NO162352B

NO162352B - DEVICE FOR DRILLING DEEP HOLES IN BERG.

Info

Publication number: NO162352B
Application number: NO83830837A
Authority: NO
Inventors: Karl-Erik Nyman
Original assignee: Nyman Karl Erik
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1989-09-04
Also published as: DK156518B; ATE17516T1; NO830837L; EP0096037A1; DE3268535D1; CA1201946A; FI76865C; EP0096037B1; FI832846A0; WO1983000183A1; DK156518C; FI76865B; JPS58501082A; NO162352C; DK117283A; SE8104328L; DK117283D0; FI832846A

Abstract

Method and apparatus for drilling deep holes in the rock or the like. The apparatus is adapted to be attached to the end of a drill string (1) and be sunk to the bottom of the bore hole (27). The apparatus comprises a pilot control unit (B), a hydraulic engine (12), a hydraulic pump (16), and impact apparatus (21) and a drill bit (23). Drilling mud which is fed down through the drill string to flash up the cuttings drives the hydraulic engine which is of a robust construction and will withstand the abrasive drilling mud. The output shaft (15) of the engine drives the hydraulic pump which pumps high grade hydraulic fluid to the impact apparatus which is a hydraulically driven hammer rock drill of known construction. The impact piston strikes against the drill bit. The whole apparatus is rotated by means of a rotary machine placed on the ground level. Due to the pilot control unit (B) the apparatus only has to carry its own dead weight and openings and valves provide a bypass and stopping, respectively, of the drilling mud.

Description

Oppfinnelsen vedrører en innretning for boring av dype hull The invention relates to a device for drilling deep holes

i berg, som angitt i innledningen til patentkrav 1. in rock, as stated in the introduction to patent claim 1.

I dag benyttes hovedsakelig såkalt rotasjonsboring for boring av hull av den foran nevnte type, hvilket betyr at en spesielt utformet borkrone trykkes ned i grunnen, med samtidig rotasjon. Som følge av at borkronen er forsynt med innsatser av ulike former vil berg- eller jordmaterialet knuses eller males i stykker. Vanligvis er borkronen montert på en rørformet borestreng hvis diameter er mindre enn diameteren til borkronen. Borestrengen gis en rotasjonsbevegelse ved hjelp av en maskinenhet som er plassert over grunnoverflaten. Denne maskinenhet innbefatter også midler for holding, av borestrengen. Berg- og jordmateriale (kaks) som knuses av borkronen trans-porteres til marknivået ved spyling med vann eller et spesielt sammensatt vaske- eller spylef luidum, såkalt boreslam. •, Spyl-ingen gjennomføres ved å trykke boreslammet ved hjelp av en pumpe ned gjennom et sentralt løp i borestrengen og ut gjennom spyleåpninger i borkronen i bunnen av borehullet, hvoretter bores lammet strømmer opp til overflaten på utsiden av borestrengen og tar med seg kaksen. På overflaten separeres en hovedandel av kaksen fra boreslammet, eksempelvis ved" sedimentering av slammet i bassenger, hvoretter boreslammet pumpes ned igjen gjennom borestrengen. Today, so-called rotary drilling is mainly used for drilling holes of the aforementioned type, which means that a specially designed drill bit is pressed into the ground, with simultaneous rotation. As a result of the drill bit being equipped with inserts of various shapes, the rock or soil material will be crushed or ground into pieces. Typically, the drill bit is mounted on a tubular drill string whose diameter is smaller than the diameter of the drill bit. The drill string is given a rotational movement by means of a machine unit which is placed above the ground surface. This machine unit also includes means for holding the drill string. Rock and soil material (cuttings) that is crushed by the drill bit is transported to ground level by flushing with water or a specially formulated washing or flushing fluid, so-called drilling mud. • Flushing is carried out by pressing the drilling mud with the help of a pump down through a central run in the drill string and out through flushing openings in the drill bit at the bottom of the borehole, after which the drilling mud flows up to the surface on the outside of the drill string and takes the cuttings with it. On the surface, a major proportion of the cuttings is separated from the drilling mud, for example by sedimentation of the mud in pools, after which the drilling mud is pumped back down through the drill string.

Det er også kjent å utføre rotasjonsboring under utnyttelse It is also known to perform rotary drilling during exploitation

av en maskin som senkes ned i borehullet og festes til den nedre enden av borestrengen som da ikke roterer. Maskinen drives direkte av boreslammet. of a machine that is lowered into the borehole and attached to the lower end of the drill string which then does not rotate. The machine is powered directly by the drilling mud.

Rotasjonsboring av den ovenfor nevnte type benyttes stort sett for løse sedimentære bergarter. Ved boring i hårdere krystall-insk berg er metoden dyr, fordi borehastigheten er meget lav og slitasjen på borkronen er stor. For slike bergarter benyttes en helt annen boremetode, kalt slagboring, hvilket betyr at et slagstempel bringes til å slå mot borestrengen og/eller borkronen med høy frekvens, samtidig som borestrengen roteres langsomt. Rotary drilling of the type mentioned above is mostly used for loose sedimentary rocks. When drilling in harder crystalline rock, the method is expensive, because the drilling speed is very low and the wear on the drill bit is great. For such rocks, a completely different drilling method is used, called percussive drilling, which means that a percussive piston is brought to strike the drill string and/or drill bit with high frequency, while the drill string is rotated slowly.

De maskiner som benyttes herfor drives vanligvis av trykkluft, dvs. at slagstempelet drives av trykkluft. Trykkluften benyttes også vanligvis for bortspylingen av kaksen. Ved boring av dype og store hull (ned til ca. 200 m) benyttes en såkalt senkborhammer, dvs. at borhammeren med slagstempelet monteres på en rørformet borestreng og senkes ned i borehullet ved hjelp av en rotasjonsmaskin som i hovedsaken har samme utfør-else som den som er beskrevet ovenfor i forbindelse med rotasjonsboring. The machines used for this are usually powered by compressed air, i.e. the impact piston is powered by compressed air. Compressed air is also usually used to flush away the shavings. When drilling deep and large holes (down to approx. 200 m) a so-called countersink hammer is used, i.e. the hammer with the impact piston is mounted on a tubular drill string and lowered into the drill hole using a rotary machine which essentially has the same design as the one described above in connection with rotary drilling.

Ved slagboring tas trykkluften fra en luftkompressor på marknivået og blåses ned gjennom borestrengen og driver slagstempelet. Slagstempelet slår direkte mot borkronen, og trykkluften spyler kaksen opp til marknivået på utsiden av borestrengen. En ulempe ved denne metode er at den har begrenset kapasitet med hensyn til dypboring. Metoden er imidlertid betydelig raskere enn rotasjonsboring, særlig i hårdt berg. In percussive drilling, compressed air is taken from an air compressor at ground level and blown down through the drill string and drives the percussive piston. The impact piston hits the drill bit directly, and the compressed air flushes the cuttings up to ground level on the outside of the drill string. A disadvantage of this method is that it has limited capacity with regard to deep drilling. However, the method is significantly faster than rotary drilling, especially in hard rock.

I de senere år har det vært utviklet hydraulisk drevne slag-bergboremaskiner som i prinsippet adskiller seg fra de trykkluftdrevne derved at slagstempelet betjenes av hydraulisk olje under høyt trykk. Bortspylingen av kaksen skjer separat ved hjelp av trykkluft eller boreslam. Slike hydraulisk drevne slag-bergboremaskiner har hittil bare forekommet i form av overflatemaskiner, dvs. at borhammeren arbeider i en maskinenhet plassert på marknivået. Disse maskiner har derfor en begrenset kapasitet med hensyn til boring av dype og store hull. Deres borkapasitet er imidletid vesentlig høyere enn kapasiteten til de trykkluftdrevne ved samme energiforbruk. In recent years, hydraulically driven impact rock drilling machines have been developed which in principle differ from those driven by compressed air in that the impact piston is operated by hydraulic oil under high pressure. The cuttings are washed away separately using compressed air or drilling mud. Such hydraulically driven impact rock drilling machines have so far only occurred in the form of surface machines, i.e. the hammer drill works in a machine unit located at ground level. These machines therefore have a limited capacity with regard to drilling deep and large holes. Meanwhile, their drilling capacity is significantly higher than the capacity of those powered by compressed air at the same energy consumption.

Det er ønskelig å benytte en nedsenkbar hydraulisk drevet slag-bergboremaskin for boring av dype og store hull med høy hastighet. Dette har imidlertid hittil ikke vært mulig, fordi bruk av lange hydrauliske ledninger til boremaskinen i dype hull gir for store tap. It is desirable to use a submersible hydraulically driven impact rock drilling machine for drilling deep and large holes at high speed. However, this has not been possible until now, because the use of long hydraulic lines for the drilling machine in deep holes causes too great a loss.

Som nevnt må borkaksén alltid fjernes fra hullet, og når det gjelder dype hull skjer dette alltid ved hjelp av boreslam fordi det hydrostatiske trykk i hullet er for stort til at man kan benytte trykkløft. Det vil kunne være mulig å kunne benytte boreslammet for å drive en hydraulisk slag- bergboremaskin, men dette er utenkbart for en fagmann. Uansett hvor omhyggelig boreslammet sedimenteres før det resirkuleres vil boreslammet alltid inneholde store mengder av sand og slite-partikler som raskt vil slite ned og ødelegge ventilmekanismen i slag-bergboremaskinen. En slik slag-bergboremaskin må drives med ren hydraulisk olje, og særlig når man ønsker å drive slag-bergboremaskinen med høye trykk, i området 150 bar, må den hydrauliske olje være av meget høy kvalitet. As mentioned, the drill cuttings must always be removed from the hole, and in the case of deep holes this is always done with the help of drilling mud because the hydrostatic pressure in the hole is too great to use pressure lifting. It may be possible to use the drilling mud to drive a hydraulic slag drilling machine, but this is unthinkable for a professional. No matter how carefully the drilling mud is sedimented before it is recycled, the drilling mud will always contain large amounts of sand and abrasive particles that will quickly wear down and destroy the valve mechanism in the percussive rock drilling machine. Such a percussive rock drilling machine must be operated with pure hydraulic oil, and especially when you want to operate the percussive rock drilling machine at high pressures, in the region of 150 bar, the hydraulic oil must be of very high quality.

Ifølge foreliggende oppfinnelse foreslås det derfor en innretning som nevnt innledningsvis, med de i krav l's karakteristikk angitte kjennetegn. According to the present invention, a device as mentioned at the outset is therefore proposed, with the characteristics specified in claim 1's characteristics.

Ifølge foreliggende oppfinnelse driver boreslammet en robust hydraulisk maskin som er plassert direkte i forbindelse med borkronen i borehullet. Maskinens utgangsaksel benyttes for å drive en slaginnretning som slår mot borkronen, dvs. såkalt slagboring. Er slaginnretningen hydraulisk drevet kan maskinens utgangsaksel være utformet for å drive en hydraulisk pumpe for tilveiebringelse av det hydrauliske høytrykks-fluidum til slaginnretningen. Det hydrauliske fluidum går således i en lukket krets og det kan benyttes meget ren hydraulisk høykvalitetsolje for garantering av en sikker drift. According to the present invention, the drilling mud drives a robust hydraulic machine which is placed directly in connection with the drill bit in the borehole. The machine's output shaft is used to drive an impact device that strikes the drill bit, i.e. so-called impact drilling. If the impact device is hydraulically driven, the output shaft of the machine can be designed to drive a hydraulic pump for supplying the high-pressure hydraulic fluid to the impact device. The hydraulic fluid thus runs in a closed circuit and very clean high-quality hydraulic oil can be used to guarantee safe operation.

Den nedsenkede slag-bergboremaskin ifølge oppfinnelsen kan bringes til å rotere ved hjelp av en maskinenhet plassert på marknivået, eller alternativt kan den hydrauliske maskins utgangsaksel også tilveiebringe rotasjonen av borkronen. The submerged percussive rock drilling machine according to the invention can be made to rotate by means of a machine unit placed at ground level, or alternatively the output shaft of the hydraulic machine can also provide the rotation of the drill bit.

Det er en fordel at borkronen barg^.bærer belastningen fra den hydrauliske maskin og slaginnretningen og er uavhengig av lengden til borestrengen i hullet, hvilket enkelt kan skje ved hjelp av servostyring. It is an advantage that the drill bit carries the load from the hydraulic machine and the impact device and is independent of the length of the drill string in the hole, which can easily be done with the help of servo steering.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere nedenfor under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 viser et lengdesnitt av en utførelse av oppfinnelsen, The invention will be described in more detail below with reference to the drawings, where: fig. 1 shows a longitudinal section of an embodiment of the invention,

og and

fig. 2-7 viser tverrsnitt av utførelsen i fig. 1 etter de respektive snittlinjer av II-II, III-III, IV-IV, V-V, VI-VI og VII-VII. fig. 2-7 show cross-sections of the embodiment in fig. 1 along the respective section lines of II-II, III-III, IV-IV, V-V, VI-VI and VII-VII.

Innretningen består i hovedsaken av syv innbyrdes forbundne eller integrerte enheter som i fig. 1 er benevnt A-G. The device mainly consists of seven interconnected or integrated units as shown in fig. 1 is named A-G.

Enheten A er en rørformet borestreng av kjent utførelse, sammensatt av deler som er forbundne med hverandre ved hjelp av koniske gjengeskjøter. Borestrengen går opp til overflaten. Borestrengen bringes til å rotere ved hjelp av en maskinenhet på overflaten, hvilken maskinenhet også innbefatter anordning-er av kjent type for innføring og uttaging av, borestrengen i .. borehullet. Borestrengen er dimensjonert til å kunne tåle ikke bare oppstående dreie-eller aksialkrefter, men også et forholds-messig høyt innvendig hydraulisk trykk fra boreslammet. The unit A is a tubular drill string of known design, composed of parts which are connected to each other by means of conical threaded joints. The drill string goes up to the surface. The drill string is made to rotate by means of a machine unit on the surface, which machine unit also includes devices of a known type for inserting and removing the drill string in the drill hole. The drill string is dimensioned to be able to withstand not only rising rotational or axial forces, but also a relatively high internal hydraulic pressure from the drilling mud.

Enhet B består av en mate- eller servostyreenhet som sikrer at borkronen trykkes mot bunnen av borehullet med en hensiktsmes-sig kraft. Unit B consists of a feed or servo control unit which ensures that the drill bit is pressed against the bottom of the drill hole with an appropriate force.

Enheten C består av en hydraulisk maskin av kjent type, hvilken maskin kan drives med akseptabel levetid ved hjelp av den hydrauliske energi i boreslammet. Boreslammet kan være vann eller en hvilken som helst annen boreslamm eller- væske og er blandet med jordpartikler. Den hydrauliske maskin har en lengde som er Unit C consists of a hydraulic machine of a known type, which machine can be operated with an acceptable lifetime using the hydraulic energy in the drilling mud. The drilling mud can be water or any other drilling mud or liquid and is mixed with soil particles. The hydraulic machine has a length which is

stor i forhold til diameteren. large in relation to the diameter.

Enheten D består av en hydraulisk pumpe av kjent type, men The unit D consists of a hydraulic pump of a known type, but

med en spesiell utførelse. Den hydrauliske pumpe leverer ren hydraulisk olje under høyt trykk. with a special design. The hydraulic pump supplies clean hydraulic oil under high pressure.

Enheten E består av en oljetank med et oljefilter. Oljetank-ens lengde er stor sammenlignet med diameteren, og oljetanken har passasjer i tankveggen for boreslammet og den hydrauliske olje. Unit E consists of an oil tank with an oil filter. The oil tank's length is large compared to its diameter, and the oil tank has passages in the tank wall for the drilling mud and the hydraulic oil.

Enheten F består av en hydraulisk drevet slag- bergboremaskin hvis prinsipielle virkemåte med hensyn til slagmekanismen ikke adskiller seg fra kjente utførelser. I dette tilfellet er slag-bergboremaskinen utført for å.' kunne arbeide som en nedsenket maskin i borehullet, og den er derfor bl.a. forsynt med spylepassasjer for boreslammet og med en overgangsanordning for overføring av dreiemoment, aksialkrefter og slag direkte til borkronen. The unit F consists of a hydraulically driven percussive rock drilling machine whose principle operation with regard to the percussive mechanism does not differ from known designs. In this case, the impact rock drilling machine is designed to.' could work as a submerged machine in the borehole, and it is therefore i.a. provided with flushing passages for the drilling mud and with a transition device for transferring torque, axial forces and impact directly to the drill bit.

Enheten G består av en borkrone av kjent type, med innsatser eller tapper av hårdkarbidstål, og med spylepassasjer for boreslammet . The unit G consists of a drill bit of a known type, with inserts or pins of hard carbide steel, and with flushing passages for the drilling mud.

Innretningen ifølge oppfinnelsen innbefatter en borestreng 1, som består av et antall sammenkoblede borestrengseksjoner. Borestrengen 1 danner forbindelsen med markoverflaten. Servoenheten B er forbundet med borestrengen. Servoenheten består av en toppdel 2, et sylinderrør 3 og en bunndel 4. Disse kom-ponenter er sammenkoblet ved hjelp av gjengeskjøter. Den nedre delen av sylinderrøret 3 er forsynt med fire langs omkretsen avstandsplasserte åpninger 5. Bunndelen 4 er forsynt med en firkant passasje 6. Et stempel 7 er bevegbart anordnet inne i sylinderrøret 3 og tetter mot dette. Stemplet er fast forbundet med en stempelstang 8 som har rørform og kvadratisk ytterform. Stempelstangen 8 går med en liten eller løs klar-ing i den kvadratiske passasje 6 i bunndelen 4. Den øvre delen av stempelstangen er forsynt med en ventilmekanisme 9, bestående av et sylindrisk rør med en ventilåpning 10. Dette sylindriske rør er lukket i toppen og passer nøyaktig inn i et sylindrisk hull 11 i toppdelen 2. The device according to the invention includes a drill string 1, which consists of a number of interconnected drill string sections. The drill string 1 forms the connection with the field surface. The servo unit B is connected to the drill string. The servo unit consists of a top part 2, a cylinder tube 3 and a bottom part 4. These components are connected by means of threaded joints. The lower part of the cylinder tube 3 is provided with four openings 5 spaced along the circumference. The bottom part 4 is provided with a square passage 6. A piston 7 is movably arranged inside the cylinder tube 3 and seals against it. The piston is firmly connected to a piston rod 8 which has a tubular shape and a square outer shape. The piston rod 8 runs with a small or loose clearance in the square passage 6 in the bottom part 4. The upper part of the piston rod is provided with a valve mechanism 9, consisting of a cylindrical tube with a valve opening 10. This cylindrical tube is closed at the top and fits exactly into a cylindrical hole 11 in the top part 2.

Boreslam trykkes ned gjennom borerøret 1, og strømningsret-ningen til boreslammet er vist med fullt opptrukne piler i fig. 1. Vanligvis går boreslammet gjennom ventilåpningene 10, gjennom stempelstangen 8 som er hul, og gjennom en hydraulisk maskin 12. Samtidig trykker boreslammet stemplet 7 nedover fordi fluidumtrykket er lavere i sylinderrøret 3 under stemplet 7, hvilket rom står i forbindelse med borehullet på utsiden av sylinderrøret. Drilling mud is pressed down through the drill pipe 1, and the flow direction of the drilling mud is shown by fully drawn arrows in fig. 1. Usually, the drilling mud passes through the valve openings 10, through the piston rod 8 which is hollow, and through a hydraulic machine 12. At the same time, the drilling mud presses the piston 7 downwards because the fluid pressure is lower in the cylinder tube 3 below the piston 7, which space is connected to the borehole on the outside of the cylinder tube.

Den hydrauliske maskin 12 har en innløpsåpning 13 og en ut-løpsåpning 14 for boreslammet og er også forsynt med en utgangsaksel 15 som bringes til å rotere når boreslammet går gjennom maskinen. Maskinen er av velkjent type og skal ikke beskrives nærmere her. Det kan benyttes en hvilken som helst maskin som kan drives av boreslammet uten å bli ødelagt iløp-et av kort tid. The hydraulic machine 12 has an inlet opening 13 and an outlet opening 14 for the drilling mud and is also provided with an output shaft 15 which is caused to rotate when the drilling mud passes through the machine. The machine is of a well-known type and shall not be described in more detail here. Any machine can be used that can be powered by the drilling mud without being destroyed in a short time.

Utgangsakselen 15 i den hydrauliske maskin er forbundet med innløpsakselen 17 til en hydraulisk pumpe 16. Når boreslammet når frem til den hydrauliske maskin dreies denne og derved og-så den hydrauliske pumpe. Dette betyr at den hydrauliske pumpe leverer høytrykks- hydraulikkolje (15-20MPa) til en dempeakku-mulator 19, som inngår i slag-bergboremaskinen 18. Den hydraui-liske olje overføres til en sleidemekanisme 20 i slag- bergboremaskinen. Sieidemekanismens konstruksjon er slik at et slagstempel 21 gis en rask resiproserende slagbevegelse. Slagstemplet 21 slår med sin nedre del mot en overgang 22, på hvilken borkronen 23 er skrudd godt fast. Slaget fra slagstemplet over-føres således til borkronen som knuser jord- eller bergmateriale i bunnen av borehullet. Den hydrauliske olje går tilbake fra sleidemekanismen 20 til en oljetank 24 og deretter tilbake til den hydrauliske pumpe 16. Strømningsbanen til den hydrau- The output shaft 15 of the hydraulic machine is connected to the inlet shaft 17 of a hydraulic pump 16. When the drilling mud reaches the hydraulic machine, it turns and thereby the hydraulic pump. This means that the hydraulic pump delivers high-pressure hydraulic oil (15-20MPa) to a damping accumulator 19, which is included in the percussive rock drilling machine 18. The hydraulic oil is transferred to a sliding mechanism 20 in the percussive rock drilling machine. The Sieidemechanismen's construction is such that an impact piston 21 is given a rapid reciprocating impact movement. The impact piston 21 strikes with its lower part against a transition 22, on which the drill bit 23 is screwed firmly. The impact from the impact piston is thus transferred to the drill bit, which crushes soil or rock material at the bottom of the borehole. The hydraulic oil returns from the slide mechanism 20 to an oil tank 24 and then back to the hydraulic pump 16. The flow path of the hydraulic

liske olje er vist med stiplede piler i fig. 1. lish oil is shown with dashed arrows in fig. 1.

Når boreslammet forlater den hydrauliske maskin 16 føres det When the drilling mud leaves the hydraulic machine 16 it is fed

gjennom passasjene 26 forbi oljetanken 24 og slag- bergboremaskinen 18 og til overgangen 22 og ut gjennom et spylehull 25 i borkronen 23. Borehullsbunnen spyles således for knust.mate-riale (kapp) som tas med av boreslammet opp langs utsiden av through the passages 26 past the oil tank 24 and the slag drilling machine 18 and to the transition 22 and out through a flush hole 25 in the drill bit 23. The bottom of the drill hole is thus flushed for crushed material (cut) which is carried by the drilling mud up along the outside of

innretningen, mellom innretningen og veggen 27 i borehullet, og opp til marknivået, hvor boreslammet samles i separate bassenger hvor en hovedandel av kaksen skilles fra boreslammet, hvoretter boreslammet pumpes ned igjen gjennom borestrengen. the device, between the device and wall 27 in the borehole, and up to ground level, where the drilling mud is collected in separate pools where a major proportion of the cuttings is separated from the drilling mud, after which the drilling mud is pumped down again through the drill string.

Dreiemomentet fra en ikke vist rotasjonsmaskin som er plassert på marknivået, overføres gjennom borestrengen 1 og servoenheten B via firkant passasjen 6 og firkant stempelstangen 8 til de andre integrerte enheter C-F. Fra slag- bergboremaskinen F overføres dreiemomentet tii overgangen 15 og til borkronen 26 fordi overgangen er forsynt med låsekiler 28. The torque from a rotary machine, not shown, which is located at ground level, is transmitted through the drill string 1 and the servo unit B via the square passage 6 and the square piston rod 8 to the other integrated units C-F. From the percussive rock drilling machine F, the torque is transferred to the transition 15 and to the drill bit 26 because the transition is provided with locking wedges 28.

Innretningen ifølge oppfinnelsen arbeider på følgende måte. The device according to the invention works in the following way.

Når boringen skal startes forbindes innretningen ved hjelp av de gjengekoblinger med en rotasjonsmaskin som er plassert på marknivået, hvoretter innretningen senkes ned i borehullet helt til borkronen når markflaten eller bunnen av borehullet. Ved fortsatt nedsenking av borestrengen 1 vil toppdelen 1 bevege seg mot ventilmekanismen 9 hvis ytre sylindriske del er stukket inn og samvirker med det øvre sylindriske hull 11 When the drilling is to be started, the device is connected by means of the threaded connections to a rotary machine which is placed at ground level, after which the device is lowered into the borehole until the bit reaches the ground surface or the bottom of the borehole. When the drill string 1 continues to be lowered, the top part 1 will move towards the valve mechanism 9, whose outer cylindrical part is inserted and cooperates with the upper cylindrical hole 11

i toppdelen, med god pasning. På denne måten tettes det indre løp, dvs. det sylindriske hull 11, i borestrengen, slik at boreslammet hindres i å gå videre gjennom stempelstangen 8. Deretter løftes borestrengen 1 litt helt til toppkanten av ventilmekanismen 9 frigjør det sylindriske hull 11 i toppdelen og gir fri passasje for boreslammet. Samtidig starter rotasjonsmaskinen borestrengens rotasjon og derved også rotasjonen av innretningen. Samtidig startes også pumpen for boreslammet på overflaten. Deretter vil den hydrauliske maskin og in the upper part, with a good fit. In this way, the inner barrel, i.e. the cylindrical hole 11, in the drill string is sealed, so that the drilling mud is prevented from passing through the piston rod 8. The drill string 1 is then lifted a little until the top edge of the valve mechanism 9 releases the cylindrical hole 11 in the top part and gives free passage for the drilling mud. At the same time, the rotary machine starts the rotation of the drill string and thereby also the rotation of the device. At the same time, the pump for the drilling mud on the surface is also started. Then the hydraulic machine and

den hydrauliske pumpe sette slagstemplet igang, og slag- bergboremaskinen beveges nedover etter som borkronen knuser jord-og bergmateriale. Borestrengen 1, toppdelen 2 og sylinderrøret 3 roterer uten å bevege seg vertikalt. Matetrykket på borkronen 26 består således bare av dødvekten til enhetene C-G, stemplet 7 og stempelstangen 8, og det hydrauliske differensial-trykk på toppen av stemplet 7. the hydraulic pump activates the impact piston, and the impact rock drilling machine is moved downwards as the drill bit crushes soil and rock material. The drill string 1, the top part 2 and the cylinder tube 3 rotate without moving vertically. The feed pressure on the drill bit 26 thus only consists of the dead weight of the units C-G, the piston 7 and the piston rod 8, and the hydraulic differential pressure on top of the piston 7.

Når borkronen og således stempelet 7 er senket så dypt i borehullet at stemplet går under åpningene 5 i siden på sylinder-røret 3, vil boreslam strømme ut gjennom disse åpningene og opp til marknivået på utsiden av innretningen. Dette medfører at den hydrauliske maskin 12 og således slagstemplet 21 stop^ per, hvilket betyr at boreslammets mottrykk synker som følge av den lavere strømningsmotstand, da boreslammet ikke må gå gjennom den hydrauliske maskin 12. Dette kan man overvåke ved hjelp av f.eks. manometer på pumpen på overflaten. Når dette er skjedd senkes borestrengen 1 nedover igjen i borehullet ved hjelp av rotasjonsmaskinen. Når borkronen kommer til hvile mot bunnen av borehullet vil stemplet 7 igjen dekke åpningene 5 i sylinderrøret 3. og boreslammet må da gå gjennom stempelstangen 8 og til den hydrauliske maskin 12, og slagstemplet begynner å slå mot overgangen og borkronen. Når borestrengen er sunket så langt at ventilmekanismen 9 tetter det sylindriske hull 11 i toppdelen 2 vil det hydrauliske trykket i boreslammen stige med engang, på dette tidspunkt vil borestrengen 1 løftes litt helt til passasjenfor boreslammet blix' fri, hvoretter borestrengen holdes vertikalt stille og bare roterer helt til borkronen og derved stemplet 7 nok engang er kommet under åpningene 5 og syklusen kan gjentas. When the drill bit and thus the piston 7 is lowered so deep into the borehole that the piston goes under the openings 5 in the side of the cylinder tube 3, drilling mud will flow out through these openings and up to the ground level on the outside of the device. This means that the hydraulic machine 12 and thus the impact piston 21 stop^ per, which means that the back pressure of the drilling mud decreases as a result of the lower flow resistance, as the drilling mud does not have to pass through the hydraulic machine 12. This can be monitored using e.g. pressure gauge on the pump on the surface. When this has happened, the drill string 1 is lowered back down into the borehole using the rotary machine. When the drill bit comes to rest against the bottom of the drill hole, the piston 7 will again cover the openings 5 in the cylinder tube 3. and the drilling mud must then pass through the piston rod 8 and to the hydraulic machine 12, and the impact piston begins to strike the transition and the drill bit. When the drill string has sunk so far that the valve mechanism 9 seals the cylindrical hole 11 in the top part 2, the hydraulic pressure in the drilling mud will rise immediately, at this point the drill string 1 will be lifted slightly until the passage for the drilling mud is clear, after which the drill string is held vertically still and only rotates until the drill bit and thereby the piston 7 has once again come under the openings 5 and the cycle can be repeated.

Den trinnvise nedsenking av borestrengen i borehullet, en strekning svarende til stempelslaget, kan utføres automatisk eksempelvis ved hjelp av mekanismen i rotasjonsmaskinen som gir de vertikale bevegelser til borestrengen (niateenheten) . Denne mekanisme kan utformes for nedsenkning av borestrengen når det hydrauliske trykk momentant avtar i boreslammet og stopper borestrengen når trykket momentant øker i forhold til en bestemt verdi. Borestrengen kan også mates med en konstant innstilt matehastighet som modifiseres av følersignaler som ovenfor angitt. The step-by-step immersion of the drill string in the drill hole, a stretch corresponding to the piston stroke, can be carried out automatically, for example by means of the mechanism in the rotary machine which provides the vertical movements to the drill string (niate unit). This mechanism can be designed to lower the drill string when the hydraulic pressure momentarily decreases in the drilling mud and stop the drill string when the pressure momentarily increases in relation to a certain value. The drill string can also be fed at a constant set feed rate which is modified by sensor signals as indicated above.

Innretningen tilveiebringer således et forholdsvis konstant The device thus provides a relatively constant

og begrenset trykk på borkronen under boringen, hvilket er ønskelig f.eks. for å redusere slitasjen på borkronen og det nødvendige dreiemoment. Videre forhindres at slagstemplet slår mot borkronen når denne ikke hviler mot bunnen av borehullet, hvilket er vesentlig for å unngå skader på borkronen. and limited pressure on the drill bit during drilling, which is desirable e.g. to reduce wear on the drill bit and the required torque. Furthermore, the impact piston is prevented from hitting the drill bit when it does not rest against the bottom of the drill hole, which is essential to avoid damage to the drill bit.

Videre gjør servostyringen det mulig at borestrengen kan bevege seg vertikalt en begrenset strekning under boringen dersom pumpen for boreslammet er forsynt med en overstrømnings-ventil, slik at boreslammet strømmer over ved pumpen på marknivået når trykket i boreslammet overskrider en bestemt verdi. Dette gjør det mulig f.eks. å utføre boringer med en borema-skin montert på en flåte som beveger seg vertikalt i sjøen. Furthermore, the power steering makes it possible for the drill string to move vertically a limited distance during drilling if the pump for the drilling mud is equipped with an overflow valve, so that the drilling mud flows over at the pump at ground level when the pressure in the drilling mud exceeds a certain value. This makes it possible, e.g. to carry out drilling with a borema skin mounted on a raft that moves vertically in the sea.

Ovenfor er det beskrevet en foretrukken utførelsesform. Ulike modifikasjoner og endringer kan naturligvis tenkes for den beskrevne innretning, innenfor oppfinnelsens ramme. Eksempelvis kan den hydrauliske pumpe være en hvilken som helst kjent pumpetype, eksempelvis en membranpumpe. Alternativt kan den hydrauliske maskin og den hydrauliske pumpe erstattes av to mekaniske forbundne hydrauliske sylindre, hvorav den ene virker som en maskin og drives av boreslammet, mens den andre arbeider som en pumpe for den hydrauliske olje. Ved egnet for-holdsvalg for tverrsnittsarealene til de to hydrauliske syl-inderne, eksempelvis 3:1, kan man oppnå det ønskede trykk i den hydrauliske olje. Sleide- og ventilmekanismen for de hydrauliske stempler kan være forbundne med hverandre for felles bevegelse. A preferred embodiment is described above. Various modifications and changes are naturally conceivable for the described device, within the scope of the invention. For example, the hydraulic pump can be any known pump type, for example a diaphragm pump. Alternatively, the hydraulic machine and the hydraulic pump can be replaced by two mechanically connected hydraulic cylinders, one of which acts as a machine and is driven by the drilling mud, while the other works as a pump for the hydraulic oil. By choosing a suitable ratio for the cross-sectional areas of the two hydraulic cylinders, for example 3:1, the desired pressure in the hydraulic oil can be achieved. The slide and valve mechanism for the hydraulic pistons can be linked together for joint movement.

Innretningen ifølge oppfinnelsen er beregnet for boring av meget dype hull, eksempelvis for boring etter olje. Særlig ved boring etter olje i sjøen er driftsomkostningene pr. dag meget store. Av denne grunn behøver innretningen ifølge oppfinnelsen bare å utføres på en slik måte at man kan gjennom-føre boring av et komplett borehull, hvoretter innretningen kan kastes. Dersom imidlertid innretningen stopper eller setter seg fast ved halvveis ferdig boring av hullet, kan kostnadene for opptaging av innretningen eller eventuelt boring av et skråhull ved siden av innretningen som har satt seg fast, kunne bli meget høye. Som følge av at innretningen ifølge oppfinnelsen er i stand til å arbeide med en bore-hastighet som er omtrent to ganger bcrehastigheten til kjente boremaskiner for boring av oljebrønner, kan det oppnås betyde-lige besparelser ved boring av slike dype hull, særlig ved boringen etter olje i sjøen. The device according to the invention is intended for drilling very deep holes, for example for drilling for oil. Especially when drilling for oil in the sea, the operating costs per day very large. For this reason, the device according to the invention only needs to be designed in such a way that a complete borehole can be drilled, after which the device can be discarded. If, however, the device stops or gets stuck when the hole is half finished drilling, the costs for recording the device or possibly drilling an inclined hole next to the device that has become stuck could be very high. As a result of the device according to the invention being able to work at a drilling speed which is approximately twice the bcre speed of known drilling machines for drilling oil wells, considerable savings can be achieved when drilling such deep holes, particularly when drilling after oil in the sea.

Den foran beskrevne oppfinnelse vedrører således en innretning for tilveiebringelse av borehull i jord eller berg, hvor boreslammet har en dobbelt funksjon, nemlig drift av en hydraulisk slag-bergboremaskin i bunnen av borehullet og bort-spyling av knust jord- eller bergmateriale fra borehullet. Med oppfinnelsen er det nå teknisk mulig å bore hull på opp-til flere tusen meters dyp med en slag-bergboremaskin hvor et slagstempei slår mot en borkrone som samtidig roteres. Dette betyr at borekapasiteten (borehastigheten) dobles i forhold til kjente metoder og i noen tilfeller blir ti ganger så stor, bl.a. avhengig av bergets hårdhet. The above-described invention thus relates to a device for providing boreholes in soil or rock, where the drilling mud has a double function, namely operation of a hydraulic percussion rock drilling machine at the bottom of the borehole and flushing away crushed soil or rock material from the borehole. With the invention, it is now technically possible to drill holes at depths of up to several thousand meters with an impact rock drilling machine where an impact hammer strikes a drill bit which is simultaneously rotated. This means that the drilling capacity (drilling speed) is doubled compared to known methods and in some cases becomes ten times as great, i.a. depending on the hardness of the rock.

Claims

1. Device for drilling deep holes in rock and the like, including a drill bit (23) arranged at the end of a drill string (1) through which a drilling mud flows for transporting drill cuttings out of the hole, a hydraulic motor (12), which is arranged to a is driven by the energy in the drilling mud and is arranged immediately adjacent to the drill bit (23), and an impact device (21), which is driven by the hydraulic motor (12) and strikes against the drill bit (23), characterized by a servo unit (B) which prevents the impact device from hitting the drill bit when it is not resting against the bottom of the drill hole, and which causes the drill bit to be held with a limited and constant pressure against the bottom of the drill hole, which servo unit (B) includes a top part (2), a cylinder tube (3 ) and a bottom part (4) which is connected by means of threaded connections, the cylinder tube (3) being provided with openings (5) spaced along the circumference, the bottom part being made with a through hole (6), while inside the cylinder tube (3 ) and in tight cooperation e with this one piston (7) can move, firmly connected to a piston rod (8), which piston rod (8) fits easily in the hole (6) in the bottom part (4), as the upper part of the piston rod (8) is equipped with a valve mechanism ( 9) consisting of a tube with a valve opening (10), which tube is tight at the top and fits snugly into a hole (11) in the top piece (2).

2. Device according to claim I, characterized in that the hydraulic motor (12) is arranged to drive a hydraulic pump (16) which pumps hydraulic fluid under high pressure to the impact device (21), which is a hydraulically driven impact rock drilling machine.

3. Device according to claim 2, characterized by a pressure accumulator (19) connected to the outlet (14) of the hydraulic pump (16) for equalizing the pressure of the hydraulic fluid, and a device placed on the surface rotates the drill string and through it the drill bit, or alternatively that the the output of the hydraulic motor is arranged to drive a rotation device arranged in the device for rotation of the drill bit relative to the rotationally stationary drill string.

4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that the servo unit (B) is arranged to load the drill bit during drilling mainly only with the weight of the hydraulic motor (12), the impact device and possibly the hydraulic pump with pressure accumulator.

5. Device according to claim 4, characterized in that the servo unit (B) enables the drill string to move vertically during drilling without significantly affecting the pressure on the drill bit.

6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the servo unit (B) is arranged to feed the drill string (1) at a speed which is dependent on the speed with which the drill bit moves downwards, as the feeding can be intermittent and/or continuous.