KR840000143B1 - 아아치형 지하통로를 뚫기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

아아치형 지하통로를 뚫기 위한 장치

제1도는 장애물 아래의 아아치형 지하통로를 따라 파이로트 호울을 뚫는 본 발명의 작업을 도시하는 횡단면도.

제1a도는 제1도에 도시된 드릴 스트링의 일부의 정면도.

제2도는 제1도에 도시된 드릴링 장치의 안내단의 정면도.

제2a도는 파이로트 호울의 가공중 드릴스트링을 호울속으로 진행시키는 한가지 방법을 도시한 개략도.

제2b도는 파이로트 호울의 가공중 워시 오우버 파이프를 호울속으로 진행시키는 한가지 방법을 도시한 개략도.

제3도는 파이로트 호울을 넓히고 그곳으로 연속한 케이싱을 설비하는 본 발명에 따른 작업을 도시하는 횡단면도.

제4도는 제3도에 도시된 리이밍 장치 및 케이싱의 안내단의 정면도.

제5도는 제3도 및 제4도에 도시된 제1리이머의 전면도.

제6도는 케이싱을 설비하지 않고 리이밍 작업을 행하는 본 발명의 다른 양호한 실시예를 도시한 횡단면도.

본 발명은 아아치형 통로를 지하에 뚫고 그곳에 케이싱, 도관, 또는 흐름 파이프 등을 설비하는 방법에 관한 고이다.

최근에, 지하에 도관이나 파이프 등을 설비하는 다양한 기술들이 개발되었다.

미합중국 특허 제3,878,903호에는 강바닥을 훑어내거나, 홈을 파거나 또는 장애물을 변경함이 없이 강이나 다른 지면상의 장애물들 밑으로 케이싱, 도관 또는 흐름파이프 등을 설비하기 위한 기술이 기재되어 있다. 또한 미합중국 특허 제4,003,440호에는 장애물의 한쪽면상의 지면으로부터 다른쪽면상의 지면까지 파이로트 호울을 먼저 뚫고, 다음 드릴스트링의 외경보다도 더 큰 워시 오우버 파이프가 드릴스트링을 감싸면서 파이로트 호울을 따라 지하에 호울을 뚫는 기술이 기재되어 있다.

미합중국 특허 제3,894,402호, 제4,043,136호 및 제4,091,631호에는 호울의 직경을 확대하기 위해 파이로트 호울을 따라 리이밍 장치를 진행시킴과 아울러 상기 리이밍 장치의 바로 뒤에서 드릴링 통로를 따라 연속한 케이싱을 밀어넣게 함으로써 지하에 케이싱을 설비하는 기술이 기재되어 있다.

파이로트 호울을 뚫는 종래의 방법은 외경이 균일한 드릴스트링의 단위부품들을 사용했다. 이들이 서로 결합되면 단위부품들은 부품들 사이의 접합부에서 외부 돌출부를 갖지 않는 외경이 균일한 드릴 스트링을 이루게 된다. 이와 같은 접합부들은 비교적 취약하며, 아울러 파이로트 호울을 뚫는중에 드릴스트링 전체가 자주 고착하는 경향이 있다.

상기 미합중국 특허 제4,003,440호에 기술된 바와 같은 드릴스트링의 주위에서 워시 오우버 파이프를 진행시키는 현재의 방법에서는 파이로트 호울의 직경을 확대하기 위해 워시오우버 파이프의 안내단에 절단날을 제공하고 있다. 그러나, 여기서는 절단날에 의해 절단되어 나온 물질들을 유연하게 해주는 머드(mud)를 워시오우버 파이프의 안내단에 공급하기 위한 설비가 없기 때문에 절단물질들이 워시 오우버 파이프의 안내단에 축적되어 그 진행을 방해하게 된다.

파이로트 호울을 넓히고 연속한 케이싱을 설비하는 종래의 방법은 단 하나의 리이머와, 케이싱을 호울속으로 밀어넣기 위한 동력장치를 사용했다. 파이로트 호울을 뚫는데 사용되는 드릴스트링과 함께 리이밍 장치 또는 연속한 도관을 호울속으로 끌어들이기 위한 이러한 종래의 시도에서는 드릴스트링이 흙을 뚫고 나가며, 아울러 리이밍 장치 또는 연속한 케이싱은 원래의 드릴링 통로를 뒤따라 가지를 못했다. 또한 이와 같은 방법에서는 케이싱의 추가단위 부품들을 케이싱의 안내단에 결합시키기 위해 설비절차를 자주 중단시킬 필요가 있었다.

본 발명은 연속한 케이싱, 도관, 흐름파이프 등을 지하에 설비하여 강과 같은 장애물의 양단을 연결하기 위한 장치에 관한 것이다. 현재의 방법에서와 같이 드릴스트링에 부착된 방향안내드릴은 장애물의 아래에서 파이로트 호울을 뚫기 위해 역아아치형으로 진행한다. 또한, 드릴스트링의 직경보다 더 큰 동심의 워시 오우버 파이프가 드릴의 후방에서 드릴의 진행을 뒤따라 가면서 파이로트 호울의 직경을 확대시킴과 동시에 드릴스트링을 중심으로 동심의 환상공간을 형성시킨다.

본 발명에 따른 양호한 드릴스트링은 그 양단부에 업세트가 제공되며 아울러 그 중앙부의 직경보다는 각 단부에서의 직경이 약간 더 크게 제작된다. 각 단위부품들이 서로 결합되면 각 단위부품들 사이의 각 접합부는 업세트의 결합에 의해 동심의 칼라를 이루며, 따라서 상기 드릴스트링이 일체로 형성된다. 이것은 각 접합부가 보다 강력하게 연결될 수 있도록 해주며, 아울러 파이로트 호울의 가공중 칼라가 호울의 크기를 결정하며, 동시에 드릴스트링이 종래의 방법에서와 같이 호울내에서 자주 고착되는 현상을 방지해 주게 된다.

워시 오우버 파이프의 안내단은 파이로트 호울의 직경을 워시 오우버 파이프의 직경보다 크게 확대하기 위한 절단날을 가지며, 이것은 확대된 파이로트 호울과 워시 오우버 파이프 사이에 환상의 공간을 제공해 준다. 워시오우버 파이프가 진행하는 동안, 절단날에 의해 절단된 물질들을 확대된 파이로트 호울과 워시 오우버 파이프 사이의 환상의 공간을 통하여 후방으로 보내기 위해 워시오우버 파이프와 드릴스트링 사이의 내부 공간을 통해 머드가 공급된다. 이것은 절단물질들이 워시오우버 파이프의 안내단에 축적되어 워시오우버 파이프가 진행하지 못하게 되는 현상을 방지해 준다.

본 발명의 양호한 실시예로서, 드릴 스트링과 워시오우버 파이프가 장애물의 반대편의 지면에 도달하면 연속한 케이싱의 직경보다 더 큰 제1리이머, 양호하게는 플라이 커터 리이머가 워시 오우버 파이프의 단부에 부착되며, 아울러 제1리이머의 직경보다는 작고 케이시의 직경보다는 큰 제2리이머, 양호하게는 부유리이머가 워시오우버 파이프의 단위부품과 같은 그러한 수단에 의해 상기 제1리이머의 후방에서 일정한 거리만큼 떨어진 위치에 부착된다. 또한 케이싱은 회전고리에 의해 제2리이머의 후방단부에 부착된다.

상기 회전고리에 부착된 케이싱의 단부는 리이밍작업 및 설비작업중 머드나 절단물질이 유입되지 못하도록 밀폐되어 있다. 양호하게는 케이싱의 접합부는 미리 용접되어서 일체로 구성됨과 동시에 각 접합부는 부식을 방지하기 위해 피복되며, 따라서 케이싱은 단 하나로 구성되거나 또는 몇개의 부분으로 구성될 수 있다. 이것은 케이싱이 거의 연속 동작으로 설치될 수 있게 해준다. 또한, 연속한 케이싱의 부분들은 파이로트 호울의 입구와 일렬로 배치된 로울러상에서 지지된다.

파이로트 호울의 리이밍 작업 및 케이싱의 설비작업시에는 파이로트 호울을 뚫을 때와는 반대 방향으로 리이밍 장치 및 케이싱이 진행하게 된다. 리이밍 장치는 워시오우버 파이프에 의해 회전하면서 파이로트 호울을 통하여 진행하며 그 뒤에는 회전하지 않는 케이싱이 뒤따른다.

현재의 방법에서와 같이 머드는 제1리이머를 통해 공급되며, 이와는 달리 두개의 리이머가 사용되면, 머드는 제2리이머를 통해서도 추가로 공급될 수 있다.

본 발명의 머드 공급 시스템은 현재의 방법의 공급시스템보다 더 높은 압력에서 다량의 머드를 공급할 수 있다. 이것은 케이싱이 큰 저항을 받지 않고 통로를 원활하게 진행해 나아갈 수 있게 해주며, 아울러, 워시 오우버 파이프가 흙속에 고착됨과 동시에 리이머 및 케이싱이 원래의 드릴링 통로를 이탈하는 일이 없이 리이머와 케이싱이 호울을 통하여 원활하게 끌려들어갈 수 있도록 해준다.

리이밍 장치가 파이로트 호울을 통해 끌려 들어가면 제1리이머는 제2리이머의 직경보다 더 큰 직경으로 호울을 확대하며, 제1리이머에 의해 절단된 물질들은 머드내에 함유된다. 제1리이머와 제2리이머 사이에 제공된 간격은 절단물질들을 머드내에서 분리시켜 다른 방법들보다도 더 정확한 호울을 제공한다.

제1리이머의 직경보다 더 적은 제2리이머는 확대된 호울과 제2리이머 사이에 머드와 절단물질들로 이루어진 환상의 링을 이루게 하므로써 케이싱을 위한 동심의 통로를 제공하게 된다. 머드와 절단물질들로부터 이루어진 상기 환상의 링은 직경이 작은 케이싱이 원활하게 진행할 수 있도록 하기 위해 케이싱과 호울 사이의 동심의 링내에서 부싱의 역할을 수행한다. 또한 케이싱의 안내단부는 밀폐되어 있기 때문에 머드와 절단물질들이 그 속으로 침투하지 못한다.

회전하지 않는 케이싱은 회전하는 리이밍 장치의 후방에서 드릴링 통로를 따라 끌려들어가며 호울의 바깥쪽에 있는 케이싱의 나머지 부분은 케이싱의 호울 속으로 들어가는 입구쪽을 향하여 일렬로 배치된 로울러상에서 지지된다. 로울러와 로울러 사이에 배치된 케이싱의 부분은 호울을 향하여 수평으로 진행하며 호울 가까이에 배치된 로울러와 호울의 입구 사이에 배치된 케이싱의 부분은 중력으로 인해 호울의 입구쪽으로 굽혀져서 하향으로 각도를 이루모서 호울 속으로 들었간다.

하향으로 굽혀진 케이싱 부분의 중량에 의해 케이싱이 호울속으로 용이하게 끌려 들어가며 아울러 리이밍 장치와 케이싱이 호울을 통해 진행하는데 요구되는 힘이 감소된다.

케이싱의 중량을 이용하여 호울속으로 케이싱을 밀어넣게 되면 현재의 방법에서와 같이 호울 속으로 케이싱을 밀어넣기 위해 리이머의 후방에 설치되는 동력장치가 필요없게 된다.

또한, 케이싱이 진행하면서 로울러상의 수평통로로부터 호울의 입구까지는 굽혀지기 때문에 케이싱에 걸리는 전단응력과 케이싱이 파손될 위험성은 케이싱이 호울의 바로 앞의 지면상에 배치되어서 비교적 짧은 거리로 호울속으로 굽혀져 들어가야 할때보다도 훨씬 더 적어진다.

본 발명에 따른 상기 방법은 또한 리이밍 및 케이싱 설비 작업을 시작하기 전에 연속한 케이싱을 보다 긴 부분으로 결합될 수 있도록 해준다. 이것을 호울의 입구로부터 연장하는 케이싱의 단부에 추가의 케이싱부를 설비하기 위해 케이싱의 설비작업을 자주 중단시켜야 하는 현재의 방법에서 발견되는 불편을 제거한다.

본 발명에 따른 다른 양호한 실시예로서, 리이밍 작업은 리이밍 장치에 부착된 케이싱 없이 수행될 수 있으며, 제2리이밍 작업시 케이싱을 부착하여 케이싱 설비작업을 완성하게 된다. 이 실시예에서는, 제1리이밍 작업시 워시 오우버 파이프는 제2리이머의 단부에 부착되어서 제2리이밍 작업시에 확대된 호울을 통하여 리이밍 장치와 케이싱을 끌어들이기 위한 수단을 제공해 준다. 제2리이밍 작업시에 케이싱은 앞에서와 마찬가지로 제2리이머의 단부에 부착되고 아울러 리이밍 및 설비작업은 전술한 바와 같이 계속된다.

본 발명에 따른 다른 특징들은 본 발명의 양호한 실시예가 실예로서 도시된 첨부도면을 참조로 하여 아래에서 상세하게 기술될 것이다.

그러나, 아래의 설명과 첨부도면은 설명만을 위한 것이지, 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고도 다양하게 변형시켜서 사용할 수 있다.

본 발명의 첫번째 작업은 제1도에 전반적으로 도시되어 있다. 제1도에는 수로(10)의 지면 한쪽면상의 제1위치(12)로부터 그 반대편의 건물(16)을 지나서 제2위치(14)까지 수로(10)를 가로질러 구멍을 뚫는 상태가 도시되어 있다. 여기서 요구되는 통로는 점선(18)으로 전반적으로 도시되어 있으나 일정한 반경의 아아치형 또는 복잡한 곡선통로로 구성될 수도 있다. 파이로트 호울은 방향안내드릴(20)에 의해 통로(18)를 따라 뚫려지며, 상기 방향 안내드릴(20)은 뚫려진 호울을 통해 제1위치(12)로부터 연장하는 드릴스트링(22)을 통하여 유입되는 머드(mud)에 의하여 구성된다. 방향안내드릴(20)은 "호형 지하통로를 뚫기 위한 장치 및 방법"에 대한 미합중국 특허 제3,878,903호에 기술된 원리에 따라서 제어될 수 있다.

워시오우버 파이프(24)는 방향안내드릴(20)의 후방에서 뚫려진 호울입구(12)까지 연장하며, 아울러 그 직경은 호울내의 드릴스트링(22) 주위에서 원주상으로 배치될 수 있도록 상기 드릴스트링(22)의 직경보다도 더 크게 되어 있다. 상기 워시 오우버 파이프(24)는 보통 직경이 12.7cm이거나 또는 그 이상의 드릴파이프로 제작된다. 아아치형 통로(18)를 따라 구멍을 뚫는 동안 본 기술분야에서 널리 알려진 형태의 측량도구가 방향안내드릴(20)의 현재위치를 결정하기 위해 드릴스트링(22)내에서 상기 안내드릴(20)의 바로 뒤까지 주기적으로 삽입된다. 상기 측량도구는 그러한 위치를 알아내기 위해 자기 콤파스를 사용하며, 아울러 워시오우버 파이프(24)의 진행을 시작하기전 파이로트 호울을 약간의 거리만큼 뚫어주므로써 워시오우버 파이프(24)가 측량도구의 작동과 간섭하지 않도록 워시오우버 파이프(24)가 적어도 30m정도의 충분한 거리에서 방향안내드릴(20)을 추적하여 가게 할 필요가 있다.

워시오우버 파이프(24)는 드릴스트링(22)이 호울내에서 고착할때까지 전진하지 않는다. 드릴스트링(22)이 적당한 거리만큼 전진하거나 또는 고착하게 되면, 상기 드릴스트링(22)은 진행을 멈추는 반면 워시오우버 파이프(24)가 상기 드릴스트링(22)의 주위를 따라 계속 전진해 나가게 되며, 상기 워시오우버 파이프(24)의 안내단이 상기 드릴 스트링(22)의 안내단 후방의 일정한 위치까지 오게 되면 워시오우버 파이프(24)의 진행이 정지됨과 동시에 드릴스트링(22)이 고착할때까지 상기 드릴스트링(22)이 다시 전진을 계속하게 된다.

지면속으로 뚫려진 호울의 제1위치(12)에서 경사진 드릴리그(26)가 경사진 호울(28)내에 배치되며, 호울(28)의 전면(30)은 호울을 쉽게 뚫도록 하기 위해 통로의 처음 방향에 대해 수직하게 이루어진다.

제1a도에는 드릴스트링(22)의 일부가 상세히 도시되어 있다. 드릴스트링(22)의 참조번호 31로 표시된 부분은 각 양쪽 단부에 외부직경이 중간보분보다 대략 0.95cm정도 더 큰 엎세트(37)를 가지고 있다.

상기 단부가 서로 결합되면 드릴스트링(22)은 접합부(33)에서의 동심의 칼라(35)에 의해 일체로 이루어진다. 이것은 각 접합부(33)가 강력하게 연결되도록 해주며, 또한 파이로트 호울을 뚫는 동안 칼라(35)는 호울의 크기를 정함과 동시에 드릴스트링(22)이 고착되지 못하게 해주는 역할도 한다.

제1도에 도시된 구멍뚫는 장치의 안내단은 제2도에 상세히 도시되어 있다. 방향안내드릴(20)은 안내드릴 비트(40)를 가지며, 상기 비트(40)는 드릴스트링(22)을 통하여 공급되는 머드에 의해 가동된다.

드릴비트(40)가 원하는 아아치 형상의 통로를 따라서 파들어가면, 절단되어 나온 물질들은 드릴 스트링(22)을 에워싸고 있는 작은 환상의 공간내에서 머드와 함께 후방으로 흐르며, 아울러 드릴 스트링(22)과 워시오우버 파이프(24) 사이의 환상의 공간(46)을 통하여 후방으로 흐르게 된다.

워시오우버 파이프(24)의 안내단은 파이로트 호울을 워시오우버 파이프(24)의 직경보다 더 크게 확대해 주는 절단날(45)을 가진다. 예를 들면, 워시오우버 파이프(24)의 직경이 127cm라면 절단날(45)은 파이로트 호울의 직경을 190.5cm까지 확대할 수 있는데, 이것은 확대된 파이로트 호울과 워시오우버 파이프(24)사이에 환상의 공간(49)을 제공한다. 워시오우버 파이프(24)가 전진하는 동안 드릴스트링(22)과 워시오우버 파이프(24) 사이의 환상의 공간(46)을 통하여 화살표 48로 도시된 방향으로 머드가 공급되며, 아울러 절단날(45)에 의해 절단되어 나온 물질들은 상기 머드에 의해서 외부의 공간(49)을 통해 화살표 50으로 도시된 방향으로 흘러나가게 된다. 이것은 워시오우버 파이프(24)의 자유단에서 절단된 물질들이 쌓이는 것을 방지해 주며 아울러 그 진행을 원활하게 해준다.

제2도는 상기 드릴스트링(22)을 전진시키는 한가지 방법을 상세하게 도시하고 있다. 드릴 스트링(22)의 자유단은 드릴리그(26)상의 척(chuck)에 고착된다. 드릴리그(26)에 대한 양호한 실시예는 미합중국 특허 제4,051,911호 및 제4,078,617호에 기술되어 있다. 드릴리그(26)는 드릴스트링(22)을 호울 속으로 밀어넣기 위해 화살표 55로 도시된 바와 같이 경사부(52)의 아래로 전진하게 된다. 머드는 도관(53)에 의해 드릴리그(26)로 공급된뒤 다시 화살표 54로 도시된 바와같이 드릴스트링(22)를 통해 아래로 계속 주입된다.

드릴리그(26)가 경사부(52)의 하부단(56)에 이르면 드릴리그(26)는 제2a도에 도시된 위치까지 다시 끌려 올라간다. 여기서 드릴리그(26)는 드릴스트링(22)의 단부에 드릴스트링(22)의 다른 부분을 부착시켜서 드릴스트링(22)을 다시 전진시키거나 또는 워시오우버 파이프(24)의 단부에 이것의 다른 부분을 부착시켜서 워시오우버 파이프(24)를 다시 전진시키기 위한 준비를 행하게 된다.

제2b도는 워시 오우버 파이프(24)를 전진시키는 한가지 방법을 상세히 도시하고 있다. 워시 오우버 파이프(24)의 단부는 드릴리그(26)상의 척에 고착되며, 아울러 상기 드릴 리그(26)는 워시 오우버 파이드(24)를 호울속으로 밀어넣기 위해 화살표 55로 도시된 바와 같이 경사부(52)의 아래로 절진한다. 머드는 도관(53)을 통하여 드릴리그(26)로 공급된 뒤 화살표 57로 도시된 바와같이 워시오우버 파이프(24)속으로 주입된다. 드릴리그(26)가 경사부(52)의 하부단(56)에 이르면 드릴리그(26)는 제2b도에 도시된 위치까지 다시 끌려 올라가게 된다. 여기서 드릴리그(26)는 워시 오우버 파이프(24)의 단부에 이것의 다른 부분을 부착시켜서 워시 오우버 파이프(24)를 다시 절진시키거나, 또는 드릴 스트링(22)의 단부에 이것의 다른 부분을 부착시켜서 드릴 스트링(22)을 다시 전진시키기 위한 준비를 행하게 된다.

다시 제1도를 참조하면, 드릴스트링(22)이 수로 (10)의 반대편 상의 제2위치(14)에 이르면 워시 오우버 파이프(24)는 또한 제2위치(14)의 출구까지 계속 진행하게 되며, 아울러 드릴스트링(22)은 제1위치(12)에서 제2위치(14)까지 파이로트 호울의 전체를 점유하고 있는 워시 오우버 파이프(24)를 떠나서 파이로트 호울로부터 제거된다.

제3도에는 리이밍 작업과 설비하는 작업이 도시되어 있다. 여기서 제1리이머(60)는 제2위치(14)에서 파이로트 호울로 연장하는 워시오우버 파이프(24)에 부착되며, 제2리이머(66)는 제1 및 제2리이머 사이에 약간의 거리를 제공하는, 워시 오우버 파이프(24)의 일부의 상기 제1리이머(60)와 서로 마주하는 단부에 부착된다. 양호하게는 상기 리이머들은 가공되는 호울의 직경의 5내지 15배의 거리만큼 서로 떨어져서 배치되어야 하는 것이다. 예를들면, 호울의 직경이 91.44cm라면 제1 및 제2리이머 사이의 거리는 9.14m정도로하면 양호한 결과를 얻을 수 있게된다. 연속한 케이싱(도관 또는 흐름 파이프)(70)은 리이밍 및 설비 작업중 케이싱(70)의 회전을 방지해주는 회전고리(68)에 의해 제2리이머(66)의 한쪽단부에 부착된다. 케이싱(70)의 안내단(69)은 리이밍 및 설비 작업중 머드나 절단되어나온 물질들이 유입되지 못하도록 폐쇄되어있다. 때로는 호울속에 물이나 머드가 들어 있을수도 있으므로, 미합중국 특허 제3,894,402호에 기술된 바와 같이 케이싱(70)이 호울속으로 뜨게하여 설비를 용이하게 함과 동시에 케이싱(70)에 가해지는 손상을 최소로 할수 있도록, 케이싱(70)은 그 부력을 중화시킬수 있는 무게로 될수 있다.

케이싱(70)의 첫번째 부분의 나머지는 파이로트 호울의 후방에서 한쌍의 로울러(80, 81)에 의해 일직선으로 지지된다. 여기서는 편의상 한쌍의 로울러만 도시되었지만 필요에 따라서는 그 이상의 로울러가 제도 있다. 케이싱(70)의 첫번째 부분은 단부와 단부사이에서 서로 접합된 다수의 케이싱 접합부(83)들로 구성된다. 상기 케이싱(70)의 첫번째 부분은 설치될 케이싱의 전체길이를 구성하지만 다루기가 힘들며, 따라서 하나 또는 그 이상의 추가의 케이싱 부(82)를 제공하는 것이 바람직하다. 상기 케이싱 부(82)는 케이싱(70)의 대부분이 리이밍 통로(61)를 따라 설치가 완료된후에 케이싱(70)의 단부에 결합된다. 필요하다면 케이싱 부(82)가 추가로 조립될수도 있다.

제4도 및 제5도에는 리이밍 장치가 상세히 도시되어 있다. 제4도를 보면 제1리이머(60)의 직경이 제2리이머(66)의 직경보다 더 크다는 것을 알수 있다. 제5도에 도시된 바와 같이 제1리이머(60)는 머드가 리이머에 의해 절단되어 나온 물질들과 함께 배출되는 다수의 구멍(72)들과 함께 다수의 리이밍 이빨(62)들을 가진다. 전형적인 것으로는 제1리이머(60)는 제5도에 도시된 바와 같이 길이방향의 개구(59)를 갖는 비교적 길이가 짧은 플라이커터리이머이며, 그곳의 개구(59)를 통하여 머드와 절단물질들이 확대된 구밍속으로 들어가게 된다. 제4도에 도시된 바와 같이 제2리이머(66)는 제1리이머(60)보다도 그 직경이 더 작으며, 아울러 그 안내단부에는 리이밍 이빨(78)이 제공된다. 개구(89)는 선택적인 것으로서, 이것은 제1리이머(60)내의 구멍(72)에 대하여 추가로 머드를 위한 출구를 제공해주게된다. 제2리이머(66)는 확대된 호울을 통하여 부유할수있도록 무게가 대략 갈론당 10파운드인 머드내에서 실제로 중립의 부력을 갖는 부유리이머이다. 제2리이머(66)의 단부는 원통형으로서 그 직경은 제1리이머의 직경 보다 작고 케이싱(70)의 직경보다는 크다. 예를들면, 제1리이머(60)의 직경은 91.44cm이고, 제2리이머(66)의 직경은 76.2cm이며, 또한 케이싱(70)의 직경은 60.96cm이다.

리이밍 및 케이싱 설비 작업은 일반적으로 제3도에 도시된 바와 같이 행할수 있다. 워시오우버 파이프(24)는 드릴리그(26)에 의해 파이로트 호울을 통하여 화살표 75로 표시된 방향으로 회전함과 동시에 당겨지며, 아울러 제 1 및 제 2리이머(60, 66)는 회전하는 워시오우버 파이프(24)에 의해 리이밍 통로(61)를 따라 회전과 동시에 당겨지게 된다. 회전고리(68)는 제2리이머(66)의 뒤를 따라 케이싱(70)을 끌어당기며, 동시에 회전에 의해 일어날수 있는 비틀림 응력을 케이싱이 받지 않도록 상기 케이싱(70)의 회전을 방지해 주는 역할을 한다. 머드는 드릴리그(26)로 부터 워시 오우며 파이프(24)를 통하여 주입된뒤 제1리이머(60)의 출구를 통해 나가며 제2리이머(66)의 출구가 있을 경우 그곳을 통해서도 나가게 된다.

연속한 케이싱(70)이 원활하게 전진해 나갈수 있도록 충분한 량의 머드가 리이머를 통해 공급되어야 한다. 케이싱(70)이 원활하게 전진하지 못하게 되면, 드릴링 통로(61)를 따라 리이밍 장치 및 케이싱(70)을 끌어당기기 위해 워시오우버 파이프(24)상에 가해지는 힘이 너무커서 상기 워시 오우버 파이프(24)가 절단되고, 따라서 리이밍 장치 및 케이싱(70)이 드릴링 통로(61)를 이탈하는 결과를 초래하게 될 것이다. 예를들면, 63.3 내지 77.3kg/㎠의 압력으로 1분당 15배럴의 며드를 리이머에 공급하는 펌프를 사용하게 되면 직경 60.96cm의 케이싱을 쉽게 설비할수 있다.

리이밍 장치 및 케이싱(70)은 참조번호 14로 표시된 지점에서 워시오우버 파이프(24)의 단부에 설치될 수 있지만 참조번호 12로 표시된 지점에서 그 단부에 설치될수도 있는데 이 경우에 리이밍 작업 및 설비작업의 방향을 제3도의 작업방향과 반대가 된다. 물론, 이 경우의 드릴리그(26)등의 장치는 제3도에 도시된 바와 같이 참조번호 21로 표시된 지점이 아니라 참조번호 14로 표시된 지점에 설치되어야 할것이다.

리이밍 작업 및 케이싱 설비 작업은 제4도에 상세히 도시되어 있다. 상기 장치가 워시오우버 파이프(24)에 의해 드릴링 통로(61)를 따라서 화살표 75로 표시된 방향으로 회전하면서 진행하면 제1리이머(60)의 리이밍이빨(62)은 파이로트 호울(77)의 직경을 케이싱(70)의 직경보다 더 크게 확대해주게 된다. 워시 오우버 파이프(24)를 통해 화살표 76으로 표시된 방향으로 주입되는 며드(74)는 리이밍 이빨(62)에 의해 절단되어 나온 절단물질들이 후방으로 원활하게 빠져나오록 하기위해 제1리이머(60)(제5도에 도시됨)내의 구밍(72)들을 통하여 배출된다. 워시 오우버 파이프(64)에 의해 제1리이머(60)와 제2리이며(66) 사이에 제공된 공간(65)에서는 절단되어 나온 절단 물질들이 머드에 의해 분해되며, 따라서 정확한 호울이 뚫려지게된다. 제2리며(66)상의 리이밍 이빨(78)은 절단물질들을 다시 분쇄하여 이들을 머드내에서 분해되도록 해준다. 제1리이며(60)의 허브(67)에는 하나의 통로가 선택적으로 제공되며, 며드(74)중의 일부는 허브(67)를 통하여 워시오우버 파이프(64)를 거쳐 제2리이며(66)상에 선택적으로 형성된 개구(89)를 통해 공간(65)속으로 방출된다. 제1리이머(60)의 직경보다는 작고 케이싱(70)의 직경보다는 큰 제2리이며(66)는 며드와 그 속에 함유된 절단물질들을 환상공간(71)속으로 강제로 보낸다. 며드와 절단물질들은 확대된 호울의 내부에서 동심의 링(63)을 형성함과 동시에 직경이 작은 케이싱(70)의 통로를 제공하기위해 링(63) 내부에 동심의 구밍(79)을 이루게 된다. 제1 및 제2리이며(60, 66)의 직경보다 작은 케이싱(70)은 제2리이머(66)의 후방에서 회전고리(68)에 의해 끌어당겨지게 되며, 상기 회전고리(68)는 케이싱(70)의 회전을 방지해 주는 역활을 담당하게 된다. 머드 및 절단물질로 이루어진 링(63)은 케이싱(70)의 진행을 원활하게 하기 위해 케이싱(70)과 확대된 호울의 벽면 사이의 동심의 링(73)내에서 부싱의 작용을 하게된다. 케이싱(70)의 안내단부(69)는 밀폐된 상태로 되어 있기 때문에 머드 및 절단 물질들이 그 속으로 침투하지 못하게된다.

제3도를 참조하면, 비회전 케이싱(70)은 호울 입구(14)의 후방에 설치된 로울러(80, 81)상에 배치되며 아울러 제2리이머(66)를 따라서 드릴링 통로(61)속으로 끌려들어 가게된다. 로울러(80, 81)들 사이의 거리는 케이싱(70)의 강도와 특성에 따라 정해질수 있으며, 아울러 상기 로울러(80, 81)들 사이에 위치하는 지지되지 않은 부분(86)이 케이싱(70)의 중량으로 파손되지 않을 정도로 충분히 짧아야한다. 로울러(80, 81)들 사이의 케이싱(86)의 부분은 수평으로 진행하며, 아울러 로울러(81)와 입구(14)사이의 케이싱(88)의 부분은 입구(14)를 향하여 굽혀지면서 호울속으로 끌려들어 갈수있도록 된다. 로울러(81)와 입구(14)사이의 케이싱(88)의 부분이 하향으로 굽혀져 있기 때문에 그 중량으로 인하여 케이싱(70)이 호울속으로 쉽게 밀려들어 가게됨과 동시에 드릴링 통로(61)를 따라서 케이싱(70)을 끌어 당기는데 소요되는 힘도 감소된다. 또한 케이싱(70)은 드릴링 통로(61)내에서 하향으로 배치된 케이싱(90)의 부분의 중량에 의해서도 진행이 용이하게 된다.

상기한 바와 같이 케이싱을 호울속으로 밀어 넣기 위해 케이싱의 중량을 이용하게 되면 현재의 방법에서와 같이 리이밍 장치의 후방에서 호울속으로 케이싱을 밀어 넣기 위한 동력장치가 필요치 않게된다. 게다가, 케이싱(70)의 로울러(80, 81)상의 수평 방향으로부터 케이싱(88)의 부분의 전체 길이를 따라 로울러(81)와 입구(14) 사이에서 굽혀지기 때문에, 케이싱(70)에 걸리는 전단응력 및 케이싱이 손상될 위험성은, 케이싱(70)이 입구(14)바로앞의 지면상에 배치되므로서 비교적 급경사를 이루면서 호울속으로 굳혀져서 들어갈때 보다도 훨씬더 적어지게 된다.

케이싱(70)의 첫번째 부분의 대부분이 호울속으로 끌려들어가게되면 케이싱(70)의 단부는 로울러(80, 81)로부터 분리되어 입구(14) 바로앞의 지면성에 위치하게되며, 또한 추가의 케이싱부(82)가 케이싱(70)의 단부에 결합된 뒤에 로울러(80, 81)상에 다시 배치되며, 그 후이 리이밍 및 설비작업이 다시 계속된다. 케이싱(70, 82)이 참조번호 83으로 표시된 바와 같이 다수의 케이싱 부분들로 구성되므로, 호울로부터 연장하는 케이싱의 단부에 추가의 케이싱 부분들을결 합시키기 위해서 설비작업을 자주 중단시킬 필요성이 없게 된다.

본 발명의 다른 양호한 실시예로서, 리이밍 작업은 제2리이밍(66)에 부착된 케이싱(70)이 없이도 수행될수 있으며, 제2 리이밍 직업시 케이싱(70)을 부착하여 케이싱 설비작업을 완료하게 된다. 제6도에 도시된 제1리이밍 작업에서, 워시 오우버 파이프(93)의 부분은 제2리이머(66)의 단부에 부착되며, 아울러 리이밍 장치 및 워시 오우버 파이프가 리이밍 통로(61)를 따라 호울속으로 끌려들어간뒤 참조번호 94로 표시된 추가의 워시오우버 파이프가 워시 오우버 파이프 스트링(92)을 이루기 위해 워시오우버 파이프(93)의 단부에 결합된다. 워시 오우버 파이프(24)의 부분은 출구(12)를 빠져나온뒤에 제거되며, 리이밍 작업이 완료되고 리이밍 장치가 출구(12)에 이르면 리이밍 장치는 워시 오우버 파이프 스트링(92)으로 부터 분리된뒤 입구(14)의 위치로 지상으로 수송되고 아울러 입구(14)측의 확대된 호울에 존재하는 워시 오우버파이프 스트링(92)의 단부에 다시 부착된다. 회전고리(68)및 케이싱(70)은 제3도에 도시된 바와 같이 제2 리이머(66)에 부착된다. 워시 오우버 파이프 스트링(92)은 케이싱의 설비를 포함하여 제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이 진행하는 제2리이밍 작업을 위한 워시 오우버 파이프(24)의 기능을 수행하게 된다.

또한, 최초의 리이밍 작업이 끝난뒤 리이밍 장치를 입구(14)의 위치까지 지상으로 수송하는 것 외에도 워시 오우버 파이프 스트링(92)을 사용하여 출구(12)의 위치로부터 확대된 호울을 통하여 입구(14)의 위치까지 리이밍 장치를 반대방향으로 진행시키는 것도 가능하다. 리이밍장치가 확대된 호울을 통하여 반대방향으로 끌어당겨지면, 리이밍 작업중 출구(12)의 위치로부터 제거된 워시오우버 파이프(24)의 부분은 출구(12)의 위치에서 워시오우버 파이프(24)의 단부에 재부착됨과 동시에 출구(12)의 위치로부터 확대된 호울(94)내의 입구(14)의 위치까지 연장하는 워시오우버 파이프(24)가 다시 제공된다. 워시 오우버 파이프 스트링(92)의 부분은 입구(14)의 위치를 나오면서 제거되며, 리이밍 장치가 입구(14)의 위치에 이르면 워시오우버 파이프(93)의 부분이 제거된다. 회전고리(68)및 케이싱(70)은 제2리이머(66)에 부착되며 아울러 케이싱의 설비를 포함한 제2리이밍 작업은 제3도 및 제4도를 참조로 기술된 바와 같이 진행된다.

비록 앞의 설명은 이들 작업으로 사용된 머드가 뚫린 호울을 통하여 호울의 입구까지 후방으로 흘러가는 것을 가정하고 있지만 사실은 호울내부의 다양한 구조내에서 그 속에 절단물질들이 함유되어 있기 때문에 머드는 거의 귀환하지 않게 될것이다. 절단물질과 머드로 이루어진 다공성의 구성물질은 드릴파이프, 워시오우버 파이프, 리이밍 또는 케이싱 주위의 구조속으로 강제로 주입된뒤 그 주변에서 관형상의 부싱을 이루게된다. 케이싱이 없이 호울이 먼저 뚫리고 그 다음 제2리이밍 작업에 의해 케이싱이 설비되는 본 발명의 양호한 실시예에서는, 제1리이밍 작업에 의해 부싱이 형성될 수 있으며, 따라서 제2리이밍 작업시 리이머 장치 및 케이싱의 통로가 용이하게 제공되는 것이다. 제2리이밍 작업시 주입되는 머드는 윤활성이 매우 크기 때문에 상기한 관형상의 부싱을 통해 케이싱이 끌려 들어갈때 케이싱의 받는 저항이 크게 감소될 것이다. 부싱의 존재는 머드의 귀환을 개선하기 위해서 호울의 벽들을 밀봉시켜주게되며, 따라서 실질적으로 그 전체 길이를 따라서 케이싱에 윤활성을 제공한다.

본 발명에 따른 양호한 실시예가 상세히 기술되었지만 이것은 여기에만 한정되는 것은 아니며 이들 양호한 실시예들은 본 발명의 정신을 벗어나지 않고도 다양하게 변경시켜서 실시할수 있다.

Claims (1)

1. 장애물 아래로 아아치형의 지하통로를 뚫기 위한 장치에 있어서, 제1리이머(60)는 드릴링 통로(61)를 뚫기 위한 다수의 리이밍 이빨(62)과 머드(74)를 분출시켜주기 위해 제공된 다수의 구멍(72)과 상기 리이밍 이빨(62)에 의해 절단되어 나온 물질 및 상기 구멍(72)을 통해 분출된 머드와의 혼합물을 후방으로 보내기 위한 길이 방향의 개구(59)를 갖도록 구성되며, 상기 제1리이머(60)보다 직경이 작은 제2리이머(66)는 머드내에서 중립의 부력을 가짐과 아울러 상기 제1리이머(60)의 직경의 5내지 15배의 거리만큼 상기 제1 리이머의 후방으로 배치되며 그 단부상에는 다수의 리이밍 이빨(78) 및 상기 제1리이머(60)의 구멍(72)에 대해 추가로 머드를 공급하기 위한 다수의 구멍(89)이 제공됨을 특징으로 하는 아아치형 지하통로를 뚫기 위한 장치.

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