WO2018203721A1 - 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치 - Google Patents

워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2018203721A1
WO2018203721A1 PCT/KR2018/005214 KR2018005214W WO2018203721A1 WO 2018203721 A1 WO2018203721 A1 WO 2018203721A1 KR 2018005214 W KR2018005214 W KR 2018005214W WO 2018203721 A1 WO2018203721 A1 WO 2018203721A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
bit
unit
working fluid
hammer
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/005214
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
인석신
Original Assignee
인석신
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인석신 filed Critical 인석신
Priority to CN201880029496.1A priority Critical patent/CN110621847B/zh
Priority to US16/610,083 priority patent/US10988986B2/en
Publication of WO2018203721A1 publication Critical patent/WO2018203721A1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • E21B6/02—Drives for drilling with combined rotary and percussive action the rotation being continuous
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/16—Plural down-hole drives, e.g. for combined percussion and rotary drilling; Drives for multi-bit drilling units
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F5/00—Dredgers or soil-shifting machines for special purposes
    • E02F5/16—Machines for digging other holes in the soil
    • E02F5/18—Machines for digging other holes in the soil for horizontal holes or inclined holes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/02—Fluid rotary type drives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/062—Deflecting the direction of boreholes the tool shaft rotating inside a non-rotating guide travelling with the shaft
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/02—Driving inclined tunnels or galleries
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/106—Making by using boring or cutting machines with percussive tools, e.g. pick-hammers

Definitions

  • the present invention relates to a directional drilling apparatus using a water hammer unit, and more particularly, it is possible to rotate the bit of the water hammer unit and to drill in a constant orbit rather than vertically from the kick off poit (KOP) to the mark point.
  • KOP kick off poit
  • the present invention relates to a directional drilling apparatus using a water hammer.
  • drilling is to drill holes of relatively small diameter in the earth's crust in order to understand the structure and characteristics of the strata, and acquire various knowledge of the earth's crust or extract oil, natural gas, hot springs, and groundwater. Is done to. These drilling depths and drilled diameters vary depending on the intended use.
  • the point-the-bit method of changing the direction of drilling by changing the direction of the drill bit, and the push-the- push of changing the direction of drilling by pushing the housing of the drill part from the wall surface bit) method whipstock method for changing the direction of excavation by inserting an auxiliary device inclined in a specific direction
  • jetting method for changing the direction of excavation by weakening the ground by spraying only water in a specific direction.
  • the method of changing the excavation direction is made by providing directional thrust so that the lateral thrust acts during the excavation, or by changing only the direction of the drill axis to change the direction or adjust the discharge direction. This method is not easy to control the forward drilling direction.
  • drilling surveys used in cable laying, ground survey, tunnel design and construction of various structures in construction industry and mining are drilled by setting vertical, horizontal or constant angles. There is a need.
  • drilling at an arbitrary angle by the conventional drilling method as described above has a relatively slow drilling speed for drilling.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 05-25998 (1993.02.02) discloses a direction control method and apparatus of an excavator.
  • the disclosed method and apparatus uses a shield body having a tail portion flexibly connected to the head portion and the rear portion, and a method of controlling the forward direction of the excavator by using a beam directed according to a reference line, such as a planned line of a terminal to be constructed. And to an apparatus.
  • the excavation device for the drilling of the ground is interconnected and installed at the ends of the rods mounted on the head of the drilling machine, oil drilling, gas drilling, tunnel drilling, construction for underground cabling, underground heat source development, groundwater development, etc.
  • the hammer device is used as a perforator for the ground.
  • Such a hammer device includes an air hammer using pneumatic pressure and a water hammer using high pressure water depending on the working fluid.
  • Air hammer is a pneumatic pressure to operate the piston to provide a strike force for drilling of the ground, it is difficult to clean a relatively deep hole.
  • the water hammer since the water, which is an incompressible fluid, is used as the working fluid, the impact force can be increased and the soil and rock fragments generated during the drilling process can be simultaneously discharged when the supplied fluid is discharged.
  • the directional control is not easy when drilling with a predetermined slope.
  • Korean Patent Registration No. 876450 and Korean Patent Registration No. 1300243 disclose hammers driven by water.
  • the present invention is to solve the above problems, and to provide a directional drilling apparatus using a water hammer unit capable of controlling the excavation direction while rotating the bit providing a striking force.
  • Another object of the present invention is to provide a directional drilling apparatus using a water hammer unit that can prevent the drilling force by the bit is lowered by the piston due to the increase in the hydraulic pressure inside the perforated hole as the drilling depth of the ground deepens have.
  • a hammer unit having a bit unit for drilling at an end is provided to be elevated, a piston which is slidably mounted to the hammer body and has a working fluid discharge portion in a longitudinal direction, and is installed between the hammer body and the piston to It is provided with a drive unit for lifting the piston by the water supplied through the rod connected to the main body and the hammer body,
  • a hammer unit having a rotating shaft coupled to the bit by the first coupling part so as to transmit a rotational force in a state of being elevated to the bit by passing through a piston installed in the hammer body;
  • a mud motor having an inner tube having a furnace and a lower end side of the inner tube, the mud motor having a drive shaft connected to the rotating shaft to rotate the first shaft, and installed at the other end of the outer tube and the inner tube; And a mud motor unit having a pressure distribution unit for distributing pressure to the fluid supply path and the second working fluid supply path.
  • the present invention is installed between the hammer body and the piston between the bit unit and the drive unit to guide the piston, and to form a escape space for escaping the water between the piston and the bit when the piston strikes the bit, It further comprises a working fluid cover to separate the bubbles from the water introduced into the escape space to be stored in the upper side of the escape space.
  • the working fluid escape part is fixed at both ends of the inner circumferential surface of the hammer body to support the lower part of the piston and the upper part of the bit, and water that is the working fluid between the piston and the bit when the piston and the bit strike between the inner circumferential surface of the hammer body.
  • the working fluid escape part separates air from the escaped water during the striking of the bit by the piston between the sub-housing and the hammer body adjacent to the blow part of the piston and the bit so as to be stored in the upper part of the escape space.
  • a part is provided.
  • the radiator is provided between the outer circumferential surface of the piston guide portion adjacent to the bit guide portion and the inner circumferential surface of the hammer body and includes a partition member having a plurality of gas passage holes formed therein.
  • the first coupling portion connecting the bit and the rotary shaft is formed in the hollow in the longitudinal direction on the bit
  • the male spline is formed on the inner circumferential surface of the inner circumferential surface
  • the rotary shaft end portion of the hollow is formed by mutual coupling.
  • the pressure distribution unit is installed at the end of the outer portion of the socket for coupling with the rod, the hollow portion is coupled to the end of the inner tube and the end is coupled to the inner peripheral surface of the socket and communicate with the second working fluid supply passage
  • An orifice body member having a plurality of ventilation holes communicating with the hollow portion and the first working fluid supply path, and inserted into a hollow portion of the orifice body member to control a flow rate of the working fluid through the ventilation hole and the hollow portion;
  • An orifice member for dispersing pressure is provided.
  • the directional drilling apparatus using the water hammer unit according to the present invention can control the directionality according to the design of the borehole to be drilled, and furthermore, the directional drilling operation is possible.
  • the drilling device using the water hammer unit forms a working fluid escape portion inside the hammer body so that water, which is the working fluid between the bit and the end of the piston, is introduced into the escape space when the bit is hit by the piston lifted by the drive unit. May spill.
  • water which is the working fluid between the bit and the end of the piston
  • the bubble can store the air in the upper side of the escape space.
  • This working fluid escape part prevents the impact force of the bit and the lifting force of the piston from being lowered by the interference between the piston and the bit when the piston is raised and lowered, and it is possible to rotate the bit at the same time. As a result, extension can be improved.
  • the drilling apparatus according to the present invention may be performed at the same time the directional drilling operation and the straight drilling operation.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view schematically showing a state in which the drilling device is equipped with a directional drilling apparatus using a water hammer unit according to the present invention in a drilling device;
  • FIG. 2 is an exploded cross-sectional view of the directional drilling apparatus using a water hammer unit according to the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the directional drilling apparatus using a water hammer unit according to the present invention
  • Figure 4 is an enlarged cross-sectional view showing an extract of the drive unit of the directional drilling apparatus using a water hammer unit according to the present invention.
  • 5 to 6 is a cross-sectional view showing an operating state of the directional drilling apparatus using a water hammer unit according to the present invention.
  • Figure 7 is a perspective view showing the bit portion of the directional drilling apparatus using a water hammer unit according to the present invention.
  • Directional drilling apparatus using the water hammer unit and the directional indentation method using the water hammer unit according to the present invention performs a directional drilling operation for geothermal power generation, petroleum natural gas, hot springs, groundwater, sampling for knowledge inside the crust, cable laying, etc.
  • the directional drilling apparatus using the water hammer unit according to the present invention is mounted on the drilling device (1) for drilling the ground, the water hammer unit 10 for drilling the ground using a bit,
  • the mud motor unit 200 is coupled by the water hammer unit 10 and the drilling angle adjusting unit 130 to rotate the bit of the water hammer unit 10, that is, the bit 32 hit by the piston. do.
  • An accumulating unit 300 for buffering may be further provided between the mud motor unit 200 and the drilling angle adjusting unit 130.
  • the water hammer unit 10 and the water hammer unit 10 of the directional drilling apparatus using the same are lowered by the head portion 2 of the drilling device 1 and interconnected rods 3 and the mud motor unit 200. It is operated by the working fluid supplied through the ground to drill the ground.
  • the water hammer unit 10 has a hammer body 20 having a fastening portion 21 coupled to the drilling angle adjustment unit 130 on the upper side and a bit unit 30 for performing a drilling operation on the lower side. do. And it is provided with a piston (40) having a working fluid discharge portion 41 in the longitudinal direction and slidably installed in the hammer body 20.
  • the rotary shaft 48 coupled to the bit 32 by the first coupling part 47 to transmit the rotational force in the state of being elevated to the bit 32 through the piston 40 installed in the hammer body 20. ).
  • One side of the rotary shaft 48 is coupled to the bit by the first coupling portion 47 so as to transmit the rotational force in the state of being elevated to the bit through the piston installed in the hammer body, the other end of the rotary shaft 48
  • the second coupling portion 49 is coupled to the drive shaft of the mud motor unit 200 to be described later is formed.
  • the first coupling part 47 that couples the bit 32 and the rotation shaft 48 has an arm spline 47a formed on an inner circumferential surface of the hollow part 34 formed in the length direction in the bit 32 and the rotation shaft 48 Male spline 47b is formed at the end of the can be formed by combining them. (See Figures 2, 3 and 7)
  • the water hammer unit 10 is installed between the inner circumferential surface of the hammer body 20 and the outer circumferential surface of the upper side of the piston 40 to support the upper portion of the piston 40 and the mud motor unit 200 connected to the hammer body 20 Or a driving unit 50 for elevating the piston 40 by water supplied through the accumulating unit 300. It is installed between the inner surface of the hammer body 20 and the outer surface of the piston 40 between the bit unit 30 and the drive unit 50 installed in the lower end of the hammer body 20 to guide the piston 40, When the bit unit 30 hits the bit unit 30 by the piston 40, an operating fluid escape part 100 forms an evacuation space between the piston 40 and the bit, and separates and stores bubbles from the water introduced into the evacuation space. It is further provided. In the present invention, the working fluid escape portion 100 does not necessarily need to be installed.
  • the working fluid supplied through the rod connected to the water hammer unit 10 may include a plurality of bubbles. That is, the working fluid may include bubbles by piggybacking bubbles (air) into water by a pump and then pumping them at high pressure by using a pump.
  • the hammer body 20 of the water hammer unit 10 has a tubular structure having a hollow portion 22 therein, and a fastening portion 21 for coupling with a rod is formed at the upper end side.
  • the fastening part 21 may be formed by forming a screw portion on the inner peripheral surface of the end side of the hammer body 20.
  • the hollow part 22 of the hammer body 20 is provided with a piston 40 which is installed to be elevated, this piston 40 as described above the sub-housing forming the working fluid (100) ( 110 and a drive unit 50 provided on the inner circumferential surface of the hammer body 20 and the upper side of the piston 40.
  • the piston 40 is provided with a working fluid discharge passage 41 penetrating in the longitudinal direction as described above.
  • the rotating shaft 48 passes through the working fluid discharge passage 41.
  • the bit unit 30 installed at the lower side of the water hammer body 20 has a color member 31 installed at an end of the hammer body 20, and the color member 31 has a striking portion 32.
  • the bit 32 is installed to be rotatable and liftable.
  • the bit 32 and the color member 31 are provided with a stroke distance limiting unit 35 for limiting the stroke distance according to the lifting and lowering of the bit 32.
  • the stroke distance limiting unit 35 has bead guide grooves 36 of a predetermined length (length corresponding to the stroke distance of the bit) formed on the outer circumferential surface of the bit 32 in the longitudinal direction, and the color member 31 has an inner side.
  • a bit locker 37 having an end coupled with the bit guide groove 36 is installed.
  • the bit locker 37 guides the bit 32 along the bit guide groove 36 when the bit 32 moves up and down to limit the stroke distance according to the rise and fall of the bit 32.
  • a discharge passage 34 is formed at the central portion of the bit 32 to communicate with the working fluid discharge portion 41 of the piston 40.
  • the drive unit 50 is for raising and lowering the piston 40 using water, which is a working fluid supplied through the rod, and a cylindrical piston housing 51 coupled to the hollow portion 22 of the hammer body 20.
  • the piston 40 is installed in the piston housing 51 so as to be slidable so that the piston 40 can strike the bit 32.
  • the piston 40 is a valve member 70 to be described later between the guide portion 42 which is guided when sliding to the sub-housing 110 and the inner peripheral surface of the piston housing 51 gradually stepped from the guide portion 42.
  • a guide disk portion 44a is formed in contact.
  • the step portion 43 of the piston 42 is formed with a first communication hole 45 in communication with the working fluid discharge portion 41.
  • the diameter (D1) of the guide portion 42 of the piston 40 is formed larger than the diameter (D2) of the pressing portion 44, the stepped portion 43 of the forming portion of the first communication hole 45
  • the diameter D3 is smaller than the diameter D2.
  • An upper side of the piston housing 51 is provided with a sleeve member 52 having a receiving portion 53 is inserted into and supported by the hammer body 20, the step portion 43 is inserted and guided.
  • the sleeve member 52 is coupled to the first connecting pipe 54 having a hollow 54a in communication with the working fluid discharge part 41 at the upper end of the hammer body 20, the first connecting pipe 54 Between the outer circumferential surface of the hammer body 20 and the inner circumferential surface of the hammer body 20 is formed a flange portion (54c) formed with a plurality of first through holes (54b) flowing a plurality of working fluid.
  • valve mounting space 60 partitioned by the piston 40, the valve mounting space 60, the piston housing ( 51 is slidably installed by the piston 40 and the sleeve member 52 to partition the valve installation space 60 into the first, second and third space portions 61, 62 and 63 ( 2, 3), there is provided a valve member 70 for controlling the lifting of the passtone 40 by the pressure of the water supplied to the partitioned space side.
  • the valve member 70 is provided with a predetermined width between the outer circumferential surface of the pressing portion 44 and the inner circumferential surface of the piston housing 51 so as to have a first space portion 61.
  • An extension portion 72 that defines a first blocking portion 71 that defines a second space portion, and a second space portion 62 extending from the first blocking portion 71 and connected to the first communication hole 45;
  • a second block extending from an end portion of the extension portion 72 and sliding on an end side of the piston 40 and partitioning the inner peripheral surface of the piston 40 and the sleeve member 52 and the third space portion 63;
  • the unit 73 is provided.
  • a through part 74 is formed from the second space part 62 to the side of the slide member 52 to reduce the relative cross-sectional area to which hydraulic pressure is applied.
  • the extension portion 72 of the valve member 70 is formed with an insertion portion 75 having a diameter substantially the same as the diameter (D2) of the pressing portion 44 of the piston (40).
  • the inner surface of the upper extension portion 72 of the insertion portion 75 is formed to have a diameter D4 larger than the diameter of the pressing portion 44 to be exposed to the cross-sectional area of the first blocking portion 71 and the third space portion 63. The cross-sectional area difference of the second blocking portion 72 to be generated.
  • the cross-sectional area in the direction perpendicular to the length of the piston 40 formed by the guide disk portion 44a and the first blocking portion 71 formed on the pressing portion 44 of the piston 40 is the piston 40. Wider than the cross-sectional area of the stepped portion 43 exposed to the outer peripheral surface of the stepped portion 43 and the third space portion partitioned by the sleeve member 52 and the second cut-off portion 73 of the valve member 70. Is formed.
  • the first blocking portion 71 in contact with the guide disk portion 44a has a length such that the contact state with the guide disk portion 44a is not separated even when the valve member 70 is raised. When the water is separated and supplied to the first space portion 61 and the piston 42 is raised, the working fluid discharge portion 41 of the second space portion 62, the first communication hole 45, and the piston 40 is raised. It has a length that can be discharged through).
  • the first communication hole 45 and the second space portion at the time when the piston 32 is initially raised that is, when the first step portion 71 and the guide disk portion 44a of the pressing portion 44 are separated from each other. 62 is connected and the portion having the diameter D2 of the pressing portion 42 of the piston 40 is engaged with the inserting portion 75 as the piston 40 is further raised so that the first communication hole 45 and the second are connected. The connection of the space 62 is cut off.
  • a working fluid for supplying water having a predetermined pressure that is, a working fluid to elevate the valve member 70 and the piston 40 to the first space 61 and the third space 63.
  • Supply unit 80 is provided.
  • the working fluid supply unit 80 has a first hydraulic passage 81 formed between the sleeve member 52 and the outer circumferential surface of the hammer body 20, and communicates with the first hydraulic passage 81.
  • a second hydraulic passage 82 is formed between the inner circumferential surface of the body 20 and the outer circumferential surface of the piston housing 51.
  • a second communication hole (83) is formed in the sleeve member (52) so as to be in communication with the first hydraulic passage (81) and the third space portion (63).
  • a third communication hole 84 communicating with the second hydraulic passage 82 for supplying hydraulic oil to the first space 61 is formed.
  • the working fluid escaping part 100 of the water hammer unit 10 device escapes water, which is the working fluid between the bit 32 and the end of the piston 40 when the piston 40 strikes the bit 32. It has a structure for supplying a working fluid between them when raised.
  • the working fluid cover 100 is installed on the inner surface of the hammer body 20 to support the lower portion of the piston 40 and the upper portion of the bit 32, and the piston and the bit 32 between the inner peripheral surface of the hammer body ),
  • the sub-housing 110 forming an escape space 101 where water, which is a working fluid between the piston 40 and the bit 32, escapes, and an adjacent sub of the piston 40 and the bit 32.
  • Separation unit 120 to separate the bubbles from the escaped water when the bit 32 is hit by the piston 40 between the housing 110 and the inner circumferential surface of the hammer body 20 to be stored in the upper portion of the escape space It is provided.
  • the sub-housing 110 is fixed to the upper end is in close contact with the inner circumferential surface of the hammer body 20 to block the upper end side of the escape space 101 by the western housing and the hammer body 20, and the A piston guide part 112 extending downward from the fixing part 111 to guide the lower part of the piston 40 and forming an escape space 101 between the inner circumferential surface of the hammer body 20 and the piston guide part; Blocks extending from the 112 to guide the outer circumferential surface of the bit 32 and block the bit 32 and the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the hammer body 20 so as to seal and partition the lower side of the escape space 101.
  • the unit 113 is provided.
  • bit guide part 115 when the piston 40 for the strike of the bit 32, the working fluid escape hole 114 to allow the working fluid between the piston 40 and the bit 32 to enter and exit the escape space 101
  • the formed bit guide part 115 is provided.
  • the bit guide part 115 in which the blocking part 113 and the working fluid coating hole 114 are formed may be manufactured as a separate member and combined with the sub-housing 110.
  • an inner working surface of the bit guide portion 115 around the bit 32 and the end of the piston 40 may be formed with a working fluid flow space 116 in communication with the working fluid coating hole 114.
  • the separating unit 120 is installed between the outer circumferential surface of the piston guide portion 112 adjacent to the bit guide portion 115 and the inner circumferential surface of the hammer body 20 and has a plurality of gas passing holes 121 formed therein. 122).
  • the radiator separation unit 120 is preferably formed on the side of the fixing portion 111 adjacent to the bit guide portion 115 in which the working fluid coating hole 114 is formed.
  • the fastening part 21 of the water hammer unit 10 is coupled by the drilling angle adjustment unit 130 and the accumulating unit 300.
  • the accumulating unit 300 is coupled to the mud hammer unit.
  • the drilling angle control unit 130 is the first drilling angle coupling portion 131 coupled with the fastening portion of the hammer unit 10 and the second drilling angle coupling portion 132 coupled with the accumulating unit 300. It has a fastening member 135 having a).
  • the first drilling coupling portion 132 and the second drilling coupling portion 132 are inclined at an angle ( ⁇ ) of 1 to 1.5 degrees for directional drilling (see Figs. 2 and 3).
  • the inclination angle of the hammer unit 10 coupled with the first drilling coupling unit 131 with respect to the mud motor unit 200 and the accumulating unit 300 coupled with the second drilling coupling unit 132 is 1 To 1,5 degrees.
  • the accumulating unit 300 is coupled to the first outer tube member 301 and the first inner tube member 305, the lower end of the first tube member 301 is made of the drilling angle control unit 130 It is combined with the two sight coupling portion 132 to form a third working fluid supply path (310).
  • the first inner tube member 301 is coupled to the first core tube member 320 through which the rotating shaft 48 penetrates between the inner circumferential surface of the first inner tube member 301 and the circumferential surface of the first core tube member 320.
  • the air storage tank part 321 is formed.
  • the lower end of the first inner tube member 301 connects the third working fluid supply path 310 and the air storage tank part 321 so as to flow through the third working fluid supply part 310.
  • the mud motor unit 200 coupled by the accumulating unit 300 and the drilling direction angle adjusting unit 130 is installed inside the second outer tube 201 and the second outer tube 201.
  • the second inner pipe 202 having the second working fluid supply path 220 by forming a first working fluid supply passage 210 to be supplied to the inner circumferential surface of the second outer pipe 201 and the double hammer unit 10.
  • a mud motor 250 which is installed at the lower end side of the second inner tube 202, has a drive shaft 251 connected to the rotary shaft 48 to rotate the second inner tube 202, and the second outer tube ( 201) and a pressure distribution unit 250 installed at the other end of the second inner tube 202 to distribute pressure to the first working fluid supply passage 210 and the second working fluid supply passage 202. do.
  • the pressure distribution unit 260 is installed at the end of the exterior portion, and is connected to the end of the socket 261 and the second inner tube 202, and the socket 261, the end is coupled to the inner peripheral surface of the socket 261
  • An orifice body member 262 that is coupled and has a hollow portion in communication with the second working fluid supply path 220, and has a plurality of vent holes 262 communicating with the hollow part and the first working fluid supply path 210.
  • an orifice member 265 inserted into the hollow portion of the orifice body member 262 and having an orifice hole 264 for controlling the flow rate of the working fluid through the vent hole 263 and the hollow portion to distribute the pressure. Equipped.
  • the drive rod (not shown) and the mud motor unit 200 and the drilling angle adjustment unit 130 of the drilling device 1 are connected to each other.
  • the water hammer unit 10 is combined to have an inclination of 1 to 1.5 degrees with respect to the mud motor unit 200.
  • the high pressure working fluid is supplied through the rod in the state where the coupling is completed.
  • the working fluid is dispersed and introduced through the vent hole 263 of the pressure distribution unit 260 and the orifice hole 264 of the orifice member 265, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the dispersion of the pressure is preferably to lower the pressure of the working fluid supplied to the mud motor 250 in consideration of the flow rate supplied to the mud motor 250 through the orifice hole 264.
  • the working fluid supplied through the orifice hole 264 drives the mud motor 250, and the driving shaft 251 of the mud motor 250 is connected to the rotary shaft 48, so that the rotary shaft 48 This rotates and further the bit rotates.
  • the working fluid passing through the mud motor 250 is mixed with the water passing through the first working fluid supply path 210 to pass through the accumulating unit 300 and then the working fluid of the water hammer unit 10. It flows into the 1st hydraulic cylinder 81 and the 2nd hydraulic passage 82 of the supply part 80.
  • the working fluid introduced in this way is respectively provided through the second communication hole 83 formed in the sleeve member 52 and the third communication hole 84 formed in the piston housing 51. It is supplied to the space 63.
  • the first cross-sectional area difference causes the first of the valve member 70 to be changed.
  • the pressure difference is generated in the second blocking portions 71 and 73.
  • the valve member 70 rises due to this pressure difference.
  • the first blocking portion 71 does not leave the guide disk portion 44a of the pressing portion 44 of the piston 40, the pressure acting on the first space portion 61 does not flow out.
  • the piston 40 is raised by the pressure acting on the pressurizing portion 44 of the piston 40, that is, the pressure acting on the lower surface of the guide disc portion 44a among the pressure acting on the first space portion 61. Done.
  • the first communication hole 45 formed in the stepped portion 43 has the slide member 52 and the piston housing 51 at the end side of the pressing portion 44 having a diameter D2. It is blocked by being combined with the insertion portion 72 of the valve member 70 supported by () (see FIGS. 3 and 4).
  • the pressure in the first and third space portions 61 and 63 is the same, and the pressure and the first blocking force acting on the cross-sectional area of the second blocking portion 73 of the valve member 70 exposed to the third space portion.
  • the valve member 70 is lowered due to the difference in pressure acting on the portion 71. That is, since the cross-sectional area of the second blocking portion 73 exposed to the third space portion 63 has a larger cross-sectional area than that of the first blocking portion 71 exposed to the second space portion 62.
  • the valve member 70 is lowered.
  • the first and second spaces 61 and 62 are formed in communication with one closed space.
  • the piston 40 has a cross-sectional area of the blocking portion 44 including the guide disk portion 44a with the guide disk portion 44a of the blocking portion 44 exposed to the third space portion. Since the section 43 is formed larger than the cross-sectional area, the pressure acting on the pressing portion 32c becomes relatively large, and the piston 40 is lowered, thereby hitting the bit 21 rotating by the rotation shaft 48.
  • the water is a working fluid is filled in the interior of the hole drilled by the hammer device and the working fluid discharge portion 41 in the process as described above, the hammer device working fluid skin 100 Since it is formed, it is possible to prevent the piston 40 from interfering with the water positioned between the piston 40 and the bit 32 to lower the impact force and the lift force.
  • the water which is the working fluid escaped to the escape space 101, contains bubbles
  • the bubbles rise and rise through the gas passage hole 121 formed in the partition plate 122 that partitions the escape space 101. It is stored and compressed at the upper side of the escape space 101.
  • the piston 40 strikes the bit 32 and rises, as shown in FIG. 4, the compressed air stored in the upper side of the escape space 101 is located at the lower side of the escape space 101.
  • the fluid flows in between the piston 40 and the bit 32 through the working fluid coating hole 114, and the introduced water acts as a pressure for raising the piston 40, thereby raising the piston 40. It will work smoothly.
  • the air bubbles supplied to the escape space must continuously connect the drive rods as the depth of drilling perforated in the ground deepens. At this time, air contained in the empty space of the drive rods is carried along with water when water is introduced. After separation, it becomes high. In order to increase the pressure of the air stored in the escape space may be pumped at a high pressure by piggybacking the air to the working fluid for the operation of the hammer device as described above.
  • the water hammer unit is controlled by the drilling angle control unit 130 at a predetermined angle (1 to 1.5) by the mud motor unit 200.
  • Directional drilling is possible because it is installed inclined. That is, since the bit is rotated by the mud motor unit 200, and the water hammer unit 10 is inclined by the mud motor unit 200, excavation is made with a direction with respect to the straight direction along the excavation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

본 발명의 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치는 단부에 천공작업을 수행하는 비트유닛이 승강가능하게 설치된 설치된 해머본체와, 상기 해머본체에 슬라이딩 가능하게 설치되며 길이 방향으로 작동유체배출부를 가진 피스톤과, 상기 해머본체부와 피스톤의 사이에 설치되어 피스톤의 상부를 지지하며 해머본체와 연결된 로드를 통하여 공급되는 물에 의해 상기 피스톤을 승강시키는 구동유닛을 구비하며, 상기 해머본체에 설치된 피스톤을 관통하여 상기 비트에 승강되는 상태에서 회전력을 전달할 수 있도록 제1결합부에 의해 비트와 결합된 회전축을 구비한 해머유닛과, 상기 해머본체와 결합되며 회전축을 구동시키기 위한 머드모터 유닛을 구비한다.

Description

워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치
본 발명은 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 워터해머유닛의 비트를 회전시킴과 아울러 KOP(kick off poit)로부터 표지점까지 수직이 아닌 일정한 궤도로 시추작업을 할 수 있는 워터해머를 이용한 방향성 시추장치에 관한 것이다.
일반적으로 시추(試錐)는 지층의 구조나 성상을 알기 위하여 지각(地殼)에 상대적으로 작은 직경의 구멍을 뚫는 것으로서, 지각 내부의 여러 지식을 얻거나 또는 석유·천연가스, 온천, 지하수 등을 채취하기 위하여 이루어진다. 이러한 시추 깊이와 천공되는 직경은 사용 목적에 따라 다양하다.
시출작업을 굴진 방법에 따라 분류하면, 드릴비트의 방향을 전환하여 굴진방향을 바꾸는 포인트 비트(Point-the-bit)방법, 드릴부의 하우징을 벽면으로부터 밀어 굴진 방향을 바꾸는 푸시 비트 (Push-the-bit)방법, 특정방향으로 경사가 있는 보조기구를 삽입하여 굴진방향을 바꾸는 휩스톡(Whipstock)방법, 이수를 특정 방향으로만 분사하여 지반을 약하게 만들어 굴진방향을 바꾸는 제팅(Jetting)방법 등이 있다. 이러한 굴진방향을 바꾸는 방법은 굴삭 시 측방향으로의 추력이 작용하도록 하여 방향성을 제공하거나, 혹은 드릴축의 방향만을 변환하여 방향을 변환하거나 이수의 배출방향을 조정함으로써 이루어지게 된다. 이러한 방법은 정교환 시추방향의 제어가 용이하지 않다.
특히, 건설산업과 광업분야의 케이블포설, 지반조사와 터널 및 각종 구조물의 설계와 시공에서 사용되는 시추 조사는 수직, 수평 또는 일정한 각을 설정하여 천공하게 되는데, 시추방향 및 각도 정확한 방위를 측정할 필요가 있다.
시추과정에서 균일한 등방성(等方性)을 지니는 금속물질을 시추하는 경우, 오차가 크지 않으나 여러물질이 복합된 이방성(異方性)을 지니는 암석에서는 진행방향의 오차와 편차가 상대적으로 크며, 균열 및 절리 파쇄가 있는 암반은 더욱 심하다.
또한 상술한 바와 같은 종래의 시추방법에 의해 임의의 각도로 시추하는 것은 상대적으로 천공을 위한 굴진속도가 느린 문제점이 있다.
일본공개특허 평05-25998호(1993.02.02)에는 굴삭기의 방향제어방법 및 장치가 게시되어 있다. 게시된 방법 및 장치는 헤드부 및 후부에 굴곡 가능하게 연결된 테일부를 구비한 실드 본체를 이용한 것으로, 구축하여야 할 터미널의 계획선과 같은 기준선에 따라서 지향되는 광선을 이용하여 굴삭기의 전진방향을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
그러나 이러한 종래의 굴삭기의 방향제어방법은 기준선을 따라 지향되는 광선을 이용하여 방향제어가 가능하나 지반이 연약하여 무너지는 경우 굴삭작업을 원활하게 수행할 수 없다.
한편, 지반의 시추를 위한 굴삭장치로는 상호 연결되어 천공기계의 헤드부에 장착된 로드들의 단부에 설치되어 석유시추, 가스시추, 터널천공, 지하 케일블를 위한 공사, 지하 열원개발, 지하수 개발 등을 위해 지반의 천공기로 해머장치가 이용된다.
이러한 해머장치는 작동유체에 따라 공압을 이용한 에어해머와 고압의 물을 이용한 워터해머 등이 있다. 에어해머는 공압을 이용하여 피스톤을 작동시켜 지반의 천공을 위한 타격력을 제공하는 것으로, 상대적으로 깊은 홀을 청공하기 어렵다. 그리고 워터해머의 경우, 비압축성 유체인 물을 작동유체로 사용하게 되므로 타격력을 크게 할 수 있는 장점과 공급된 유체의 배출 시 천공과정에서 발생되는 토양 및 암석조각을 동시에 배출할 수 있는 장점이 있다. 그러나 소정의 경사를 갖는 시추작업 시 방향성의 제어가 용이하지 않은 문제점이 있다.
대한민국 특허등록 제 876450호, 대한민국 특허 등록 제 1300243호에는 물로 구동되는 해머가 게시되어 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 타격력을 제공하는 비트를 회전시킴과 아울러 굴착방향의 제어가 가능한 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 지반의 천공 깊이가 깊어짐에 따라 천공된 홀 내부의 수압 상승으로 인한 피스톤에 의해 비트에 의한 굴삭력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치는
단부에 천공작업을 수행하는 비트유닛이 승강가능하게 설치된 해머본체와, 상기 해머본체에 슬라이딩 가능하게 설치되며 길이 방향으로 작동유체배출부를 가진 피스톤과, 상기 해머본체와 피스톤의 사이에 설치되어 피스톤의 상부를 지지하며 해머본체와 연결된 로드를 통하여 공급되는 물에 의해 상기 피스톤을 승강시키는 구동유닛을 구비하며,
상기 해머본체에 설치된 피스톤을 관통하여 상기 비트에 승강되는 상태에서 회전력을 전달할 수 있도록 제1결합부에 의해 비트와 결합된 회전축을 구비한 해머유닛과,
상기 해머본체와 시추방향각도 조정유닛에 의해 결합되는 외부관체와, 상기 외부관체의 내부에 설치되어 외부관체의 내주면과 해머유닛으로 공급되는 제1작동유체공급통로를 형성하는 것으로 제2작동유체공급로를 가지는 내부관체와, 상기 내부관체의 하단부측에 설치되는 것으로, 상기 회전축과 연결되어 이를 회전시키기 위한 구동축을 가지는 머드모터와, 상기 외부관체와 내부관체의 타측단부에 설치되어 상기 제 1작동유체공급로와 제 2작동유체공급로로 압력을 분산시키기 위한 압력분배유닛을 구비한 머드모터유닛을 구비한다.
본 발명에 있어서, 상기 비트유닛과 구동유닛 사이의 해머본체와 피스톤의 사이에 설치되어 피스톤을 가이드하며, 피스톤에 의한 비트의 타격 시 피스톤과 비트 사이의 물을 도피시키기 위한 도피공간을 형성하고, 도피공간으로 유입된 물로부터 기포를 분리하여 도피공간의 상부측에 저장되도록 하는 작동유체도피부를 더 구비한다.
상기 작동유체도피부는 해머본체의 내부의 내주면에 양단부가 고정되어 피스톤의 하부와 비트의 상부를 지지하며, 해머본체의 내주면과의 사이에 피스톤과 비트의 타격 시 피스톤과 비트 사이의 작동유체인 물이 도피하는 도피공간을 형성하고, 피스톤과 비트의 사이의 물이 유입 및 유출되는 작동유체도피공이 형성된 서브하우징과,
상기 작동유체도피부는 상기 피스톤과 비트의 타격부와 인접되는 서브하우징과 해머본체의 사이에 피스톤에 의한 비트의 타격 시 도피된 물로부터 기포를 분리하여 상기 도피공간의 상부에 저장되도록 하는 기수분리부를 구비한다.
상기 기수분리부는 상기 비트가이드부와 인접되는 피스톤가이드부의 외주면과 상기 해머본체의 내주면 사이에 설치되며 다수개의 기체통과공이 형성된 구획부재를 구비한다.
한편, 상기 비트와 회전축을 연결하는 제1결합부는 비트에 길이 방향으로 중공부가 형성되고, 이 중공부의 내주면과 회전축단부에 내주면에 암수스플라인이 각각 형성되어 상호 결합되어 이루어진다.
상기 압력분배유닛은 상기 외관부의 단부에 설치되어 로드와의 결합을 위한 소캣과, 상기 내부관체의 단부에 결합되며 단부가 상기 소켓의 내주면과 결합되고 상기 제2작동유체공급로와 연통되는 중공부를 가지며, 이 중공부와 상기 제 1작동유체공급로와 연통되는 복수개의 통기공이 형성된 오리피스본체부재와, 상기 오리피스본체부재의 중공부에 삽입되어 통기공과 중공부로의 작동유체의 통과유량을 제어하여 압력을 분산시키는 오리피스부재를 구비한다.
본 발명에 따른 워터해머유닛를 이용한 방향성 시추장치는 천공하고자 하는 시추공의 설계에 따라 방향성의 제어가 가능하며 나아가서는 지향시추작업이 가능하다.
그리고 워터해머유닛을 이용한 시추장치는 해머본체의 내부에 작동유체도피부를 형성함으로써 구동유닛에 의해 승강되는 피스톤에 의해 비트의 타격 시 비트와 피스톤의 단부 사이의 작동유체인 물이 도피공간으로 유입 및 유출시킬 수 있다. 또한 도피공간으로 유입된 물로부터 기포를 분리하여 도피공간의 상부측에 공기를 저장 할 수 있다. 이 작동유체도피부는 피스톤의 상승 및 하강 시 피스톤과 비트 사이의 물에 의해 간섭이 발생됨으로써 피스톤에 의한 비트의 타격력과 피스톤의 상승력이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 비트를 타격과 동시에 회전시킬 수 있으므로 굴신성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본원 발명에 따른 시추장치는 방향성 시추작업과 직진성 시추작업을 동시에 수행할 수도 있다.
도 1은 천공장치에 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치가 장착되어 시추가 이루어진 상태를 개략적으로 나타내 보인 측단면도,
도 2은 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치의 분리 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치의 구동유닛을 발췌하여 도시한 확대 단면도.
도 5 내지 도 6는 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치의 작동상태를 나타내 보인 단면도.
도 7는 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치의 비트부위를 발췌하여 도시한 사시도.
본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치 및 이를 이용한 지향성 압입공법은 지열발전, 석유ㅇ천연가스, 온천, 지하수, 지각내부의 지식을 위한 샘플채취, 케이블포설 등을 위하여 방향성 시추 작업을 수행하기 위한 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 7에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치는 천공장치(1)에 장착되어 지반을 시추하기 위한 것으로, 비트를 이용하여 지반을 시추하기 위한 워터해머유닛(10)과, 상기 워터해머유닛(10)과 시추각도 조정유닛(130)에 의해 결합되어 워터해머유닛(10)의 비트 즉, 피스톤에 의해 타격되는 비트(32)를 회전시키기 위한 머드모터유닛(200)를 구비한다. 상기 머드모터유닛(200)와 시추각도조정유닛(130)의 사이에는 완충을 위한 어큐뮬레이팅유닛(300)을 더 구비할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치(10)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 워터해머유닛(10)과 이를 이용한 방향성 시추장치의 워터해머유닛(10)은 천공장치(1)의 헤드부(2)에 의해 하강하며 상호 연결된 로드(3)들과 머드모터유닛(200)을 통하여 공급되는 작동유체 의해 작동되어 지반을 천공하게 된다.
상기 워터햄머유닛(10)은 상부 측에 시추각도 조정유닛(130)과 결합되는 체결부(21)를 가지며 하부측에 천공작업을 수행하는 비트유닛(30)이 설치된 해머본체(20)를 구비한다. 그리고 상기 해머본체(20)의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되며 길이 방향으로 작동유체배출부(41)을 가진 피스톤(40)을 구비한다.
그리고 상기 해머본체(20)에 설치된 피스톤(40)을 관통하여 상기 비트(32)에 승강되는 상태에서 회전력을 전달할 수 있도록 제1결합부(47)에 의해 비트(32)와 결합된 회전축(48)을 구비한다.
상기 회전축(48)의 일측은 해머본체에 설치된 피스톤을 관통하여 상기 비트에 승강되는 상태에서 회전력을 전달할 수 있도록 제1결합부(47)에 의해 비트와 결합되고, 상기 회전축(48)의 타측 단부는 후술하는 머드모터유닛(200)의 구동축과 결합되는 제 2결합부(49)가 형성된다.
상기 비트(32)와 회전축(48)을 결합하는 제1결합부(47)는 비트(32)에 길이 방향으로 형성된 중공부(34)의 내주면에 암스플라인(47a)가 형성되고 상기 회전축(48)의 단부에 숫스플라인(47b)가 형성되어 이들의 결합됨으로써 이루어질 수 있다. (도 2, 3 및 도 7참조)
상기 워터해머유닛(10)은 해머본체(20)의 내주면과 피스톤(40) 상부측의 외주면 사이에 설치되어 피스톤(40)의 상부를 지지하며 해머본체(20)와 연결된 머드모터유닛(200) 또는 어큐뮬레이팅유닛(300)을 통해 공급되는 물에 의해 상기 피스톤(40)을 승강시키는 구동유닛(50)을 구비한다. 상기 해머본체(20)의 하단부에 설치되는 비트유닛(30)과 구동유닛(50)사이의 해머본체(20)의 내면과 피스톤(40)의 외면 사이에 설치되어 피스톤(40)을 가이드하며, 피스톤(40)에 의한 비트유닛(30)의 비트 타격 시 피스톤(40)과 비트 사이의 물의 피난공간을 형성하고, 피난공간으로 유입된 물로부터 기포를 분리되어 저장되는 작동유체도피부(100)를 더 구비한다. 본 발명에 있어서, 상기 작동유체 도피부(100)은 반드시 설치될 필요는 없다.
그리고 워터해머유닛(10)과 연결되는 로드를 통하여 공급되는 작동유체는 다수의 기포가 포함될 수 있다. 즉, 작동유체는 펌프에 의해 물에 기포(공기)를 편승시킨 후 펌프를 이용하여 고압으로 펌핑함으로써 기포가 포함될 수 있다.
상기 워터해머유닛(10)의 해머본체(20)는 내부에 중공부(22)가지는 관상의 구조를 가지며, 상단부측에 로드와의 결합을 위한 체결부(21)가 형성된다. 상기 체결부(21)는 해머본체(20)의 단부측 내주면에 나사부가 형성되어 이루어질 수 있다.
그리고 상기 해머본체(20)의 중공부(22)에는 승강가능하게 설치되는 피스톤(40)이 설치되는데, 이 피스톤(40)은 상술한 바와 같이 상기 작동유체도피부(100)을 이루는 서브하우징(110)과, 해머본체(20)의 내주면과 피스톤(40)의 상부측에 설치되는 구동유닛(50)에 의해 지지된다. 그리고 상기 피스톤(40)은 상기와 같이 길이 방향으로 관통하는 작동유체배출통로(41)를 구비한다. 상기 작동유체배출통로(41)에는 상기 회전축(48)이 관통하게 된다.
상기 워터해머본체(20)의 하부측에 설치되는 비트유닛(30)은 해머본체(20)의 단부에 컬러부재(31)가 설치되고, 상기 컬러부재(31)에는 타격부(32)를 가진 비트(32)가 회전 및 승강 가능하게 설치된다. 그리고 상기 비트(32)와 컬러부재(31)에는 비트(32)의 승강에 따른 행정거리를 한정하기 위한 행정거리제한유닛(35)을 구비한다. 행정거리제한유닛(35)는 상기 비트(32)의 외주면에 소정길이(비트의 행정거리에 해당하는 길이)의 비드가이드홈(36)들이 길이 방향으로 형성되고, 상기 컬러부재(31)에는 내측단부가 상기 비트가이드홈(36)과 결합되는 비트로커(37)가 설치된다. 상기 비트로커(37)는 비트(32)의 승강 시 비트가이드홈(36)을 따라 비트(32)를 가이드하여 비트(32)의 승강에 따른 행정거리를 한정하게 된다. 상기 비트(32)의 중앙부에는 상기 피스톤(40)의 작동유체배출부(41)와 연통되는 배출통로(34)가 형성된다.
상기 구동유닛(50)은 로드를 통하여 공급되는 작동유체인 물을 이용하여 피스톤(40)을 승강시키기 위한 것으로, 상기 해머본체(20)의 중공부(22)에 결합되는 원통형의 피스톤 하우징(51)이 설치되고, 상기 피스톤 하우징(51) 내에는 상기 피스톤(40)이 비트(32)을 타격할 수 있도록 슬라이딩 가능하게 설치된다.
상기 피스톤(40)은 서브하우징(110)에 슬라이딩 시 가이드 되는 가이드부(42)와, 상기 가이드부(42)로부터 점차적으로 단차져 피스톤 하우징(51)의 내주면 사이에 후술하는 밸브부재(70)가 설치되는 밸브설치공간부를 구획할 수 있도록 하는 가압부(44)와 단차부(43)를 구비하는데, 상기 가압부(44)에는 후술하는 밸브부재(70)의 제 1차단부(71)와 접촉되는 가이드디스크부(44a)가 형성된다. 그리고 상기 피스톤(42)의 단차부(43)에는 상기 작동유체배출부(41)와 연통되는 제1연통공(45)이 형성된다. 여기에서 상기 피스톤(40)의 가이드부(42)의 직경(D1)이 가압부(44)의 직경(D2)보다 크게 형성되고, 상기 제1연통공(45) 형성부위의 단차부(43)의 직경(D3)은 상기 직경(D2) 보다 작게 형성된다.
상기 피스톤 하우징(51)의 상부측에는 해머본체(20)에 삽입되어 지지되며 상기 단차부(43)가 삽입되어 가이드 되는 수용부(53)을 구비한 슬리이브부재(52)가 설치된다.
상기 슬리이브부재(52)는 해머본체(20)의 상단부에는 작동유체배출부(41)와 연통되는 중공(54a)을 가지는 제1접속관(54)과 결합되는데, 상기 제1접속관(54)의 외주면과 해머본체(20)의 내주면 사이에는 다수개의 작동유체가 흐르는 다수개의 제1관통공(54b)이 형성된 플랜지부(54c)가 형성된다.
한편, 피스톤 하우징(51)과 슬리이브부재(52)의 내측에는 상기 피스톤(40)에 의해 구획되는 밸브설치공간부(60)가 형성되는데, 이 밸브설치공간부(60)에는 상기 피스톤하우징(51)과 피스톤(40) 및 슬리이브부재(52)에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되어 밸브설치공간부(60)를 제 1,2,3공간부(61)(62)(63)으로 구획하며(도2, 3참조), 구획된 공간부측으로 측으로 공급되는 물의 압력에 의해 패스톤(40)을 승강시킬 수 있도록 제어하는 밸브부재(70)가 설치된다.
이 밸브부재(70)는 도 1 및 도 2 내지 4에 나타내 보인 바와 같이 상기 가압부(44)의 외주면과 피스톤하우징(51)의 내주면 사이에 소정의 폭으로 설치되어 제1공간부(61)를 구획하는 제1차단부(71)와, 상기 제1차단부(71)로부터 연장되어 상기 제1연통공(45)과 연결되는 제2공간부(62)를 형성하는 연장부(72)와 상기 연장부(72)의 단부로부터 연장되어 피스톤(40)의 단부측에 슬라이딩되며 상기 피스톤(40)과 슬리이브부재(52)의 내주면과 더블어 제3공간부(63)를 구획하는 제2차단부(73)를 구비한다. 상기 밸브부재(70)의 연장부(72)측에는 상기 제2공간부(62)로부터 상기 슬리이드부재(52)의 측으로 형성되어 수압이 가하여지는 상대적인 단면적을 줄이는 관통부(74)가 형성된다. 또한 상기 밸브부재(70)의 연장부(72)에는 피스톤(40)의 가압부(44)의 직경(D2)보다 실질적으로 동일한 직경을 가지는 삽입부(75)가 형성된다. 삽입부(75)의 상부측 연장부(72)의 내면은 가압부(44)의 직경보다 큰 직경 D4를 갖도록 형성되어 제 1차단부(71)의 단면적과 제 3공간부( 63)에 노출되는 제2차단부(72)의 단면적 차이가 발생될 있도록 한다.
여기에서 상기 피스톤(40)의 가압부(44)에 형성된 가이드디스크부(44a)와 제1차단부(71)에 의해 형성되는 피스톤(40)의 길이의 직각 방향으로의 단면적은 상기 피스톤(40)의 단차부(43)의 외주면과 슬리이브부재(52) 및 밸브부재(70)의 제2차단부(73)에 의해 구획된 제 3공간부에 노출된 단차부(43)의 단면적보다 넓게 형성된다. 그리고 상기 가이드디스크부(44a)와 접촉되는 제1차단부(71)는 밸브부재(70)가 상승되어도 상기 가이드디스크부(44a)와 접촉상태가 분리되지 않는 길이를 가지며, 피스톤(32)의 상승 시 분리되어 제1공간부(61)에 공급되어 피스톤(42)을 상승시킨 물이 제2공간부(62)와 제1연통공(45) 및 피스톤(40)의 작동유체배출부(41)를 통하여 배출될 수 있는 길이를 가진다.
여기에서 상기 피스톤(32)의 초기 상승 즉, 제1단차부(71)와 가압부(44)의 가이드디스크부(44a)가 분리되는 시점에서 상기 제1연통공(45)과 제2공간부(62)는 연결되고 피스톤(40)이 더욱 상승함에 따라 피스톤(40)의 가압부(42)의 직경 D2를 갖는 부위가 삽입부(75)와 결합됨으로서 제1연통공(45)과 제2공간부(62)의 연결이 차단된다.
그리고 상기 제1공간부(61)와 상기 제3공간부(63)에는 밸브부재(70)와 피스톤(40)를 승강시키기 위해 작동유체인 물 즉, 소정의 압력을 가진 물을 공급하기 위한 작동유체공급부(80)가 구비된다.
그리고 작동유체공급부(80)는 상기 슬리이브부재(52)와 해머본체(20)의 외주면의 사이에 제 1수압통로(81)가 형성되고, 상기 제1수압통로(81)와 연통되며, 해머본체(20)의 내주면과 피스톤하우징(51)의 외주면 사이에 형성되는 제2수압통로(82)가 형성된다. 그리고 상기 슬리이브부재(52)에는 제1수압통로(81)와 상기 제3공간부(63)와 연통될 수 있도록 제2연통공(83)이 형성되고, 상기 피스톤하우징(51)에는 상기 제 1공간부(61)에 작동유를 공급하기 위한 제 2수압통로(82)와 연통되는 제 3연통공(84)이 형성된다. 상술한 본 발명의 워터해머장치의 구동유닛은 본 발명인이 발명하여 등록 받은 대한민국 특허 등록 제 0562954호에 게시되어 있다.
상기 워터해머유닛(10)장치의 작동유체도피부(100)는 피스톤(40)이 비트(32)의 타격 시 비트(32)와 피스톤(40) 단부 사이의 작동유체인 물을 도피 시키고, 피스톤의 상승 시 이들의 사이에 작동유체를 공급하는 구조를 가진다.
이러한 작동유체도피부(100)는 해머본체(20)의 내부면에 설치되어 피스톤(40)의 하부와 비트(32)의 상부를 지지하며, 해머본체의 내주면과의 사이에 피스톤과 비트(32)의 타격 시 피스톤(40)과 비트(32) 사이의 작동유체인 물이 도피시키는 도피공간(101)을 형성하는 서브하우징(110)과, 상기 피스톤(40)과 비트(32)의 인접되는 서브하우징(110)과 해머본체(20)의 내주면 사이에 피스톤(40)에 의한 비트(32)의 타격 시 도피된 물로부터 기포를 분리하여 상기 도피공간의 상부에 저장되도록 하는 기수분리부(120)을 구비한다.
상기 서브하우징(110)은 상단부가 해머본체(20)의 내주면에 밀착 고정되어 도피공간(101)의 상단부측을 서부하우징과 해머본체(20)에 의해 차단되도록 하는 고정부(111)와, 상기 고정부(111)로부터 하부로 연장되어 피스톤(40)의 하부를 가이드하며 해머본체(20)의 내주면과의 사이에 도피공간(101)을 형성하는 피스톤가이드부(112)와, 상기 피스톤가이드부(112)로부터 연장되어 비트(32)의 외주면을 가이드하며 상기 도피공간(101)의 하부측을 밀폐하여 구획할 수 있도록 비트(32)와 외주면과 해머본체(20)의 내주면 사이를 차단하는 차단부(113)을 구비한다.
그리고 상기 비트(32)의 타격을 위한 피스톤(40)의 승강 시 피스톤(40)과 비트(32) 사이의 작동유체가 도피공간(101)으로 유입 및 유출되도록 하는 작동유체도피공(114)가 형성된 비트가이드부(115)를 구비한다. 여기에서 상기 차단부(113)과 작동유체도피공(114)가 형성된 비트가이드부(115)는 별도의 부재로 제작되어 서브하우징(110)과 결합되어 이루어질 수 있다. 또한 상기 비트(32)와 피스톤(40)의 단부 주위의 비트가이드부(115)의 내면에는 작동유체도피공(114)과 연통되는 작동유체유동공간부(116)가 형성될 수 있다.
그리고 상기 피스톤(40)의 승강 시 상기 작동유체도피공(114)을 통하여 도피공간(101)으로 유입된 작동유체인 물로부터 기포를 분리하여 도피공간(101)의 상부측에 저장될 수 있도록 하는 기수분리부(120)는 상기 비트가이드부(115)와 인접되는 피스톤가이드부(112)의 외주면과 상기 해머본체(20)의 내주면 사이에 설치되며 다수개의 기체통과공(121)이 형성된 구획부재(122)를 포함한다. 상기 기수분리부(120)는 작동유체도피공(114)이 형성된 비트가이드부(115)와 인접된 고정부(111) 측에 형성함이 바람직하다.
그리고, 상기 워터해머유닛(10)의 체결부(21)는 시추각도조절유닛(130)과 어큐물레이팅 유닛(300)에 의해 결합된다. 그리고 상기 어큐뮬레이팅 유닛(300)은 머드해머유닛과 결합된다.
상기 시추각도조절유닛(130)은 상기 해머유닛(10)의 체결부와 결합되는 제1시추각결합부(131)와 상기 어큐뮬레이팅유닛(300)과 결합되는 제2시추각결합부(132)를 가지는 체결부재(135)를 구비한다.
상기 제 1시추각결합부(132)와 제 2시추각결합부(132)는 방향성 시추를 위해 1도 내지 1.5도의 각도(■)로 경사져 있다.(도 2 및 도 3참조). 상기 제 2시추결합부(132)와 결합된 머드모터유닛(200) 및 어큐뮬레이팅유닛(300)에 대해 제1시추각결합부(131)와 체결된 해머유닛(10)의 경사각도가 1 내지 1,5도를 이루게 된다.
그리고 상기 어큐뮬레이팅유닛(300)은 제1외관부재(301)와 제 1내관부재(305)가 결합되고, 상기 제1와관부재(301)의 하단부는 상기 시추각도조절유닛(130)의 제 2시추각결합부(132)와 결합되어 제 3작동유체공급로(310)을 형성된다. 상기 제 1내관부재(301)은 회전축(48)이 관통하는 제1코어관부재(320)와 결합되어 제1내관부재(301)의 내주면과 제1코어관부재(320)의 와주면 사이에 공기저장탱크부(321)를 형성한다. 그리고 상기 제 1내관부재(301)의 하단부측에는 상기 제3작동유체공급로(310)와 공기저장탱크부(321)를 연통시켜 제 3작동유체공급부(310)을 통하여 흐르도록 하는 연결공(322)이 형성되어 작동유체가 상기 공가저장탱크부(321)를 경유하여 워터해머유닛 측으로 공급된다. 따라서 작동유체에 포함된 기포는 상기 상승하여 공기저장탱크부(321)에 저장된다.
그리고 어큐뮬레이팅유닛(300)과 시추방향각도 조정유닛(130)에 의해 결합되는 머드모터유닛(200)은 제 2외부관체(201)와, 상기 제2외부관체(201)의 내부에 설치되어 제 2외부관체(201)의 내주면과 더블어 워터해머유닛(10)으로 공급되는 제1작동유체공급통로(210)를 형성하는 것으로 제2작동유체공급로(220)를 가지는 제 2내부관체(202)와, 상기 제 2내부관체(202)의 하단부측에 설치되는 것으로, 상기 회전축(48)과 연결되어 이를 회전시키기 위한 구동축(251)을 가지는 머드모터(250)와, 상기 제 2외부관체(201)와 제 2내부관체(202)의 타측단부에 설치되어 상기 제 1작동유체공급로(210)와 제 2작동유체공급로(202)로 압력을 분산시키기 위한 압력분배유닛(250)을 구비한다.
상기 압력분배유닛(260)은 상기 외관부의 단부에 설치되어 로드와의 결합을 위한 소캣(261)과, 상기 제2내부관체(202)의 단부에 결합되며 단부가 상기 소켓(261)의 내주면과 결합되며 상기 제2작동유체공급로(220)와 연통되는 중공부를 가지며, 이 중공부와 상기 제 1작동유체공급로(210)와 연통되는 복수개의 통기공(262)이 형성된 오리피스본체부재(262)와, 상기 오리피스본체부재(262)의 중공부에 삽입되어 통기공(263)과 중공부로의 작동유체의 통과유량을 제어하여 압력을 분산시키는 오리피스공(264)이 형성된 오리피스부재(265)를 구비한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 천공기의 천공에 따른 작용을 도 5 내지 도 6를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 방향성 천공작업을 수행하기 위해서는 상호 연결되는 천공장치(1)의 드라이브 로드(미도시)와 머드모터유닛(200)와 시추각 조정유닛(130)을 결합한다. 이와 같이하면 머드모터유닛(200)에 대해 1 내지 1.5도의 경사를 갖도록 워터해머유닛(10)가 결합된다.
이와 같이 결합이 완료된 상태에서 로드를 통하여 공급되는 고압의 작동유체을 공급한다. 이와 같이 하면, 작동유체는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 압력분배유닛(260)의 통기공(263)과 오리피스부재(265)의 오리피스공(264)을 통하여 분산되어 유입된다. 상기 이때에 압력의 분산은 오리피스공(264)을 통하여 머드모터(250)에 공급되는 유량을 감안하여 상대적으로 머드모터(250) 측으로 공급되는 작동유체의 압력을 낮게 함이 바람직하다.
이와 같이 하면 오리피스공(264)을 통하여 공급되는 작동유체는 머드모터(250)을 구동시키게 되고, 이 머드모터(250)의 구동축(251)은 회전축(48)과 연결되어 있으므로 이 회전축(48)이 회전하게 되고, 나아가서는 비트가 회전하게 된다.
그리고 상기 머드모터(250)을 통과한 작동유체는 상기 제 1작동유체공급로(210)을 통과한 물과 혼합되어 어큐물레이팅유닛(300)을 통과한 후 워터해머유닛(10)의 작동유체 공급부(80)의 제1수압통(81)와 제 2수압통로(82)로 유입된다.
이와 같이 유입된 작동유체는 슬리이브부재(52)에 형성된 제 2연통공(83)과 피스톤하우징(51)에 형성된 제 3연통공(84)을 통하여 각각 제 1공간부(61)와 제3공간부(63)에 공급된다.
따라서 피스톤(40)의 길이 방향으로 제1차단부(71)의 압력을 받는 단면적이 제 2차단부(73)의 압력을 받는 단면적 보다 넓으므로 이 단면적 차이에 의해 밸브부재(70)의 제 1,2차단부(71)(73)에 압력차가 발생된다. 이 압력의 차이로 밸브부재(70)는 상승하게 된다. 이때에 상기 제1차단부(71)는 피스톤(40)의 가압부(44)의 가이드디스크부(44a)를 벗어나지 않게 되므로 상기 제1공간부(61)에 작용하는 압력은 유출되지 않는다.
그리고 상기 제1공간부(61)에 작용하는 압력중 피스톤(40)의 가압부(44)에 작용하는 압력 즉, 가이드디스크부(44a)의 하면에 작용하는 압력에 의해 피스톤(40)이 상승하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기와 같이 피스톤(40)이 소정의 높이로 상승되면, 상기 제1차단부(71)로부터 상기 가압부(44)의 가이드디스크부(44a)의 외주면이 분리되고, 상기 제1공간부(61)에 압력을 제공하는 일부의 제 2공간부(62)내의 물은 상기 가압부(44) 및 가이드디스크부(44a)와 제1차단부(71) 사이에 발생되는 갭과 제2공간부(62)와 피스톤(40)에 형성된 제1연통공(45)을 통하여 작동유체배출부(41)로 배출된다.
그리고 상기 피스톤(40)이 더욱 상승하게 되면, 단차부(43)에 형성된 제1연통공(45)은 직경 D2를 가진 가압부(44)의 단부측이 슬라이드부재(52)와 피스톤하우징(51)에 지지된 밸브부재(70)의 삽입부(72)와 결합됨으로써 차단된다.(도 3 및 4 참조)
따라서 상기 제1,3공간부(61)(63) 내의 압력은 동일하고, 제 3공간부에 노출된 밸브부재(70)의 제2차단부(73)의 단면적에 작용하는 압력과 제1차단부(71)에 작용하는 압력의 차이에 의해 밸브부재(70)가 하강하게 된다. 즉, 제 3공간부(63)에 노출되는 상기 제2차단부(73)의 단면적이 제2공간부(62)에 노출된 제 1차단부(71)의 단면적보다 상대적으로 넓은 단면적을 가지게 되므로 밸브부재(70)는 하강하게 된다.
따라서 상기 제 1,2공간부(61)(62)는 연통된 하나의 밀폐공간이 형성된다. 이 상태에서 상기 피스톤(40)은 차단부(44)의 가이드디스크부(44a)를 경계로 하여 가이드디스크부(44a)를 포함하는 차단부(44)의 단면적이 제 3공간부에 노출된 단차부(43)의 단면적 보다 크게 형성되어 있으므로 가압부(32c)에 작용하는 압력이 상대적으로 커져 피스톤(40)이 하강됨으로써 회전축(48)에 의해 회전하는 비트(21)를 타격하게 된다.
한편, 상술한 바와 같이 작동되는 과정에서 해머장치에 의해 천공되는 홀의 내부와 상기 작동유체배출부(41)의 내부에는 작동유체인 물이 채워지게 되는데, 상기 해머장치에는 작동유체도피부(100)가 형성되어 있으므로 피스톤(40)과 비트(32)의 사이에 위치되는 물에 해 피스톤(40)이 간섭되어 타격력과 상승력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이를 더욱 상세하게 설명하면, 구동유닛(50)의 작동으로 상기 피스톤(40)이 회전하는 비트(32)를 타격하기 위해 하강하게 되면, 피스톤(40)의 단부와 비트(32)의 사이의 작동유체인 물은 상기 작동유체도피공(114)를 통하여 도피공간(101)로 유입되어 피스톤(40)이 하강하는 저항을 줄이게 된다.
상기 도피공간(101)으로 도피된 작동유체인 물에는 기포가 포함되어 있으므로 이 기포는 상승하여 도피공간(101)을 구획하는 구획판(122)에 형성된 기체통과공(121)을 통하여 상승하게 되고, 도피공간(101)의 상부측에 저장되어 압축된다. 그리고 피스톤(40)이 비트(32)을 타격하고 상승하게 되면, 도 4에 도시된바와 같이 상기 도피공간(101)의 상부측에 저장된 압축공기가 도피공간(101)의 하부측에 위치된 작동유체상기 작동유체도피공(114)을 통하여 피스톤(40)과 비트(32)의 사이로 공급하게 유입되고, 이 유입된 물은 피스톤(40)을 상승시키는 압력으로 작용하여 피스톤(40)의 상승이 원활하게 이루어지게 된다.
특히, 상기 도피공간에 공급되는 기포는 지중에 천공하는 천공깊이가 깊어짐에 따라 지속적으로 드라이브 로드들을 연결하여야 하는데, 이 때에 드라이브 로드의 빈공간에 포함된 공기가 물의 유입 시 물과 같이 편승하여 이동 후 분리됨으로써 높아지게 된다. 상기 도피공간에 저장된 공기의 압력을 높이기 위하여 상술한 바와 같이 해머장치의 작동을 위한 작동유체에 공기를 편승시켜 고압으로 펌핑할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치에 의해 시추작업이 이루어지는 동안 시추각도조절유닛(130)에 의해 워터해머유닛가 머드모터유닛(200)에 의해 소정각도( 1 내지 1.5도) 경사지게 설치되어 있으므로 방향성 시추가 가능하다. 즉, 머드모터유닛(200)에 의해 비트가 회전하고, 머드모터유닛(200)에 의해 워터해머유닛(10)이 경사지게 설치되어 있으므로 굴진에 따른 직진방향에 대해 방향성을 가지고 굴진이 이루어지게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 단부에 천공작업을 수행하는 비트유닛이 승강가능하게 설치된 해머본체와, 상기 해머본체에 슬라이딩 가능하게 설치되며 길이 방향으로 작동유체배출부를 가진 피스톤과, 상기 해머본체와 피스톤의 사이에 설치되어 피스톤의 상부를 지지하며 해머본체와 연결된 로드를 통하여 공급되는 물에 의해 상기 피스톤을 승강시키는 구동유닛을 구비하며,
    상기 해머본체에 설치된 피스톤을 관통하여 상기 비트에 승강되는 상태에서 회전력을 전달할 수 있도록 제1결합부에 의해 비트와 결합된 회전축을 구비한 해머유닛과,
    상기 해머본체와 시추방향각도 조정유닛에 의해 결합되는 외부관체와, 상기 외부관체의 내부에 설치되어 외부관체의 내주면과 해머유닛으로 공급되는 제1작동유체공급통로를 형성하는 것으로 제2작동유체공급로를 가지는 내부관체와, 상기 내부관체의 하단부측에 설치되는 것으로, 상기 회전축과 연결되어 이를 회전시키기 위한 구동축을 가지는 머드모터와, 상기 외부관체와 내부관체의 타측단부에 설치되어 상기 제 1작동유체공급로와 제 2작동유체공급로로 압력을 분산시키기 위한 압력분배유닛을 구비한 머드모터유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비트유닛과 구동유닛 사이의 해머본체와 피스톤의 사이에 설치되어 피스톤을 가이드하며, 피스톤에 의한 비트의 타격 시 피스톤과 비트 사이의 물을 도피시키기 위한 도피공간을 형성하고, 도피공간으로 유입된 물로부터 기포를 분리하여 도피공간의 상부측에 저장되도록 하는 작동유체도피부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 작동유체도피부는 해머본체의 내부의 내주면에 양단부가 고정되어 피스톤의 하부와 비트의 상부를 지지하며, 해머본체의 내주면과의 사이에 피스톤과 비트의 타격 시 피스톤과 비트 사이의 작동유체인 물이 도피하는 도피공간을 형성하고, 피스톤과 비트의 사이의 물이 유입 및 유출되는 작동유체도피공이 형성된 서브하우징과,
    상기 작동유체도피부는 상기 피스톤과 비트의 타격부와 인접되는 서브하우징과 해머본체의 사이에 피스톤에 의한 비트의 타격 시 도피된 물로부터 기포를 분리하여 상기 도피공간의 상부에 저장되도록 하는 기수분리부를 구비한 것을 특징으로 하는 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 서브하우징은 상단부가 해머본체의 내주면에 밀착고정되는 고정부와, 상기 고정부로부터 하부로 연장되어 피스톤의 하부를 가이드하며 해머본체의 내주면과의 사이에 도피공간을 형성하는 피스톤가이드부와, 상기 피스톤가이드부로부터연장되어 비트의 타격을 위한 피스톤의 승강 시 피스톤과 비트 사이의 작동유가 도난공간으로 유입 및 유출되도록 하는 작동유체도피공들이 형성된 비트가이드부와, 상기 비트가이드로부터 연장되어 비트의 외주면을 가이드하며 해머본체의 내주면과 비트의 외주면 사이를 차단하는 차단부를 구비하며,
    상기 비트와 피스톤의 단부 주위의 비트가이드부의 내면에는 상기 작동유체도피공 연통되는 작동유 유동공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 기수분리부는 상기 비트가이드부와 인접되는 피스톤가이드부의 외주면과 상기 해머본체의 내주면 사이에 설치되며 다수개의 기체통과공이 형성된 구획부재를 구비한 것을 특징으로 하는 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 비트와 회전축을 연결하는 제1결합부는 비트에 길이 방향으로 중공부가 형성되고, 이 중공부의 내주면과 회전축단부에 내주면에 암수스플라인이 각각 형성되어 상호 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 압력분배유닛은 상기 외관부의 단부에 설치되어 로드와의 결합을 위한 소캣과, 상기 내부관체의 단부에 결합되며 단부가 상기 소켓의 내주면과 결합되고 상기 제2작동유체공급로와 연통되는 중공부를 가지며, 이 중공부와 상기 제 1작동유체공급로와 연통되는 복수개의 통기공이 형성된 오리피스본체부재와, 상기 오리피스본체부재의 중공부에 삽입되어 통기공과 중공부로의 작동유체의 통과유량을 제어하여 압력을 분산시키는 오리피스부재를 구비한 것을 특징으로 하는 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치.
PCT/KR2018/005214 2017-05-04 2018-05-04 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치 WO2018203721A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201880029496.1A CN110621847B (zh) 2017-05-04 2018-05-04 使用水锤单元的定向钻探装置
US16/610,083 US10988986B2 (en) 2017-05-04 2018-05-04 Directional drilling apparatus using water hammer unit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0056944 2017-05-04
KR20170056944 2017-05-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018203721A1 true WO2018203721A1 (ko) 2018-11-08

Family

ID=64016216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/005214 WO2018203721A1 (ko) 2017-05-04 2018-05-04 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10988986B2 (ko)
KR (1) KR102147499B1 (ko)
CN (1) CN110621847B (ko)
WO (1) WO2018203721A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113944424B (zh) * 2020-07-15 2023-06-09 中泵(无锡)流体装备有限公司 一种水力潜孔锤
EP4399388A1 (en) * 2021-09-08 2024-07-17 Senera Oy Fluid drilling system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080094510A (ko) * 2007-04-20 2008-10-23 인석신 워터 햄머 장치
KR20080005915U (ko) * 2007-05-30 2008-12-04 유영생 지하천공기용 다운해머
US20100018774A1 (en) * 2006-12-04 2010-01-28 Kazunori Furuki Excavator apparatus for underground excavation
KR20130032179A (ko) * 2011-09-22 2013-04-01 창신인터내셔날 주식회사 물로 구동되는 해머
KR101661426B1 (ko) * 2015-05-29 2016-09-29 창신인터내셔날 주식회사 워터해머가 결합된 조합해머

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2620162A (en) * 1946-11-16 1952-12-02 Pennington Harry Hammer type rotary rock-drilling bit
JP2566497B2 (ja) 1991-07-19 1996-12-25 株式会社イセキ開発工機 掘削機の方向制御方法および装置
KR100562954B1 (ko) * 2004-03-24 2006-03-22 인석신 천공기의 워터 햄머
WO2005090737A1 (en) * 2004-03-24 2005-09-29 Suk Shin In Water hammer
KR101521637B1 (ko) * 2012-11-01 2015-05-28 인석신 워터햄머를 이용한 천공장치
US10544625B2 (en) * 2015-01-08 2020-01-28 Strada Design Limited Multi fluid drilling system
KR101882380B1 (ko) * 2016-03-24 2018-08-24 인석신 워터해머 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100018774A1 (en) * 2006-12-04 2010-01-28 Kazunori Furuki Excavator apparatus for underground excavation
KR20080094510A (ko) * 2007-04-20 2008-10-23 인석신 워터 햄머 장치
KR20080005915U (ko) * 2007-05-30 2008-12-04 유영생 지하천공기용 다운해머
KR20130032179A (ko) * 2011-09-22 2013-04-01 창신인터내셔날 주식회사 물로 구동되는 해머
KR101661426B1 (ko) * 2015-05-29 2016-09-29 창신인터내셔날 주식회사 워터해머가 결합된 조합해머

Also Published As

Publication number Publication date
US10988986B2 (en) 2021-04-27
KR20180122957A (ko) 2018-11-14
US20200080378A1 (en) 2020-03-12
KR102147499B1 (ko) 2020-08-28
CN110621847B (zh) 2021-06-11
CN110621847A (zh) 2019-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101335411B1 (ko) 굴착공 확장용 충격 해머
US4312412A (en) Fluid operated rock drill hammer
WO2011078421A1 (ko) 천공장치용 에어햄머
US4694911A (en) Drilling assembly for percussion drilling of deep wells
CA1128926A (en) Fluid operated rock drill hammer
US3088532A (en) Bit loading device
US9523240B2 (en) Method for producing a horizontal bore in the ground and horizontal drilling device
US9322216B2 (en) Annulus ring hole drill
WO2010137798A2 (en) Method and apparatus for drilling large-diameter hole in ground
EP1040231B1 (en) Soil consolidation apparatus, tool and method
AU2006251059A1 (en) Apparatus and method for driving casing or conductor pipe
WO2018203721A1 (ko) 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치
CN1242872C (zh) 滑动伸缩的封闭式冲击钻头
KR200294253Y1 (ko) 굴착용 해머비트 타격장치
WO2017164713A1 (ko) 워터해머 장치
CN110821433A (zh) 油水井井下套管径向开窗钻孔装置
KR102080788B1 (ko) 워터해머유닛을 이용한 방향성 시추장치와 이를 이용한 지향성 압입공법
WO2014104608A1 (ko) 유압회전식 타격장치의 충격완충장치
US3444937A (en) Boring apparatus with valveless impactor
US1897121A (en) Drilling machine
CN217681553U (zh) 全回转护筒跟进驱动钻杆装置
SU617584A1 (ru) Устройство дл бодычи полезных ископаемых через скважины
KR20010021997A (ko) 비트 고정 언더리머 아암을 구비한 역 순환 드릴링 시스템
CA3160587A1 (en) Device for sinking a vertical borehole
SU791928A1 (ru) Устройство дл нанесени метки на забое в наклонных скважинах

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18795089

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18795089

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1