it is preferred that the broken core be held in the receiving space and / or discharged from the receiving space. A holding can take place via corresponding clamping or tensioning devices in the interior of the drill pipe. According to a preferred embodiment, the drill core can be removed from the wellbore via a cable system within the drill pipe.
Grundsätzlich können die Elektrodenpaare mit jeder geeigneten Spannung betrieben werden. Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode jedes Elektrodenpaares ein elektrischer Hochspannungsimpuls erzeugt wird, durch den Gesteinsmaterial gelöst wird. Zum Bilden des Hochspannungsimpulses kann eine Spannung von 10 kV und mehr vorgesehen sein.In principle, the electrode pairs can be operated with any suitable voltage. According to a development of the invention, it is particularly preferred for an electrical high-voltage pulse to be generated between the first electrode and the second electrode of each electrode pair, through which the rock material is released. To form the high voltage pulse, a voltage of 10 kV and more may be provided.
Für ein gezieltes Ansteuern der einzelnen Elektrodenpaare für einen starken Gesteinsabtrag ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die einzelnen Elektrodenpaare gezielt aktiviert und mit Energie versorgt werden. Hierfür ist eine entsprechende Steuereinrichtung zum Erzeugen und Leiten des Spannungsimpulses vorgesehen.For a targeted control of the individual pairs of electrodes for heavy rock erosion, it is provided according to a development of the invention that the individual pairs of electrodes are selectively activated and supplied with energy. For this purpose, a corresponding control device for generating and guiding the voltage pulse is provided.
Claims (15)
wobei durch Spannungsentladung zwischen den Elektroden Gesteinsmaterial abtragbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander angeordnet sind und
dass die mehreren Elektrodenpaare von erster Elektrode und zweiter Elektrode ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohres angeordnet sind.Drilling device for drilling rock, in particular hard rock, with a drill pipe and at least one first electrode and at least one second electrode, between which an electrical voltage can be generated,
wherein rock material can be removed by voltage discharge between the electrodes,
characterized,
that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs to each other and
in that the plurality of electrode pairs of the first electrode and the second electrode are arranged annularly along a lower edge of the drill pipe.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrrohr einen inneren Aufnahmeraum für einen Bohrkern aufweist.Drilling device according to claim 1,
characterized,
that the drill pipe having an inner space for receiving a core sample.
dass mindestens eine Auffangeinrichtung zum Halten des Bohrkerns in dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs vorgesehen ist.Drilling device according to claim 2,
in that at least one catching device is provided for holding the drill core in the receiving space of the drill pipe.
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Brecheinrichtung zum Brechen des Bohrkerns von anstehendem Gestein vorgesehen ist.Drilling device according to claim 2 or 3,
characterized,
that a crushing device is provided for breaking the core of pending rock.
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrrohrs vorgesehen ist.Drilling device according to one of claims 1 to 4,
characterized,
that a rotary drive is provided for rotating the drill pipe.
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine elektrische Generatoreinrichtung vorgesehen ist, welche zum Erzeugen eines elektrischen Hochspannungsimpulses zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares ausgebildet ist.Drilling device according to one of claims 1 to 5,
characterized,
in that at least one electrical generator device is provided which is designed to generate a high-voltage electrical pulse between the electrodes of an electrode pair.
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zur gezielten Aktivierung und Energieversorgung der einzelnen Elektrodenpaare ausgebildet ist.Drilling device according to claim 6,
characterized,
that a control device is provided, which is designed for targeted activation and energy supply of the individual electrode pairs.
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Abführeinrichtung zum Abführen des Bohrkerns aus dem Aufnahmeraum des Bohrrohrs angeordnet ist.Drilling device according to one of claims 2 to 7,
characterized,
that a discharge device for discharging the drill core is arranged from the receiving space of the drill pipe.
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode eines Elektrodenpaares selbst mehrere Elektrodenelemente umfasst.Drilling device according to one of claims 1 to 8,
characterized,
that the first electrode and / or the second electrode of an electrode pair itself comprises several electrode members.
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere erste Elektroden und mehrere zweite Elektroden paarweise zueinander und ringförmig entlang eines unteren Randes des Bohrrohrs angeordnet sind, wobei ein ringförmiges Bohrloch mit einem Bohrkern erzeugt wird.A method for drilling rock, in particular hard rock, in particular by means of a drilling apparatus according to one of claims 1 to 9, comprising a drill pipe having at least one first electrode and at least one second electrode, between which an electrical voltage is built up, wherein by voltage discharge between the first electrode and the second electrode rock material is removed to produce the bore,
characterized,
in that a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are arranged in pairs with each other and in a ring shape along a lower edge of the drill pipe, wherein an annular borehole is produced with a drill core.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bohrkern in einem inneren Aufnahmeraum des Bohrrohrs aufgenommen wird.Method according to claim 10,
characterized,
that the core is received in an inner receiving space of the drill pipe.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bohrkern in dem Aufnahmeraum von dem anstehenden Gestein gebrochen und gelöst wird.Method according to claim 11,
characterized,
that the drill core is broken and loosened in the receiving space of the upcoming rock.
dadurch gekennzeichnet,
dass der gebrochene Bohrkern in dem Aufnahmeraum gehalten und/oder aus dem Aufnahmeraum abgeführt wird.Method according to claim 12,
characterized,
that the broken core is held in the receiving space and / or discharged from the receiving space.
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode jedes Elektrodenpaares ein elektrischer Hochspannungsimpuls erzeugt wird, durch den Gesteinsmaterial gelöst wird.Method according to one of claims 10 to 13,
characterized,
in that a high-voltage electrical pulse is generated between the first electrode and the second electrode of each electrode pair, through which rock material is released.
dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen Elektrodenpaare gezielt aktiviert und mit Energie versorgt werden.Method according to one of claims 10 to 14,
characterized,
that the individual pairs of electrodes are specifically activated and supplied with energy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP16200188.7A EP3327247A1 (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Drilling device and method for rock drilling |
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| EP16200188.7A EP3327247A1 (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Drilling device and method for rock drilling |
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| Publication Number | Publication Date |
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| EP3327247A1 true EP3327247A1 (en) | 2018-05-30 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP16200188.7A Withdrawn EP3327247A1 (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Drilling device and method for rock drilling |
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| EP (1) | EP3327247A1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112943136A (en) * | 2021-02-20 | 2021-06-11 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | Core taking mechanism and core taking method |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2308860A (en) | 1940-11-23 | 1943-01-19 | Malcolm S Clark | Means of drilling rock, concrete, and the like |
| US2822148A (en) | 1954-02-23 | 1958-02-04 | Robert W Murray | Electric boring apparatus |
| US3881559A (en) | 1973-10-01 | 1975-05-06 | Us Navy | Method for stress wave drilling |
| WO1988005491A1 (en) * | 1987-01-22 | 1988-07-28 | Werner Foppe | Fusion-drilling process |
| US5168940A (en) * | 1987-01-22 | 1992-12-08 | Technologie Transfer Est. | Profile melting-drill process and device |
| DE202006018980U1 (en) | 2006-12-15 | 2007-04-12 | Herrenknecht Ag | Drilling device for breaking up hard rock in the construction of tunnels comprises electrodes arranged on the front side of the drill head and clamping units with a voltage being formed between the electrodes |
| US7784563B2 (en) * | 2003-12-01 | 2010-08-31 | Unodrill As | Method, drilling machine, drill bit and bottom hole assembly for drilling by electrical discharge by electrical discharge pulses |
| US20110198123A1 (en) | 2008-08-15 | 2011-08-18 | Geci Jozef | Apparatus for boring holes in rock mass |
| DE102011100358A1 (en) | 2011-05-03 | 2012-11-08 | Siegmund Zschippang | Device for lead-through of vertical, inclined or horizontal bores in ground, has horizontally placed drill pipe and devices for coupling or decoupling individual drill pipes, for lifting or lowering or pulling or sliding drill pipe |
| EP2554777A2 (en) * | 2011-08-02 | 2013-02-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Systems and methods for drilling boreholes with noncircular or variable cross-sections |
-
2016
- 2016-11-23 EP EP16200188.7A patent/EP3327247A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2308860A (en) | 1940-11-23 | 1943-01-19 | Malcolm S Clark | Means of drilling rock, concrete, and the like |
| US2822148A (en) | 1954-02-23 | 1958-02-04 | Robert W Murray | Electric boring apparatus |
| US3881559A (en) | 1973-10-01 | 1975-05-06 | Us Navy | Method for stress wave drilling |
| WO1988005491A1 (en) * | 1987-01-22 | 1988-07-28 | Werner Foppe | Fusion-drilling process |
| US5168940A (en) * | 1987-01-22 | 1992-12-08 | Technologie Transfer Est. | Profile melting-drill process and device |
| US7784563B2 (en) * | 2003-12-01 | 2010-08-31 | Unodrill As | Method, drilling machine, drill bit and bottom hole assembly for drilling by electrical discharge by electrical discharge pulses |
| DE202006018980U1 (en) | 2006-12-15 | 2007-04-12 | Herrenknecht Ag | Drilling device for breaking up hard rock in the construction of tunnels comprises electrodes arranged on the front side of the drill head and clamping units with a voltage being formed between the electrodes |
| US20110198123A1 (en) | 2008-08-15 | 2011-08-18 | Geci Jozef | Apparatus for boring holes in rock mass |
| DE102011100358A1 (en) | 2011-05-03 | 2012-11-08 | Siegmund Zschippang | Device for lead-through of vertical, inclined or horizontal bores in ground, has horizontally placed drill pipe and devices for coupling or decoupling individual drill pipes, for lifting or lowering or pulling or sliding drill pipe |
| EP2554777A2 (en) * | 2011-08-02 | 2013-02-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Systems and methods for drilling boreholes with noncircular or variable cross-sections |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112943136A (en) * | 2021-02-20 | 2021-06-11 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | Core taking mechanism and core taking method |
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