DE7436890U

DE7436890U - Device for drilling a horizontal tunnel

Info

Publication number: DE7436890U
Application number: DE7436890*[U
Authority: DE
Original assignee: Continental Oil Co
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1973-11-30
Publication date: 1975-07-03

Description

G 74 36 890.4 30.Januar 1975G 74 36 890.4 January 30, 1975

9486-74/H/Elf9486-74 / H / Elf

Continental Oil Company, Ponca City/ Oklahoma (V.St.A.)Continental Oil Company, Ponca City / Oklahoma (V.St.A.)

Vorrichtung zum Bohren eines horizontalen TunnelsDevice for drilling a horizontal tunnel

Aus der US-PS 3,589,454 ist ein System zum Steuern eines unterirdischen "Maulwurfs" zum Bohren eines Tunnels mit zwei Antennen bekannt, die auf der Erdoberfläche angeordnet sind. Ferner isc aus den US-PSen 3 578 807 und 3 521 796 ein Verfahren zum Graben eines Tunnels unter Verwendung eines radioaktiven Streifens bekannt, der entlang der Kante eines zuvor gegrabenen Tunnels angeordnet ist. Ein auf der Tunnelgrabmaschine angebrachter radioaktiver Sensor nimmt die vom radioaktiven Streifen abgegebene Strahlung auf. Die Grabmaschine hält ihren Abstand vom zuerst hergestellten Tunnel dadurch aufrecht, daß dauernd eine konstante Strahlung gemessen wird. Ein von der Grabmaschine erzeugtes Signal kann zu entlang der Tunnelwand angeordneten Metallstangen oder Streifen hin abgestimmt werder, die ein reflektiertes Signal erzeugen, das von der Tunne !grabmaschine aufgenommen wird. Gemäß der ÜS-PS 3 589 454 wird dagegen ein "Maulwurf" oder eine waagerechte Bohrung in Übereinstimmung mit einem von den beiden Antennen auf der Erdoberfläche erzeugten rotierenden Magnetfeld gesteuert. Die Methoden sind inFrom US-PS 3,589,454 a system for controlling an underground "Mole" for drilling a tunnel with two antennas known, which are arranged on the earth's surface. Furthermore isc from US-PS 3,578,807 and 3,521,796 a method for digging a tunnel using a radioactive strip is known, which is located along the edge of a previously dug tunnel. A radioactive sensor attached to the tunnel digging machine absorbs the radiation emitted by the radioactive strip. The digging machine keeps its distance from the tunnel that was first created by constantly measuring a constant radiation. A signal generated by the digging machine can go to along metal rods or strips arranged on the tunnel wall, which generate a reflected signal that is transmitted by the Tunne! Digging machine is included. According to ÜS-PS 3 589 454 on the other hand becomes a "mole" or a horizontal hole in correspondence with one of the two antennas on the surface of the earth generated rotating magnetic field controlled. The methods are in

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der Praxis nicht befriedigend.not satisfactory in practice.

Eine Vorrichtung gemäß der Neuerung dient zum Bohren eines zweiten langgestreckten horizontalen Tunnels, der im wesentlichen parallel zu einem ersten gebohrten Tunnel verläuft, mit einem waagerechten Bohrer, der im Erdboden entlang einer Achse arbeitet, die parallel zum ersten gebohrten Tunnel in Abstand hiervon verläuft. Es wird eine Signalerzeugungseinrichtung in der ersten Bohrung in einer bezüglich dem waagerechten Bohrer bekannten Entfernung positioniert. Wenn der Bohrer arbeitet, wird die signalerzeugende Einrichtung in einer bezüglich der vom Bohrer durchdrungenen Strecke festen Entfernung in dem ersten Bohrloch gehalten. Eine im Bohrer enthaltene Empfangsantenne bestimmt den Winkel zwischen dem Bohrer und der Signalerzeugungseinrichtung. Sind der Winkel und die Entfernungen jeder Vorrichtung in ihrem entsprechenden Bohrloch bekannt, kann der Abstand nach den Gesetzen der Trigonometrie einfach berechnet werden.A device according to the innovation is used to drill a second elongated horizontal tunnel that is essentially parallel runs to a first drilled tunnel, with a horizontal drill working in the ground along an axis that is parallel to the first drilled tunnel runs at a distance from it. There is a signal generating device in the first bore in a relation positioned at a distance known to the horizontal drill. When the drill is working, the signal generating device is in is maintained at a fixed distance in the first borehole with respect to the distance traversed by the bit. One included in the drill Receiving antenna determines the angle between the drill and the signal generating device. Are the angles and distances known to each device in its corresponding borehole, the distance can easily be calculated according to the laws of trigonometry will.

Ein noch genauer paralleler Tunnel kann durch zusätzliche Verwendung eines zweiten Detektors mit einer Rahmenantenne und durch Bestimmen eines zweiten Winkels gebohrt werden. Ein Vergleich der beiden Winkel bestimmt die genaue Ausrichtung des Bohrers gegenüber dem ursprünglich gebohrten Tunnel.An even more precise parallel tunnel can be achieved through additional use a second detector with a loop antenna and bored by determining a second angle. A comparison of the two Angle determines the exact orientation of the drill in relation to the originally drilled tunnel.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further features and details of the innovation emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment based on the drawing. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch zwei horizontale Bohrlöcher, mit der signalerzeugenden Einrichtung und dem waagerechten Bohrer;1 shows a section through two horizontal boreholes, with the signal-generating device and the horizontal drill;

Fig 2 eine Schrägansicht der Signalerzeugungseinrichtung, und2 shows an oblique view of the signal generating device, and

Fig. 3 eine Schrägansicht der Bohrlöcher, die zeigt, wie die Eindringtiefe der Signalerzeugungseinrichtung bezüglich der waagerechten Bohrvorrichtung gesteuert wird.Fig. 3 is an oblique view of the drill holes showing how the penetration depth the signal generating device is controlled with respect to the horizontal drilling device.

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-3- V--3- V-

Gemäß Pig, 1 enthält eine Bodenformation 10 ein horizontales Bohrloch 11 und ein horizontales Bohrloch 12, das von einer waagerechten Bohreinheit 13 gebohrt wird. Eine Signalerzeugungs- einrichtung 14 enthält eine Antenne 15, die zum Ausstrahlen eines HF-Signals verwendet wird. An der Signalerzeugungseinrichtung 14 ist ein Steuerseil 16 befestigt. Die Bohreinheit 13 enthält einen sich drehenden Bohrer 8, eine Ablenkeinheit 9, einen Bohrmotor 17, der mechanisch über eine Welle 18 an den Bohrer 8 angeschlossen ist, und eine Instrumentenpackung 19, die eine Rahmenantenne 20 enthält. Ein Antriebsmechanismus 21 ist an die Bohreinheit angeschlossen und enthält eine Vielzahl von Druckfüßen 22. Ein zweiter Teil 23 des Antriebsmechanismus weist gleichfalls eine Vielzahl von Druckfüßen 24 auf. Der Teil 23 ist über eine Welle 25 an den ersten Teil bzw. die Instrumentenpackung 19 angeschlossen.According to Pig, 1, a soil formation 10 includes a horizontal borehole 11 and a horizontal borehole 12 drilled by a horizontal drilling unit 13. A signal generating device 14 contains an antenna 15 which is used to transmit an RF signal. A control cable 16 is attached to the signal generating device 14. The drilling unit 13 contains a rotating drill bit 8, a deflection unit 9, a drilling motor 17 which is mechanically connected to the drill bit 8 via a shaft 18, and an instrument package 19 which contains a loop antenna 20. A drive mechanism 21 is connected to the drilling unit and contains a multiplicity of pressure feet 22. A second part 23 of the drive mechanism likewise has a multiplicity of pressure feet 24. The part 23 is connected to the first part or the instrument package 19 via a shaft 25.

Ein zweites Gehäuse 26 mit einer zweiten Rahmenantenne 27 kann an dem zweiten Teil 23 befestigt werden. Ein Geil 16A ist am Gehäuse befestigt.A second housing 26 with a second loop antenna 27 can be attached to the second part 23. A Geil 16A is on the housing attached.

Gemäß Fig. 2 ist die Antenne der Signalerzeugungseinrichtung 14 vor dem Gehäuse angebracht. Entlang der Seite des Gehäuses ist eine 'Vielzahl von Antriebsrädern 30 angeordnet. Diese Antriebsräder 30 sind antriebsmäßig mit einem nicht dargestellten Motor gekuppelt, der seinerseits von einer Energiequelle 32 gespeist wird, die z.B. eine Batterie sein kann. Die Energiequelle 31 ist über Drähte 32 und 33 an einen Druckschalter 34 angeschlossen, der von einer Feder mechanisch in Schließstellung gehalten wird. Das Seil 16 ist so an den Schalter 34 angeschlossen, daß dieser geöffnet wird, wenn die Signalerzeugungseinrichtung 14 sich über die Länge des Seils 16 hinaus vorwärtsbewegt. Die Energiequelle 31 hält jedoch jederzeit die Energieversorgung des an die Antenne 15 angeschlossenen Signalver sorgung s sys terns aufr echt.According to FIG. 2, the antenna of the signal generating device 14 is attached in front of the housing. A plurality of drive wheels 30 are arranged along the side of the housing. These drive wheels 30 are drivingly coupled to a motor, not shown, which in turn is fed by an energy source 32, which can be a battery, for example. The energy source 31 is connected via wires 32 and 33 to a pressure switch 34 which is held mechanically in the closed position by a spring. The cable 16 is connected to the switch 34 in such a way that it is opened when the signal generating device 14 moves forward over the length of the cable 16. The energy source 31, however, maintains the energy supply of the signal supply system connected to the antenna 15 at all times.

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Das Seilsteuersystem ist in Fig. 3 gezeigt und enthält im wesentlichen eine "rommel 40, die über eine biegsame Antriebswelle 41 an einen Antriebsmotor 42 angeschlossen ist, und eine Trommel 43, die über eine biegsame Antriebswelle 44 ebenfalls an den Motor 4 2 angeschlossen ist. Eine Rutschkupplung 45 verbindet die biegsame Antriebswelle 41 mit der Trommel 40. Ein Seilzumeßsystem enthält eine Rolle 50, die über eine biegsame V7elle 51 nit einer zweiten Rolle 52 verbunden ist. Eine Druckrolle 53 hält einen fester Oruck gegen das Seil 16A und die Rolle 52 aufrecht. In ähnlicher Weise hält eine zweite Druckrolle 54 einen festen Druck gegen das Seil und die Rolle 50 aufrecht.The rope control system is shown in Fig. 3 and essentially includes a "drum 40, which is connected to a drive motor 42 via a flexible drive shaft 41, and a drum 43, which is also connected to the motor 4 2 via a flexible drive shaft 44. A slip clutch 45 connects the flexible Drive shaft 41 with drum 40. Includes a rope metering system a roller 50, which has a flexible V7elle 51 with a second Roller 52 is connected. A pressure roller 53 holds a firm pressure upright against rope 16A and pulley 52. In a similar way a second pressure roller 54 maintains a firm pressure against the rope and roller 50.

Der Betrieb der vorliegenden Vorrichtung ergibt sich insbesondere aus Fig. 1. Die waagerechte Bohreinheit 13 arbeitet sich in die Bodenfrmation 10, wooei das Seil 16A von der Bohreinheit gezogen wird. Wenn das Seil gezogen wird, dreht sich die Rolle 52. Jede Drehung der Rolle 52 wird über die biegsame Welle 51 auf die Rolle 50 übertragen, die sich ebenfalls dreht und ein Nachlassen der Spannung des Seils 16 bewirkt. Wenn das Seil 16 in seiner Spannung nachläßt, schließt der Schalter 34 und überträgt Strom von der Energiequelle zu dem Antriebsmotor der Räcier 30. ^ie Signalerzeugungseinrichtung folgt dann der Bewegung der Sohreinheit 13. Hierbei ist uie gemäß Fig. 1 definierte Strecke d~ imm bekannt. Wenn das Signal von der Antenne 15 übertragen w\rä, setzt die in der Instrumentenpackung der Bohreinheit enthaltene Rahmenantenne 20 die Suche nach der Winkelrichtung ^, zwischen der Bohreinheit und der Signalerzeugungsantenne 15 fort. Wenn φ. und d- bestimmt sind, kann der Abstand d der Bohreinheit von der Signalerzeugungseinrichtung bestiunmt werden. Da der Tangens von JO₁ gleich d/d₂ ist, kann eine derartige Information leicht berechnet werden, und je nach Bedarf kann der Bohrvorgang so korrigiert werden, daS ein konstanter Abstand zwischen den Bohrlöchern 11 und 12 aufrechterhalten wird.The operation of the present device can be seen in particular from FIG. 1. The horizontal drilling unit 13 works its way into the ground formation 10, where the rope 16A is pulled by the drilling unit. As the rope is pulled, the pulley 52 rotates. Any rotation of the pulley 52 is transmitted via the flexible shaft 51 to the pulley 50, which also rotates and causes the tension on the rope 16 to be released. When the tension on the rope 16 slackens, the switch 34 closes and transmits current from the energy source to the drive motor of the Räcier 30. The signal generating device then follows the movement of the rope unit 13. Here, the route defined according to FIG. 1 is known . When the signal transmitted from the antenna 15 w \ Rae, 20 sets the loop antenna contained in the instrument package of the drilling unit to search for the angular direction ^, between the drilling unit and the signal generating antenna 15 continually. If φ. and d- are determined, the distance d of the drilling unit from the signal generating device can be determined. Since the tangent of JO ₁ is d / d ₂ , such information can be easily calculated and the drilling operation can be corrected as needed so that a constant distance between the boreholes 11 and 12 is maintained.

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Zu dem Steuersystem zur Einhaltung eines gewünschten Abstandes gehört auch die Ablenkeinheit 9 , die um die Achse der Bohreinheit um 360° gedreht werden kann. Wenn der Bohrer seine Richtung ändern muß, dreht die Rollsteuerung die Ablenkeinheit 9 in der gewünschten Richtung» Die Ablenkeinheit wird dann gegen die Bohrlochwand gedrückt und bewirkt ihrerseits einen Druck in der gewünschten Richtung auf den Bohrer. Das Seil 16A ist an den einen Teil des Antriebsmechanismus 21 bzw. der Vortriebseinheit angeschlossen. Da der Teil 23 der Vortriebseinheit über eine Stange unmittelbar an die Instrumentenpackung 19 angeschlossen ist, bewegt sich das Seil jedesmal, wenn sich die Instrumentenpackung bewegt, wodurch immer ein bekannter Abstand zwischen den Ende des Seils 16A und dem Seil 16 aufrechterhalten wird.To the control system to maintain a desired distance also includes the deflection unit 9, which can be rotated through 360 ° around the axis of the drilling unit. When the drill change direction must, the roll control rotates the deflection unit 9 in the desired direction. The deflection unit is then against the borehole wall pressed and in turn causes a pressure in the desired direction on the drill. The rope 16A is attached to one part of the Drive mechanism 21 or the propulsion unit connected. Since the part 23 of the propulsion unit via a rod directly is connected to the instrument package 19, the rope moves every time the instrument package moves, whereby always a known distance between the end of the rope 16A and the Rope 16 is maintained.

Die Bohrvorrichtung kann also dazu veranlaßt werden, im wesentlichen parallel zum vorher gebohrten Bohrloch 11 zu bohren, vor allem wenn der Nullwinkel φ~ der zweiten Rahmenantenne 27 mit dem Nullwinkel 0, der ersten Rahmenantenne 20 verglichen wird. Beide Antennen können in ihrer Lage so festgelegt werden, daß f>\ und JiS₂ ein paralleles Bohrloch in einem vorgegebenen Abstand d. ergeben. Die Bohrerbetätigungseinrichtung wird dann den Bohrer so halten, daß die Nullbedingungen eingehalten werden.The drilling device can thus be made to drill essentially parallel to the previously drilled borehole 11, especially when the zero angle φ ~ of the second loop antenna 27 is compared with the zero angle 0 of the first loop antenna 20. Both antennas can be set in their position so that f> \ and JiS ₂ a parallel borehole at a predetermined distance d. result. The drill operator will then hold the drill so that the zero conditions are met.

Selbstverständlich können zum Kuppeln der Rolle 52 an die Rolle andere Systene in der Weise verwendet werden, daß die gleiche Seillänge in beide Bohrlöcher abgegeben wird. Z.B. kann ein elektrisches servogesteuertes System das abgegebene Seil 16A nessen und eine elektrische Information auf die Rolle 50 übertragen. Diese Rolle 50 kann dann mit einem einfach Schaltungssystem so betrieben werden, daß sie die gleiche Länge des Seils 16 abgibt. Die Signalerzeugungseinrichtung 14 kann ferner im Bohrloch vor oder hinter der Antenne 20 vorwärtsbewegt werden. Of course, other systems can be used to couple the roller 52 to the roller in such a way that the same length of rope is delivered into both boreholes. For example, an electrical servo-controlled system can wet the dispensed rope 16A and transmit electrical information to the pulley 50. This roll 50 can then circuitry operable with a simple that it releases the same length of the cable sixteenth The signal generating device 14 can also be moved forward in the borehole in front of or behind the antenna 20 .

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Claims

Protection claims

1.) Device for drilling a second horizontal tunnel, which is essentially parallel to a first drilled horizontal one Tunnel runs, with a first signal device that can be used in the first tunnel and a device for driving a horizontal drilling unit in the. Ground along an axis parallel to the first tunnel to create the second tunnel, marked by a second signal device (20, 27) located in the horizontal drilling unit (13), which is marked with the first signaling device (14) is in signal connection, and by a spacing mechanism (40,43,16,16a, etc.), the the first signaling device (14) in the first tunnel at a predetermined distance with respect to that of the second signaling device stops in the position reached in the second tunnel.

2.) Device najh claim 1, characterized in that the spacing mechanism comprises a first drum (40) with a first rope (16) stored thereon, a second drum (43) with a second rope (16a) stored thereon, a device for Connecting the first rope to the first signaling _{device (14) (} a device for connecting the second rope to the second signaling device, and a device (50 for measuring the lengths of the ropes delivered by the drums (40, 43)).

3.) Device according to claim 2, characterized in that that the first signaling device (14) comprises a housing, a device (30) for propelling the housing along the Tunnel and means for securing the first rope (16) to the housing.

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4.) Device according to claim 3, characterized that the device for fastening the first cable (16) to the housing contains a pressure-sensitive switch (34), which switches off the propulsion device (30) when it moves the housing against the tension of the first rope (16).

5.) Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the second signaling device is at least contains a directional antenna (20, 27), furthermore a device connected to the directional antenna for determining the direction the horizontal drilling axis from the first signal device (14), and a device which the first signal device in a predetermined distance from the second signal device.

6.) Device according to one of the preceding claims, d a d u r ch characterized in that the second signaling device contains two directional antennas (20,27) which are attached to the drilling unit (13) offset from one another at a predetermined distance and one connected to each of the two directional antennas

tunnel

Facility that has its orientation in relation to that in the first / Signal device (14) determined.

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