KR20220038783A

KR20220038783A - 드릴링 유닛

Info

Publication number: KR20220038783A
Application number: KR1020227007116A
Authority: KR
Inventors: 조셉 푸르셀
Original assignee: 민콘 노르딕 오와이
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-03-29
Also published as: US20220298868A1; CN114341458A; CA3150815A1; US11959337B2; FI20195702A1; WO2021038131A1; FI130094B; EP4022159A4; EP4022159A1; EP4022159B1; KR102643905B1

Abstract

구멍을 굴착하기 위한 드릴링 유닛으로서, 상기 드릴링 유닛은 드릴 헤드(1)를 포함한다. 상기 드릴 헤드(1)는 케이싱(7)을 구멍으로 끌어당기기 위한 견인 수단(2), 중앙 구멍을 굴착하기 위한 파일럿 비트(3), 연결 수단, 및 케이싱(7)을 위한 중앙 구멍을 굴착하기 위한 링 비트 어셈블리(4)를 더 포함한다. 상기 링 비트 어셈블리(4)는 연결 수단에 의해 상기 파일럿 비트(3)에, 또한 상기 견인 수단(2)에 의해 상기 케이싱(7)에 연결된다. 상기 링 비트 어셈블리(4)는 캐리어 결합 수단(23), 및 상기 캐리어 결합 수단(23)에 이동 가능하게 부착된 다수의 링 비트 세그먼트들(6)을 포함한다.

Description

드릴링 유닛

본 발명은 지면에 구멍을 굴착하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 구멍을 굴착하기 위한 드릴링 유닛(drilling unit) 및 장치, 및 링 비트 세그먼트(ring bit segments)의 제작 방법에 관한 것이다.

드릴링 장치(drilling device)는 지면에 구멍을 뚫을 때 사용한다. 통상적으로 드릴링 장치는 굴착될 구멍으로 공급되는 드릴링 유닛(drilling unit)을 포함한다. 드릴링 장치에는 내부에 드릴링 유닛이 있는 케이싱을 갖는다. 드릴링 장치는 드릴 헤드(drilling head)를 구비하는데, 이것은 케이싱을 구멍으로 당기기 위한 견인(pulling) 수단과 중앙 구멍을 굴착하기 위한 파일럿 비트를 포함한다. 드릴링 장치는 또한 케이싱을 위한 중앙 구멍을 굴착하기 위해 케이싱에 연결된 링 비트를 포함한다. 구멍을 뚫어 케이싱을 그 구멍에 설치한 다음, 파일럿 비트가 케이싱을 통해 구멍 밖으로 잡아 당겨진다. 링 비트는 케이싱에 연결되어 있기 때문에 케이싱과 함께 그 구멍 내에 그대로 남는다. 이것은 링 비트가 재사용할 수 없으며 구멍을 뚫을 때마다 새로운 링 비트가 필요하다는 것을 의미한다. 이것은 드릴링 비용을 증가시킨다.

굴착될 구멍으로 공급되는 드릴링 유닛이 내부에 배치되어 있는 케이싱을 포함하는 드릴링 장치가 또한 사용된다. 상기 드릴링 유닛은 다수의 날개들을 갖춘 파일럿 비트를 갖는 드릴 헤드 및 드릴링 중에 케이싱을 구멍으로 끌어당기기 위한 견인 수단을 포함한다. 상기 날개들이 신장된(extended) 상태일 때에 이들은 케이싱에 더 큰 구멍을 굴착하고, 이들이 수축된(retracted) 상태에 있을 때에는 더 작은 구멍을 굴착한다. 파일럿 비트 날개들은 피드 작동 또는 회전 작동이 가능하다. 지면에 구멍을 굴착할 때, 상기 피드 작동 파일럿 비트가 구멍의 바닥에 대해 밀게 되고 상기 날개들이 내부 메커니즘으로 밀려나와 이 위치에 고정된다. 케이싱을 굴착하여 구멍에 설치한 후, 파일럿 비트를 잡아당김에 의해 날개들이 접힌다. 회전 작동 파일럿 비트는 파일럿 비트를 구멍 바닥에 대고 밀어 그것을 일 방향으로 회전시켜 날개를 신장된 위치로 돌리거나 슬라이딩하여 작동된다. 역회전으로 상기 날개들은 원래 위치로 수축된다. 굴착 후, 수축된 날개를 갖는 파일럿 비트는 케이싱을 통해 구멍 밖으로 위로 당겨진다.

날개들이 파일럿 비트 본체에 부착된 드릴링 장치를 사용할 때, 주로 장치의 구성과 관련된 몇 가지 단점이 발견되었다. 첫째, 지상의 까다로운 조건에서 신장 및 수축될 수 있는 날개를 설계하는 것은 매우 복잡하다. 게다가, 그 날개들을 파일럿 비트에 고정하는 데 복잡한 잠금 수단이 사용되며, 많은 경우, 날개를 교체하거나 수리하는 것은 어렵거나 심지어는 불가능하기까지 하다. 또한, 신장 또는 수축된 위치에 날개를 고정시키면 그 날개가 의도하지 않게 닫히거나 열리면서 고장을 일으켜 작업에 불필요한 중단이 발생하는 경향이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제를 해결하기 위한, 구멍을 굴착하기 위한 새로운 장치 및 배열, 그리고 링 비트 세그먼트들(ring bit segments)의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 독립항에 기재된 것을 특징으로 하는 방법 및 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시 예들 중 일부는 종속항에 개시되어 있다.

본 발명은 링 비트 세그먼트들이 캐리어에 부착되어 제거 가능한, 구멍을 굴착하기 위한 새로운 유형의 드릴링 유닛을 제공한다는 개념에 입각하고 있다.

본 발명의 장치 및 방법의 이점은 링 비트 세그먼트들이 파일럿 비트 본체로부터 분리되고 캐리어에 부착됨으로써 설계를 매우 단순하게 만든다는 점이다. 본 발명의 장치 및 방법을 사용하면 링 비트 세그먼트 및 링 비트 어셈블리를 교체하는 것이 용이하다. 또한, 링 비트 세그먼트를 신장 또는 수축된 위치에 고정하는 것은 간단하다. 구멍을 뚫고 그 구멍에 케이싱을 설치한 후, 파일럿 비트와 함께 그 구멍 밖으로 링 비트 어셈블리를 꺼내는 것은 간단하다. 따라서, 상기 링 비트 어셈블리는 재사용이 가능하여 드릴링 비용을 줄여준다. 본 솔루션의 또 다른 장점은 아래의 기술과 결부하여 설명된다.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예들에 의해 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 드릴 헤드를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 드릴 헤드의 분해조립도이다.
도 3a는 일 실시 예에 따른 링 비트 어셈블리의 분해조립도이다.
도 3b는 링 비트 세그먼트가 신장된 위치에 있을 경우의 도 1에 따른 링 비트 어셈블리를 도시한다.
도 3c는 링 비트 세그먼트가 수축된 위치에 있을 경우의 도 1에 따른 링 비트 어셈블리를 도시한다.
도 4는 일 실시 예에 따라 링 비트 세그먼트가 파일럿 비트의 홈으로 어떻게 슬라이딩하는지를 도시한다.
도 5a는 일 실시 예에 따른 케이싱에 연결된 리프팅 도구 및 링 비트 어셈블리를 도시한다.
도 5b는 리프팅 도구로 링 비트 어셈블리를 회수하는 것을 도시한다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 파일럿 비트 및 링 비트 세그먼트들의 분해조립도이다.
도 7a는 링 비트 세그먼트를 잠그기 위해 파일럿 비트가 회전될 때의 파일럿 비트의 측면도이다.
도 7b는 드릴링 위치에 있는 도 7a의 파일럿 비트의 정면도이다.
도 8a는 링 비트 세그먼트의 잠금을 해제하기 위해 파일럿 비트가 회전될 때의 파일럿 비트의 측면도이다.
도 8b는 구멍으로부터 링 비트 어셈블리를 회수할 때의 도 8a의 파일럿 비트의 정면도이다.

다음의 실시 예들은 예시적이다. 본 명세서에서 텍스트의 여러 위치에서 "하나의(an)", "일(one)" 또는 "일부(some)" 실시 예(들)를 참조할 수 있지만, 이것은 반드시 각 참조가 동일한 실시 예(들)에 대해 이루어지거나 특정 기능이 단지 하나의 실시 예에만 적용된다는 것을 반드시 의미하지는 않는다. 상이한 실시 예들의 하나의 특징은 또한 다른 실시 예를 제공하기 위해 결합될 수도 있다.

드릴링 장치(drilling device)는 지면에 구멍을 굴착하고 케이싱을 그 구멍으로 동시에 끌어당기는 것에 사용된다. 이것은 굴착될 구멍에 공급되는 드릴링 유닛(drilling unit)으로 구성된다. 상기 드릴링 장치는 적어도 드릴링 상황 중에 그 내부에 드릴링 유닛이 있을 수도 있는 케이싱을 더 포함한다. 드릴링 유닛은 일 실시 예에 따른 드릴 헤드(1)를 포함하며, 이는 도 1에 도시되어 있다. 드릴 헤드(1)는 케이싱(7)을 구멍 내로 당기기 위한 견인(pulling) 수단(2), 중앙 구멍을 굴착하기 위한 파일럿 비트(3), 연결 수단, 및 케이싱(7)을 위한 중앙 구멍을 넓게 뚫기(reaming) 위한 링 비트 어셈블리(4)를 더 포함할 수 있다. 상기 링 비트 어셈블리(4)는 견인력을 파일럿 비트(3)에서 케이싱(7)으로 전달한다. 링 비트 어셈블리(4)는 상기 연결 수단에 의해 파일럿 비트(3)에, 또한 상기 견인 수단(2)에 의해 상기 케이싱(7)에 연결될 수 있다.

도 3a 내지 3c는 도 1의 장치에서 사용될 수 있는 링 비트 어셈블리(4)의 예시적인 실시 예들이다. 도 3a는 링 비트 어셈블리(4)의 분해조립도이다. 상기 링 비트 어셈블리(4)는 캐리어 결합 수단(23)을 포함하는 캐리어(5) 및 상기 캐리어 결합 수단(23)에 이동 가능하게 부착된 다수의 링 비트 세그먼트들(6)을 포함할 수 있다. 상기 캐리어 결합 수단(23)은 다수의 캐리어 구멍들(8) 및 캐리어 리브들(ribs)(9)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 6개의 구멍들(8)과 리브들(9)이 있지만, 다른 개수도 또한 가능하다. 링 비트 세그먼트(6)는 세그먼트 충격 숄더(segment impact shoulder)(10) 및 상기 링 비트 세그먼트(6)의 외면 상의 세그먼트 리머 숄더(segment reamer shoulder)(11)를 포함할 수 있다. 링 비트 세그먼트(6)의 외면은 표면이며, 이것은 캐리어(5)에 부착되기 전에 캐리어(5)의 내면에 마주하고 상기 캐리어(5)에 부착될 때 상기 구멍(8)을 부분적으로 지나간다. 상기 세그먼트 충격 숄더(10)는 충격력 또는 인출력을 파일럿 비트(3)에서 케이싱(7)으로 전달한다. 이것은 또한 캐리어(5)와 링 비트 세그먼트(6) 사이의 잠금 수단(locking mean)으로서의 역할을 한다. 상기 세그먼트 충격 숄더(10)는 케이싱(7), 케이싱 슈(12), 캐리어(5) 및 링 비트 세그먼트(6)를 다룰 때 제자리에 머무를 것이다. 일단 파일럿 비트(3)가 링 비트 어셈블리(4) 내부에 있으면, 어떠한 다른 잠금 수단도 필요하지 않다.

도 3b는 링 비트 세그먼트(6)의 세그먼트 충격 숄더(10)가 캐리어 구멍(8) 내에 부착되는 상황을 예시하는데, 여기서 세그먼트 리머 숄더(11) 및 세그먼트 충격 숄더(10)는 캐리어(6)의 내부로부터 캐리어 리브(9)로 링 비트 세그먼트(6)를 부착하도록 배열되며, 이때 상기 링 비트 세그먼트들(6)은 신장된 위치에 있다. 상기 링 비트 세그먼트들(6)은 반경 방향으로 신장 및 수축될 수 있으므로, 이들은 캐리어 구멍(8)의 내부 및 외부로 이동할 수 있다. 상기 링 비트 세그먼트들(6)은 케이싱(7)을 위하여 중앙 구멍을 넓게 뚫을 때 신장된 위치에 배열될 수 있다. 따라서, 링 비트 세그먼트들(6)은 케이싱(7)의 외경보다 더 멀리 위치된 신장된 위치에 배열될 수 있다.

도 3c는 구멍으로부터 링 비트 어셈블리(4)를 제거할 때 어떻게 링 비트 세그먼트(6)가 수축된 위치에 배열될 수 있는지를 도시한다. 링 비트 세그먼트들(6)이 수축된 위치에 배열되면, 이들은 케이싱(7)의 내경보다 더 안쪽에 위치한다. 구멍에서 링 비트 어셈블리(4)를 제거할 때, 세그먼트 리머 숄더(11)는 캐리어 리브(9) 상으로 케이싱(7) 내부에서 이동될 수 있다. 이러한 방식으로, 세그먼트 리머 숄더(11)의 외면은 캐리어(5)의 외부 직경과 동일한 레벨에 있고, 세그먼트 충격 숄더(10)는 캐리어 구멍(8) 내부에 전혀 없을 수 있다. 이것은 세그먼트 리머 숄더(11)가 캐리어 리브(9) 상에 안착되어 세그먼트(6)와 함께 캐리어(5)가 케이싱(7) 내부와 구멍 외부로 자유롭게 이동하도록 할 수 있다는 것을 의미한다.

도 2는 도 1에 따른 드릴 헤드의 분해조립도이다. 케이싱(7)과 링 비트 어셈블리(4)는 견인 수단(2)에 의해 함께 연결될 수 있고, 파일럿 비트(3)는 링 비트 세그먼트들(6)에 의해 링 비트 어셈블리(4)에 연결될 수 있다. 상기 견인 수단(2)은 케이싱(7)의 헤드에 케이싱 슈(12)를 포함할 수 있으며 케이싱(7)과 링 비트 세그먼트(6)를 함께 이동 가능하게 결합하고 링 비트 어셈블리(4)를 케이싱(7)의 종 방향 축을 중심으로 자유롭게 회전하도록 한다. 케이싱 슈(12)는, 예를 들어, 용접에 의해 케이싱(7)에 고정된다. 도 2는 캐리어(5)가 파일럿 비트(3) 또는 케이싱 슈(12)에 연결 또는 결합되지 않은 것을 도시한다. 따라서, 캐리어(5)는 파일럿 비트에 결합이 해제된다. 한편, 링 비트 세그먼트(2)는 캐리어(5), 파일럿 비트(3) 및 케이싱 슈(12)에 연결된다. 캐리어(5)는 파일럿 비트(3)에 대해 회전하고 및/또는 링 비트 세그먼트(6)가 파일럿 비트(3)에 고정되지 않았을 경우 드릴링 방향으로 이동할 수 있다. 그러나 링 비트 세그먼트(6)가 파일럿 비트(3) 및 캐리어에 고정되면, 캐리어(5)는 파일럿 비트(3)와 함께 회전할 수 있다. 캐리어(5)는 어떠한 충격력도 전달하지 않을 수 있는데, 그 이유는 충격력은 파일럿 비트(3)에서 세그먼트(6)로 직접 전달되기 때문이다. 캐리어(5)도 드릴링에 관여하지 않는데, 그 이유는 이것은 굴착할 때 세그먼트(6)를 제자리에 유지하는 단지 슬리브 또는 링이기 때문이다. 상기한 캐리어(5)의 한 가지 장점은 그것이 세그먼트(6)의 쉽고 빠른 전환을 가능하게 한다는 것이다.

도 4는 링 비트 어셈블리(4)의 링 비트 세그먼트들(6)이 파일럿 비트(3)의 종 방향 홈들(18a)을 따라 파일럿 비트(3)에 어떻게 연결될 수 있는지를 도시하고 있다. 도 4를 더욱 명확히 보여주기 위해, 링 비트 어셈블리(4)의 캐리어(5)는 도시되지 않는다. 링 비트 어셈블리(4)는 연결 수단에 의해 상기 파일럿 비트(3)에 연결될 수 있다. 상기 연결 수단은 파일럿 비트(3)의 원주방향 외면에 위치한 제 1 잠금 수단(21) 및 링 비트 세그먼트(6)의 일 표면에 위치한 제 2 잠금 수단(22)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 잠금 수단(22)은 링 비트의 내면을 포함할 수 있다. 제 1 잠금 수단(21)은 상기 제 2 잠금 수단(22)을 수용하도록 배열되어 링 비트 어셈블리(4)와 파일럿 비트(3)를 함께 잠글 수 있다. 상기 제 1 잠금 수단(21)은 파일럿 비트(3)의 외면에 위치된 종 방향 홈들(18a)을 포함할 수 있고, 이들은 파일럿 비트(3)의 종 방향 축의 방향으로 연장될 수 있다. 상기 종 방향 홈들(18a)은 링 비트 세그먼트들(6)을 수용하도록 배열되어 케이싱(7)을 위한 중앙 구멍을 넓게 뚫을(reaming) 때 링 비트 어셈블리(4)와 파일럿 비트(3)를 함께 잠글 수 있다. 화살표 A는 파일럿 비트가 케이싱(7) 안으로 어떻게 밀어지는지를 보여주는데, 여기서 링 비트 파일럿 어셈블리(4)는 링 비트 세그먼트들(6)의 외면들에 의해 케이싱(7)에 연결된다. 더욱이, 화살표 I는 파일럿 비트(3)의 종 방향 홈들(18a)을 따라 링 비트 세그먼트들(6)의 내면이 슬라이딩하는 것을 나타낸다. 파일럿 비트(3)는 링 비트 세그먼트(6)에 회전 및 충격을 제공하는 데 사용될 수 있다. 전술한 구성배열로써, 링 비트 세그먼트들(6)은 파일럿 비트(3)와 함께 회전하도록 강제되고, 이들은 굴착의 방향을 따라 파일럿 비트(3)와 함께 움직인다. 따라서, 링 비트 세그먼트들(6) 및 종 방향 홈들(18a)은 잠금 동작의 실패를 방지하는 방식으로 링 비트 어셈블리(4)와 파일럿 비트(3)를 함께 잠글 수 있다. 링 비트 세그먼트들(6)은 상기 링 비트 세그먼트들(6)의 내면과 함께 링 비트 어셈블리(4) 및 파일럿 비트(3)를 회전 가능하게 연결하는데, 따라서 링 비트 세그먼트(6)의 의도치 않은 폐쇄 및 개방은 불가능하다. 이러한 방식으로 파일럿 비트(3)는 구멍을 넓게 뚫을 때 링 비트 세그먼트들(6)이 의도하지 않게 수축된 위치로 접히는 것을 방지할 수 있다.

도 5a 및 5b는 구멍 및 케이싱(7)으로부터 링 비트 어셈블리(4)를 제거하기 위해 사용되는 리프팅 도구(20)를 도시한다. 도 5a는 일 실시 예에 따른 케이싱(7)에 연결된 리프팅 도구(20) 및 링 비트 어셈블리(4)를 도시한다. 상기 리프팅 도구는 다수의 돌출부들(24)을 포함할 수 있다. 돌출부들(24)의 수는 링 비트 세그먼트들(6)과 동일하다. 구멍을 뚫은 후, 파일럿 비트(3)는 케이싱(7)을 통해 상기 구멍의 안팎으로 인출될 수 있는데, 이때 링 비트 어셈블리(4)는 케이싱 슈(7)와 함께 그 구멍에 머무를 수 있다. 상기 리프팅 도구(20)는 화살표 B를 따라 케이싱(7) 내부로 슬라이딩할 수 있다. 리프팅 도구(20)가 구멍의 바닥에 놓일 때, 그것은 화살표 C에 따라 회전될 수 있어 돌출부들(24)이 링 비트 세그먼트들(6)의 드릴링 표면(25) 상에 위치되도록 한다. 그 다음에, 상기 리프팅 도구(20)는 링 비트 세그먼트(6)를 안쪽으로 이동시키기 위하여 도 5b의 화살표 D를 따라 이동될 수 있는데, 이것은 링 비트 어셈블리(4)와 케이싱 슈(7) 사이의 연결을 해제한다. 도 3c는 링 비트 세그먼트(6)가 수축된 위치에 있는 상황을 보여준다. 따라서, 링 비트 어셈블리(4)는 화살표 D에 따라 리프팅 도구(20)로써 케이싱(7) 없이 구멍 밖으로 들어올릴 수 있다.

도 6은 파일럿 비트(3) 및 링 비트 세그먼트(6)의 또 다른 실시 예의 분해조립도이다. 이것은 파일럿 비트(3)가 그 파일럿 비트(3)의 원주방향 홈(13)을 따라 링 비트 어셈블리(4)의 링 비트 세그먼트(6)에 어떻게 연결될 수 있는지를 보여준다. 도 6을 명확히 하기 위해, 링 비트 어셈블리(4)의 캐리어(5)는 제거되었다. 도 3a 내지 3c에 따른 링 비트 어셈블리(4)는 이 실시 예에서도 사용될 수 있다. 그러나 링 비트 세그먼트(6)의 잠금 수단(22a)은 다를 뿐만 아니라 상이하게 작동한다. 링 비트 어셈블리(4)는 연결 수단에 의해 파일럿 비트(3)에 연결될 수 있다. 상기 연결 수단은 파일럿 비트(3)의 원주방향 외면에 위치한 제 1 잠금 수단(21a), 및 링 비트 세그먼트(6)의 표면에 위치한 제 2 잠금 수단(22a)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 잠금 수단(22a)은 도 6에 도시된 것과 같이 링 비트 세그먼트(6)의 내면 및 측면을 포함할 수 있다. 상기 제 1 잠금 수단(21a)은 링 비트 어셈블리(4)와 파일럿 비트(3)를 함께 잠그기 위한 상기 제 2 잠금 수단(22a)을 수용하도록 배열될 수 있다. 일 실시 예에 있어, 당해 기술분야에서 잘 알리어져 있는 바요넷-잠금 수단(bayonet-locking means)이 제 1 잠금 수단(21a) 및 제 2 잠금 수단(22a)으로서 사용될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제 1 잠금 수단(21a)은 파일럿 비트(3)의 외면을 따라 원주방향으로 위치된 원주방향 홈들(13)을 포함할 수 있다. 상기 홈들(13)은 잠금 숄더들(locking shoulders)(14) 및 충격 숄더들(impact shoulders)(15)을 가질 수 있다. 상기 제 2 잠금 수단(22a)은 링 비트 세그먼트(6)의 내면 및 외면에 잠금 공동(locking cavity)(16)을 포함할 수 있다. 원주방향 홈들(13)은 케이싱(7)의 중앙 구멍을 넓게 굴착할 때 링 비트 어셈블리(4) 및 파일럿 비트(3)를 회전식으로 또는 방사상으로 함께 잠그기 위한 잠금 공동들(16) 및 링 비트 세그먼트들(6)의 내면들을 수용하도록 배열될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제 1 잠금 수단(21a)은 파일럿 비트(3)의 외면에 위치된 종 방향 홈들(18b)을 더 포함할 수 있고, 이들은 파일럿 비트(3)의 종 방향 축의 방향으로 연장되고; 그리고 회수 숄더들(retrieve shoulders)(17)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 잠금 수단(22a)은 링 비트 세그먼트(6)의 상부 측면에 위치된 회수 공동(retrieve cavity)(19)을 더 포함할 수 있다. 상기 종 방향 홈들(18b) 및 회수 숄더들(17)은 상기 구멍으로부터 링 비트 어셈블리(4)를 제거하기 위한 회수 공동들(19) 및 링 비트 세그먼트들(6)의 내면을 수용하도록 배열될 수 있다. 상기 링 비트 세그먼트들(6)의 내면은 이들이 함께 고정(locking)될 때 파일럿 비트(3)에 마주하는 면이다.

도 7a는 파일럿 비트(3)가 회전되어 링 비트 세그먼트(6)와 파일럿 비트(3)를 함께 잠글 경우의 파일럿 비트의 측면도를 도시한다. 도 7a 및 도 7b를 더욱 명료히 하기 위해, 링 비트 어셈블리(4)의 캐리어(5)는 제거된다. 파일럿 비트(3)를 드릴링 위치에 잠그기 위해, 파일럿 비트(3)는 먼저 링 비트 어셈블리(4)가 케이싱 슈(12)에 연결되어 있는 케이싱(7) 안으로 밀어 넣어진다. 더욱이, 화살표 E는 링 비트 세그먼트들(6)을 드릴링 위치에 고정하기 위해 파일럿 비트(3)가 제 1 방향을 따라 축 방향으로 어떻게 회전될 수 있는지를 보여준다. 이것은 링 비트 세그먼트(6)가 파일럿 비트(3)에 고정되지 않을 때 파일럿 비트(3)가 캐리어(5)에 대해 회전될 수 있음을 의미한다. 따라서 파일럿 비트(3)는 캐리어(5)에 대하여 제 1 방향을 따라서 축 방향으로 회전될 수 있다. 상기 제 1 방향은 드릴링 방향일 수 있다. 파일럿 비트(3)는 링 비트 세그먼트(6)에 대하여 회전 및 충격을 제공하고 추가로 상기 구멍으로부터 링 비트 어셈블리(4)를 회수하는데 사용될 수 있다. 도 7b는 드릴링 위치에 있는 도 7a의 파일럿 비트의 정면도이며, 링 비트 세그먼트들(6)을 파일럿 비트(3)에 고정하기 위해 파일럿 비트(3)가 방사상으로 어떻게 회전되었는지를 보여준다. 이 위치에서 잠금 숄더들(14) 및 충격 숄더들(15)은 잠금 공동(16)의 도움으로 링 비트 세그먼트들(6)을 드릴링 위치에 고정하는 데 사용된다. 링 비트 세그먼트들(6)이 드릴링 위치에 고정되면, 필요에 따라 파일럿 비트(3)와 함께 케이싱(7)을 들어올리는 것이 가능하다. 잠금 숄더들(14) 및 잠금 공동들(16)은 리프팅을 확보한다.

도 8a는 견인 수단(2)으로부터 링 비트 세그먼트들(6)의 잠금을 해제하기 위해 파일럿 비트(3)가 회전될 때의 파일럿 비트(3)의 측면도이다. 도 8b는 상기 구멍으로부터 링 비트 어셈블리(4)를 회수할 때의 도 8a에 도시된 파일럿 비트(3)의 정면도이다. 도 8a 및 8b를 더욱 명확히 하기 위해, 링 비트 어셈블리(4)의 캐리어(5)는 도시되지 않는다. 구멍을 뚫은 후, 파일럿 비트(3)를 사용하여 케이싱(7)을 통해 링 비트 어셈블리(4)를 구멍 밖으로 견인될 수 있다. 화살표 F는 링 비트 어셈블리(4)를 제거하기 위해 드릴링 위치에서 수축 위치로 링 비트 세그먼트(6)의 잠금을 해제하도록 파일럿 비트(3)가 상기 제 2 방향을 따라 축 방향으로 어떻게 회전하는지를 보여준다. 이것은, 링 비트 세그먼트들(6)이 파일럿 비트(3)로부터 잠금이 해제될 때, 파일럿 비트(3)가 캐리어(5)에 대해서 또한 회전될 수 있음을 의미한다. 따라서, 파일럿 비트(3)는 캐리어(5)에 대해 상기 제 2 방향을 따라 축 방향으로 회전될 수 있다. 상기 제 2 방향은 수축하는(retraction) 방향일 수 있다. 도 8b는 회수 위치에 있는 파일럿 비트(3)의 정면도이다. 이것은 링 비트 세그먼트들(6)이 케이싱 슈(12)로부터 링 비트 세그먼트(6)의 잠금을 해제하기 위해 어떻게 역회전이 되는지를 보여준다. 이 위치에서 파일럿 비트(3)의 회수 숄더(17)는 링 비트 세그먼트들(6)의 회수 공동들(19)과 결합될 수 있어, 링 비트 세그먼트들(6)이 상기 구멍의 바닥을 향해 이동하는 것을 방지하고 파일럿 비트(3)가 링 비트 어셈블리(4)를 제거하도록 한다. 파일럿 비트(3)의 종 방향 축의 방향에 위치한 종 방향 홈들(18b)은 링 비트 세그먼트들(6)이 화살표 G에 따라 원주방향 홈(13)으로부터 상기 홈(18b) 안으로 이동하도록 할 수 있는데, 이는 링 비트 어셈블리(4)와 케이싱 슈(7) 사이의 연결을 해제한다. 후속하여, 링 비트 어셈블리(4)는 케이싱(7)이 없는 파일럿 비트(3)와 함께 구멍 밖으로 들어 올려질 수 있다. 따라서, 드릴링 도중에, 필요하다면, 링 비트 어셈블리(4)를 다른 것으로 변경하는 것이 가능하다.

일 실시 예에서, 전술한 실시 예들 중 어느 하나에 따른 링 비트 세그먼트(6)를 제작하는 방법이 설명된다. 먼저, 상기 방법은 링 빌렛(billet)을 준비하는 과정을 포함한다. 그 다음, 세그먼트 충격 숄더들(10) 및 세그먼트 리머 숄더들(11)이 형성된다. 그 다음에, 상기 형성된 링 빌렛은 링 비트 세그먼트들(6)을 형성하기 위해 더 작은 조각으로 절단된다. 일 실시 예에서, 상기 방법은 잠금 공동들(16) 및 회수 공동들(19)을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이 방법으로, 링 비트 세그먼트의 제작은 빠르고 비용이 덜 든다.

기술이 발전함에 따라 본 발명의 개념은 다양한 방식으로 구현될 수 있음은 당해 기술분야의 전문가에게 자명할 것이다. 본 발명 및 그 실시 예들은 전술한 예들에만 한정되지 않고 후술하는 청구범위의 범위 내에서 변할 수도 있다.

Claims

구멍을 굴착하기 위한 드릴링 유닛으로서, 상기 드릴링 유닛은 드릴 헤드를 포함하고, 상기 드릴 헤드는,
케이싱을 상기 구멍으로 끌어당기는 견인(pulling) 수단;
중앙 구멍을 굴착하기 위한 파일럿 비트;
연결 수단; 및
상기 케이싱을 위한 중앙 구멍을 굴착하기 위한 링 비트 어셈블리를 포함하되;
상기 링 비트 어셈블리는 상기 연결 수단에 의해 상기 파일럿 비트에, 그리고 상기 견인 수단에 의해 상기 케이싱에 연결되고, 상기 링 비트 어셈블리는,
캐리어 결합 수단을 포함하는 캐리어; 및
상기 캐리어 결합 수단에 이동 가능하게 부착된 다수의 링 비트 세그먼트들을 포함하는 것인 드릴링 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 캐리어는 상기 파일럿 비트에 대한 결합이 해제되는 것인 드릴링 유닛.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 링 비트 세그먼트들은 방사상으로 신장 및 수축 가능하고, 상기 링 비트 세그먼트들은 상기 케이싱을 위한 중앙 구멍을 뚫을 때는 신장된 위치에 배치되고, 상기 구멍에서 링 비트 어셈블리를 제거할 때는 수축된 위치에 배치되는 것인 드릴링 유닛.
선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 링 비트 세그먼트들은,
상기 케이싱을 위한 중앙 구멍을 뚫을 때에는 상기 케이싱의 외경보다 더 멀리 위치한 신장된 위치에; 및
상기 구멍으로부터 상기 링 비트 어셈블리를 제거할 때에는 상기 케이싱의 내경보다 더 안쪽에 위치한 수축 위치에, 배열되는 것인 드릴링 유닛.
선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 결합 수단은 다수의 캐리어 구멍들 및 캐리어 리브들을 포함하고, 상기 링 비트 세그먼트는 세그먼트 충격 숄더(segment impact shoulder) 및 세그먼트 리머 숄더(segment reamer shoulder)를 포함하되,
상기 세그먼트 충격 숄더들은 상기 캐리어 구멍들 내에 부착되고, 그리고
상기 세그먼트 리머 숄더들 및 세그먼트 충격 숄더들은 상기 링 비트 세그먼트들이 신장된 위치에 있을 때 상기 캐리어의 내부로부터 상기 캐리어 리브들에 상기 링 비트 세그먼트들을 부착하도록 배열되는 것인 드릴링 유닛.
선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 견인 수단은 상기 케이싱과 상기 링 비트 세그먼트를 함께 이동 가능하게 결합하기 위해 상기 케이싱의 헤드에 케이싱 슈를 포함하고, 상기 링 비트 어셈블리가 상기 케이싱의 종 방향 축 주위에서 자유롭게 회전하도록 하는 것인 드릴링 유닛.
선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 수단은,
상기 파일럿 비트의 원주상의 외면에 위치된 제 1 잠금 수단; 및
상기 링 비트 세그먼트의 표면에 위치한 제 2 잠금 수단을 포함하되;
상기 제 1 잠금 수단은 상기 링 비트 어셈블리와 상기 파일럿 비트를 함께 잠그기 위한 상기 제 2 잠금 수단을 수용하도록 배치되는 것인 드릴링 유닛.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 잠금 수단은 종 방향 홈들을 포함하고, 상기 홈들은 상기 케이싱을 위한 중앙 구멍을 뚫을 때 상기 링 비트 어셈블리와 상기 파일럿 비트를 함께 잠그기 위한 상기 링 비트 세그먼트들을 수용하도록 배열되는 것인 드릴링 유닛.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 잠금 수단은 원주 방향 홈들을 포함하고, 상기 제 2 잠금 수단은 상기 링 비트 세그먼트의 표면에 잠금 공동을 포함하되, 상기 원주 방향 홈들은 상기 케이싱을 위한 중앙 구멍을 뚫을 때 상기 링 비트 어셈블리 및 파일럿 비트를 함께 잠그기 위해 상기 링 비트 세그먼트들 및 상기 잠금 공동을 수용하도록 배열되고; 그리고
상기 제 1 잠금 수단은 종 방향 홈들 및 회수 숄더들을 더 포함하고, 상기 제 2 잠금 수단은 상기 링 비트 세그먼트의 표면에 회수 공동을 더 포함하되, 상기 종 방향 홈들 및 상기 회수 숄더들은 상기 구멍으로부터 상기 링 비트 어셈블리를 제거하기 위해 상기 링 비트 세그먼트들 및 상기 회수 공동들을 수용하도록 배열되는 것인 드릴링 유닛.
제 9 항에 있어서,
상기 파일럿 비트는 상기 캐리어에 대해 회전하도록 배치되는 것인 드릴링 유닛.
제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 따른 드릴링 유닛을 포함하고, 상기 구멍으로부터 상기 링 비트 어셈블리를 제거하기 위한 리프팅 도구를 더 포함하는, 구멍을 굴착하는 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 따른 링 비트 세그먼트들을 제작하는 방법으로서, 상기 방법은,
링 빌렛(ring billet)을 준비하는 동작;
세그먼트 충격 숄더(impact shoulders)들 및 세그먼트 리머 숄더들(reamer shoulders)을 형성하는 동작; 및
상기 형성된 링 빌렛을 더 작은 조각으로 절단하여 링 비트 세그먼트들을 형성하는 동작을 포함하는 방법.