DE60215873T2 - Drilling tool with high pressure liquid jet device - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung hat eine Anordnung zum Bohren mit einem Hochdruckflüssigkeitsstrahl zum Gegenstand, die eine abgelenkte Bohrung möglich macht.The The present invention has an arrangement for drilling with a high pressure liquid jet to the object that makes a deflected hole possible.
Die sog. „jet grouting"-Technik besteht in der Herstellung von Betonsäulen im Boden durch Verwendung einer Flüssigkeit, die mit hohem Druck zur Zerstörung des Bodens eingeleitet wird. Dieser Zerstörungsvorgang wird mit einer mechanischen Bohrung erzeugt, die die Achse der auf diese Weise erhaltenen Säule erstellt. Die Position und insbesondere die Vertikalität dieser Säulen sind sehr wichtig für die Qualität des fertigen Bauwerks, insbesondere wenn dieses eine Abdichtungsfunktion aufweisen muss. Beispielsweise, um eine gute Kontinuität eines aus der Übereinanderanordnung von Säulen resultierenden Gerüsts oder Fundaments zu erhalten, muss man die Achsen aller das Bauwerk bildenden Säulen sehr präzise positionieren. Zur Korrektur von Fehlern in der Positionierung und insbesondere in der Vertikalität verwendet man Techniken einer Bohrung, die so ausgerichtet ist, dass sie die Abweichungen der Bohrachse während der Erstellung korrigiert.The so-called "jet grouting "technology consists in the production of concrete pillars in the soil by use a liquid, those with high pressure for destruction of the soil. This destruction process is with a generated mechanical bore, which is the axis of this way obtained column created. The position and especially the verticality of this columns are very important for the quality of the finished structure, especially if this is a sealing function must have. For example, to ensure a good continuity of one the superposition of columns resulting framework or to get foundation, you have the axes of all the building forming columns very precise position. To correct errors in positioning and especially in verticality you use techniques of drilling that is aligned that it corrects the deviations of the drilling axis during the creation.
Die gelenkte Bohrtechnik wird in zwei Systemen angewendet: einerseits die Erfassung der Bohrstellung und andererseits die Möglichkeit, diese Bohrung in die gewünschte Richtung umzulenken, um den Fehler in der Vertikalität oder allgemeiner den Richtungsfehler zu korrigieren.The Controlled drilling technology is used in two systems: on the one hand the detection of the drilling position and on the other hand the possibility this hole in the desired Direction to redirect the error in the verticality or more generally to correct the directional error.
Die Techniken, die gängigerweise in harten Böden verwendet werden, d.h., im Wesentlichen auf dem Gebiet der Erdölbohrung basieren auf drei Prinzipien:
- – die Einführung eines Bogenstücks in die Gerätanlage;
- – die Verwendung von gesteuerten Deflektoren, die eine seitliche Wirkung auf das Gerät erzeugen; und
- – der Wechsel des Geräteeintrittwinkels, indem man beispielsweise dessen Achse neigt.
- - the introduction of a curved piece in the equipment;
- - the use of controlled deflectors, which produce a lateral effect on the device; and
- - The change of the device entry angle, for example by tilting the axis.
Diese drei Techniken stehen im Zusammenhang mit der kontinuierlichen Rotation des Bohrgeräts, das entweder durch einen Motor im Boden oder direkt durch den Bohrkopf über den Stangenzug angetrieben wird. Das Bohrgerät ist allein mit mechanischen Schneidelementen ausgestattet. Das In-Rotation-Bringen einer Bohrflüssigkeit oder eines -schlamms hat allein zum Ziel, die mechanischen Schneidelemente zu schmieren und das Hochbringen der abgetragenen Bodentrümmer zu ermöglichen.These Three techniques are related to continuous rotation the drill, either through a motor in the ground or directly through the drill head over the Stangenzug is driven. The drill is alone with mechanical Equipped cutting elements. The in-rotation of a drilling fluid or sludge alone has the goal of mechanical cutting elements to lubricate and the bringing up of the removed ground debris to enable.
In abgedeckten Böden werden andere Techniken einer abgelenkten Bohrung verwendet. Sie basieren auf dem Einsenken einer geneigten Palette, mit der das Gerät ausgestattet ist, wobei dieses Einsenken manchmal noch von einem Bohrflüssigkeitsstrahl begleitet ist. Zur Durchführung der Ablenkung muss die Rotation des Stangenzuges, an dessen Ende das Gerät befestigt ist, angehalten werden, und nach der Ausrichtung wird das Gerät einige Zentimeter tief in den Boden gesenkt, bevor es seine Rotation wieder aufnimmt. Diese Vorgehensweise wird mehrere Male wiederholt, bis man eine signifikante Ablenkung erhält, die den Richtungsfehler korrigieren kann. Um normal zu bohren, wird das Gerät in eine fortlaufende Rotation gebracht.In covered floors Other deflected bore techniques are used. she are based on the sinking of an inclined pallet with which the Device equipped This sinking is sometimes still from a drilling fluid jet is accompanied. To carry out the distraction must be the rotation of the rod train, at the end the device is attached, stopped, and after the alignment becomes the device lowered a few inches deep into the ground before it returns to its rotation receives. This procedure is repeated several times until you get a significant distraction that the directional error can correct. To drill normally, the device is in a continuous Rotation brought.
Im Falle der Bohrungen, die für die Errichtung von Säulen durch „jet grouting" verwendet werden, finden diese obligatorisch in Terrains statt, die durch einen Hochdruckstrahl zerstört werden können, d.h., relativ lockere Böden.in the Case of drilling for the erection of columns through "jet grouting " These are mandatory in terrains held by destroyed a high-pressure jet can be that is, relatively loose soils.
Eine Bohrtechnik, die in wenig kohärenten, aufgeschwemmten Böden verwendet wird, besteht darin, den Boden durch einen Hochdruckflüssigkeitsstrahl, der zum Vorderteil der Geräts hin gelenkt wird, zu zerstören. Diese Technik nennt man das Einspülen. Sie wird häufig in sandigen, wenig kompakten Böden verwendet. Der Nachteil dieses Bohrprinzips besteht darin, dass es nicht mehr funktioniert, sobald es auf ein etwas härteres Hindernis trifft.A Drilling technique, which in less coherent, bloated Floors used is, the soil by a high-pressure liquid jet, the front of the device is directed to destroy. This technique is called flushing. She is often in sandy, less compact soils used. The disadvantage of this drilling principle is that It stops working as soon as it hits a harder obstacle meets.
Ein Gegenstand der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Bohren im Boden durch Injektion von Hochdruckflüssigkeit bereitzustellen, bei der in bestimmten Bohrungsphasen eine gesteuerte Bohrung durchgeführt werden kann, um einen Fehler in der Bohrrichtung zu korrigieren. Der am nächsten kommende Stand der Technik wird durch jedes der Dokumente US-A-3488765, GB-A-2284837, US-A-4637479, US-A-3599733 dargestellt.One The invention relates to an arrangement for drilling in the soil by injection of high pressure liquid to provide a controlled drilling is performed in certain well phases may be to correct an error in the drilling direction. The am next coming Prior art is described by each of the documents US-A-3488765, GB-A-2284837, US-A-4637479, US-A-3599733.
Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst die Anordnung zum Bohren im Boden durch Injektion von Hochdruckflüssigkeit:
- – mehrere miteinander verbundene Bohrstangen mit Mitteln, die eine Leitung für eine Hochdruckflüssigkeit bilden, wobei die Stangen einen Stangenzug bilden;
- – einen Bohrkopf zum Steuern des Inbetriebsetzens der Rotation in die eine und in die andere Richtung und der vertikalen Translation des Stangenzugs;
- – ein am unteren Ende des Stangenzugs befestigtes Bohrgerät, wobei das Gerät einen Körper mit einer Längsachse, die die Achse der Stangenzuges verlängert, ein unteres Ende, das mit n Schneidelementen (n > 1) und Mitteln, um einen Hochdruckstrahl zur Bodenlockerung auszubilden, ausgestattet ist, Verbindungsmittel, die eine Leitung mit den Mitteln zur Strahlerzeugung bilden, und Mittel, um dem Strahl eine mittlere Verteilung zu geben, die bezüglich der Längsachse des Geräts nicht symmetrisch ist, aufweist; und
- – Mittel zum Speisen der eine Leitung ausbildenden Mittel unter einem so ausreichenden Druck, dass der produzierte Strahl effektiv eine Lockerung des Bodens herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ablenkungsphasen die Rotation des Stangenzuges so gesteuert werden kann, dass man eine Rotation erhält, die zwischen einer Richtung und einer anderen mit einem Winkel alterniert, der wenigstens 360/n Grad und kleiner als 360 Grad ist.
- - a plurality of interconnected drill rods with means forming a conduit for a high pressure fluid, the rods forming a rod train;
- A drill head for controlling the start-up of the rotation in one and the other direction and the vertical translation of the rod pull;
- A drill fixed to the lower end of the rod pull, the apparatus comprising a body having a longitudinal axis extending the axis of the rod pull, a lower end provided with n cutting elements (n> 1) and means for forming a high pressure jet for soil loosening , connecting means forming a conduit with the means for generating the beam, and means for making the beam a mean Ver to divide, which is not symmetrical with respect to the longitudinal axis of the device has; and
- Means for feeding the conduit forming means under a pressure sufficient to cause the produced jet to effectively loosen the soil, characterized in that during the deflection phases the rotation of the rod can be controlled to obtain a rotation between one direction and another at an angle that is at least 360 / n degrees and less than 360 degrees.
Im vorliegenden Text muss man unter Mitteln zur Erzeugung eines Hochdruckflüssigkeitsstrahls Mittel verstehen, die es ermöglichen, am unteren Ende des Bohrgeräts einen Austritt für die Hochdruckflüssigkeit zu bilden, die effektiv in einem einzigen Strahl oder in mehreren Strahlen bestehen kann.in the The present text must be under means for generating a high-pressure liquid jet means understand that make it possible at the bottom of the drill an exit for the high pressure liquid to form effectively in a single beam or in multiple Radiation can exist.
Außerdem, da das Bohrgerät durch eine kontinuierliche oder alternierende Rotationsbewegung um seine Längsachse, durch eine mittlere, bezüglich der Längsachse nicht symmetrische Verteilung angetrieben werden kann, versteht man nicht nur die Verteilung des Strahls im statischen Zustand (ohne Rotation), sondern auch im dynamischen Zustand, d.h., alle Positionen des Strahls oder der Strahlen in einem Rotationsintervall des Geräts um seine Achse.in addition, there the drill by a continuous or alternating rotational movement its longitudinal axis, through a middle, with respect to longitudinal axis not symmetrical distribution can be driven, understands not only the distribution of the beam in the static state (without Rotation), but also in the dynamic state, that is, all positions of the beam or beams at a rotation interval of the device around its Axis.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Gerät dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung eines Hochdruckflüssigkeitsstrahls q Injektionsdüsen umfassen, die symmetrisch bezüglich der Längsachse des Geräts verteilt sind, und dass es Mittel zur zeitweisen Steuerung der Unterbrechung der Speisung von einigen der Düsen aufweist, derart dass die r gespeisten Düsen eine Verteilung aufweisen, die nicht symmetrisch bezüglich der Längsachse des Geräts ist.According to one first embodiment is the device characterized in that the means for generating a high pressure liquid jet q injection nozzles which are symmetrical with respect to longitudinal axis of the device and that there are means of temporary control of the interruption of the Feeding from some of the nozzles such that the nozzles fed with a distribution have which are not symmetrical with respect to the longitudinal axis of the device is.
Es versteht sich, dass in dieser ersten Ausführungsform, außerhalb der Ablenkungsphasen, der Hochdruckflüssigkeitsstrahl eine symmetrische Verteilung bezüglich der Gerätachse aufweist und der Strahl zeitweise in den Ablenkungsphasen modifiziert wird, um eine Asymmetrie in der gewünschten Richtung einzufügen.It is understood that in this first embodiment, outside the deflection phases, the high-pressure liquid jet a symmetrical Distribution regarding the device axis and the beam is temporarily modified in the deflection phases to insert an asymmetry in the desired direction.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist das Richtungsbohrgerät dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls q Hochdruckinjektionsdüsen umfassen, wobei die q Düsen nicht symmetrisch bezüglich der Längsachse des Geräts verteilt sind, und es Mittel zur gleichzeitigen Speisung der Düsen aufweist.According to one second embodiment is the directional drill characterized in that the means for generating the high pressure liquid jet q high-pressure injection nozzles include, where the q nozzles not symmetrical with respect to the longitudinal axis of the device distributed, and it has means for simultaneous feeding of the nozzles.
Bei dieser zweiten Ausführungsform ist der Hochdruckflüssigkeitsstrahl ständig asymmetrisch bezüglich der Körperachse des Geräts und in den Ablenkungsphasen erhält man somit die Ablenkung. Im Gegensatz dazu wird außerhalb der Umlenkungsphasen das Gerät in kontinuierliche Rotation versetzt, um die mittlere Verteilung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls in einem Rotationsintervall des Geräts symmetrisch zu machen.at this second embodiment is the high pressure liquid jet constantly asymmetric with respect the body axis of the device and get in the distraction phases thus the distraction. In contrast, being outside the deflection phases the device set in continuous rotation to the mean distribution of the high pressure liquid jet to make symmetrical in a rotation interval of the device.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung verdeutlichen sich besser beim Lesen der folgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsformen der Erfindung, die als nicht einschränkende Beispiele gegeben sind. Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:Other Features and advantages of the invention will become more apparent in Read the following description of several embodiments of the invention given as non-limiting examples. The description refers to the attached drawings, in which:
In
Die
Speisung unter Druck wird durch eine Hochdruckflüssigkeitsquelle
Unter
Bezug zunächst
auf die
Es
versteht sich, dass wenn die Düsen
mit Hochdruckflüssigkeit
gespeist werden, die Düsen
Es
versteht sich, dass wenn das Gerät
In
der Ablenkungsphase ist es möglich,
den Effekt des Hochdruckstrahls und die mechanische Wirkung der
Schneidelemente
Bei
der in den
Im
Gegensatz kann man außerhalb
der Ablenkungsphasen des Geräts
diesem eine von dem Bohrkopf
Selbstverständlich kann die Anzahl von aktiven Düsen zur Injektion der Bohrflüssigkeit ungleich eins sein.Of course you can the number of active nozzles for injection of the drilling fluid not equal to one.
Es genügt, dass die Anzahl an aktiven Düsen und ihre winkelmäßige Anordnung bezüglich der Längsachse des Geräts bewirkt, dass die Strahlen bezüglich dieser Achse asymmetrisch sind.It enough, that the number of active nozzles and their angular arrangement in terms of the longitudinal axis of the device causes the rays with respect to this axis are asymmetric.
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