DE29703655U1 - Tool for horizontal drilling - Google Patents
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Dipi.-ing. Gustav Meldau ;Dipi.-ing. Gustav Meldau ;
Dipi.Phys. Dr. Hans-Jochen Strauß Datum: 26.02.97Dipi.Phys. Dr. Hans-Jochen Strauß Date: 26.02.97
Dipi.-tng. Hubert Flötotto UnscrZeichcn: W 1790-hFDipi.-tng. Hubert Flötotto Our signature: W 1790-hF
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WELLDONE Engineering GmbHWELLDONE Engineering GmbH
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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für Horizontalbohrungen, welches mit einem Gestängestrang zusammenwirkt, und zur Aufweitung eines Pilot-Bohrloches einsetzbar ist, wobei das Werkzeug selbst aus einem Rohrgestänge besteht, auf dem ein den Bohrlochdurchmesser erweiternder Körper aufgesetzt ist.The invention relates to a tool for horizontal drilling, which cooperates with a rod string and can be used to expand a pilot borehole, wherein the tool itself consists of a pipe string on which a body which expands the borehole diameter is placed.
Bei der Erstellung von Horizontalbohrungen, wie sie beispielsweise unter Straßen, Gebäuden oder Flüssen erfolgen, wird die Bohrung beispielsweise mit einer hydraulisch betriebenen Bohrspindel durchgeführt. Die Bohrspindel wird derart aufgestellt und eingerichtet, daß sie in einer Grube horizontal oder aber auch unter einem vorgegebenen Neigungswinkel ausgerichtet wird, so daß das Gestänge in das Erdreich vorgetrieben werden kann. Dabei wird zunächst ein sogenanntes Pilot-Bohrloch unter dem Objekt erstellt, das hinter dem Objekt dann durch-When creating horizontal boreholes, such as those under roads, buildings or rivers, the drilling is carried out using a hydraulically operated drilling spindle. The drilling spindle is set up and arranged in such a way that it is aligned horizontally in a pit or at a specified angle of inclination so that the rods can be driven into the ground. First, a so-called pilot borehole is created under the object, which is then drilled behind the object.
schlägig ist. Zur Aufweiterung des erstellten Pilot-Bohrloches bedient man sich dann sogenannter Werkzeuge, die in Maschinenrichtung durch das Bohrloch drehend geführt werden, so daß eine Erweiterung des erstellten Pilot-Bohrloches erfolgt. Hierzu wird an das durchschlägige Gestänge des Pilot-Bohrstranges das Werkzeug angekuppelt, wobei dann durch Aufkürzen des Gestänges zur Bohrspindel hin, das Werkzeug die Erweiterung des Pilot-Bohrlochdurchmessers vornimmt.is relevant. To expand the pilot borehole, so-called tools are used, which are guided through the borehole in the direction of the machine, rotating so that the pilot borehole is expanded. To do this, the tool is coupled to the penetrating rod of the pilot drill string, whereby the tool then expands the pilot borehole diameter by shortening the rod towards the drill spindle.
Bei der Erstellung einer derart nach dem Stand der Technik erfolgten Horizontalbohrung treten Probleme einerseits dahingehend auf, daß die Bohrungen vornehmlich im Lockergestein erfolgen, und somit geologisch bedingt instabile Bohrlochwandungen gegeben sind, die dazu neigen in den erstellten Bohrlochquerschnitt zu konvergieren.When creating a horizontal borehole using state-of-the-art technology, problems arise on the one hand because the boreholes are primarily drilled in loose rock, and thus, for geological reasons, the borehole walls are unstable and tend to converge into the borehole cross-section created.
Es ist daher oft schwierig, insbesondere in einem Lockergestein eine standfeste Bohrlochwandung zu erstellen, die hinsichtlich ihrer Standfestigkeit den Zeitraum überbrückt, um entsprechende Leitungen einziehen zu können, ohne daß insbesondere eine gesonderte Verrohrung vorgenommen werden muß. Andererseits ergeben sich Beeinträchtigungen in den zu bearbeitenden Teufen dadurch, daß in dieser Teufe neben Elektrokabeln auch beispielsweise Kunststoffrohre o.dgl. bereits verlegt worden sind. Wird eine Horizontalbohrung durchgeführt, kommt es nicht selten vor, daß durch das Bohrwerkzeug selbst, bzw. durch das Aufweit-Bohrwerkzeug, aufgrund der nicht exakt kontrollierbaren Führung der Werkzeuge im Bohrloch, die im Erdreich verlegten Einrichtungen angegriffen bzw. zerstört werden.It is therefore often difficult, particularly in loose rock, to create a stable borehole wall that is stable enough to bridge the period of time needed to pull in the appropriate cables without having to install separate piping. On the other hand, there are problems at the depths to be worked on because, in addition to electrical cables, plastic pipes or similar have already been laid at this depth. If horizontal drilling is carried out, it is not uncommon for the drilling tool itself or the expansion drilling tool to attack or destroy the equipment laid in the ground due to the lack of precise control of the tools in the borehole.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung vor dem aufgezeigten Stand der Technik ein Werkzeug für Horizontalbohrungen derart weiterzubilden, welches einerseits die Gefährdung von Einrichtungen im Lockergestein unterbindet, wobei andererseits gewährleistet sein soll, daß das Werkzeug eine stabilisierende aufgeweitete Bohrlochwandung erstellt.It is therefore the object of the invention to develop a tool for horizontal drilling in the light of the state of the art shown, which on the one hand prevents the endangerment of equipment in loose rock, while on the other hand ensuring that the tool creates a stabilizing, widened borehole wall.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Körper aus einem elastomeren Formkörper gebildet ist, der im Bohrloch anfallen-This object is achieved according to the invention in that the body is formed from an elastomeric molded body which is produced in the borehole-
des Erdreich einerseits verdrängt und andererseits die aufgeweitete Bohrlochwandung im Erdreich stabilisierend verdichtet. In Folge des Einsatzes eines Aufweiterungskörper, der aus einem elastomeren Formkörper gebildet ist, ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß der aufweitende Formkörper, wenn er in der unkontrollierten Bohrlochführung mit erdverlegten Einrichtungen kollidiert, aufgrund seiner weichen Materialeigenschaften keine Zerstörungen an diesen Einrichtungen hervorrufen kann, weil die weiche Struktur kein abrasives Verhalten zeigt. Der Einsatz eines elastomer-ausgebildeten Aufweitungskörper bringt zudem den Vorteil, daß das Werkzeug als solches bezüglich seines verringerten Gewichtet leicht handhabbar ist. Das Werkzeug läßt sich somit ohne unter Zuhilfenahme von Transportgeräten leicht von Hand zum Einsatzort transportieren. Denn aufgrund von Schwingungen, die über das Gestänge auf das Werkzeug während des Bohrprozesses übertragen werden, wird an der Bohrlochwandung eine Art Klopfwirkung erreicht, die insbesondere den Lockergesteinsbereich an der Bohrlochwandung verdichtet. Dies führt somit zu einer höheren Bohrlochstabilität, die die auftretenden Konvergenzen im Bohrlochquerschnitt mindert.of the soil on the one hand and on the other hand the expanded borehole wall is compacted in the soil in a stabilizing manner. The use of an expansion body made from an elastomer molded body results in the particular advantage that the expanding molded body, if it collides with underground equipment in the uncontrolled borehole, cannot cause any damage to these equipment due to its soft material properties, because the soft structure does not exhibit any abrasive behavior. The use of an elastomer-formed expansion body also has the advantage that the tool itself is easy to handle due to its reduced weight. The tool can therefore be easily transported to the site of use by hand without the aid of transport equipment. This is because vibrations that are transmitted to the tool via the rods during the drilling process create a kind of tapping effect on the borehole wall, which in particular compacts the loose rock area on the borehole wall. This leads to a higher borehole stability, which reduces the convergences that occur in the borehole cross-section.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Formkörper aus Kunststoff oder Gummi hergestellt sein. Dabei weist der Formkörper einen Kegelabschnitt auf, der mit dem Rohrgestänge in Zugrichtung einen spitzen Winkel einschließt. An diesem Kegelabschnitt schließt sich ein zylindrischer Bereich an, der dem Kaliber des zu erstellenden Bohrlochkanals entspricht. Dabei kann vorgesehen werden, daß sich an dem endseitigen zylindrischen Bereich ein weiterer Kegelabschnitt anschließt, der jedoch mit dem Bohrgestänge gegen die Zugrichtung einen stumpfen Winkel einschließt.According to an advantageous development of the invention, the molded body can be made of plastic or rubber. The molded body has a conical section that forms an acute angle with the pipe rod in the pulling direction. This conical section is followed by a cylindrical area that corresponds to the caliber of the borehole channel to be created. It can be provided that a further conical section is connected to the end cylindrical area, but that this section forms an obtuse angle with the drill rod against the pulling direction.
In zweckmäßiger Weise sind dabei die einzelnen Teilbereiche des Formkörpers aus einem Stück gegossen. Dies stellt insbesondere eine kostengünstige Herstellung des Formkörpers dar, der dann entweder auf ein Rohrgestänge aufgeschrumpft oder aber mittels Halterungen verdrehsicher auf dem Rohrgestänge angebracht werden kann.The individual sections of the molded body are expediently cast in one piece. This represents a particularly cost-effective way of producing the molded body, which can then either be shrunk onto a pipe rod or attached to the pipe rod using brackets in a way that prevents it from twisting.
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In vorteilhafter Weiterbildung sind in der Mantelfläche des Formstükkes Nuten eingefräst oder eingeformt, wobei die Nut spiralförmig beispielsweise umlaufend ausgebildet sein kann. Aufgrund dieser Ausbildung wird eine Art Gewindegang geschaffen, so daß eine bessere Führung des Formkörpers in dem aufzuweitenden Bohrloch gewährleistet ist. Um die Schmiergängigkeit zu verbessern, sind in dem Formkörper Einsätze angeordnet, die als Düsen oder Düsenhalter bestimmt sind. Somit kann beispielsweise durch das Rohrgestänge eine Spülung zugeführt werden, die dann an den entsprechenden Austrittstellen am Formkörper austritt, um somit die Schmiergängigkeit zu verbessern. Für den Einsatz insbesondere in härteren Erdformationen können auch auf der Mantelfläche des Formkörpers beispielsweise Hartmetalleinsätze eingefaßt sein.In an advantageous further development, grooves are milled or formed into the outer surface of the molded part, whereby the groove can be spiral-shaped, for example, all the way around. Due to this design, a type of thread is created, so that better guidance of the molded body in the borehole to be expanded is guaranteed. In order to improve the lubrication, inserts are arranged in the molded body, which are intended as nozzles or nozzle holders. In this way, for example, a flush can be supplied through the pipe rod, which then exits at the corresponding exit points on the molded body, thus improving the lubrication. For use in harder earth formations in particular, hard metal inserts can also be set on the outer surface of the molded body.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachstehenden Figuren 1 und 2 näher erläutert, dabei zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the following Figures 1 and 2, which show:
Figur 1: Eine perspektivische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Werkzeuges;Figure 1: A perspective side view of the tool according to the invention;
Figur 2: Eine teilweise geschnittene Seitenansicht gemäß der Figur 1.Figure 2: A partially sectioned side view according to Figure 1.
Die Figur 1 zeigt in der perspektivischen Darstellung ein Werkzeug 1, welches für ein nicht näher dargestelltes Bohrgestänge verwendbar ist. Dabei wird das Werkzeug 1 in einen Rohrstrang eingebunden, wobei an seinem oberen Ende 2 ein Gewindekonus angeordnet ist, an das beispielsweise entsprechendes Verlängerungsgestänge angeschlossen werden kann. Dabei wird das Werkzeug 1 zur Bohrspindel hin durch ein mittels eines Pilot-Bohrgestänges erstellten Bohrloches zur Aufweitung dieses Bohrloches gezogen. An der Bohrspindel wird dann das Gestänge aufgekürzt, wie dies bei dem Raise-Bohrverfahren bekannt ist.Figure 1 shows a perspective view of a tool 1, which can be used for a drill rod (not shown in detail). The tool 1 is integrated into a pipe string, with a threaded cone arranged at its upper end 2, to which, for example, appropriate extension rods can be connected. The tool 1 is pulled towards the drill spindle through a borehole created using a pilot drill rod in order to widen this borehole. The rod is then shortened on the drill spindle, as is known from the raise drilling method.
Das Werkzeug 1 selbst besteht dabei aus einem Rohrgestänge 3, mit einem innen liegenden Kanal 4, durch das eine Spülung geleitet werden kann. Auf dem Rohrgestänge 3 ist unter Formschluß ein Formkörper 5 aufgesetzt, der erfindungsgemäß aus einem elastomeren Material gebildet ist. Um den elastomeren Formkörper 5 gegen selbsttätiges Drehen auf dem Rohrgestänge 3 zu sichern, ist mit dem Rohrgestänge 3 fest verbunden ein sogenanntes Stegblech 3.1, welches von dem elastomeren Formkörper 5, wie insbesondere in der geschnittenen Seitenansicht der Figur 2 zu erkennen, eingeschlossen ist.The tool 1 itself consists of a pipe rod 3 with an internal channel 4 through which a flush can be conducted. A molded body 5 is placed on the pipe rod 3 in a form-fitting manner, which according to the invention is made of an elastomeric material. In order to secure the elastomeric molded body 5 against rotating on the pipe rod 3, a so-called web plate 3.1 is firmly connected to the pipe rod 3 and is enclosed by the elastomeric molded body 5, as can be seen in particular in the sectional side view of Figure 2.
Der erfindungsgemäße elastomere Formkörper 5 ist dabei aufgrund seiner Formbildung derart ausgebildet, daß er im Bohrloch anfallendes Erdreich, und hier ist insbesondere an Lockergestein gedacht, einerseits verdrängt und andererseits die aufgeweitete Bohrlochwandung mit anfallendem Erdreich stabilisierend verdichtet, wenn er durch das Pilotloch zur Bohrspindel hin getrieben wird. Der Formkörper 5 kann dabei aus Kunststoff oder Gummi bestehen. Wie insbesondere aus beiden Figuren 1 und 2 zu erkennen, weist der Formkörper 5 einen Kegelabschnitt 6 auf, der mit dem Rohrgestänge 3 in Zugrichtung, gemäß der Pfei!richtung 7, einen spitzen Winkel &ogr; einschließt. Dieser Kegel 6 bildet im wesentlichen den oberen Teil des Formkörpers 5, an den sich dann ein zylindrischer Bereich 8 anschließt, der dem Kaliber des zu erstellenden Bohrlochkanals entspricht. Daran, in umgekehrter Stellung zu dem oberen Kegel 6, schließt sich an dem zylindrischen Bereich 8 ein weiterer Kegelabschnitt 9 an, der mit dem Rohrgestänge 3 gegen die Zugrichtung einen stumpfen Winkel ß einschließt.The elastomer molded body 5 according to the invention is designed in such a way that, due to its shape, it displaces soil accumulating in the borehole, and here loose rock is particularly important, and, on the other hand, it compacts the expanded borehole wall with the soil accumulating in a stabilizing manner when it is driven through the pilot hole towards the drilling spindle. The molded body 5 can be made of plastic or rubber. As can be seen in particular from both Figures 1 and 2, the molded body 5 has a conical section 6 which forms an acute angle ϑ with the pipe rod 3 in the pulling direction, according to the arrow direction 7. This cone 6 essentially forms the upper part of the molded body 5, which is then followed by a cylindrical area 8 which corresponds to the caliber of the borehole channel to be created. Next, in the opposite position to the upper cone 6, a further cone section 9 is connected to the cylindrical area 8, which forms an obtuse angle ß with the pipe rod 3 against the pulling direction.
Wie insbesondere aus den beiden Figuren ersichtlich sind diese einzelnen Teilbereiche 6, 8 und 9 des Formkörpers 5 aus einem Stück gegossen, wobei der Formkörper 5 auch derart hergestellt werden kann, daß beispielsweise das Rohrgestänge 3 gänzlich umgössen werden kann.As can be seen in particular from the two figures, these individual sub-areas 6, 8 and 9 of the molded body 5 are cast in one piece, whereby the molded body 5 can also be manufactured in such a way that, for example, the pipe rod 3 can be completely cast around it.
Wie insbesondere aus der Figur 1 zu erkennen ist, legt sich in die Mantelfläche 10 des Formkörpers 5 eine Nut 11 ein, die beispielsweise direkt mit eingegossen werden kann, bzw. nachträglich, nachdem derAs can be seen in particular from Figure 1, a groove 11 is inserted into the outer surface 10 of the molded body 5, which can, for example, be cast in directly or subsequently, after the
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Formkörper 5 angegossen worden ist, auch eingefräst werden kann. Die Darstellung gemäß der Figur 1 bzw. 2 zeigt den Verlauf der Nut 11 in Form einer Spirale, die sich um die Mantelfläche 10 des Formstückes 5 in Form eines Gewindeganges legt. Denkbar sind auch andere Nut-Verläufe, wobei auch an schrägverlaufende nicht verbundene Nuten gedacht werden kann.The representation according to Figure 1 or 2 shows the course of the groove 11 in the form of a spiral, which wraps around the outer surface 10 of the molded part 5 in the form of a thread. Other groove courses are also conceivable, whereby obliquely running, unconnected grooves can also be considered.
Weiter sind in dem Formkörper 5 Einsätze 12 zu erkennen, die einerseits in der geschnittenen Darstellung als Kanäle dargestellt sind, und eine direkte Verbindung mit dem spülungsführenden Kanal 4 haben. Diese Einsätze 12 können dazu bestimmt sein, daß darin Düsen oder Düsenhalter eingesetzt sind, um auf diese Weise an die Reibflächen die Spülung zu bringen. Gemäß der Ausführungsform der Figur 1 und 2 sind die Düsen bzw. Düsenhalter in der spiralförmig angeordneten Nut 11 angeordnet, wobei es auch durchaus denkbar ist, diese Einsätze 12 über die Mantelfläche des Formkörpers 5 anders anzuordnen. Wie aus der teilweise geschnittenen Seitenansicht der Figur 2 zu erkennen, sind die Einsätze 12 derart ausgerichtet, daß sie in Zugrichtung 7 ausgerichtet sind, so daß beim Durchziehen des Formkörpers 5 durch das Bohrloch die Spülung nach vorne bzw. teilweise auch seitlich austreten kann. Weiter können auf der Mantelfläche 10 des Formkörpers 5 nicht näher dargestellte Hartmetalleinsätze eingefaßt sein. Endseitig an dem Rohrgestänge 3 ist ein Innenkonus 13 angeordnet, an den das Bohrgestänge angeschlossen werden kann, so daß das Werkzeug 1 regelrecht in einem Rohrstrang führungsstabil geführt werden kann.Furthermore, inserts 12 can be seen in the molded body 5, which are shown as channels in the sectional view and have a direct connection to the channel 4 carrying the flush. These inserts 12 can be designed to have nozzles or nozzle holders inserted into them in order to bring the flush to the friction surfaces in this way. According to the embodiment of Figures 1 and 2, the nozzles or nozzle holders are arranged in the spiral-shaped groove 11, whereby it is also entirely conceivable to arrange these inserts 12 differently over the outer surface of the molded body 5. As can be seen from the partially sectioned side view of Figure 2, the inserts 12 are aligned in such a way that they are aligned in the pulling direction 7, so that when the molded body 5 is pulled through the borehole, the flush can exit forwards or partially to the side. In addition, hard metal inserts (not shown in detail) can be set on the outer surface 10 of the molded body 5. At the end of the pipe string 3 there is an inner cone 13 to which the drill rod can be connected so that the tool 1 can be guided properly in a pipe string in a stable manner.
Claims (1)
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| Country | Link |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002035050A1 (en) * | 2000-10-27 | 2002-05-02 | Tracto-Technik Gmbh | Device for producing a peripheral hole |
| WO2023281251A1 (en) * | 2021-07-04 | 2023-01-12 | Neil Andrew Abercrombie Simpson | Drill cuttings agitator |
| EP4144952A1 (en) | 2021-09-07 | 2023-03-08 | Marty Bauleistungen AG | Horizontal drilling method and horizontal drilling system |
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1997
- 1997-02-28 DE DE29703655U patent/DE29703655U1/en not_active Expired - Lifetime
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