DE1240485B

DE1240485B - Drill rods for airlift drilling with valve device

Info

Publication number: DE1240485B
Application number: DEG47216A
Authority: DE
Inventors: Herbert Sumpf
Original assignee: AUGUST GOETTKER ERBEN FLACHBOH
Current assignee: AUGUST GOETTKER ERBEN FLACHBOH
Priority date: 1966-06-21
Filing date: 1966-06-21
Publication date: 1967-05-11

Description

Bohrgestänge für Lufthebebohrverfahren mit Ventilvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgestänge für Lufthebebohrverfahren mit Ventilvorrichtung, bestehend aus mindestens einem Rohr, das für die Luftführung einen zusätzlichen, über die ganze Länge reichenden Kanal aufweist, der von dem Spü- lungskanal getrennt ist, wobei zwischen den Rohrenden eine anfänglich geschlossene Verbindungsstelle vorgesehen ist, die vom Luft- zum Spülungskanal führt und durch eine druckabhängig arbeitende, am Rohr angeordnete Vorrichtung zu öffnen ist.The invention relates to a drill rod for airlift drilling with a valve device, consisting of at least one tube which has an additional duct extending over the entire length for the air flow, which is separated from the flushing duct, with between the Pipe ends an initially closed connection point is provided, which leads from the air to the flushing channel and is to be opened by a pressure-dependent device arranged on the pipe.

Derartige Bohrgestänge sind in den letzten Jahren entwickelt worden, um im sogenannten Lufthebebohrverfahren zu arbeiten, bei dem die Spülung im Bohrloch außen am Gestänge abwärts füllt und innerhalb des Gestänges wieder hochgedrückt wird. Bei solchen beispielsweise für Wasserbohrungen einzusetzenden Gestänge wird die Luft vorzugsweise in einer ganz bestimmten Teufe in das Rohr eingeführt. Die hierfür erforderliche Teufe ergibt sich daraus, daß bei den Bohrverfahren Kompressoren eingesetzt werden, die aus wirtschaftlichen Gründen mit 5 bis 7 atü arbeiten. Die Luft muß daher in 50 bis 70 m Teufe in das Gestänge eingeführt werden. Zu diesem Zweck weisen die bekannten Rohre Einrichtungen auf, die mit Differenzialkolben arbeiten, welche bei einer bestimmten Teufe auf Grund des Druckes der Spülungssäule ansprechen und die Verbindung zwischen dem Luftkanal und dem Spülungskanal herstellen. Nach ausreichendem Teufengewinn muß das Gestänge mit der Differenzialkolbenvorrichtung gezogen werden. Die Vorrichtung wird auf einen höher liegenden Gestängeabschnitt umgesetzt, während die vorhergehende Anordnungsstelle der Vorrichtung, die mittlerweile eine größere Teufe erreicht hat, wieder geschlossen wird. Die bekannte Vorrichtung ist daher verhältnismäßig teuer, umständlich zu handhaben und sehr empfindlich.Such drill rods have been developed in recent years to work in the so-called airlift drilling process, in which the fluid in the borehole fills downwards on the outside of the rod and is pushed up again inside the rod. In the case of such rods to be used, for example, for water boreholes, the air is preferably introduced into the pipe at a very specific depth. The depth required for this results from the fact that the drilling process uses compressors which, for economic reasons, operate at 5 to 7 atmospheres. The air must therefore be introduced into the boom at a depth of 50 to 70 m. For this purpose, the known pipes have devices which work with differential pistons which respond at a certain depth due to the pressure of the flushing column and establish the connection between the air duct and the flushing duct. After sufficient depth gain, the linkage with the differential piston device must be pulled. The device is moved to a higher-lying rod section, while the previous location of the device, which has meanwhile reached a greater depth, is closed again. The known device is therefore relatively expensive, awkward to use and very sensitive.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Gestänge der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem die Verbindungsstelle zwischen Luft- und Spülungskanal auf einfache und billige Weise geöffnet werden kann. Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Verbindungsstelle mit einem gegen Druck begrenzt widerstandsfähigen und vom Bohrlochdruck beaufschlagten Material verschlossen ist. Vorzugsweise ist dieses Material unter einem Fenster angeordnet, das mit einer Membran verschlossen ist.The invention is based on the task of providing a linkage of the initially to create mentioned type, in which the junction between air and Irrigation channel can be opened in a simple and cheap way. To solve the The object is provided according to the invention that the connection point with a counter Pressure-limited material that is resistant and pressurized by the borehole is locked. This material is preferably arranged under a window, which is closed with a membrane.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung auf ein Gestänge mit einem außen am Rohr liegenden Luftkanal und einer in der Rohrwand ausgebildeten Verbindungsstelle angewendet, wobei diese Ausführungsforni sich dadurch auszeichnet, daß die Verbindungsstelle eine öffnung ist, vor der im Luftkanal ein Kunststoffstopfen liegt, der mittels einer darüberliegenden Membran beaufschlagbar ist, die zum Bohrloch hin frei liegt. In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Kunststoffstopfen einen Zündsatz enthält, auf den ein an der Membran befestigter Schlagbolzen gerichtet ist. Die Membran liegt zum Bohrloch hin frei und wird mit zunehmender Teufe durch den Druck der im Bohrloch stehenden Flüssigkeitssäule immer stärker eingedrückt, bis schließlich der innen an der Membran befestigte Schlagbolzen gegen den Zündsatz im Kunststoffstopfen stößt. Die Abmessungen der Teile können so gewählt werden, daß der Schlagbolzen beispielsweise bei 50 in Teufe auf den Zündsatz trifft und dessen Detonation auslöst. Der Stopfen wird dadurch zerstört und die Verbindungsstelle zwischen Luft- und Spülungskanal freigelegt. Die vom Kompressor aus in den Luftkanal eingeleitete Luft tritt daher an dieser Stelle in den Spülungskanal über und reißt das Bohrgut im Spülungskanal aufwärts.In a preferred embodiment, the invention is applied to a linkage with an air duct located on the outside of the pipe and a connection point formed in the pipe wall, this embodiment being characterized in that the connection point is an opening, in front of which there is a plastic plug in the air duct, which by means of an overlying membrane can be acted upon, which is exposed to the borehole. In a further embodiment it is provided that the plastic stopper contains an ignition charge at which a firing pin attached to the membrane is aimed. The membrane is exposed towards the borehole and, with increasing depth, is pressed in more and more by the pressure of the column of liquid in the borehole, until the firing pin attached to the inside of the membrane hits the primer in the plastic plug. The dimensions of the parts can be chosen so that the firing pin hits the primer at depth 50, for example, and triggers its detonation. This destroys the stopper and exposes the connection point between the air and irrigation channels. The air introduced into the air duct by the compressor therefore passes into the mud duct at this point and tears the cuttings upwards in the mud duct.

Das Gestänge besteht vorzugsweise aus mehreren einzelnen Rohrabschnitten, die jeweils so aneinander befestigt sind, daß die Spülungs- und Luftkanalabschnitte aneinander anschließen. Erlindungsgemäß weist dann jeder Rohrabschnitt eine anfangs geschlossene Verbindungsstelle auf, die erst geöffnet wird, wenn die Verbindungsstelle, mit dem Rohr die entsprechende Teufe erreicht. Die vorhergehende Verbindungsstelle befindet sich dann in einer wesentlich größeren Teufe, in der der vom Kompressor gelieferte überdruck nicht mehr ausreicht, um die Luft entgegen dem Spülungsdruck aus dem Luftkanal austreten zu lassen. Bei dem erfindungsgemäßen Gestänge ist es demnach nicht mehr erforderlich, nach entsprechendem Teufengewinn das Gestänge zu ziehen und die neuen Rohrabschnitte unterhalb des die Verbindungsvorrichtung tragenden Rohrabschnittes anzusetzen. Statt dessen wird wie im gewöhnlichen Bohrverfahren der zur Verlängerung des Gestänges benötigte Rohrabschnitt jeweils oben angesetzt. Es zeigt F i g. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen, aus mehreren Einzelabschnitten zusammengesetzten Gestänges, F i g. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung der durch Druck zu betätigenden Einrichtung zur Öff- nung der Verbindungstelle zwischen Luft- und Spülungskanal, F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 12-12 der F i g. 2.The linkage preferably consists of several individual pipe sections which are each fastened to one another in such a way that the flushing and air duct sections connect to one another. According to the invention, each pipe section then has an initially closed connection point which is only opened when the connection point with the pipe reaches the corresponding depth. The previous connection point is then at a much greater depth, in which the excess pressure supplied by the compressor is no longer sufficient to allow the air to escape from the air duct against the flushing pressure. With the linkage according to the invention, it is therefore no longer necessary to pull the linkage after a corresponding gain in depth and place the new pipe sections below the pipe section carrying the connecting device. Instead, as in the usual drilling process, the pipe section required to extend the rod is placed at the top. It shows F i g. 1 shows a part of a rod assembly according to the invention, composed of several individual sections, FIG . 2 an enlarged individual illustration of the device to be actuated by pressure for opening the connection point between the air and flushing channel, FIG. 3 shows a section along line 12-12 of FIG . 2.

Nach F i g. 1 ist das Gestänge aus gleichausgeführten Rohrabschnitten 10, 10 a, 10 b zusammengesetzt. Der Rohrabschnitt 10 weist an seinem Außenmantel ein der Luftführung dienendes Rohr 12 auf, das an der Außenseite des Rohres 10 vom einen Ende zum anderen verläuft. Etwa in der Mitte des Rohrabschnittes 10 ist das Luftführungsrohr 12 durch eine Vorrichtung 14 unterbrochen, die in den F i g. 2 und 3 näher dargestellt ist. Die Vorrichtung 14 besteht aus einem kastenförmigen Gehäuse, in das von oben und unten das Luftführungsrohr 12 bzw. 12' einmündet. Der Boden des Gehäuses wird von der Wandung des Rohres 10 gebildet, die im Bereich des Gehäuses eine Öffnung 16 aufweist, welche vom Rohrinneren zum Innenraum des Gehäuses 14 führt. Außer der abgedichteten Einmündung der Abschnitte 12, 12# des Luftführungsrohres weist das Gehäuse 14 noch eine Gewindebohrung 22 auf, in die ein Gewindeeinsatz 20 eingeschraubt ist.According to FIG. 1 , the linkage is composed of identical pipe sections 10, 10 a, 10 b . The pipe section 10 has on its outer jacket a pipe 12 which serves to guide the air and which runs on the outside of the pipe 10 from one end to the other. Approximately in the middle of the pipe section 10 , the air duct 12 is interrupted by a device 14 which is shown in FIGS. 2 and 3 is shown in more detail. The device 14 consists of a box-shaped housing into which the air duct 12 and 12 'opens from above and below. The bottom of the housing is formed by the wall of the tube 10 , which has an opening 16 in the area of the housing, which leads from the inside of the tube to the interior of the housing 14. In addition to the sealed junction of the sections 12, 12 # of the air guide tube, the housing 14 also has a threaded bore 22 into which a threaded insert 20 is screwed.

Der Gewindeeinsatz 20 ist zweckmäßig eine kurze Muffe mit einem radialen Flansch an einem Ende, der Schlüsselansatzflächen aufweist. Die Öffnung des Gewindeeinsatzes ist am radialen Flansch durch eine Membran 18 verschlossen, die auf dem Flansch befestigt ist und die öffnung des Gewindeeinsatzes dicht abschließt. Die Membran 18 trägt im Inneren des Gehäuses einen Schlagbolzen 24, der in die Öff- nung eines Kunststoffstopfens 26 eingreift. Am Boden der Öffnung des Kunststoffeinsatzes 26 ist ein Zündsatz 28 befestigt, vorzugsweise dadurch, daß der Zündsatz 28 überwiegend bei Herstellung des Stopfens 26 in die Kunststoffmasse eingebettet wird.The threaded insert 20 is expediently a short sleeve with a radial flange at one end which has key attachment surfaces. The opening of the threaded insert is closed on the radial flange by a membrane 18 which is attached to the flange and tightly seals the opening of the threaded insert. In the interior of the housing, the membrane 18 carries a firing pin 24 which engages in the opening of a plastic stopper 26 . An ignition charge 28 is attached to the bottom of the opening of the plastic insert 26 , preferably in that the ignition charge 28 is predominantly embedded in the plastic compound when the stopper 26 is manufactured.

Zur Halterung des Kunststoffstopfens 26 vor der Verbindungsstelle 16 kann an der Außenseite des Rohres 10 eine Halterung vorgesehen sein. Vorzugsweise wird der Kunststoffstopfen mit Ansätzen ausgeführt, die in den Gewindeeinsatz hineinreichen und gleichzeitig eine Führung für den Schlagbolzen 24 darstellen. Um den anfänglich erforderlichen Ab- stand zwischen Schlagbolzen 24 und Zündsatz 28 einzuhalten, ist im Gewindeeinsatz 20 noch ein Haltering für die Ansätze 30 des Kunststoffstopfens vorgesehen.To hold the plastic stopper 26 in front of the connection point 16 , a holder can be provided on the outside of the tube 10. The plastic stopper is preferably designed with projections which extend into the threaded insert and at the same time represent a guide for the firing pin 24. In order to initially required covers stood between firing pin 24 and comply squib 28, the threaded insert 20 is still a retaining ring is provided of the plastic stopper for runs 30th

Die Teufe, bei welcher der Kunststoffstopfen 26 durch Zünden des Zündsatzes zu beseitigen ist, kann durch Gewindeeinsätze mit entsprechend langen Schlagbolzen gewählt werden, wobei der anfängliche Abstand zwischen Schlagbolzen 24 und Zündsatz 28 um so größer ist, je größer die Zündteufe sein soll.The depth at which the plastic plug 26 is to be removed by igniting the firing charge can be selected by means of threaded inserts with correspondingly long firing pins, the initial distance between firing pin 24 and firing charge 28 being greater, the greater the firing depth should be.

Wie F i g. 1 zeigt, ist jeder Rohrabschnitt 10, 10 a, 10b mit einem Luftführungsrohr 12 bzw. 12a bzw. 12 b und einem entsprechenden Gehäuse 14 bzw. 14 a bzw. 14b mit einer nicht dargestellten Verbindungsstelle versehen. In der entsprechenden Teufe wird durch den Spülungsdruck die Membran 18 und damit der Schlagbolzen 24 nach innen gedrückt, wodurch der Zündsatz 28 gezündet und der Kunststoffstopfen 26 zerstört wird. Damit ist die Öffnung 16 frei und die Druckluft aus dem Luftrohr 12 tritt über die Verbindungsstelle 16 in das Innere des Rohres 10 ein.Like F i g. 1, each pipe section 10, 10 a, 10b having an air guide tube 12 or 12a or 12 b and a corresponding housing 14 or 14 a or 14b is provided with a not shown joint. In the corresponding depth, the membrane 18 and thus the firing pin 24 are pressed inward by the flushing pressure, whereby the primer 28 is ignited and the plastic plug 26 is destroyed. The opening 16 is thus free and the compressed air from the air tube 12 enters the interior of the tube 10 via the connection point 16 .

Mit weiter zunehmender Teufe gerät der Abschnitt der offenen Verbindungsstelle 16 schließlich in einen Bereich, in welchem der Spülungsdruck größer als der überdruck der Luft in dem Luftführungsrohr 12 ist. Infolgedessen kann keine Luft in der dann erreichten Teufe mehr aus der Verbindungsstelle austreten. Inzwischen ist jedoch in dem darüberliegenden Rohrabschnitt die Vorrichtung 14 bis zur Druckgrenze vorgerückt, in welcher der Druck ausreicht, um den Schlagbolzen bis zur Zündung des Zündsatzes 28 nach innen zu drücken. Infolgedessen wird in dem nächsthöheren Rohrabschnitt die Verbindungsstelle 16 geöffnet, während die Druckverhältnisse in dem nächsttieferen Rohr nicht mehr den übertritt von Luft aus dem Luftführungsrohr 12 in das Innere des Rohres 10 zulassen. Nach Beendigung der Bohrung und Ziehen des Gestänges können die einzelnen Vorrichtungen 14 durch Auswechseln der Gewindeeinsätze und Einsetzen neuer Kunststoffstopfen wieder für die nächste Bohrung bereitgemacht werden.As the depth increases, the section of the open connection point 16 finally comes into an area in which the flushing pressure is greater than the excess pressure of the air in the air duct 12. As a result, no more air can escape from the connection point at the depth then reached. In the meantime, however, the device 14 in the overlying pipe section has advanced to the pressure limit at which the pressure is sufficient to push the firing pin inward until the ignition charge 28 is ignited. As a result, the connection point 16 is opened in the next higher pipe section, while the pressure conditions in the next lower pipe no longer allow the passage of air from the air duct 12 into the interior of the pipe 10. After completion of the drilling and pulling the rods, the individual devices 14 can be made ready for the next drilling by replacing the threaded inserts and inserting new plastic plugs.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung ist es demnach nicht mehr erforderlich, das mit der öffnungsvorrichtung versehene Rohr stets im gleichen Teufenbereich zu verwenden. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Zeitersparnis beim Nachsetzen von weiteren Rohrabschnitten.Due to the arrangement according to the invention, it is no longer required, the pipe provided with the opening device always in the same depth range to use. This results in a significant time saving when repositioning of further pipe sections.

Claims

Patentansprüche: 1. Bohrgestänge für Lufthebebohrverfahren mit Ventilvorrichtung, bestehend aus mindestens einem Rohr, das für die Luftführung einen zusätzlichen, über die ganze Länge reichenden Kanal aufweist, der von dem Spülungskanal getrennt ist, wobei zwischen den Rohrenden eine anfänglich geschlossene Verbindungsstelle vorgesehen ist, die vom Luft- zum Spülungskanal führt und durch eine druckabhängig arbeitende, am Rohr angeordnete Vorrichtung geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle (16) mit einem gegen Druck begrenzt widerstandsfähigen und vom Druck im Bohrloch beaufschlagbaren Material (26) verschlossen ist. Claims: 1. Drill rods for airlift drilling method with valve device, consisting of at least one pipe which has an additional duct extending over the entire length for the air guidance, which duct is separated from the mud duct, an initially closed connection point being provided between the pipe ends, which leads from the air to the mud duct and is opened by a pressure-dependent device arranged on the pipe, characterized in that the connection point (16) is closed with a material (26) which is limitedly resistant to pressure and can be acted upon by the pressure in the borehole.

2. Bohrgestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (26) unter einem Fenster liegt, das mit einer Membran (18) verschlossen ist. 3. Bohrgestänge nach Anspruch 1 und 2 mit einem außen am Rohr liegenden Luftkanal und einer in der Rohrwand ausgebildeten Verbindungsstelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungstelle (16) eine öffnung ist, vor der im Luftkanal (12) ein Kunststoffstopfen (26) liegt, der mittels einer darüberliegenden Meinbran (18) beaufschlagbar ist, die zum Bohrloch hin frei liegt. 4. Bohrgestänge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffstopfen (26) einen Zündsatz (28) enthält, auf den ein an der Membran (18) befestigter Schlagbolzen (24) gerichtet ist. 5. Bohrgestänge nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß über der Verbindungsstelle (16) an der Außenseite des Rohres (10) ein zum Rohrhin offenes Gehäuse (14) abgedichtet befestigt ist, welches den Stopfen (26) enthält und in das der Luftkanal (12) von beiden Rohrenden her abgedichtet einmündet. 6. Bohrgestänge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Gehäuses (14) in einer mit Gewinde (22) verseheneu Öffnung ein Gewindeeinsatz (20) eingeschraubt ist, der eine nach außen führende, durch die druckempfindliche Membran (18) verschlossene öffnung aufweist. 7. Bohrgestänge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeeinsatz (20) den Kunststoffstopfen (26) hält. 8. Bohrgestänge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffstopfen einen ringfönnigen Ansatz (30) aufweist, der in den Gewindeeinsatz (20) eingreift und als Führung für den Schlagbolzen (24) dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1190 415.2. Drill rod according to claim 1, characterized in that the material (26) lies under a window which is closed with a membrane (18). 3. Drill rod according to claim 1 and 2 with an air duct lying on the outside of the pipe and a connection point formed in the pipe wall, characterized in that the connection point (16) is an opening in front of which a plastic plug (26) is located in the air duct (12), which can be acted upon by means of an overlying Meinbran (18) which is exposed to the borehole. 4. Drill rod according to claim 3, characterized in that the plastic stopper (26) contains an ignition charge (28) to which a firing pin (24) fastened to the membrane (18) is directed. 5. Drill rod according to claim 3 and 4, characterized in that above the connection point (16) on the outside of the pipe (10) a casing open to the pipe (14) is sealed, which contains the plug (26) and in which the Air duct (12) opens in a sealed manner from both pipe ends. 6. Drill rod according to claim 5, characterized in that on the outside of the housing (14) in a threaded (22) opening a threaded insert (20) is screwed, which is closed by the pressure-sensitive membrane (18) leading to the outside Has opening. 7. Drill rod according to claim 6, characterized in that the threaded insert (20) holds the plastic plug (26). 8. Drill rod according to claim 7, characterized in that the plastic plug has an annular extension (30) which engages in the threaded insert (20) and serves as a guide for the firing pin (24). Documents considered: German Auslegeschrift No. 1190 415.