NO130007B - - Google Patents

Description

Maskin for dypboring.

Foreliggende oppfinnelse angår en maskin for dypboring, fortrinnsvis til bruk ved geologiske grunnboringer og mer spesielt angår oppfinnelsen en maskin for kontinuerlig matning og rotasjon av det borende verktøy.

Kjente maskiner ved dypboring kan de-les i to hovedgrupper, nemlig maskiner for støtboring og for roterende boring. Foreliggende maskin anvender roterende boring.

I det følgende skal det først gis en kort fremstilling av kjente fremgangsmåter og maskiner for slik boring.

Ved roterende boring anvendes hoved-sakelig fire metoder, nemlig: Rotary-boring, turbinboring, Calyx-boring og diamantboring.

Ved Rotaryboring består det skavende verktøy av stål eller hardmetalltenner festet til en rørgang og øverst til en firkantet stang som fører gjennom et rotasjonsbor. Rotaryboring brukes til boring etter vann og olje og kan bare brukes ved vertikale boringer. Ved turbinboring festes det skavende verktøy til en vanndrevet turbin som senkes ned i borehullet, idet trykkvannet tilføres gjennom slanger. Ved Calyxboring benyttes stålsand som presses mot hullets bunn og rives med og rundt av et til rør-gangen festet slitestykke som har form av et rør, hvorved en oppnår å vinne den i rø-ret oppstikkende bergartstapp, kjernen.

Felles for alle ovennevnte bormetoder er at et skavende verktøy presses mot fjel-let og bringes i rotasjon, idet stenstøvet transporteres ut av hullet med spylevann og trykkluft.

Det skavende verktøy som brukes ved diamantboring kalles «borkrone». Borkronen kan ha form av et kort rør (kjerneborkrone) eller en tett sylinder (fullbor-krone), idet den ene endeflaten er besatt med diamanter eller diamantstøv.

Om fullkrone benyttes, festes denne direkte til rørgangen. Om kjerneborkrone benyttes har den nederste rørlengden ka-rakter av et lagerrør for den gjennom kro-nen oppstigende bergartstapp, kjernen. Kjernen hindres fra å gli ut av kjerner øret når dette heves av en konisk utformet fjærstålring som er plasert i kjernerørets nederste ende.

Borkronen, eventuelt kjernerør og rør-gang som er skrudd sammen av håndter-bare rørlengder bringes i rotasjon og får sitt matningstrykk fra selve bormaskinen.

Kjente bormaskiner består av en motor som ved hjelp av en passende transmisjon kan gi boret det riktige turtall. Ved luft-drevne maskiner kan turtallet reguleres og-så ved hjelp av en regulering av lufttilfør-selen. Rotasjonen overføres til borstengene med en chuckinnretning. Matningen foregår ved at chucken flyttes oppover med hånden, ved hjelp av trinnvis matning, slurematning eller med hydraulisk matning. I tillegg til selve bormaskinen må en ha en heisebukk, en rørløfter samt en stop-pesko som hindrer rørgangen fra å gli ned i hullet under uttaking av denne. For hori-sontale og oppadrettede hull kreves spesielt utstyr for innsetning av rørgangen.

I det følgende skal det gis en kort beskrivelse av en boroperasjon ifølge konven-sjonelle metoder.

Vi tenker oss at det er boret hull ned til en viss dybde, og at rørgangen er heist opp og skrudd ifra hverandre i sine enkelte lengder.

Borkronen skrues fast til kjernerøret, og dette føres ned i hullet til kun øvre ende stikker opp. Her holdes det fast mens første rørlengde skrues til og en håndmanøvrert bremsespake festes rundt røret. Den ene rørlengde etter den annen skrues til etter hvert som rørgangen senkes mot hullets bunn. Den siste rørlengde stikkes gjennom spindelstammen, vannsvivel skrues på, chucken settes til og maskinen startes.

Det bores nå ned så langt som matningsanordningen tillater. Chucken løses, matningsanordningen kjøres opp i utgangs-stilling igjen — såkalt «spindling» — chucken festes og den samme boroperasjon gjentar seg. Den tid som medgår til selve nedboringen kalles netto bortid. Denne vekselvis nedboring og oppspindling for nytt tak fortsetter inntil kjernerøret er fullt, eventuelt borkronen eller kjernerøret tilstoppes av kileformete kjerner, løse berg-artsfragmenter eller slam — det er det man innen borterminologien kaller «plugg». Ved fullt kjernerør eller plugg må rør-gangen tas ut. Øverste rørlengde skrues da løs og trekkes ut gjennom spindelstammen. Bormaskinen kjøres til side, stoppeskoen tres om den oppstikkende rørende og rør-løfteren tres også om dette rør, og den står i forbindelse med maskinen med en wire til en heiseinnretning, hvoretter rørgangen heises opp tak for tak idet lengdene skrues fra etter hvert.

Hele operasjonen: innsetting av rør-gangen, boring, spindling, uttaking av rør-gangen og uttaking av kjerner kalles brutto bortid. Innsetting og uttaking av rørgan-gen, samt arbeidet på bakken med kjernerøret kalles opptak. Forholdet mellom disse ulike arbeidsledd avhenger av hullets dyp, bergartens borbarhet, hvor forsiktig en må bore, hvor lang kjerne en får før der inn-treffer plugg samt en rekke andre faktorer.

Eksempelvis kan nevnes at netto bortid ved 25 m hulldyp er omkring 30 %, ved 100 m 26 %, ved 200 m 12 % og ved 400 m bare 7 % netto bortid.

Den overskyggende ulempe ved kjente bormetoder kan vanskelig fremstilles tyde-ligere enn ved ovennevnte talleksempler, som slår fast at kun en meget liten del av bortiden, nemlig fra 31 ned til 7 % varie-rende med dybden av bortiden, anvendes til selve boringen. Dypboringene blir derfor meget tidskrevende og meget kostbare.

En annen vesentlig ulempe er fenomenet «plugg» dvs. som tidligere nevnt, at borkronen og/eller kjernerøret tilstoppes. Slike forekommer ganske ofte og resulterer i at hele rørgangen må tas opp. Netto bortid blir ved slike uhell redusert til omtrent null. Erfaring viser at fenomenet plugg vanligvis oppstår etter at oppspindling for nytt tak er foretatt. Dette forklares ved at de løse berg-artsfragmenter av kjernen som under selve boringene jevnt glir inn i kjernerøret av de rykk som oppstår ved stopp og start kommer ut av balanse og kan kile til borkronen og kjernerøret. Likeens vil der i hullets bunn samle seg tykt slam mens opp-spindlingen foregår og når mating settes på igjen, vil dette slam presses inn mellom kjernen og borkronen og kan forårsake til-stopping.

Foreliggende oppfinnelses hovedformål er å tilveiebringe en maskin som utnytter en større del av bortiden til netto bortid.

Et annet formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en maskin hvorved en såvidt mulig søker å unngå fenomenet plugg under boringen.

Et tredje formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en maskin som kan utføre boringen kontinuerlig, inntil kjernerøret er fullt.

Et fjerde formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en maskin for kontinuerlig innsetning og uttak av rør stengene i rør-gangen.

Et femte formål er å tilveiebringe en maskin som kan betjenes av en enkelt mann og ikke som ved kjente maskiner, hvor flermannsbetjening er nødvendig.

Disse og andre formål og fordeler opp-nås med maskinen ifølge oppfinnelsen som karakteriseres ved at den omfatter for rotasjon og matning av rørgangen to drevne chuck-innretninger som vekselvis kan bringes i inngrep med rørgangen og rotere så vel som mate denne, således at mens en første chuck-innretning er i inngrep med rørgangen og roterer og avanserer denne, kan den annen chuck beveges i borets lengderetning og bringes til inngrep og til å delta i borets rotasjon og matning, fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis før den første chuck frigjøres fra sitt inngrep med rør-gangen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i forbindelse med hosstående teg-ning, som viser en foretrukken utførelses-form for maskinen ifølge oppfinnelsen og hvor

fig. 1 er et oppriss av halvparten av

maskinen,

fig. 2 er et sentralt snitt av den øvrige

halvpart av maskinen.

Generelt omfatter maskinen, vist på figurene, to chuckhus 1 og 2 festet til rør-formede elementer 3 og 4, respektivt, som står teleskopisk i forbindelse med sylinderformede organer 5 og 6, som i den annen ende er festet til et stativ 7 forsynt med en motor 72. Delene 1, 2, 3, 4, 5, 6 og 7 er utført med en sentral gjennomboring slik at den sammenstillede maskin som vist på tegningene har et gjennomgående sentralt hull 8 for en borstang 9.

Chuckhusene 1 og 2 er av identisk konstruksjon og skal beskrives med henvis-ning til det sentrale snitt vist på figur 2. 10 er chuckhodets klembakker eller gripere, som fortrinnsvis omfatter tre eller flere radielt anordnet rundt rørgangen 9.

Griperne er anbragt i radielle utsparin-ger i en sylinderformet hylse 12, som er opplagret i chuckhuset 1 ved hjelp av passende rullelagre 16 og 18. Holderen 12 er ved den øvre ende 14 i fast forbindelse med en rørformet drivaksel 20.

Griperne er på innsiden eller sidene som vender mot borstangen 9 forsynt med passende gripetenner 22, mens yttersiden 24 er utført kileformet og som antydet med stiplete linjer utført med riller 26 i inngrep med et på innsiden tilsvarende kileformet utformet ringformet element 28 lagret i lagre 30 og 32, som er opplagret i en hylse 34 glidbart anordnet i chuckhuset 1. Hylsen 34 er på utsiden forsynt med en stempelring 38 hvis ytterkant ligger an mot veggen 40 i et i chuckhuset utformet ringformet kammer 42, som er forsynt med innløp/utløp 44 og 46 for en væske eller annet medium.

Chuckhuset er festet til den nedre ende av en sylinder 3, hvis øvre ende er teleskopisk opplagret mellom to sylindre 50 og 52. Mellom innsiden av sylinderen 3 og yttersiden av sylinderen 52 er det tett glid-bar kontakt, mens sylinderen 50 er av en slik diameter, at det mellom sylinderens 3 ytterside og sylinderens 5 innerside dan-nes et ringformet rom 60. Nederenden av rommet 60 stenges av en til sylinderen 5 festet flens 54 som er rillet innover og forsynt med tetningsring 55 glidbart hviler mot sylinderen 3.1 øverenden er sylinderen 5 såvel som sylinderen 52 festet til motorstativet 7 således at endestykket 62 på dette utgjør rommets 60 øvre endevegg.

På utsiden av sylinderens 3 øverste del er videre anordnet et ringformet stempel 56 forsynt med tetningsringen 57 som glidbart ligger an mot sylinderens 5 innside. Sylinderen 5 er i hver ende forsynt med innløps-, resp. utløpsåpninger 59 og 61.

Den tidligere omtalte til chuckelemen-tet 14 festede sylinderformede drivaksel 20 er teleskopisk innskjøvet i en drivaksel 21, idet akslene 20 og 21 dessuten er forsynt med passende spor 64 og kiler 66 slik at akslene 20 og 21 kan glidbart forskyves, men ikke rotere, i forhold til hverandre.

Akselens 21 øverende er opplagret i motorstativet 7 med et lager 68. Ovenfor dette lager er akselen 21 forsynt med et tannhjul 70, som ved hjelp av en kjede

(ikke vist) står i forbindelse med en motor 72.

Bortsett fra motoren 72 og visse deler av motorstativet er den halvdel av maskinen som er vist på fig. 1 identisk med halv-delen vist på fig. 2, og det ansees unødven-dig å gjenta beskrivelsen av de enkelte deler.

Innløps- resp. utløpsåpningene 44, 46, og 59, 61 på fig. 2, samt de tilsvarende rør-koplinger på fig. 1, 44', 46' og 59', 61' til-koples et hydraulisk eller penumatisk sys-tem som ikke er vist på tegningene, da et slikt med enheter som motor, pumpe, flui-dumsbeholder, ventiler og kontrollinnret-ninger kan utføres ifølge kjente konstruk-sjoner.

Maskinens virkemåte:

Når maskinen skal anvendes festes rammen eller stativet 80 til grunnen og maskinen festes til rammen ved hjelp av braketter 82 og 84. Maskinen holdes i passe avstand over grunnen, idet en til grunnen festet ramme 80 festes til maskinens motor-stativ, f. eks. i braketter 82 og 84, som antydet på figur 1. En borstang 9 føres gjennom maskinens sentrale hull og forskyves med en borkrone (ikke vist). Boringen kan nå begynne. Hydraulisk væske under trykk innføres gjennom rørkoplingen 44. Da presses det flensformede stempel 38 og de til dette festede elementer, hylsen 34, lagrene 30 og 32 samt elementet 28, oppover, samtidig som chuckens gripehoder 10 på grunn av det kileformede anlegg mellom elementet 28 og gripehodene, presses innover og i fast inngrep med borstangen eller rørgangen 9. Deretter igangsettes drivmotoren 72 slik at borstangen meddeles et dreiemoment fra drivhjulet 70 gjennom akslene 21 og 20 til chuckens gripehoder 10 via chuckelemen-tene 14 som sammen med det ringformede kileelement 28 fullt kan rotere i chuckhuset ved hjelp av lagrene 16, 18, 30 og 32. For å meddele boret og borstangen det nødvendige aksialtrykk innføres nå fluidum under trykk i rommet 60 via rørkoplingen 61. Ringstemplet 56 og hermed sylinderen 3 og chuckhuset med den fastkjørte rør-stang trykkes herved nedover samtidig som eventuelt trykkfluidum forlater rommet 58 gjennom rørkoplingen 59.

Samtidig som chuckhodet 1 beveger seg nedover og fører borstangen nedover, kan chuckhodet 2 ved innføring av fluidum under trykk gjennom rørkoplingen

59' føres oppover til henimot toppstilling,

hvoretter chuckhodets 2 chucker bringes

til inngrep med borstangen i god tid før

chuckhodet 1 har nådd sin nederste stil-ling, samtidig som fluidum under trykk

innføres gjennom rørkoplingen 61', mens

59' kan returnere det i rommet 58 værende

fluidum. Under den siste del av chuckhodets 1 nedovergående bevegelse kan således begge chucker være i inngrep med

borstangen og rotere denne, men når

chuckhodet 1 nærmer seg bunnstilling inn-føres fluidum under trykk gjennom rør-koplingene 44, samtidig som fluidum kan

løpe ut av rørkoplingen 46, slik at chuckens

1 gripehode frigjøres fra borstangen, med

den følge at chuckhodet 2 overtar rotasjonen såvel som nedføring av borstangen.

Chuckhodet 1 føres deretter oppover

til ny gripestilling og de tidligere beskrevne

operasjoner gjentas.

Som det fremgår av den foranstående

beskrivelse er det ved hjelp av maskinen

ifølge oppfinnelsen mulig å rotere borgan-gen samtidig som den kontinuerlig mates

fremover eller nedover i borretningen.

Det vil selvfølgelig forstås at en om

ønsket kan anvende kun et av chuckhod-ene, f. eks. hvis det andre skal skiftes ut

eller på annen måte er ute av drift. Eller

en kan anvende begge chuckhoder til boringen, idet det ene, mens det annet er i

inngrep, øyeblikkelig heves og bringes til

nytt inngrep.

En maskin ifølge oppfinnelsen kan videre utstyres med et automatisk ventil-kontrollanlegg av i og for seg kjent konstruksjon slik at tilførselen og retur av

fluidum til, resp. fra de forskjellige driv-kamre skjer ifølge en forutbestemt syklus

slik at hele boringen foregår automatisk.

En operatør av en slik maskin må da kun

sørge for å skjøte på neste borstang før

den foregående forlater maskinen.

Maskinen for dypboring som hittil be-skrevet kan også finne anvendelse ved uttaking av rørgangen. Ved en passende ut-forming av det hydrauliske kontrollsystem

kan uttakingen foregå kontinuerlig, idet

chuckene vekselvis griper og hever borstengene.

Claims (4)

1. Maskin for roterende dypboring, karakterisert ved at den omfatter for rotasjon og mating av rørgangen (9) to drevne

chuck-innretninger (1, 2), som vekselvis kan bringes i inngrep med rørgangen og rotere så vel som mate denne, således at mens en første chuck-innretning (1, resp.

2) er i inngrep med rørgangen (9) og roterer og avanserer denne, kan den annen chuck (2, resp. 1) frigjøres fra borstangen og beveges i borets lengderetning og bringes til inngrep og til å delta i borets rotasjon og matning, fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis før den første chuck frigjø-res fra sitt inngrep med rørgangen. 2. Maskin som angitt i påstand 1, karakterisert ved at den innbefatter teleskopiske i forhold til hverandre forskyvbare rør (20, 21) som tilsammen danner en drivaksel for chuckhuset (1, resp. 2), idet en ende av røret (21) er forbundet med drivmotoren (72) mens den motsatte enden av det andre røret (20) er forbundet til klembakkenes (10)i holderelementer (12, 14) som er roterbart lagret i chuckhuset (1, resp. 2) ved hjelp avlagre (16,18).

3. Maskin som angitt i påstand 2, karakterisert ved at chuckhusene (1, resp. 2) er bevegelige i forhold til hverandre og i forhold til en motorramme (7) ved hjelp av teleskopiske i forhold til hverandre forskyvbare rør (3, 52), av hvilke det ytre rør (3) er forsynt med et ringformet stempel (56) som er glidbart anordnet i et ringformet kammer (58, 60) som i hver ende er forsynt med en åpning (59, 61) for innløp, resp. utføring av et trykkmedium.

4. Maskin som angitt i påstand 1, 2 eller 3, karakterisert ved at klembakkenes koniske ytterkant (26) er i anlegg mot et om-liggende og tilsvarende konisk ringformet element (28) roterbart opplagret i lagre (30, 32) og opplagret på en hylse (34) som på utsiden er forsynt med et ringformet stempel (38) glidbart i et tett kammer (42) som i hver ende er utstyrt med innløps-resp. utløpsåpning (44, 45) for innføring/ utføring av et hydraulisk trykkmedium således at når et medium under trykk inn-føres i kammeret (42) gjennom åpningen (44) forskyves ringstempelet (38) og sammen med dette hylsen (34), lagrene (30, 32) samt holderen (28) i forhold til chuckhuset med den følge at klembakkene meddeles en radiell innoverpekende bevegelse på grunn av den koniske, kileformede anleggsflaten mellom klembakkene (10) og holderen (28).