KR20190055452A - 시추장비의 천공 베이스 - Google Patents

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김영원
조민재
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한국생산기술연구원
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes

Abstract

본 발명의 시추장비의 천공 베이스는 상하로 관통된 관통구가 구비되고, 내부에 공간이 형성되며, 지면에 안착될 수 있도록 형성되되 적어도 하나의 개폐구가 포함되는 함체, 함체에 다수 개가 구비되고 외부구조물이 체결되어 고정되는 체결구 및 관통구에 구비되고, 관통구에 상하로 관통되는 드릴비트의 외측둘레를 가압하여 고정하며, 상하로 배치되는 적어도 두 개의 클램프가 마련되는 클램프모듈이 포함될 수 있다.

Description

시추장비의 천공 베이스{SUPPORT STRUCTURE FOR DRILLING MACHINE}
본 발명은 지중을 천공하여 지중의 물질을 채굴하기 위한 시추설비가 지상에서 안정적으로 고정되고, 지중으로 관입되는 드릴비트의 제어를 편리하게 한 천공 베이스에 관한 것이다.
일반적으로 지중의 광물을 지상으로 채굴하기 위해 다양한 방법들이 실시되고 있으나, 석유나 천연가스와 같은 광물을 채집하기 위해서는 지중을 수직으로 천공하고, 천공된 장소에 채집장비를 관입하여 지중으로 광물을 인양하게 된다.
이러한 장비들을 통칭하여 시추설비라 할 수 있으며, 지중으로 깊게 굴착공을 형성하기 위한 천공과정은 일정한 길이를 지니고 일단에 절삭날이 구비된 드릴비트를 회전시키며 지중으로 관입시키는 방법이 보편적으로 실시되고, 드릴비트는 개별단위기 지닌 길이만큼 반복적으로 연장되며 지중으로 관입된다.
천공을 위한 양태에 따라 달리질 것이나, 드릴비트를 지중으로 회전시켜 관입하는 과정에서 지중으로부터 굴착된 토사가 지상으로 인양되고, 지상에서는 드릴비트가 안정적으로 고정된채로, 반복적인 결합을 통한 연장 작업이 이루어짐과 아울러 지중으로부터 인양되는 토사의 처리가 함께 이루지게 된다.
따라서, 지중을 굴착하는 작업을 수행하는 과정에서 지상에서 주요한 설비는 드릴비트가 견고히 지지될 수 있도록 세워지는 권양탑이나, 드릴비트 및 그 회전을 위한 장비들이 적재되는 도 1과 같은 굴착장비가 될 수 있다.
하지만, 권양탑의 경우 지상에 고정되는 구조물로서, 굴착을 위한 장소가 변경됨에 따라 이를 건축하고 허무는 과정이 수행되어야 하고 이로인한 비용이 크게 발생하게 된다.
또는 도 1과 같은 굴착장비에 드릴비트 및 그 회전을 위한 장비들을 적재하여 지상에 고정하는 것은 대규모 굴착작업에서는 활용할 수 없고, 특히 그 지반이 견고하지 못하고 연약한 지역일 경우에는 상술한 권양탑이나 굴착장비들에 드릴비트를 지지하여 지중으로 천공하는 것이 쉽지 않았다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 해결책이 요구되어 왔다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서 연약한 지반에서도 견고하게 지상에 안착되어 고정력이 제공될 수 있고, 다양한 굴착설비들이 결합되어 활용될 수 있으며, 지중으로 관입되는 드릴비트가 그 결합을 통한 연장이 수행되는 과정에서 유동없이 고정될 수 있는 천공 베이스를 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시추장비의 천공 베이스는 상하로 관통된 관통구가 구비되고, 내부에 공간이 형성되며, 지면에 안착될 수 있도록 형성되되 적어도 하나의 개폐구가 포함되는 함체, 함체에 다수 개가 구비되고 외부구조물이 체결되어 고정되는 체결구 및 관통구에 구비되고, 관통구에 상하로 관통되는 드릴비트의 외측둘레를 가압하여 고정하며, 상하로 배치되는 적어도 두 개의 클램프가 마련되는 클램프모듈이 포함될 수 있다.
그리고, 함체는 측면을 둘러서 외벽이 형성되고, 상면은 편평한 베이스가 구비되며, 저면은 하부로 개방되어 형성되되, 측면을 둘러서 형성되는 외벽의 저부가 지면과 접하여 안착될 수 있다.
또는, 체결구는 베이스의 상부에 배치되고, 관통구를 중심으로 일정한 거리에 대향되도록 구비될 수 있다.
그리고, 클램프모듈은 관통구에 상하로 관통되는 드릴비트 외측둘레 일부를 가압하여 고정하는 고정클램프 및 고정클램프의 상부에 배치되어 관통구에 상하로 관통되는 드릴비트 외측둘레 일부를 가압하여 고정하되, 이동이 가능하게 구비되어 선택적으로 고정클램프의 상부에 배치되거나 제거될 수 있도록 마련되는 가변클램프가 포함될 수 있다.
또는, 가변클램프는 베이스의 면방향으로 병진운동 가능하게 구비될 수 있다.
그리고, 가변클램프는 복수 개의 고정된 지지축에 일단이 각각 회전가능하게 결합되고 중단이 만곡된 형상을 지닌 적어도 두 개의 캠축 및 캠축과 대응되는 수로 구비되고, 각각의 캠축 타단에 회전가능하게 결합되는 파지구가 포함될 수 있다.
또는, 파지구들의 상호 간격은 상부가 넓고 하부로 갈수록 좁아질 수 있다.
그리고, 가변클램프는 파지구들에 외력이 가해질 경우 동력이 허가되어 파지구들의 간격이 좁아지도록 작동될 수 있다.
또는, 파지구는 일면에 마찰력이 높은 소재로 형성되는 마찰부가 포함될 수 있다.
그리고, 개폐구는 적어도 두 개가 각기 다른 방향으로 개폐되도록 형성될 수있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 시추장비의 천공 베이스는 다양한 지반 특히, 연약지반에서도 무거운 하중을 지닌 시추장비가 견고하게 지지될 수 있는 효과가 있고, 다양한 시추장비가 범용적으로 결합되어 실시될 수 있는 장점이 있다.
그리고, 드릴비트의 연장을 위해 단위 드릴비트가 결합되는 과정에서 드릴비트의 외측둘레를 적어도 두 곳 이상이 가압하여 고정하므로 보다 견고한 고정력을 제공하게 되고, 다양한 드릴비트의 형상에도 적용이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래에 드릴비트가 굴착장비에 지지되어 지중으로 관입되는 상태를 나타낸 상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 가변클램프 위치가 이동되는 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 가변클램프를 나타낸 부분사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 가변클램프에 드릴비트가 삽입되는 과정을 나타낸 상태도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 가변클램프에 드릴비트가 고정된 상태를 나타낸 상태도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 시추장비의 천공 베이스는 하기 되는 것과 같이 실시될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 가변클램프 위치가 이동되는 상태를 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 평면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스는 상하로 관통된 관통구가 구비되고, 내부에 공간이 형성되며, 지면에 안착될 수 있도록 형성되되 적어도 하나의 개폐구(110)가 포함되는 함체(100), 함체(100)에 다수 개가 구비되고 외부구조물이 체결되어 고정되는 체결구(130), 관통구에 구비되고 관통구에 상하로 관통되는 드릴비트(10)의 외측둘레를 가압하여 고정하며, 상하로 배치되는 적어도 두 개의 클램프(210, 220)가 마련되는 클램프모듈(200)이 포함될 수 있다.
아래에서는 상기된 각각의 구성을 구체적으로 자세하게 설명한다.
함체(100)는 지면에 접하여 안착되며, 상대적으로 넓은 면적이 지면에 접하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 도 2에 도시된 봐와 같이 내측에 공간이 형성되고, 측면을 둘러서 외벽이 형성되며, 저면은 적어도 일부가 개방되도록 형성될 수 있다.
함체(100)의 상면은 본 발명의 일 실시예에서 편평한 판상의 베이스(120)로 이루어질 수 있다.
베이스(120)는 시추작업을 위한 권양탑이나 드릴비트가 지지되는 장비와 같은 외부구조물이 상부에 배치될 수 있도록 충분한 넓이를 지니도록 형성되고, 함체(100)는 베이스(120)에 넓이와 대응되어 베이스(120)의 상부로 높은 구조물이 안착되기에 충분한 균형 및 안정성을 지니도록 지면과 접하는 면적이나 그 무게가 결정될 수 있다.
함체(100)의 외측에는 함체(100)의 내측공간과 연통되는 다수 개의 개폐구(110)가 구비될 수 있으며, 개폐구(110)는 각각이 지중으로부터의 토사가 유입되는 통로, 드릴비트(10)로 윤활액이 공급되는 통로 등의 다양한 역할을 수행하게 된다.
개폐구(110)는 적어도 두 개 이상이 구비되며, 함체(100)를 중심으로 각기 다른 방향으로 개폐되도록 형성될 수 있고, 굴착현장에서 다목적으로 활용될 수 있도록 그 크기 또한 조절이 가능하거나 각기 다른 크기 및 형상을 지니도록 형성될 수 있다.
함체(100)는 지상에 안착되어 상부에 배치되는 외부구조물이 안전하고 견고하게 지탱될 수 있게 하는 것이 목적이고, 부수적으로 굴착 시공이 되는 현장에서 다양한 장비와 배선이 복잡하게 얽혀 발생될 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서 베이스(120)의 상부에는 다수 개의 체결구(130)가 구비된다.
체결구(130)는 외부구조물이 베이스(120)에 결합되어 고정되므로 함체(100) 위에 외부구조물이 견고하게 지탱될 수 있도록 구비된다.
베이스(120)의 중심부에 상하로 관통되는 관통구가 구비되어 드릴비트(10)가 관통구를 관통하여 지중으로 삽입될 수 있으며, 체결구(130)는 관통구를 중심으로 하여 각기 대향되는 방향에 관통구와 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
또는, 관통구를 중심으로 하여 관통구와 일정한 거리만큼 이격된 가상의 원주 상에 배치될 수 있으며, 이는 베이스(120)의 상부에 고정되는 외부구조물이 드릴비트(10)를 지지하고 회전시기키 위한 장비들로 구성된다는 점에 기인한 것으로, 드릴비트(10)가 외부구조물의 무게중심에 위치하는 경우가 상당하므로 외부구조물의 무게중심을 기준으로 적절하게 배치된 위치에 체결구(130)가 위치될 수 있게하기 위함이다.
물론 체결구(130)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 관통구를 지나는 가상의 직선을 기준으로 대칭되도록 배치될 수 있다.
클램프모듈(200)은 관통구에 구비되며, 관통구를 상하로 관통되는 드릴비트(10)의 양측에서 그 둘레를 가압하여 고정하는 고정클램프(210)와 고정클램프(210)의 상부에 배치되고, 수평한 면방향으로 이동이 가능하게 구비되는 가변클램프(220)가 포함될 수 있다.
클램프모듈(200)은 선택적으로 드릴비트(10)의 외측둘레를 하나의 지점에서 가압하여 고정하거나, 복수의 지점에서 가압하여 고정할 수 있도록 구비된 것으로, 다양한 형상을 지닌 드릴비트(10)에 두루 적용될 수 있도록 하는 효과가 있다.
그리고, 드릴비트(10)를 지중으로 관입하며 개별 드릴비트(10)를 결합하는 과정이 반복되는 공정에서 드릴비트(10)가 보다 견고하게 고정될 수 있도록 복수 개의 지점에서 고정력이 제공되도록 하기 위함이다.
가변클램프(220)는 고정클램프(210)의 상부에서 배치될 수 있고, 선택적으로 사용자의 조작에 의해 일측으로 슬라이딩되어 이동될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 가변클램프를 나타낸 부분사시도이고, 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 가변클램프에 드릴비트가 삽입되는 과정을 나타낸 상태도이며, 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추장비의 천공 베이스의 가변클램프에 드릴비트가 고정된 상태를 나타낸 상태도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 가변클램프(220)는 고정된 지지축(227)이 적어도 두 개 이상 구비될 수 있고, 각각의 지지축(227)에는 중단부에서 만곡된 형상을 지닌 선형부재인 캠축(226)의 일단이 회전가능하게 결합된다.
캠축(226)의 타단에는 각기 회전가능하게 파지구(222)가 결합될 수 있고, 드릴비트(10)는 다수 개의 파지구(222)의 내측면과 접하여 고정된다.
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 파지구(222)들은 상부로 갈수록 그 간격이 넓고, 하부로 갈수록 그 간격이 좁아지도록 배치될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 드릴비트(10)가 지닌 직경을 기준으로 하여 드릴비트(10)의 통상적인 직경보다 파지구(222)들의 하부 간격이 좁게 배치되고, 들리비트(10)의 통상적인 직경보다 파지구(222)들의 상부 간격이 넓게 배치될 수 있다.
이러한 구성의 특징은 드릴비트(10)가 상부에서부터 가변클램프(220)의 파지구(222)들을 향해 하강될 때 드릴비트(10)의 하단부가 파지구(222)들의 내측면과 접하여 마찰력이 발생하게 되고, 파지구(222)의 내측면이 드릴비트(10)의 외측둘레와 접하여 캠축(226)이 회전되는 방향에 의해 다수 개의 파지구(222)가 드릴비트(10)가 위치한 중심쪽을 향해 좁아지도록 힘이 작용하게 된다.
이는 드릴비트(10)를 고정하기 위한 가변클램프(220)의 파지력을 보다 향상시키는 효과가 있다.
또한, 드릴비트(10)의 하단이 파지구(222)와 접하여 파지구(222)에 외력이 가해지는 것을 신호로 하여 가변클램프(220)의 지지축(227)이 동력에 의해 회전되도록 작동이 수행될 수 있고, 다수 개의 지지축(227)이 회전되며 각각에 결합된 파지구(222)들 간의 간격이 좁아지도록 작동되어 드릴비트(10)를 보다 큰 힘으로 고정될 수 있게 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 파지구(222)를 포함한 가변클램프(220)의 작동은 파지구(222)로 외력이 가해진 시점과 동력이 작동되는 시점간의 간격을 설정하여 드릴비트(10)가 가변클램프(220)를 지나 하부의 고정클램프(210)에 이르러 종국에 상하 두 개의 지점에서 고정력이 제공되도록 설정될 수 있다.
또한, 파지구(222)가 드릴비트(10)의 외측둘레와 접하게 되는 면에는 착탈 가능한 마찰부(224)가 더 구비될 수 있으며, 마찰부(224)는 마찰력이 높은 소재로 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 드릴비트
20: 구조물
100: 함체 110: 개폐구
120: 베이스 130: 체결구
200: 클램프모듈 210: 고정클램프
220: 가변클램프 222: 파지구
224: 마찰부 226: 캠축
227: 지지축 228: 종동축

Claims (10)

  1. 상하로 관통된 관통구가 구비되고, 내부에 공간이 형성되며, 지면에 안착될 수 있도록 형성되되 적어도 하나의 개폐구가 포함되는 함체;
    상기 함체에 다수 개가 구비되고 외부구조물이 체결되어 고정되는 체결구; 및
    상기 관통구에 구비되고, 상기 관통구에 상하로 관통되는 드릴비트의 외측둘레를 가압하여 고정하며, 상하로 배치되는 적어도 두 개의 클램프가 마련되는 클램프모듈;
    이 포함되는 시추장비의 천공 베이스
  2. 제1항에 있어서,
    상기 함체는,
    측면을 둘러서 외벽이 형성되고, 상면은 편평한 베이스가 구비되며, 저면은 하부로 개방되어 형성되되, 측면을 둘러서 형성되는 외벽의 저부가 지면과 접하여 안착되는 시추장비의 천공 베이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 체결구는 상기 베이스의 상부에 배치되고, 상기 관통구를 중심으로 일정한 거리에 대향되도록 구비되는 시추장비의 천공 베이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 클램프모듈은,
    상기 관통구에 상하로 관통되는 드릴비트 외측둘레 일부를 가압하여 고정하는 고정클램프; 및
    상기 고정클램프의 상부에 배치되어 상기 관통구에 상하로 관통되는 드릴비트 외측둘레 일부를 가압하여 고정하되, 이동이 가능하게 구비되어 선택적으로 상기 고정클램프의 상부에 배치되거나 제거될 수 있도록 마련되는 가변클램프;
    가 포함되는 시추장비의 천공 베이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가변클램프는 상기 베이스의 면방향으로 병진운동 가능하게 구비되는 시추장비의 천공 베이스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가변클램프는,
    복수 개의 고정된 지지축에 일단이 각각 회전가능하게 결합되고 중단이 만곡된 형상을 지닌 적어도 두 개의 캠축; 및
    상기 캠축과 대응되는 수로 구비되고, 상기 각각의 캠축 타단에 회전가능하게 결합되는 파지구;
    가 포함되는 시추장비의 천공 베이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파지구들의 상호 간격은 상부가 넓고 하부로 갈수록 좁아지도록 배치되는 시추장비의 천공 베이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가변클램프는 상기 파지구들에 외력이 가해질 경우 동력이 허가되어 상기 파지구들의 간격이 좁아지도록 작동되는 시추장비의 천공 베이스.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 파지구는,
    일면에 마찰력이 높은 소재로 형성되는 마찰부;
    가 포함되는 시추장비의 천공 베이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 개폐구는,
    적어도 두 개가 각기 다른 방향으로 개폐되도록 형성되는 시추장비의 천공 베이스.
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