KR101907226B1 - 암반 드릴링 리그와 드릴 스트링 부재들을 핸들링하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

암반 드릴링 리그(1)에서 드릴 스트링 부재들(8, 8', 8")을 다루기 위한 핸들링 장치로서, 이때 핸들링 장치는 암반 드릴링 리그 안으로 놓이고 이로부터 밖으로 이동될 드릴 스트링 부재들(8, 8', 8")을 그립하기 위한 그리퍼 유닛(11)을 포함하고, 그리퍼 유닛(11)은 그립 위치 축(G)을 형성하는 그립핑 위치에 위치된 부재들을 그립하도록 작동하는 그리퍼들(12, 13, 14)을 포함한다. 그리퍼 유닛(11)이 a) 그리퍼 유닛이 제1 드릴 스트링 부재(8')의 단부 부분 및 제2 드릴 스트링 부재(8")의 단부 부분과의 결합을 위해 상기 드릴 스트링 작동 위치(A) 안에 그리고 이와 나란하게 정렬되도록 위치되는 제1 위치와, b) 그리퍼 유닛(11)이 상기 드릴 스트링 작동 위치(A)로부터 각각 이탈되어 이동될 드릴 스트링 부재들을 위한 전달 위치에 드릴 스트링 부재의 단부 부분과의 결합을 위해 위치되는 제2 위치 사이에서 선회가능하도록 지지된다. 또한, 본 발명은 암반 드릴링 리그 및 방법에 관한 것이다.

Description

암반 드릴링 리그와 드릴 스트링 부재들을 핸들링하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR HANDLING DRILL STRING COMPONENTS, AS WELL AS ROCK DRILLING RIG}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 암반 드릴링 리그에 있는 드릴 스트링 부재들을 다루기 위한 핸들링 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이에 대응되는 방법 및 상기와 같은 핸들링 장치가 구비된 암반 드릴링 리그에 관한 것이다.

탐사 목적들을 위한 코어 드릴링은 보통 암반 드릴링 리그들을 이용하여 수행되는데, 이때 드릴 스트링 부재들은 드릴 스트링 작동 위치(an active drill strig position)에 위치되어 윈치(winch)의 도움으로 위로 들어올려지고 천공홀 안으로 아래로 하강된다. 윈치 와이어는 리프팅 플러그의 도움으로 최상부의 드릴 스트링 부재에 부착된다. 코어 드릴링은 조사될 암반의 천공된 코어를 수집하는 데에 목적이 있으므로, 관형 드릴 스트링 부재들에 대하여 문제가 있다. 종종 드릴 비트들을 교환하기 위하여 일어나는 바와 같이 드릴 스트링이 위로 들어올려지는 때에, 관형 스트링은 유닛별로 위로 들어올려지고, 이에 따라 단일의 파이프들은 하부 파이프 홀더와 협력하는 암반 드릴링 리그의 회전 장치의 도움으로 서로 분리된다.

현재, 관형 스트링으로부터 이탈되어 파이프를 마지막에 푸는 것은 조작자들에 의해 수동으로 수행되는데, 이때 이러한 핸들링은 마지막의 나사결합해제(screwing apart), 리프팅 및 파이프의 파이프 매거진 영역으로의 안내를 포함한다.

드릴 스트링이 하강하는 동안에는, 파이프들 형태의 새로운 드릴 스트링 부재들이 드릴 스트링과 나란하게 정렬되고 조작자에 의해 서로 나사결합되는 위치로 연속적으로 들어올려지도록 작업들이 반대가 된다. 이러한 작업들은 조작자에 대하여 무리하게 하여 경시될 수 없는 조작자의 리프트 및 크래쉬 부상들의 위험을 야기한다.

코어 드릴링은 종종 예를 들어 1킬로미터와 2킬로미터 사이의 천공 길이들을 갖는 것과 같이 큰 깊이들로 수행된다. 드릴 비트는 받게 되는 마모 때문에, 비교적 자주 교환되어야 하는 것으로, 이것은 전체 드릴 스트링이 천공홀로부터 위로 꺼내지고, 드릴 스트링 부재들로 장착 해제되며, 마모된 드릴 비트가 이탈되어 새로운 드릴 비트로 교체되어야 하는 것을 야기하고, 이에 따라 드릴 스트링이 다시 홀 안으로 아래로 하강될 수 있다. 그 결과, 드릴 비트가 다시 교환되어야 하는 때까지 더 먼 거리가 천공된다. 드릴링 동안에, 플러쉬 워터 스위블(flush water swivel)은 드릴링을 통하여 이탈되어 온 드릴 커팅물들(cuttings)을 멀리 이동시키기 위하여 플러슁 유체를 제공하도록 드릴 스트링의 상단부에 연결되어 있다.

본 발명의 목적은 상기에서 언급된 종류의 장치를 제공하는 것으로, 이에 의해 상기에 따른 문제점들이 해소되거나 적어도 부분적으로 해결된다.

이것은 청구항 제1항의 특징부의 특징들을 통하여 상기에 따른 핸들링 장치에 대하여 달성된다.

선회할 수 있는 그리퍼 유닛을 통하여, 제1 위치에서 서로 결합될 드릴 스트링 부재들의 단부 부분들을 유효하게 나란히 정렬하도록 배열하는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 결합되고 분리될 드릴 스트링 부재들 사이에 적절한 정렬의 가능성이 전체로서 달성되고, 이것은 나사결합 작업들 동안에 드릴 스트링 부재들의 적당한 핸들링을 보장하는 한편 잘못된 나사결합 시도들로부터 야기될 수 있는 나사산 손상들을 피할 수 있으므로 큰 이점이 된다. 또한, 분리가 나란한 상태로 그리고 제어된 방식으로 수행되는 것도 중요하다.

제2 위치로 선회하는 능력을 통하여, 이러한 제2 위치에서 그리퍼 유닛이 전달 위치에 있는 드릴 스트링 부재의 단부 부분과 리프팅 플러그 또는 플러쉬 워터 스위블(드릴 스트링의 현재 마지막의 드릴 스트링 부재의 경우)을 그립된 드릴 스트링 부재에 나사결합하고 이로부터 나사결합해제하기 전에 정렬을 제공하는 해당 방식으로 결합할 수 있다는 것이 달성된다. 따라서, 그리퍼 유닛은 전달 위치에서 드릴 스트링 부재 상에의 리프팅 플러그 및 워터 스위블의 부착을 처리해야 하는 추가의 중요한 기능을 갖는다.

그리퍼 유닛은 바람직하게는 평면에서 선회할 수 있고 이때 이러한 평면은 가장 바람직하게는 리그에서 드릴 스트링 축과 평행하다.

바람직한 일 측면에서, 그리퍼 유닛은 상기 제1 위치와 상기 제2 위치에서 제2 드릴 스트링 부재, 리프팅 플러그, 플러쉬 워터 스위블로 구성된 그룹의 구성요소들 중 적어도 어느 하나를 회전시키기 위하여 회전 그립 수단을 포함한다. 이에 따라, 단단히 죄는 기능은 각각의 구성요소를 그립된 (제1) 드릴 스트링 부재와 서로 나사결합하고 이로부터 나사결합해제하기 위한 2개의 위치들에 대한 정렬 기능과 바람직한 방식으로 통합된다.

회전 그립 수단은 가장 바람직하게는 상기 제2 드릴 스트링 부재, 상기 리프팅 플러그, 상기 플러쉬 워터 스위블 중 어느 하나를 동시에 그립하면서 회전시키기 위한 회전 그립 유닛으로 구성된다.

바람직하게는, 회전 그립 수단의 작동은 모든 나사결합을 위해 토크 제어되어, 어떠한 손상들이 나사산들에 야기되기 전에 서로 나사결합하는 잘못된 시도들이 차단될 수 있게 된다. 이것은 수 회(예를 들어, 2 내지 4회)의 회전들 하에서 회전을 모니터하도록 배열되는 토크 가드(guard)를 통하여 구현될 수 있는 것으로, 이때 이 외에 이러한 회전들 동안 정상적인 완벽한 나사결합 상태에서 토크 레벨을 조정하기 위하여 알려진 로우업(low up)이 보급되어 있다. 정해진 각도(예를 들어, 2 x 360° 내지 4 x 360°)만큼 나사결합하는 과정에서 토크가 정해진 레벨을 넘어서 증가하는 경우에, 서로 나사결합하는 시도는 차단되고 새로운 시도가 재설정된 후에 이루어질 것이다. 간단한 토크 가드는 그 자체가 알려진 방식으로 예를 들어 회전 그립 수단과 연동되는 유압식 토크 가드로 구성될 수 있다. 한편, 다른 솔루션들이 고려될 수도 있다.

바람직하게는, 그리퍼 유닛에 상기 제1 드릴 스트링 부재의 단부 부분을 그립핑하기 위한 제1 세트 그리퍼들 및 회전 그립 유닛과 함께 상기 제2 스트링 부재, 상기 리프팅 플러그, 상기 플러쉬 워터 스위블 중 어느 하나의 그립핑을 가능케 하기 위한 제2 세트 그리퍼들이 제공된다.

이러한 그리퍼들은 차례대로 또는 별도로 적절하게 움직여지고, 이것은 장치에 유연성을 제공한다. 이에 따라, 바람직하게는 그리퍼 유닛은 제2 위치에서 상기 리프팅 플러그, 상기 플러쉬 워터 스위블 중 적어도 어느 하나를 그립하고 상기 드릴 스트링 부재의 단부 부분과 정렬시키기 위하여 제2 세트 그리퍼들을 구비하도록 배열된다.

바람직한 실시예에서, 제1 세트 그리퍼들에 대하여 상기 그립 위치 축에 평행하게 상기 회전 그립 수단 및 바람직하게는 나머지 세트의 그리퍼들을 이동시키기 위한 수단이 그리퍼 유닛에 제공되는 때에, 나사결합 작업 동안에 나사 피치 보상을 달성하는 것이 간단한 방식으로 이루어진다. 이것은 제어된 방식으로 이동가능한 일반적인 캐리어(common carrier) 상에 위치된 상기 회전 그립 수단 및 제2 세트 그리퍼들에 의해 배열될 수 있다.

바람직하게는, 상기 회전 그립 수단, 제1 세트 그리퍼들 및 제2 세트 그리퍼들은 선회하도록 조종가능한데, 특히 그립 위치 축에 대해 옆에서 보았을 때 그립 위치를 180° 이상으로 자유롭게 설정한 위치로 선회하도록 조종가능하다. 이러한 방식으로, 그리퍼들 및 상기 회전 그립 수단은 그리퍼 유닛이 선회하는 동안 도상에 있지 않을 때까지 옆으로 이동될 수 있다.

바람직한 일 측면에 따르면, 그리퍼 유닛은 스윙 유닛 상에 배열되는 것으로, 이때 스윙 유닛은 암반 드릴링 리그, 드릴 스트링 이송기, 드릴 스트링 매거진, 별도의 스탠드 중 어느 하나와 같은 캐리어 상에 선회가능하게 체결되도록 배열된다. 이에 따라, 바람직하게는 그리퍼 유닛은 회전 장치의 하부 위치 위에 이와 연결되어 암반 드릴링 리그에 특히 피드 빔에 선회가능하게 체결되도록 배열된다.

해당하는 이점들이 상기에 따른 핸들링 장치를 포함하는 암반 드릴링 리그에서 그리고 창의적인 방법 측면에서 달성된다.

이제, 본 발명은 실시예들에 의해 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 암반 드릴링 리그와 드릴 스트링 부재들을 다루기 위한 장치 및 방법에 의하며, 상기 종래기술의 문제점들이 해소되거나 적어도 부분적으로 해결될 수 있는 것으로, 구체적으로는 선회할 수 있는 그리퍼 유닛을 통하여 서로 결합될 드릴 스트링 부재들의 단부 부분들을 유효하게 나란히 정렬하도록 배열하는 것이 가능하고, 이에 따라 결합되고 분리될 드릴 스트링 부재들 사이에 적절한 정렬의 가능성이 전체로서 달성되고, 이것은 나사결합 작업들 동안에 드릴 스트링 부재들의 적당한 핸들링을 보장하는 한편 잘못된 나사결합 시도들로부터 야기될 수 있는 나사산 손상들을 피할 수 있다.

도 1은 드릴 스트링 부재들을 위한 매거진과 연결되어 있는 본 발명에 따른 핸들링 장치가 제공된 코어 드릴링을 위한 암반 드릴링 리그를 나타내는 사시도이고,
도 2는 분리된 그리퍼 유닛을 확대하여 나타낸 사시도이며,
도 3 내지 5는 암반 드릴링 리그와 연결되어 있는 핸들링 장치의 상세를 나타내는 사시도이고, 그리고
도 6은 본 발명에 따른 방법의 순서도를 도식적으로 나타낸 것이다.

도 1에, 수직으로 위치된 피드 빔(feed beam)(2)을 포함하는 코어 드릴링을 위한 암반 드릴링 리그(rock drilling rig)(1)가 도시되어 있는데, 이때 앞뒤로(to and fro) 이동가능한 회전 장치(rotator device)(4)가 피드 빔 상에서 지지된다. 필요한 경우 드릴 스트링(drill string)의 일시적인 홀딩을 위한 파이프 홀더(holder)(5)가 회전 장치(4)의 아래에 배열된다(도면 참조).

암반 드릴링 리그(1)의 피드 빔(2) 옆에, 전원 공급 집합체(power and supply aggregate)(3)가 압력 유체 등을 암반 드릴링 리그(1), 리프트 윈치(lift winch)(미도시) 및 드릴 스트링 부재들(components)(8)을 수용하기 위한 매거진(magazine)(6)에 제공하기 위하여 배열되는데, 이때 드릴 스트링 부재들은 아래에서 설명되는 방식으로 암반 드릴링 리그(1)로 전달되고 리그로부터 빼내지게 될 것이다.

매거진(6)은 다른 방식들로 형성될 수 있는 것으로 도 1에는 대체적으로 수평한 테이블의 형태로 예시되어 있는데, 이때 이러한 테이블은 드릴 스트링 부재들(8)이 이송기(transporter)(7)의 스탠드를 향하여 굴러서 오게 할 수 있도록 기울여질 수 있다. 리프팅 장치(lifting device)(미도시)는 스탠드(stand)에 인접하여 배열되는 것으로, 상기 리프팅 장치는 매거진(6) 상에서 이송기(7)에 가장 가까운 위치에 있는 드릴 스트링 부재(8)를 이송기(7)에 속한 이송 밴드(band)의 상부까지 들어올리도록 배열되고, 이때 이송기는 이와 같이 상방으로 들어올려진 드릴 스트링 부재를 암반 드릴링 리그를 향한 방향으로 이동하게 한다.

도 1에서, 리프팅 단계 동안의 위치에 있는 드릴 스트링 부재가 도면부호 8"의 일점 쇄선(point-interrupted line)으로 더 나타내져 있고, 이때 이러한 위치는 피드 빔(2)에 대하여 기울어진 위치이다.

도 1에서의 도면부호 8"의 이러한 라인은 리프팅 단계 동안의 중간 위치를 나타내려고 의도된 것으로, 이때 리프팅 단계는 드릴 스트링 부재가 암반 드릴링 리그(1)의 드릴 스트링 작동 위치(an active drill string position)와 동축인 위치를 가짐에 따라 끝나게 된다. 리프팅은 드릴 스트링 부재(8") 상의 최상부에 나사결합되는(screwed) 리프팅 플러그(plug)(아래에서 도면부호 25 참조)의 도움으로 달성될 것이다. 리프팅 플러그는 이러한 과정 동안에 리프팅 와이어(미도시)에 연결되는데, 이때 리프팅 와이어는 피드 빔 상의 최상부에 있는 와이어 휠(미도시) 위를 지나고 와이어의 제2 부분은 피드 빔(2)에 평행하게 전원 공급 집합체(3)의 영역에 배열되어 있는 리프팅 윈치(미도시)로 본질적으로 연장된다.

또한, 도 1은 리프팅 플러그(25)가 그리퍼 유닛(gripper unit)(11)에 의해 그립되고 제1 드릴 스트링 부재(8')의 단부 부분에 나사결합된 것을 도시하고 있다.

도 1에, 이러한 제1 드릴 스트링 부재(8')가 드릴 스트링 작동 위치(A)에 있도록 상기 단부 부분이 회전 장치(4)로부터 상방으로 돌출되어 있는 것이 더 도시되어 있다. 드릴 스트링 부재(8')는 플러그(25) 상의 대응되는 수나사부와의 결합을 위한 암나사부를 나타내고 있다.

천공홀 안으로 이어서 내려가게 하도록 드릴 스트링을 연장하기 위하여 제1 스트링 부재(8')에 추가의 제2 드릴 스트링 부재(8")를 함께 결합하는 것은 본질적으로 리프팅 플러그 상에의 나사결합을 위한 해당 방법을 따른다. 아래의 내용을 참조한다.

그리퍼 유닛(11)은 도 1에서 제1 위치에 있는 것으로 도시되어 있는데, 이때 그립 위치 축(G)(도 1에서 쇄선 참조)을 나타내는 그리퍼 유닛(11)에 의해 형성되는 하나의 그립핑 위치는 상기의 드릴 스트링 작동 위치(A)와 동축이다.

또한, 이 도면에서 체결 구조물(19)이 더 상세하게 도시되어 있는데, 이러한 체결 구조물은 이송기(7)를 암반 드릴링 리그에 대하여 위치시키도록 배열된다.

도 2에 더 상세하게 도시되어 있는 그리퍼 유닛(11)은 상기의 제1 드릴 스트링 부재(8')(도 1 참조)와의 결합을 위한 제1 세트 그리퍼들(grippers)(12) 및 회전 그립 유닛(14) 형태의 회전 그립 수단을 보이고 있는데, 이때 이러한 회전 그립 수단에 회전될 드릴 스트링 부재과 같은 구성과의 결합을 위한 구동 롤러들(20) 및 이러한 구동 롤러들을 위한 구동 모터들(21)이 구비된다. 또한, 그리퍼 유닛(11)은 부재와의 결합을 위해 회전 그립 유닛(14)과 협력하는 제2 세트 그리퍼들(13)을 갖는다.

제1 세트 그리퍼들(12)은 유압 실린더들에 의해 움직여지는 것으로 이들 중 하나가 도면부호 15로 나타내져 있고 제2 세트 그리퍼들은 유압 실린더들(17)에 의해 움직여진다.

구동 롤러들을 구비한 회전 그립 수단(14)은 선회가능한 회전 클램핑 수단 상에 지지되는 것으로, 이러한 클램핑 수단은 유압 실린더들의 도움으로 회전될 부재와 결합하도록 이동되고, 이때 실린더들 중 하나가 도시되어 있되 도면부호 16으로 지시되어 있다.

회전 그립 수단(14)을 포함하고 또한 제2 세트 그리퍼들(13)도 포함하는 그리퍼 유닛(11)의 일부분은 상기 그립 위치 축(G)에 평행한 위치로 이동가능(displaceable)하기도 하다. 이중(double) 화살표를 참조한다. 이러한 이동되는 능력의 목적은 그립핑 유닛(11)의 일 부분 특히 회전 그립 수단(14)에 축방향 이동 및 구동 롤들의 회전을 제공하는 것으로, 이에 따라 회전되는 부재의 회전 구동 동안에 나사 피치(thread pitch)에 대한 보상이 이루어진다.

도 2에, 스윙 유닛(18)이 더 도시되어 있는데, 이러한 스윙 유닛은 리그에 부착되어 도 1 및 2에 도시된 위치와 아래에서 설명되는 선회된 다운(down) 위치 사이에서 선회하도록 그리퍼 유닛(11)을 지지한다.

도 2에서, 세트 그리퍼들(12, 13)은 하나의 개개의 그립 후크가 열려 있는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 제2 세트 그리퍼들을 열고 플러그 또는 드릴 스트링 부재와 결합하도록 회전 그립 수단(14)에서 선회시킴에 따라 제2 세트 그리퍼들(13)과의 결합을 방해하지 않으면서 플러그 또는 드릴 스트링 부재(8")의 회전을 허용한다는 것은 사실이다.

추가의 드릴 스트링 부재를 상기의 하나가 위치(A)에 존재하는 위치로 위치시킨 후에(도 1에서 리프팅 플러그(25)에 대신함), 드릴 스트링 부재들은 회전 그립 수단에 의해 서로 당겨지고(drawn), 이에 따라 조인트가 일반적으로 회전 장치(4)에 의해 최종 텐셔닝(tensioning)을 받게 된다. 다음, 리프트 와이어에 느슨함을 제공함에 따라 드릴 스트링이 하강하게 될 수 있다.

즉, 드릴 스트링이 도 1에 도시되어 있는 위치로 아래로 내려가지는 것으로, 이때 다음 드릴 스트링 부재들은 단부 부분이 회전 장치(4)로부터 상방으로 뻗어지고 리프팅 플러그(25)가 이러한 드릴 스트링 부재 위에 부착된 상태로 도면부호 8'로 지시된 위치에 도달한다. 이러한 리프팅 플러그는 이제 드릴 스트링으로부터 분리될 것이다.

리프팅 플러그(25)는 스위블 장치로 구성되는 것으로 도 2에서 볼 수 있는 2개의 상호 회전가능한 부품들 즉 드릴 스트링 부재를 향하도록 방향이 형성되는 자유 단부에 있는 수나사부(26')가 가장 아래쪽에 제공되는 결합부(26) 및 상기에서 설명된 바와 같이 리프팅 와이어와의 협력을 위한 리프팅 아이(eye)가 가장 바깥쪽에 제공되는 리프팅부(27)를 목적하도록 나타내져 있다.

그리퍼 유닛(11)의 회전 그립 수단을 포함하는 회전 그립 유닛은 구동 롤러들(20)을 포함하는데, 이것은 표면부가 회전되는 부재들에 대하여 좋은 그립 결합을 보장하기 위한 결합 수단을 갖는 것을 나타낸다. 구동 모터들(21)은 도시된 예에서 구동 롤러들(20)로부터 옆으로 배열되고 회전 그립 수단(14)을 함께 나르는 스윙 암 구조물 상에서 운반된다.

회전 그립 수단(14) 및 제2 세트 그리퍼들(13)이 드릴 스트링 부재(8)로부터 축방향으로 이동되도록 그리퍼 유닛(11)이 작동되는 때에, 구동 롤러들(20)은 결합부(26)의 회전 구동을 위해 회전된다. 리프팅 플러그(25)는 드릴 스트링 부재로부터 축방향으로 이동되는데, 이것은 이로부터 자유롭게 당겨지도록 의도된다. 리프팅부(27)는 이와 동시에 상기의 제2 세트 그리퍼들(13)에 의해 홀딩되어 이의 회전을 방지하고 원하지 않는 회전이 리프팅 와이어로 전달되는 것을 방지한다.

제1 세트 그리퍼들(12)은 드릴 스트링 부재(8')의 단부 부분을 그립하는 한편 회전 그립 수단(14)은 리프팅 플러그(25)의 결합부와 결합하게 되고 제2 세트 그리퍼들(13)은 리프팅 플러그(25)의 리프팅부(27)와 결합하게 되어, 이에 따라 리프팅 플러그(25)를 푸는 것은 회전 그립 수단(14)의 회전 동작을 통하여 이루어진다.

리프팅 플러그(25)가 드릴 스트링 부재(8')(도 1 참조)로부터 자유롭도록 당겨지는 때에, 이것은 스윙 유닛(18)에 의해 선회되는데, 이때 스윙 유닛은 그리퍼 유닛(11)을 제1 위치로부터 상기의 제2 위치 방향으로 이동시킨다. 이러한 스윙 동작을 허용하기 위하여, 제1 세트 그리퍼들(12)은 열려 있는 데 반해 제2 세트 그리퍼들(13)과 회전 그립 수단(14)은 여전히 리프팅 플러그(25)와 결합 상태에 있다.

도 3을 참조하면, 상기의 스윙 유닛이 리프팅 플러그(25)를 홀딩하고 있는 그리퍼 유닛(11)을 그립 위치가 상기의 매거진에 연결되는 이송기(7) 상에 놓여 있는 드릴 스트링 부재들과의 협력을 위해 본질적으로 수평인 위치로 선회시킨 것이 명백하다.

도 4에 도시된 위치에서, 드릴 스트링 부재(8)는 전후방으로 이동될 수 있고 유압 실린더(24)에 의해 작동되는 정지부(23)에 대하여 이송기(7) 상에서 전방으로 이동되어 있다. 드릴 스트링 부재들(8)을 드릴 스트링 부재들에 대한 전달 위치(B)로 또는 이러한 위치로부터 이동시키기 위하여 이송기 휠들에 의해 구동되는 이송 밴드(22)가 이송기(7)에 제공되는데, 이때 상기의 위치는 상기 정지부(23)에 의해 형성되는 위치로서 드릴 스트링 부재를 위한 정해진 위치를 포함한다.

이러한 정해진 위치는 다른 방식들로 예를 들어 정해진 위치들에 머무르도록 배치되는 이송기 상의 드라이버들에 의해 확보될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제1 세트 그리퍼들(12)이 드릴 스트링 부재(8)와의 그립핑 결합을 위한 위치에 있는 것이 도시되어 있는데, 이때 드릴 스트링 부재는 상기의 위치에 도달되어 있고 그리고 상기 정지부(23)가 옆으로 이동된 후에 드릴 스트링 부재(8)의 단부를 자유롭게 함에 따라 이제 정해진 위치에 있는 드릴 스트링 부재(8) 상의 가장 바깥쪽에 위치된 암나사부가 접근가능하게 된다.

리프팅 플러그(25)는 회전 그립 수단을 포함하는 회전 그립 유닛(14) 및 제2 세트 그리퍼들(13)에 의해 홀딩되어 이제 드릴 스트링 부재(8)와 함께 나사결합될 준비가 된다.

나사결합이 완료된 후에, 드릴 스트링 부재(8)는 리프팅에 의해 이송기로부터 암반 드릴링 리그로 상방으로 당겨질 수 있고, 이에 따라 부재는 도 1에 도시된 드릴 스트링 작동 위치(A)에 배치될 수 있다.

나사결합하는 동안 나사 피치에 대한 보상을 위하여, 회전 그립 유닛(14)을 구성하는 회전 그립 수단 및 제2 세트 그리퍼들(13)을 포함하는 유닛은 이러한 경우에도 드릴 스트링 부재(8)를 향한 방향으로 축방향으로 이동되고 구동 롤러들이 회전된다.

결합부(26) 상의 수나사부(26')의 드릴 스트링 부재(8)에 있는 암나사부 안으로의 나사결합이 완료된 후에, 회전 그립 수단(14) 및 제2 세트 그리퍼들(13) 뿐만 아니라 제1 세트 그리퍼들(12)이 다시 열리게 된다. 이에 따라, 드릴 스트링 부재(8)가 자유롭게 리프트 와이어에 의해 들어올려져 도 1 상의 일점 쇄선으로 나타내져 있는 위치를 지나가고 이어서 도 1에서 도면부호 G로 지시된 "그립 위치 축"을 따르는 제2 드릴 스트링 부재에 대한 위치에서 끝나게 된다.

그 결과, 상기 도면을 배경으로 상기에서 설명된 바와 같이 드릴 스트링과 서로 나사결합될 수 있다.

지금까지, 본 발명에 따른 핸들링 장치의 작동 기능은 예를 들어 드릴 비트(drill bit)의 교환 후에 드릴 스트링을 하강시키는 것에 대하여 설명되었다. 드릴 스트링의 위로의 이동과 관련하여, 원칙적으로 반대 절차가 따르게 되는 것으로, 즉 드릴 스트링 작동 위치에 놓여 있는 드릴 스트링 부재 상에 리프팅 플러그를 나사결합하고, 회전 장치가 알려진 방식으로 최상부의 드릴 스트링 부재를 그 다음의 드릴 스트링 부재들로부터 자유롭게 당기도록 배열된 위치로 부착된 드릴 스트링을 가진 리프팅 플러그를 위로 당긴다.

다음, 추가적인 리프팅이 드릴 스트링들에 일어나, 단부 부분을 가진 다음 드릴 스트링 부재가 도 1 및 4에 도시된 위치에 머물러 있고, 이때 회전 그립 수단(14)이 이러한 드릴 스트링 부재를 풀도록 제어된 나사결합에 대해 구동되는 것과 관련하여 정렬을 목적으로 그리퍼 유닛(11)이 작동되어 회전 그립 수단(14)이 최상부의 드릴 스트링 부재를 그립하고 제1 세트 그리퍼들(12)이 다음 드릴 스트링 부재("제1")를 그립한다.

다음, 이와 같이 풀어진 드릴 스트링 부재는 하부 단부가 상기 위치로부터 드릴 스트링 작동 위치와 평행하게 이동되어, 이 부재는 이송기(7)의 이송 밴드 상에 놓이게 되는데, 이때 이송기는 리프팅 와이어가 느슨해지는 것과 동시에 구동되어 드릴 스트링 부재가 상기의 이송 밴드 상에 놓이게 된다.

드릴 스트링 부재의 하부 단부를 상기 이송 밴드 또는 이와 같은 것 상의 위치로 밖으로 이동시키는 것을 돕기 위하여 드릴 스트링 부재와의 결합을 가이드하기 위한 포크형 결합부(41)를 구비한 선회가능하고 파워 구동되는 지지 암(40)(도 5 참조)이 배열되는데, 상기 지지 암은 한편으로는 파이프 단부를 이송기, 롤러 운반기(carriage) 또는 이와 같은 것으로 밖으로 이동시기 위하여 구동 이젝터로서 기능하고 다른 한편으로는 상기에서 설명된 리프팅 이동의 끝에서 드릴 스트링에 나사결합하기 전에 드릴 스트링 부재를 안으로 가이드하기 위하여 가이드 유도부(introducer)로서 기능하는 이중 기능을 갖는다.

도 6에, 예를 들어 드릴 비트의 교환을 위해 암반 드릴링 리그에 있는 드릴 스트링을 들어올리는 것과 관련된 본 발명에 따른 방법을 포함하는 방법 시퀀스가 도식적으로 도시되어 있는데, 이때 위치(31)는 상기 시퀀스의 시작을 가리킨다. 위치(32)는 드릴 스트링을 최상부의 위치로 상방으로 당기는 것과 회전 장치가 최상부의 드릴 스트링 부재를 다음 드릴 스트링 부재로부터 자유롭게 끌어당긴 후에 최하부의 위치에 있는 것을 보장하는 것을 나타낸다. 위치(33)는 전체 그리퍼 유닛을 제1 위치로 안으로 선회시키는 것을 나타낸다. 위치(34)는 최하부의 드릴 스트링 부재(도 1에서 8' 참조)의 단부 부분을 그립하기 위하여 제1 세트 그리퍼들을 작동시키고 최상부의 드릴 스트링 부재(도 1에서 8" 참조)의 단부 부분을 그립하기 위하여 회전 그립 유닛을 작동시키는 것을 나타낸다. 위치(35)는 회전 그립 유닛을 통하여 최상부의 드릴 스트링 부재를 푸는 것과 그 후에 그리퍼 유닛의 모든 그리퍼들을 여는 것을 나타낸다. 위치(36)는 자유로운 드릴 스트링 부재를 이탈시키는 것과 이것을 전달 위치에 배치하는 것을 나타낸다. 위치(37)는 그리퍼 유닛을 제2 위치로 선회시키는 것과 회전 그립 유닛을 통하여 리프팅 플러그를 풀기 위하여 리프팅 플러그 및 자유롭게 된 드릴 스트링 부재의 단부 부분을 그립하는 것을 나타낸다. 위치(38)는 리프팅 플러그를 현재의 최상부의 드릴 스트링 부재의 단부 부분에 단단히 죄기 위하여 그리퍼 유닛을 제1 위치로 선회시키는 것을 나타낸다. 위치(39)는 이러한 시퀀스의 끝을 나타낸다.

이러한 시퀀스는 필요한 만큼 많이 반복되는 것으로 의도된다. 반면, 예를 들어 드릴 비트 교환 후에 드릴 스트링을 하강시키려고 할 때에는, 상기의 단계들이 일반적으로 반대 순서로 수행되고, 이것은 도면들을 배경으로 상세하게 설명되어 있다.

본 발명은 코어 드릴링을 위한 암반 드릴링 리그를 배경으로 설명되어 있지만, 오일 드릴링 및 이와 동종의 것을 위한 것과 같이 다른 타입들의 리그들을 위하여도 적용될 수 있다. 본 발명은 청구항들의 범위 내에서 수정될 수 있다. 그리퍼 유닛은 상기에서 설명된 기능들을 통합하는 것이 바람직하되, 그리퍼가 이와 다르게 구성될 수 있다는 것과 제2 세트 그리퍼들이 회전 유닛에 의해 대체되는 것은 본 발명의 범위 내에 속한다. 회전 유닛이 회전되는 부재들과 결합하는 그리퍼 유닛 옆에 배열되는 장치로 구성되는 것이 배제되지 않는다. 그리퍼 유닛의 선회 운동은 다르게 이루어질 수 있는 것으로 그리퍼 유닛은 리그 자체의 피드 빔과 다른 구성요소에 부착될 수 있다.

제1 드릴 스트링 부재의 상기 단부 부분을 그립하기 위한 상기 제1 세트 그리퍼들이 그리퍼 유닛에 제공되는 것이 바람직하다. 그러나, 제1 세트 그리퍼들이 예를 들어 포크형 부재와 같이 그리퍼 기능이 없는 가이드 정렬 장치로 교체되는 것이 배제되는 것은 아니다. 이러한 부재는 전방으로 이동되는 때에 당해 드릴 스트링 부재의 단부 부분과의 결합을 안내하게 되도록 허용된 포크 섕크들(shanks)과 같은 가이드 수단을 구비한 이러한 부재에 의해 당해 드링 스트링 부재에 대하여 그리퍼 유닛의 요구되는 적절한 정렬을 수행할 수 있다.

1 ... 암반 드릴링 리그 2 ... 피드 빔
4 ... 회전 장치 6 ... 매거진
8, 8', 8" ... 드릴 스트링 부재 11 ... 그리퍼 유닛
12 ... 제1 세트 그리퍼 13 ... 제2 세트 그리퍼
14 ... 회전 그립 수단 25 ... 리프팅 플러그

Claims (15)

1. 드릴 스트링을 회전시키고 구동하기 위해 배열되고, 앞뒤로 이동가능하며, 피드 빔(2)에 의해 지지되는 회전 장치(4)를 포함하는, 암반 드릴링 리그(1)에서 드릴 스트링 부재들(8, 8', 8")을 다루기 위한 핸들링 장치로서, 핸들링 장치는 암반 드릴링 리그의 드릴 스트링 작동 위치(A) 안으로 놓이게 되고, 이 위치로부터 밖으로 이동되는 드릴 스트링 부재들(8, 8', 8")을 그립하기 위한 그리퍼 유닛(11)을 포함하고, 그리고 그리퍼 유닛(11)은 그립 위치 축(G)을 형성하는 그립핑 위치에 위치된 부재들을 그립하기 위하여 작동하는 제1 세트 그리퍼(12), 제2 세트 그리퍼(13) 및 회전 그립 유닛(16)을 포함하는 핸들링 장치에 있어서,
   그리퍼 유닛(11)이,
   a) 그리퍼 유닛이 제1 드릴 스트링 부재(8')의 단부 부분 및 제2 드릴 스트링 부재(8")의 단부 부분과의 결합을 위해 상기 드릴 스트링 작동 위치(A) 안에 그리고 이와 나란하게 정렬되도록 위치되는 제1 위치와,
   b) 그리퍼 유닛(11)이 상기 드릴 스트링 작동 위치(A)로부터 각각 이탈되어 이동되는 드릴 스트링 부재들을 위한 전달 위치에서 드릴 스트링 부재의 단부 부분과의 결합을 위해 위치되는 제2 위치 사이에서 선회가능하도록 지지되고,
   상기 그리퍼 유닛(11)은 제1 위치에서 제1 드릴 스트링 부재의 단부 부분을 그립하기 위한 제1 세트 그리퍼(12)와 제1 위치에서 제2 드릴 스트링 부재의 단부 부분을 그립하기 위한 제2 세트 그리퍼(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸들링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   그리퍼 유닛(11)은 상기 제1 위치와 상기 제2 위치에서 제2 드릴 스트링 부재(8"), 리프팅 플러그(25), 플러쉬 워터 스위블로 구성된 그룹의 구성요소들 중 적어도 하나를 회전시켜 이러한 구성요소를 그립된 제1 드릴 스트링 부재와 서로 나사결합하고 이로부터 나사결합해제하기 위한 회전 그립 유닛(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 핸들링 장치.
3. 제2항에 있어서,
   회전 그립 수단은 상기 제2 드릴 스트링 부재의 단부 부분, 상기 리프팅 플러그, 상기 플러쉬 워터 스위블 중 어느 하나를 동시에 그립하면서 회전시키기 위한 회전 그립 유닛(14)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 핸들링 장치.
4. 제3항에 있어서,
   그리퍼 유닛(11)에 상기 제1 드릴 스트링 부재의 단부 부분을 그립하기 위한 제1 세트 그리퍼(12) 및 상기 제2 드릴 스트링 부재, 상기 리프팅 플러그, 상기 플러쉬 워터 스위블 중 어느 하나를 회전 그립 유닛(14)과 함께 그립하는 것을 허용하기 위한 제2 세트 그리퍼(13)가 제공되는 것을 특징으로 하는 핸들링 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 회전 그립 유닛(16)을 제1 세트 그리퍼(12)에 대하여 상기 그립 위치 축과 평행하게 이동시키기 위한 수단이 그리퍼 유닛(11)에 제공되는 것을 특징으로 하는 핸들링 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 회전 그립 유닛(16), 제1 세트 그리퍼(12) 및 제2 세트 그리퍼(13)는 선회하도록 조종가능한 것을 특징으로 하는 핸들링 장치.
7. 드릴 스트링을 회전시키고 구동하기 위해 배열되고, 앞뒤로 이동가능하며, 피드 빔(2)에 의해 지지되는 회전 장치(4)를 포함하는 암반 드릴링 리그(1)에 있어서, 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 핸들링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 드릴링 리그.
8. 드릴 스트링을 회전시키고 구동하기 위해 배열되고, 앞뒤로 이동가능하며, 피드 빔(2)에 의해 지지되는 회전 장치(4)를 포함하는 암반 드릴링 리그(1)에서 드릴 스트링 부재들(8, 8', 8")을 핸들링하기 위한 방법으로서, 암반 드릴링 리그의 드릴 스트링 작동 위치(A) 안으로 놓이게 되고, 이 위치로부터 밖으로 이동되는 드릴 스트링 부재들(8, 8', 8")은 그립 위치 축(G)을 형성하는 그립핑 위치에 위치된 부재들을 그립하기 위하여 작동하는 제1 세트 그리퍼(12), 제2 세트 그리퍼(13) 및 회전 그립 유닛(16)을 구비한 그리퍼 유닛(11)에 의해 그립되는 방법에 있어서,
   그리퍼 유닛(11)이,
   a) 그리퍼 유닛이 제1 드릴 스트링 부재(8')의 단부 부분 및 제2 드릴 스트링 부재(8")의 단부 부분과 상기 드릴 스트링 작동 위치(A) 안에서 그리고 이와 나란하게 정렬되도록 결합할 수 있는 제1 위치와,
   b) 그리퍼 유닛(11)이 상기 드릴 스트링 작동 위치(A)로부터 각각 이탈되어 이동되는 드릴 스트링 부재들을 위한 전달 위치에서 드릴 스트링 부재(8)의 단부 부분과 결합할 수 있는 제2 위치 사이에서 선회하고,
   상기 그리퍼 유닛(11)은 제1 위치에서 제1 드릴 스트링 부재의 단부 부분을 그립하기 위한 제1 세트 그리퍼(12)와 제1 위치에서 제2 드릴 스트링 부재의 단부 부분을 그립하기 위한 제2 세트 그리퍼(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸들링하기 위한 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 위치와 상기 제2 위치에서 제2 드릴 스트링 부재(8"), 리프팅 플러그(25), 플러쉬 워터 스위블로 구성된 그룹의 구성요소들 중 적어도 하나는 이러한 구성요소를 그립된 제1 드릴 스트링 부재와 서로 나사결합하고 이로부터 나사결합해제하기 위한 그리퍼 유닛(11) 상의 회전 그립 유닛(16)에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 핸들링하기 위한 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 드릴 스트링 부재의 단부 부분은 그리퍼 유닛 상의 제1 세트 그리퍼(12)에 의해 그립되고, 상기 제2 드릴 스트링 부재의 단부 부분은 그리퍼 유닛(11)의 상기 회전 그립 유닛(14)에 의해 가능하게는 제2 세트 그리퍼(13)에 의해 상기 제1 위치에서 그립되는 것을 특징으로 하는 핸들링하기 위한 방법.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
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