DE19731517C1 - Device for controlling a drill pipe - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for controlling a A drill pipe according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 41 04 992 C2 be kannt. Bei dieser Vorrichtung ist eine exzentrische Führung im vorderen Bereich, d. h. im ersten Rohr des Außengestänges vorgesehen. Das Bohrgestänge kann durch Drehen dieser exzen trischen Führung jeweils in eine Lage gebracht werden, die notwendig bzw. gewünscht ist für die Richtungskorrekturen beim Abweichen des Bohrkopfes von der vorgesehenen Richtung. Dazu wird das Außengestänge entsprechend um den notwendigen Betrag gedreht, wodurch sich gleichzeitig auch die exzen trische Führung dreht, die damit das Bohrgestänge in die neue vorgesehene Lage bringt. Auf diese Weise kann der ge wünschte Bohrlochverlauf hergestellt und der bisherige Bohr lochverlauf korrigiert werden.Such a device is from DE 41 04 992 C2 knows. In this device there is an eccentric guide in the front area, d. H. in the first tube of the outer rod intended. The drill pipe can be turned by turning it trical leadership in a position that is necessary or desired for the directional corrections when the drill head deviates from the intended direction. For this purpose, the outer linkage is adjusted accordingly Amount rotated, whereby the exzen trical guide that rotates the drill pipe into the new proposed location brings. In this way, the ge desired drill hole course made and the previous drill hole progression to be corrected.
Bei dieser Vorrichtung muß auch bei gerader Bohrlochführung eine Steuerung erfolgen. This device must also be used when the drill hole is straight a control take place.
In der DE 29 11 419 C2 wird eine Vorrichtung zum richtungs gesteuerten Herstellen von Bohrlöchern in Lockergestein durch Materialverdrängung offenbart, bei dem die Spitze des Bohrkopfes exzentrisch versetzbar angeordnet ist. Bei dieser Vorrichtung wird das Bohrloch durch Materialverdrängung hergestellt. Eine Rotation des Bohrkopfes und somit ein drehendes Bohren ist nicht möglich.In DE 29 11 419 C2 a device for direction controlled production of boreholes in loose rock by displacement, in which the tip of the Drill head is arranged eccentrically displaceable. At this The borehole becomes device by material displacement manufactured. A rotation of the drill head and thus a rotating drilling is not possible.
Aus der WO 96 05 402 AI ist eine Vorrichtung zum richtungs gesteuerten Herstellen von Bohrlöchern bekannt, bei der mittels einer Gleitmuffe mit Steuerungskeilen der Bohrkopf bis zu einem vorbestimmten Winkel verstellt werden kann. Durch das Einstellen eines Winkels wird das Bohrgestänge einer Biegebeanspruchung unterworfen, die zu Materialver schleiß führt.From WO 96 05 402 AI is a device for direction controlled production of wells known in the the drill head by means of a sliding sleeve with control wedges can be adjusted to a predetermined angle. By setting an angle, the drill string becomes subjected to a bending stress that leads to material ver wear leads.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges zu schaffen, die bei gera der Bohrlochführung einen Steuervorgang nicht erfordert sondern nur dann eine Korrektur erforderlich macht, wenn eine Abweichung vom Sollkurs festgestellt wird.The invention has for its object a device to control a drill pipe, which at gera the drilling guide does not require a control process but only requires a correction if a deviation from the target rate is determined.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
Weiterbildungen der Erfindung erfolgen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.Further developments of the invention take place according to the features of subclaims.
Erfindungsgemäß wird zur Steuerung des Bohrgestänges eine veränderbare Exzentrizität geschaffen. Die Exzentrizität ist veränderbar durch eine Axialverschiebung des Außengestänges. Über die Führungsnut, in die der Führungsstift greift, wird die Axialverschiebung in eine Drehbewegung umgesetzt. Da sowohl das Bohrgestänge in dem Steuergehäuse exzentrisch geführt wird als auch das Steuergehäuse in dem Außengestänge exzentrisch gelagert ist, verändert sich die Führung des Bohrgestänges durch eine Überlagerung der beiden Exzentrizi täten.According to the invention for controlling the drill pipe changeable eccentricity created. The eccentricity is changeable by an axial displacement of the outer linkage. About the guide groove in which the guide pin engages the axial displacement is converted into a rotary movement. There both the drill pipe in the control box eccentric is guided as well as the control housing in the outer linkage is eccentrically mounted, the leadership of the changes Drill pipe through an overlay of the two eccentrici would do.
Bei einem geradlinigen Bohrlochverlauf ist das Steuergehäuse derart in dem Außengestänge angeordnet, daß sich die exzen trische Lagerung des Steuergehäuses in dem Außengestänge und die exzentrische Führung des Bohrgestänges durch das Steuer gehäuse derart überlagern, daß das Bohrgestänge zentrisch zu dem Außengestänge angeordnet ist. Die beiden Exzentrizitäten heben sich somit auf. Bei einem geraden Bohrlochverlauf muß ein Steuervorgang nicht erfolgen. Erst wenn eine Abweichung von dem geraden Bohrlochverlauf festgestellt wird, muß eine Korrektur erfolgen.The control housing is for a straight borehole so arranged in the outer linkage that the exzen tric storage of the control housing in the outer linkage and the eccentric guidance of the drill pipe by the steering wheel Overlay the housing in such a way that the drill pipe is centered the outer linkage is arranged. The two eccentricities thus cancel each other out. In the case of a straight drill hole course a tax transaction does not take place. Only if there is a deviation is determined from the straight course of the borehole, one Correction done.
Diese Vorrichtung zur Steuerung des Bohrgestänges eignet sich für alle Bodenklassen. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für Bohrungen, bei denen ein geradliniger Bohr lochverlauf gewünscht ist, so z. B. Hausanschlußbohrungen. Dabei wird das Bohrgerät entweder in einer Startgrube oder direkt in dem Keller aufgestellt und ausgerichtet.This device is suitable for controlling the drill pipe for all soil classes. The device is suitable especially for bores where a straight bore hole course is desired, so z. B. house connection holes. The drill is either in a starting pit or set up and aligned directly in the basement.
Die Bohrung wird zunächst in der Stellung begonnen, in der das Bohrgestänge zu dem Außengestänge zentrisch angeordnet ist. Erst bei Abweichung von dem geradlinigen Bohrlochver lauf erfolgt eine Korrektur durch die Axialverschiebung des Außengestänges.The drilling is first started in the position in which the drill pipe is arranged centrally to the outer pipe is. Only when there is a deviation from the straightforward borehole ver correction is made by the axial displacement of the Outer linkage.
Zur Unterstützung der Steuerung in weichem Gestein bzw. Boden kann eine Kufe an dem Außengestänge angeordnet werden.To support the control in soft rock or A skid can be arranged on the floor at the outer linkage.
In dem Steuergehäuse sind Ausnehmungen für den Spülungsab transport vorhanden. Damit diese Ausnehmungen nicht durch gröbere Partikel zugesetzt werden, ist in einer Weiterbil dung der Erfindung hinter der Bohrkrone ein oder mehrere Flügel vorgesehen. Diesen Flügeln sind an der Innenbohrung des Außengestänges Stege zugeordnet, die eine Zerkleinerung der größeren Bohrpartikel gewährleisten. Ein Verstopfen der Ausnehmungen ist nicht mehr möglich. Ein Spülungsabtransport ist zu jeder Zeit gewährleistet.In the control housing there are recesses for flushing transport available. So that these recesses do not go through coarser particles are added, is in a further picture extension of the invention behind the drill bit one or more Wing provided. These wings are on the inside bore assigned to the outer linkage webs, which is a shredding ensure the larger drilling particles. A clogging of the Exceptions are no longer possible. A flushing removal is guaranteed at all times.
Da bei der Vorrichtung zur Steuerung des Bohrgestänges in dem vorderen Bereich, d. h. in dem ersten Rohr des Außen gestänges ein weiteres Rohr, d. h. das Steuergehäuse ange ordnet ist, können Bohrungen mit der erfindungsgemäßen Vor richtung vorteilhaft mit den Setzen von Leerrohren kombi niert werden. Dabei werden die Rohre des Außengestänges hinter dem 1. Rohr des Außengestänges durch Leerrohre, die üblicherweise in Kunststoff ausgeführt sind, ersetzt. Nach dem die Bohrung die Zielgrube erreicht hat, wird die Bohr krone, das Steuergehäuse und das erste Rohr des Außengestän ges entfernt und das Bohrgestänge herausgezogen, während die Leerrohre im Bohrloch verbleiben. Since in the device for controlling the drill string in the front area, d. H. in the first tube of the outside rod another pipe, d. H. the control housing is arranged, holes with the invention direction advantageous with the setting of empty pipes combi be kidneyed. The tubes of the outer linkage behind the 1st pipe of the outer linkage through empty pipes that are usually made of plastic, replaced. After the hole that has reached the target pit becomes the hole crown, the control housing and the first tube of the outer frame ges removed and the drill pipe pulled out while the Empty pipes remain in the borehole.
Bei dieser Art der Bohrung ist nur ein Arbeitsgang erforder lich. Außerdem wird das Bohrloch durch das Leerrohr, das gleichzeitig als Schutzrohr dient, stabilisiert. Das Durch bohren von Sandschichten ist somit ohne weiteren Aufwand möglich.This type of drilling only requires one operation Lich. In addition, the borehole through the conduit, the also serves as a protective tube, stabilized. The through Drilling layers of sand is therefore easy possible.
Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Aus führungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäß zu ver wendenden Bauteile unterliegen hinsichtlich ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien un eingeschränkt Anwendung finden können.The aforementioned, as well as the claimed and in the Aus described leadership examples to ver according to the invention Turning components are subject to their size, Shape design, material selection and technical conception no special exceptions, so that in the selection criteria known in each area of application can find limited use.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - be vorzugte Ausführungsformen für die Vorrichtung zur Steue rung eines Bohrgestänges dargestellt sind. In der Zeichnung zeigenFurther details and advantages of the item the invention result from the following description Exercise of the associated drawing, in the - exemplary - be preferred embodiments for the device for control tion of a drill pipe are shown. In the drawing demonstrate
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vor richtung, Fig. 1 a longitudinal section through the device according to the invention before,
Fig. 2 eine Teilansicht des Steuergehäuses, Fig. 2 is a partial view of the control housing,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vor richtung und in Fig. 3 shows a cross section through the device according to the invention and in
Fig. 4 eine Bohrlafette mit der erfindungsgemäßen Vor richtung. Fig. 4 is a drill carriage with the device according to the invention.
In der Fig. 1 ist der vordere Teil eines Bohrgestänges 1 mit einem Innenkanal 2 für die Spülwasserzuführung sowie einer Bohrkrone 7 und einem Außengestänge 3 in zwei unterschiedli chen Positionen dargestellt. In dem oberen Längsschnitt ist die Bohrkrone 7 mit ihrem Außendurchmesser 8 zentrisch zu dem Außengestänge angeordnet. Der untere Längsschnitt zeigt eine Position bei der die Bohrkrone 7 mit ihrem Außendurch messer 8 exentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet ist.In Fig. 1, the front part of a drill pipe 1 with an inner channel 2 for the flushing water supply and a drill bit 7 and an outer rod 3 is shown in two different positions. In the upper longitudinal section, the drill bit 7 is arranged with its outer diameter 8 centrally to the outer rod. The lower longitudinal section shows a position in which the drill bit 7 with its outer diameter 8 is arranged eccentrically to the outer rod 3 .
In dem Außengestänge 3 ist ein Steuergehäuse 4 mit einer Führungsnut 5 angeordnet. Das Steuergehäuse 4 wird durch ein Distanzrohr 9 mit einem Paßring 10 in dem Außengestänge 3 gehalten. Sowohl das Außengestänge 3 als auch das Steuerge häuse 4 weist eine exzentrische Bohrung auf. Dadurch ist das Steuergehäuse 4 in dem Außengestänge 3 exzentrisch gelagert und das Bohrgestänge 1 wird in dem Steuergehäuse 4 exzen trisch geführt. In dem oberen Längsschnitt der Fig. 1 ist das Steuergehäuse 4 derart in dem Außengestänge 3 angeord net, daß sich die exzentrische Lagerung des Steuergehäuses 4 in dem Außengestänge 3 und die exzentrische Führung des Bohrgestänges 1 durch das Steuergehäuse 4 so überlagern, daß das Bohrgestänge 2 mit der Bohrkrone 7 zentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird beim Bohren ein gerader Bohrlochverlauf erzielt.A control housing 4 with a guide groove 5 is arranged in the outer linkage 3 . The control housing 4 is held in the outer linkage 3 by a spacer tube 9 with a fitting ring 10 . Both the outer linkage 3 and the Steuerge housing 4 has an eccentric bore. Thus, the control housing 4 is eccentrically mounted in the outer boom 3 and the drill 1 is in the control housing 4 exzen performed symmetrical. In the upper longitudinal section of FIG. 1, the control housing 4 is such net angeord in the outer rod 3 that the eccentric mounting of the control unit 4 in the outer boom 3 and the eccentric guiding of the drill string 1 are superimposed by the control unit 4 so that the drill string 2 with the drill bit 7 is arranged centrally to the outer rod 3 . With this arrangement, a straight course of the borehole is achieved during drilling.
Wenn eine Abweichung von dem geraden Bohrlochverlauf fest gestellt wird, kann eine Korrektur durch die erfindungsgemä ße Bohrsteuerung erfolgen. Dabei wird das Außengestänge 3 axial verschoben. Diese Axialverschiebung wird durch die Führungsnut 5 des Steuergehäuses 4, in die ein Führungsstift 6 greift, in eine Drehbewegung umgesetzt. Dadurch verändert sich sowohl die exzentrische Lagerung des Steuergehäuses 4 in dem Außengestänge 3 als auch die exzentrische Führung des Bohrgestänges 1 durch das Steuergehäuse 4. Durch Drehung des Außengestänges 3 wird die Richtung der Korrektur einge stellt.If a deviation from the straight course of the borehole is found, a correction can be made by the drilling control according to the invention. The outer linkage 3 is axially displaced. This axial displacement is converted into a rotary movement by the guide groove 5 of the control housing 4 , in which a guide pin 6 engages. This changes both the eccentric mounting of the control housing 4 in the outer rod 3 and the eccentric guidance of the drill pipe 1 through the control housing 4 . By rotating the outer linkage 3 , the direction of the correction is set.
Ein Ergebnis der Axialverschiebung des Außengestänges 3 ist in dem unteren Längsschnitt der Fig. 1 dargestellt. Das Außengestänge 3 ist von der Bohrkrone 7 nach rechts axial verschoben worden. Dadurch ist das Bohrgestänge 1 nunmehr exzentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet. Der Außen durchmesser 8 der Bohrkrone 7 stimmt im unteren Teil mit dem des Außengestänges überein, während auf der gegenüberliegen den Seite die Bohrkrone 7 entsprechend gegenüber dem Außen gestänge 3 übersteht.A result of the axial displacement of the outer linkage 3 is shown in the lower longitudinal section of FIG. 1. The outer rod 3 has been axially displaced from the drill bit 7 to the right. As a result, the drill pipe 1 is now arranged eccentrically to the outer pipe 3 . The outer diameter 8 of the drill bit 7 coincides in the lower part with that of the outer rod, while on the opposite side the drill bit 7 protrudes from the outer rod 3 accordingly.
In dem Steuergehäuse 4 sind Ausnehmungen 11 und 12 für den Spülungsabtransport vorgesehen. An dem Bohrgestänge 1 sind hinter der Bohrkrone 7 Flügel 14 und 15 angeordnet. Im vor deren Bereich des Außengestänges 3 sind Stege 16 und 17 vorgesehen. Durch diese Anordnung werden während des Bohr vorganges größere Bohrpartikel in dem zurückgeführten Spül wasser zerkleinert. Ein Verstopfen der Ausnehmungen 11 und 12 ist somit nicht mehr möglich.In the control housing 4 , recesses 11 and 12 are provided for the flush removal. On the drill string 1 7 wings 14 and 15 are arranged behind the drill bit. In front of the area of the outer linkage 3 , webs 16 and 17 are provided. With this arrangement, larger drilling particles are crushed in the returned rinsing water during the drilling process. Clogging of the recesses 11 and 12 is therefore no longer possible.
Außerdem kann an dem Außengestänge 3 eine Kufe 13 angeordnet sein, die in weichem Gestein oder Boden die erfindungsgemäße Bohrsteuerung unterstützt.In addition, a skid 13 can be arranged on the outer linkage 3 , which supports the drilling control according to the invention in soft rock or soil.
In der Fig. 2 ist die Anordnung der Führungsnut 5 an dem Steuergehäuse 4 dargestellt. Durch die axiale Verschiebung des Außengestänges 3 wird durch den Führungsstift 6, der in die Führungsnut 5 greift, das Steuergehäuse 4 in eine Drehbe wegung versetzt, wodurch sich die Exzentrizitäten verändern.In FIG. 2, the arrangement of the guide groove 5 is shown at the control housing 4. Due to the axial displacement of the outer linkage 3 , the control housing 4 is moved by the guide pin 6 , which engages in the guide groove 5 , in a Drehbe movement, whereby the eccentricities change.
In der Fig. 3 sind in einen Querschnitt unterschiedliche Anordnungen des Bohrgestänges in dem Außengestänge darge stellt. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in der Fig. 1. In dem linken Querschnitt ist das Bohrgestänge 1 zentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet. Der Führungs stift 6 befindet sich in einer Endposition in der Führungs nut 5. Durch Axialverschiebung des Außengestänges wandert der Führungsstift in die gegenüberliegende Endposition in der Führungsnut 5. In dieser Position addieren sich die Exzentrizitäten des Außengestänges 3 und des Steuergehäuses 4 derart, daß eine maximal exzentrische Anordnung erreicht wird.In Fig. 3 different arrangements of the drill string in the outer rod are Darge presents in a cross section. The reference symbols have the same meaning as in FIG. 1. In the left cross section, the drill pipe 1 is arranged centrally to the outer pipe 3 . The guide pin 6 is in an end position in the guide groove 5 . Due to the axial displacement of the outer linkage, the guide pin moves into the opposite end position in the guide groove 5 . In this position, the eccentricities of the outer linkage 3 and the control housing 4 add up in such a way that a maximum eccentric arrangement is achieved.
Aus der Fig. 4 geht die Anordnung der erfindungsgemäßen Bohrsteuerung auf einer Bohrlafette 20 hervor. Das Bohrge stänge 1 mit der Bohrkrone 7 und dem Außengestänge 3 ist mit einer drehbaren Halterung 21 und einer Führung 22 zwischen Stützplatten 23 und 24 angeordnet. Die drehbare Halterung 21 ist über einen Schlitten 25 mit dem aus einem Getriebe 28 und einem Hydraulikmotor 29 bestehenden Drehwerk verbunden. Durch einen Zylinder 26 mit Kolben 27 läßt sich das Außen gestänge 3 mittels der drehbaren Halterung 21 axial ver schieben. From Fig. 4, the arrangement of the drilling control according to the invention shows on a drill mount 20th The Bohrge rod 1 with the drill bit 7 and the outer rod 3 is arranged with a rotatable bracket 21 and a guide 22 between support plates 23 and 24 . The rotatable bracket 21 is connected via a slide 25 to the rotating mechanism consisting of a gear 28 and a hydraulic motor 29 . By a cylinder 26 with piston 27 , the outer linkage 3 can be axially pushed ver by means of the rotatable bracket 21 .
11
Bohrgestänge
Drill pipe
22nd
Innenkanal
Inner channel
33rd
Außengestänge
Outer linkage
44th
Steuergehäuse
Timing case
55
Führungsnut
Guide groove
66
Führungsstift
Guide pin
77
Bohrkrone
Core bit
88th
Außendurchmesser
outer diameter
99
Distanzrohr
Spacer tube
1010th
Paßring
Fitting ring
1111
Ausnehmungen
Recesses
1212th
Ausnehmungen
Recesses
1313
Kufe
Runners
1414
Flügel
wing
1515
Flügel
wing
1616
Steg
web
1717th
Steg
web
2020th
Bohrlafette
Drill carriage
2121
Halterung
bracket
2222
Führung
guide
2323
Stützplatte
Support plate
2424th
Stützplatte
Support plate
2525th
Schlitten
carriage
2626
Zylinder
cylinder
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Kolben
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