FI95616C

FI95616C - Hydraulic submersible drilling rig

Info

Publication number: FI95616C
Application number: FI933743A
Authority: FI
Inventors: Rainer Wenberg
Original assignee: Rawe Borrteknik Kb
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1993-08-25
Publication date: 1996-02-26
Also published as: FI933743A; FI933743A0; FI95616B

Description

9561695616

Hydrauliskt sänkborraggregatHydraulic lowering drill assembly

Denna uppfinning avser ett hydrauliskt sänkborraggregat för borrning i jord och berg, som uppvisar en ovan-5 för borrschaktet befintlig rotationsmotor som driver ett till en borrkrona kopplat borrör för rotation av borrkro-nan, och en i anslutning till borrkronan anordnad hydraul-hammare för ästadkommande av slagverkan pä borrkronan, varvid en hydraulpump anordnats att driva hydraulhammaren, 10 vilken hydraulpump befinner sig i börröret i anslutning till hydraulhammaren.This invention relates to a hydraulic lowering drill assembly for drilling in soil and rock, which has a rotary motor located above the drill shaft which drives a drill bit coupled to a drill bit for rotation of the drill bit, and a hydraulic hammer arranged adjacent to the drill bit. of the impact on the drill bit, wherein a hydraulic pump is arranged to drive the hydraulic hammer, which hydraulic pump is located in the drill pipe adjacent to the hydraulic hammer.

För borrning av häl i jord och berg används olika metoder, säsom rotationborrning eller rotation/släende borrning. Till dessa borrmetoder tillkommer mänga olika 15 spolförfaranden för transport av borrkaxet upp till ytan. För borrning i härda bergarter har släende borrning visat sig vara den mest ekomomiska. Utvecklingen av hydraulham-mare har förbättrat verknigsgraden och borrsjunk.For drilling heels in soil and rock, different methods are used, such as rotary drilling or rotating / sliding drilling. To these drilling methods are added many different flushing methods for transporting the drill bit up to the surface. For drilling in hardened rocks, striking drilling has proven to be the most economical. The development of hydraulic hammers has improved efficiency and drilling.

En hydraulhammare är toppmatad eller hammaren är 20 placerad uppe pä ytan, varvid slagenergi och rotation överförs med borrstänger som skarvas ner till borrkronan. Detta medför begränsningar vid djupa häl, eftersom effek-tiviteten dä avtar. Förluster uppstär speciellt i gäng-skarvar och borrstänger.A hydraulic hammer is top-fed or the hammer is positioned on the surface, whereby impact energy and rotation are transmitted with drill rods which are spliced down to the drill bit. This results in limitations on deep heels, as the efficiency there decreases. Losses occur especially in thread joints and drill rods.

25 Vid djupare borrhäl använder man sänkborrhammare som vanligtvis drivs med luft. Sänkborrhammaren slär di-rekt pa borrkronan nere i borrhälet och rotation och spol-ning sker frän markytan. Borrning med sänkborr ger mänga fördelar: rakare häl, minskade kostnader för borrstänger 30 och enklare borrmaskin.For deeper drill heels, lowering drill hammers are usually used, which are usually driven with air. The lowering drill hammer strikes directly on the drill bit down into the drill hole and rotation and flushing takes place from the ground surface. Drilling with a lowering drill offers many benefits: straighter heels, reduced costs for drill rods and simpler drilling machine.

Vid toppmatad borrning gör hammarslagen, vibratio-ner och krokiga häl att borrstängerna utmattas. Detta har förbättras med yttre borrör, vilka mäste göras tjockväggi-ga för att hälla för päfrestningarna.With top-fed drilling, the hammer blows, vibrations and crooked heels make the drill rods exhaust. This has been improved with outer drill pipes, which must be made thick-walled in order to pour for the pressing stresses.

« 2 95616«2 95616

Borrning djupare än 40 - 50 m ned görs i dag med sänkborrhammare eller med rotationsborrning. Sänkborrham-maren är i dag luftdriven. Kombinationen av en kompressor och en sänkborrhammare har en dälig verkningsgrad. Härav 5 blir borrmaskinerna Stora, tunga och energikrävande. En hydraulisk sänkborrhammare, med vilken man kan borra häl frän 0 - 300 m, skulle säledes vara konkurrenskraftig mot en toppmatad och vanlig sänkborrhammare.Drilling deeper than 40 - 50 m down is done today with a lowering drill hammer or with rotary drilling. The submersible bore hammer is today air driven. The combination of a compressor and a lowering drill hammer has a poor efficiency. Of these 5, the drilling machines will be Large, heavy and energy intensive. A hydraulic submersible hammer, with which one can drill heels from 0 - 300 m, would thus be competitive against a top-fed and ordinary submersible hammer.

Ett modernt luftdrivet djupborrningsaggregat 10 (brunnsborragregat) väger 25-30 ton och har i dag en ef- fekt pä 300 kW med ett borrsjunk ρέ c. 0,5 m/min i granit. Nackdelen med dessa aggregat är deras vikt och storlek, vilket gör dem svärhanterliga, i förhällande tili deras effekt.A modern air-driven deep drilling unit 10 (well drilling unit) weighs 25-30 tonnes and today has an output of 300 kW with a drill sink ρέ c. 0.5 m / min in granite. The disadvantage of these units is their weight and size, which makes them difficult to handle, relative to their effect.

15 Avsikten med den nu föreliggande uppfinningen är att ästadkomma ett hydrauliskt sänkborraggregat som är mindre, lättare och effektivare än kända motsvarande aggregat. För att uppnä detta kännetecknas det uppfinnings-mässiga sänkborraggregatet av att hydraulpumpen drivs med 20 ett inuti borröret befintligt inre rör, som roteras me-delst en andra, ovanför borrschaktet befintlig rotations-motor.The object of the present invention is to provide a hydraulic lowering drill assembly which is smaller, lighter and more efficient than known corresponding assemblies. In order to achieve this, the inventive lowering drill assembly is characterized in that the hydraulic pump is driven by an inner tube located inside the drill pipe, which is rotated by a second rotary motor located above the drill shaft.

Uppfinningens föredragna utföringsformer finns ätergivna i bifogade patentkrav 2-9.The preferred embodiments of the invention are given in the appended claims 2-9.

25 En hydraulhammare kräver för ett borrsjunk pä 1 m/min en effekt om endast c. 100 kW, vilket betyder att effekten ökas tili det dubbla jämfört med luftdrivna aggregat. Med en hydraulisk sänkborrhammare uppnäs säledes en bättre verkningsgrad och förlusterna i borrstängerna kan 30 minskas. Med det uppfinningsmässiga hydrauliska sänkborraggregatet kan borrmaskinens vikt sänkas betydligt, ifali ' den behövliga effekten kan minskas frän 300 kW tili 100 - 150 kW.25 A hydraulic hammer requires, for a drill sink of 1 m / min, a power of only c. 100 kW, which means that the power is increased to double that of air-driven units. Thus, with a hydraulic lowering drill hammer a better efficiency is achieved and the losses in the drill rods can be reduced. With the hydraulic lowering drill unit according to the invention, the weight of the drilling machine can be significantly reduced if the required power can be reduced from 300 kW to 100 - 150 kW.

Det uppfinningsmässiga aggregatet kan även användas 35 för styrd borrning, varvid borröret är böjt eller vinklat ti 3 95616 efter behov och, borren styrs i önskad riktning med borröret. Vid styrd borrning roterar det inre röret medan borröret styr hanunaren i rätt läge. Hanunaren roterar och fär energi genom det inre rörets rotation.The inventive assembly can also be used for controlled drilling, wherein the drill pipe is bent or angled as required and the drill is guided in the desired direction with the drill pipe. In the case of controlled drilling, the inner tube rotates while the drill pipe guides the male in the correct position. The male tube rotates and receives energy through the rotation of the inner tube.

5 Det uppfinningsmässiga hydrauliska sänkborraggrega- tet kan även användas bl.a. till vägunderföring och för styrd borrning frän en punkt till en annan i böjda eller raka häl.The hydraulic lowering drill assembly according to the invention can also be used inter alia. for undercutting and for controlled drilling from one point to another in curved or straight heels.

Uppfinningen beskrivs i det följande i detalj med 10 hjälp av ett exempel och med hänvisning till bifogade rit-ning, i vilken figur 1 visar en borrkrona med hydraulhammare för en uppfinningsmässig hydrauliskt driven sänkborrhammare, figur 2 visar ett borrör för anslutning till hyd-15 raulhammaren enligt figur 1, och figur 3 visar ett ovanför borrschaktet befintlig rotationsenhet för anslutning till borröret enligt figur 2.The invention is described in detail below with the aid of an example and with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a drill bit with hydraulic hammer for an inventive hydraulically driven lowering drill hammer, Figure 2 shows a drill pipe for connection to the hydraulic hammer 1, and FIG. 3 shows a rotary unit located above the drill shaft for connection to the drill pipe according to FIG. 2.

Hänvisande nu till figurerna 1-3, visas en hydrau-20 lisk sänkborrhammare för borrning i jord och berg, som bestär av en ovanför borrschaktet befintlig rotationsenhet 14, säsom en hydraulmotor, som driver ett tili en borrkrona 1 kopplat borrör 13 för rotation av borrkronan 1. I anslutning tili borrkronan finns en hydraulhammare 3 för äs-25 tadkommande av slagverkan pä borrkronan 1. Hydraulhamma-ren 3 drivs av en i borröret 13 i anslutning tili eller fast vid hydraulhammaren 3 anordnad hydraulpump 5,6 som företrädesvis drivs med ett inuti borröret 13 befintligt inre rör 12, som roteras medelst en andra ovanför borr-30 schaktet befintlig hydraulisk eller elektrisk motor 15.Referring now to Figures 1-3, there is shown a hydraulic lowering drill hammer for drilling in soil and rock, consisting of a rotary unit 14 located above the drill shaft, such as a hydraulic motor driving a drill bit 1 coupled to drill bit 13 for rotation of the drill bit. 1. In connection with the drill bit, there is a hydraulic hammer 3 for exerting impact on the drill bit 1. The hydraulic hammer 3 is driven by a hydraulic pump 5,6 arranged in the drill pipe 13 in connection with or fixed to the hydraulic hammer 3, preferably drill pipe 13, existing inner pipe 12, which is rotated by a second hydraulic or electric motor 15 located above the drill shaft.

Rotationsenheten ovanför borrschaktet bestär i det-ta exempelfall av tvä hydrauliskt drivna rotationsmotorer, en hydraulmotor 14 med läg rotationshastighet och högt moment för att rotera borrkronan, och en med ett högre 35 varvtal för att medelst det inre röret 12 driva hydraul-pumpen 5,6, i samma eller motsatt riktning som borrkronan.The rotary unit above the drill shaft consists in this example case of two hydraulically driven rotary motors, a hydraulic motor 14 with low rotational speed and high torque for rotating the drill bit, and one with a higher speed of rotation to drive the hydraulic pump 5,6 by means of the inner tube 12 , in the same or opposite direction as the drill bit.

4 956164 95616

Hydraulpumpen 5 kan ocksä drivas med en till denna kopplad elektrisk motor, varvid det inre röret kan ersät-tas av en elkabelskena eller -rör.The hydraulic pump 5 can also be operated with an electric motor coupled to this, the inner tube being replaced by an electric cable rail or pipe.

Ovanför hydraulpumpen finns en hydrauloljetank mon-5 terad, som förhindrar att det uppstär kavitation i pumpen. Behällaren är försedd med en tryckutjämningskammare 8. Företrädesvis är hammarens uppbyggnad sädan, att hydraul-hammarens slagkolv 2, pumpen 5,6 och hydraultanken 7 är inbyggda i samma maskindel. I hammaren kan även ingä en 10 tryckackumulator 4 för att höja slagkolvens 2 slagenergi (hastighet) och utjämna tryckstötar i hydraulsystemet. Ackumulatorns funktion kan ocksä vara att ästadkomma hela slaget (slagenergin) och hydraulikpumpen 5,6 endast den ätergäende rörelsen av slagkolven.Above the hydraulic pump is a hydraulic oil tank mounted, which prevents cavitation in the pump. The container is provided with a pressure equalization chamber 8. Preferably, the structure of the hammer is such that the hydraulic hammer's piston 2, the pump 5,6 and the hydraulic tank 7 are built into the same machine part. The hammer may also include a pressure accumulator 4 to increase the impact energy (velocity) of the piston 2 and equalize the thrust of the hydraulic system. The function of the accumulator can also be to achieve the entire stroke (impact energy) and the hydraulic pump 5.6 only the repetitive movement of the impact piston.

15 Hydraulpumpen 5,6 driver hydraulhammarens 3 slag kolv 2 direkt eller genom en hydraulisk ventil. En vinklad pumpskiva 6 driver pumpkolvarna 5, och kan utformas med olika vinklar för att fä olika hastigheter pä slagkolven 2 (slag/tillbakagäng).The hydraulic pump 5.6 drives the piston 2 of the hydraulic hammer 3 directly or through a hydraulic valve. An angled pump disc 6 drives the pump pistons 5, and can be designed at different angles to obtain different speeds on the piston 2 (stroke / reverse).

20 Som spolmedium kan användas luft, vatten eller t.ex. slam. Spolkanalerna utgörs av det inre röret 12 (in-lopp vid 16) och/eller av kanalen mellan det yttre borrö-ret 13 och inre röret 12 (inlopp vid 17), varvid dubbla spolkanaler lätt kan anordnas. Pä utsidan av hammare och 25 borrsträng leds spolmedlet sedan med borrkax upp tili ytan. Hammaren kan förses med centralspolning genom hammaren.Air, water or e.g. sludge. The coil ducts are comprised of the inner tube 12 (inlet at 16) and / or the duct between the outer drill pipe 13 and the inner tube 12 (inlet at 17), whereby dual coil ducts can be readily arranged. On the outside of the hammer and drill string, the flushing agent is then led with drill cuttings to the surface. The hammer can be provided with central flushing through the hammer.

För en fackman pä omrädet är det klart, att uppfin-ningen inte är begränsad tili de ovan angivna exemplen, 30 utan dess olika tillämpningar kan variera inom ramen för de bifogade patentkraven.It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the above examples, but its various applications may vary within the scope of the appended claims.

Claims

A hydraulic submersible drilling rig for soil and rock drilling, having a rotation motor 5 above the drill shaft, which drives a drill pipe (13) connected to the drill bit (1) to rotate the drill bit (1) and a hydraulic hammer (3) arranged in connection with the drill bit to provide an impact. a drill bit, the hydraulic pump (5, 6) being adapted to drive a hydraulic hammer (3), 10 which pump is inside the drill pipe (13) in connection with the hydraulic hammer, characterized in that the hydraulic pump (5, 6) drives the drill pipe (13) an inner tube (12) inside which is rotated by a second rotation motor (15) located above the drilling shaft.

Submersible drilling rig according to Claim 1, characterized in that the rotary motor is driven by an electric motor (15).

Submersible drilling rig according to Claim 1, characterized in that the rotary motor is driven by a hydraulic motor.

Submersible drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic pump (5, 6) is mounted on the hydraulic hammer (3) or in its immediate vicinity.

Submersible drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic pump consists of one or more hydraulic pistons using an impact piston (2), which in turn are driven by a rotating and angled pump plate.

Submersible drilling rig according to Claim 5, characterized in that the bent pump plate using the hydraulic piston is designed to comprise different angles for imparting different speeds (impact / return) to the piston (2).

Submersible drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the drill pipe (13) rotates at the speed of rotation of the drill bit and that the inner pipe (12) rotates faster than the drill pipe (13) in the same or opposite direction of rotation.

Submersible drilling rig 5 according to one of the preceding claims, characterized in that the percussion piston (2) of the hydraulic hammer, the hydraulic pump (5, 6) and its hydraulic tank (7) are integrated inside the same machine part.

Submersible drilling rig according to one of the preceding claims, characterized in that the inner tube and / or the channel between the drilling tube (13) and the inner tube (12) is used as a rinsing channel for a rinsing medium for conveying drilling powder to the surface.