SE508950C2 - Styrverktyg för bergborrning - Google Patents

Description

10 15 20 'iß .. i: 30 508 950 2 Ytterligare ett syfte med uppñnníngen är att åstadkomma ett styrarrangemang, som styr som en hylsa i berget. Denna skall kunna förflyttas axiellt men hållas icke roterande, under det att det inre borröret roterar.

Ovan nämnda huvudsyfte uppnås med ett styrarrangemang, som erhållit de i patentkra- vet l angivna kännetecknen. Ytterligare lösningar på syften med och egenskaper hos uppñnníngen anges i de övriga patentlcraven.

Styrhylsan enligt uppñnníngen använder själva borrhålet som en styrcylinder. Styr- hylsan fungerar som en kombinerad styranordning och fasthållning.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningar-na, där fig. l visar en översiktsbild på den nedre änden på ett diarnantborrör med tillhörande styrarrangemang, ñg. 2 visar i betydligt större skala än fig. l en perspektivvy av en utföiingsform av ett styrarrangemang enligt uppfinningen, och ñg. 3 visar ett längdsnitt genom styrarrangemanget enligt ñg. 2.

Såsom visas i ñg. 1 sitter i ett borrhål l i änden på ett borrör 2, som löper från mark- planet, först ett styrinstrument 3, som känner av ett vridningsläge för ett längre ner i borrhålet placerat ytterrör 5 med en på mitten placerad excenter 4, som tvingar ytter- röret 5 åt borrhålsvâggen, varvid en avvikelse uppnås, som ger avvikelse hos den del av ytterröret 5, i vars yttre ände en borrkrona 6 är fäst. Hela utrustningen förs mer i borrhålet ñxerat med en brytpinne (icke visad), i det fall att borrhålet av en eller annan anledning behöver ändra riktning. Excentern 4 är överdrivet stort imitad i ñguren.

Varken styr-instrumentet 3 eller excentern 4 utgör någon del av själva uppñnníngen och beskrivs därför icke närmare. Ett lämpligt utförande på styrinstrumentet 3 för att rikta in excentem 4 i rätt vridningsläge i borrhålet innan borrningen startas beskrivs i det svenska patentet 8503553-3. 10 15 20 25 30 508 950 Ett styrarrangemang 7 behövs för att hindra ytterröret 5 från att rotera, under det att det inre borröret roterar. Dessutom skall borrningsutrustningen följsamt kunna böja av löpande och föras utmed borrhålet, där borrhålet har behövt böjas av med hjälp av en avvikningsutrusming. Styrarrangemanget 7 tjänar som stöd för det roterande borröret under borrning, vilket sker med en rotationshastighet på ungefär 1000 å 1500 varv/sek.

Styrarrangemanget 7 skall hållas icke roterande under borrning.

Styrarrangemanget 7 enligt uppfinningen är placerad nedanför styrinstrumentet 3 i borr- hålet, dvs mellan styrinstrumentet 3 och det såsom avvikningsdel tjänande ytterröret 5.

Enligt uppñnningen skall styrarrangemanget kunna följa med borröret nedåt under borr- ning ânda tills borröret i ytterröret 5 är helt fyllt med en borrkäma, så att den måste tas upp och tömmas. Därvid skall styrarrangemanget lärnnas kvar i borrhålet i sin position, såsom kommer att förklaras närmare nedan. Den del av borröret, som löper i ytterröret 5 har ofta en längd på ca 3 m eller mer.

Såsom visas i ñg. 2 och 3 har styrarrangemanget 7 i sin övre ände en styrhylsa 8.

Styrhylsan 8 skall under borrning hydrauliskt hållas fast mot borrhålsvâggen med frik- tion. Under borrning trycks borröret nedåt med relativt stor kraft.

Enligt uppfinningen âr styrhylsan 8 försedd med stödenheter anordnade att hållas mot borrhålet med en friktion tillräckligt låg för att vara övervinnbar i axiell riktningtgenom borrörens nyck nedåt under borrning och tillräckligt hög för att friktionsspärra mot att vridas under inverkan av borröret, när det roterar.

Borrkronan 4 måste förses med borrvätska, såsom vatten till ett vattentryck på omkring 40 bar. Borrvätskan tillförs från markplanet genom hela borröret i mitten på detta. I den i styrhylsan 8 beñntliga delsektionen 9 av borröret ñnns minst ett tvärgående hål 10 från borrörets ihåliga mitt till dess utsida. Delsektionen 9 är omgiven 'av en strumpa ll av ett elastiskt, ogenomsläpplígt material, t.ex. gummi. Ett utrymme 12 mellan strum- pan ll och hylsan 8 är tâtat i vardera änden medelst två tätningar 13 och 14. 10 15 20 *25 30 sus 950 4 Enligt uppñnningen är styrhylsan 8 i sin vägg utmed sin längd försedd med i ring runt- om hylsan anordnade, såsom stödenheter verkande klackar 15 och 16 förskjutbara i radialled genom att de är placerade i anpassade hål i hylsväggen. I figuren visas två ringar med klackar, men det går även att ha flera ringar. Ett lämpligt antal är tre.

Klackarna 15, 16 är normalt infällda i hylsans vägg och är på sin insida försedda med en låsbit 17 resp. 18, så att de hålls kvar i hylsan men så att de kan föras ut, så att en del av dem skjuter ut utanför hylsans 8 vägg.

När borrning skall ske, höjs trycket på borrvätslcan, av vilken en del tränger ut genom hålet 10 och pressar strumpan ll utåt mot hylsans 8 innervägg, så att klackarna 15 och 16 trycks utåt mot borrhålets vägg. Tätningarna 13 och 14 (se ñg. 3) gör att vätskan inte sprutar ut axiellt uppåt och nedåt. Därvid hålls styrhylsan 8 mot borrhålets vägg i inriktning med borrhälets riktning, men så att styrhylsan 8 under borrningen kan för- flytta sig nedåt utmed borrhålet.

Varje klack 15 resp. 16 är försedd med någon åtgärd, som ger friktion mot borrhåls- väggen, t.ex. minst en utskjutande spets 19 resp. 20, t.ex. i form av ett prisma av hårt, slitstarkt material. Den friktion, som skapas med denna åtgärd, ü anpassad att vara så låg, att den övervinns med det axiella trycket mot borrören, men så hög att hylsan 8 hindras från att vrida sig under inverkan av det roterande borröret 9. Andra åtgärder för att ge den önskade friktionen iperlferiell riktning är naturligtvis tänkbara, t.ex. längs- gående utskjutande eggar.

Borrörsdelen 21 från styr-instrumentet 2 är försedd med en fastsittande lagring 22 med större diameter än delen 21. lagringen 22 är koniskt i sin framkant och passar in i en konisk fördjupning i bakre änden på styrhylsan 8 och kan därmed skjuta denna framåt, nedåt under borrningens gång. Detta är en stor fördel, eftersom borrningen kan fortgå i ett moment ända tills den nedersta i hylsan 5 roterande borrörsdelen är fylld med borr- kärna och därför måste tas upp för att tömmas.

Med tidigare kända borrarrangemang har man varit tvungen att utföra borrningen i flera steg med stegvis förflyttning av ett såsom styrhylsa tjänande arrangemang. Styrhylsan 10 15 20 25 '30 508 950 enligt uppfinningen använder själva borrhålet som en styrcylinder. Tidigare kända arran- gemang har använt borrhålet som en låsning. Det som är väsentligt för uppfinningen är att borrningen kan fortgå kontinuerligt under själva bomiingsoperationen men även under flera moment med tömning utan att den ytterdel, som omfattar styrarrangemanget 7 och ytterröret 5, behöver tas upp, och att styranangemanget under borrning styr som en hylsa i berget Att styrhylsan 8 fungerar som en kombinerad styr-anordning för borröret och fasthällning av det yttre arrangemanget i borrhålet vid upptagning och tömning av det inre borröret.

Den nedre änden pä styrhylsan 8 inhyser en övre del av en med styrhylsan 8 Lex. med slcnivtörband ñxerad yttre fördel 23, genom vilken det inre borröret också löper. En kompressionsfiäder 24 är placerad omkring rördelen 23. Den övre änden av kompres- sionsfiädern 24 är ñst vid en på röret 23 fäst ringformig spännríng 25. Fjäderns 24 nedre ände är ñst vid en ringformig expanderhylsa 26, som, åtminstone under nedsänk- ning av hela utrustningen i ett borrhål, är fästbar vid rördelen 23 med hjälp av någon typ av snäppläs, exempelvis kulläs 27 mellan den del 28 av borröret, som spärrfiädem 24 och expanderhylsan 26 sitter omkring, och expanderhylsan 26. Snäppläset kan öpp- nas genom den _ axiella förflyttning av det inre borröret, som erhålles, när borröret trycks mot botten i borrhälet i det önskade läget för borrning. Den borrörsdel 28, som är placerad inuti röret 23, har nägot mindre diameter än resten av borröret 9. Före det att hela borröret med omslutande styranangemang förs ned i ett borrhäl spänns kom- pressïonsfiädern 24 sä att den häller expanderhylsan 26 uppät mot fiädern 24.

Borröret med sitt styrarrangemang vrids in, sä att excentern 4 pä ytterröret 5 kommer i rätt vinkelläge för att ge den önskade avböjningen av borrhälet, vilket indikeras av styrinstrumentet 3. Därefter kan bort-ningen starta. I och med att borröret har tryckts mot botten av borröret släpps kullåset, vilket gör att kompressionsfjädems spänning släpps och expanderhylsan 26 kan röra sig nedät utmed röret 23, omkring vilket fiädern 24 sitter.

Röret 23 har en del 30 med större diameter än det övriga röret 23 placerad ett kort stycke från expanderhylsan 26. Ett flertal spärr- och styrbleck 31 är placerade i ring 10 15 20 °“fi yäw 508 950 omkring rördelen 30. Varje bleck 31 är med ett huvud 32 fäst i fördelen 30 och har ett fiädrande, långstrâckt finger 32, som löper i ett spår i expanderhylsan 26. Fingret 32 har en klack 33, som vilar i ett spår 34 mellan expanderhylsan 26 och fördelen 30.

Expanderhylsan 26 är rörlig i axiell riktning. När kompressionsfiädems 24 spänning släpps, förskjuts expanderhylsan 26 mot fördelen 30 och fingrarna 32 lyfts utåt genom att deras klack 33 lyfts upp ur spåret 34. Pingrarna späns därvid mot borrhålets vägg.

Syftet med arrangemanget med expanderhylsan 26 och rördelen 30 är att hålla kvar styr- arrangemanget 7 i borrhålet, när en borrkärna tas upp för att tömmas. Ãnden på firigret 32 hos varje bleck 31 spänns fast mot borrhålsväggen och håller emot vid uppåtriktad rörelse. När borröret tas upp för att tömmas, är ju vattentrycket också obefintligt, vilket gör att borröret även lätt kan föras genom styrhylsan 8. Under rörelse nedåt i borrhålet glider däremot fingrarna 32 utmed borrhålsväggen.

Borröret är skarvat nära nederdelen av rördelen 30. En strypning 34 är därvid placerad i centrumhålet i borrören. Denna strypning 34 tjänar till att öka vattentrycket i det inre av borröret, så avpassat att trycket hos den vätska, som strömmar ut genom hålet 10 í borrörsdelen 9 i hylsan 8 blir tillräckligt högt för att kunna pressa ut strumpan ll, som i sin tur trycker styrblecken 16 mot borrhålsväggen. Strypningen 24 är utbytbar och kan anpassas till olika tryckförhållanden. Borrörsdelen nedanför strypningen är i sin ovan- sida försedd med ett flertal radiella öppningar 35, genom vilka borrvätskan kan strömma ut för att strömma nedåt till borrkronan på borrörens utsida. Det centrala hålrummet i borrörsdelen nedanför öppningarna 35 fylls under borrning med borrkärna. För att inte vätskan skall strömma uppåt mellan styrarrangemanget 7 och den i denna roterande delen av borröret âr roterande tätningar 36 anordnade i omrâdet för strypningen 34. När borrkäman har nått upp över öppningarna 35 ökar trycket hos borrhålsvätskan betydligt, vilket avkännes vid markplanet och ger indikering på att borrkärnan måste tömmas.

Många variationer är möjliga inom ramen för uppfinningen, såsom den anges av de bifogade patentlcraven.

Claims (5)

10 15 20 25 30 508 950 P.anS. 9304322-2 1995-03-14 Patentkrav

1. Styrarrangemang för en bergborr innefattande ett hyls- arrangemang (8) omkring ett under borrning roterande borrör (9), genom vilket en borrningsvätska matas med tryck under intervall med borrning, vilket hylsarrangemang har ett fler- tal ut mot väggarna i ett borrhål utskjutbara stödenheter placerade runt om i hylsarrangemanget, vilka är anordnade att föras ut mot en borrhålsvägg genom trycket av borrvätskan under borrningsintervallen för att hålla hylsarrangemanget vridsäkert under borrning, varvid stödenheterna (15, 16) är anordnade att hållas mot borrhålet med en friktion tillräck- ligt låg för att vara övervinnbar i axiell riktning genom borrörets tryck nedåt under borrning och tillräckligt hög för att friktionsspärra mot att vridas under inverkan av bor- röret, när det roterar, k ä n n e t e c k n a t av att stödenheterna (15, 16) är placerade i minst två ringsektioner i hylsarrangemanget; och att stödenheterna (15, 16) är för- sedda med på deras utsida anordnade prismor (19,20) eller längsgående utskjutande eggar, varigenom styrarrangemanget under borrning utnyttjar borrhålet som en styrcylinder.

2. Styrarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att de utskjutbara stödenheterna (15, 16) är utåt för- skjutbart löst anordnade i hylsarrangemangets vägg, lång- sträckta i borraxelns riktning och försedda med stödplattor på sin insida vänd mot borrörets (9) insida för att hindra dem från att tryckas helt ut från hylsarrangemanget (8).

3. Styrarrangemang enligt kraven 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att en strumpa (ll) av elastiskt ogenom- släppligt material är placerad omkring den del (9) av bor- röret, som är placerat i hylsarrangemanget med stödenheterna (15, 16), och att minst ett radiellt hål (10) är anordnat i nämnda del (9) för att under borrningsintervall släppa ut en avpassad del av borrvätskan till att trycka ut strumpan mot ÅS 10 15 20 508 950 hylsarrangemangets 8 insida för att trycka stödenheterna (15, 16) utåt.

4. Styrarrangemang enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att hylsarrangemanget innefattar ett fasthållande arrangemang (26, 30-34) med spärrenheter, som är anordnade att föras ut mot borrhålets vägg och hålla hyls- arrangemanget mot uppåtgående rörelse, så snart som borröret förs uppåt för att lyftas ut från borrhålet, varigenom hela hylsarrangemanget är anordnat att sitta kvar i borrhâlet, när borröret tas ut från borrhålet för att tömmas.

5. Styrarrangemang enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att en kompressionsfjäder (24) är placerad omkring en del (28) av hylsarrangemanget placerad omkring en del av borröret med mindre diameter än det övriga, vilken kompressionsfjäder (24) är spännbar vid nämnda hylsdel genom en spännring (25) i sin ena ände och kan låsas i spänt läge medelst en expanderhylsa (26) försedd med vilket lås är ur- snäpplås (27) mellan borröret och expanderhylsan (26), snäppbart, när borröret kommit i läge för borrning.