SE421815B

SE421815B - PROCEDURE FOR DIRECTIONAL CHANGE OF DRILL TREATED EQUIPMENT FOR IMPLEMENTATION OF THE PROCEDURE

Info

Publication number: SE421815B
Application number: SE8100147A
Authority: SE
Inventors: B-E Johansson; S Forsberg; R Norman
Original assignee: Sveriges Geol Undersokning Sgu
Priority date: 1981-01-13
Filing date: 1981-01-13
Publication date: 1982-02-01
Also published as: DE3228261A1; WO1982002417A1; AU8004482A

Description

8100147-1 lodhjulets och kompassens svängningsaxlar 8 resp. 9 och som, lik- som såväl kompassen som lodhjulet, har sin tyngdpunkt liggande under sin svängningsaxel, så att den håller kompassens och lodhjulets in- bördes parallella svängningsaxlar 7,8 horisontella. På basis av de av lodhjulet 3 och kompassen 4 uppmätta värdena, vilka överföres på elektrisk väg via en kabel-10 till ett ovan jord befintligt, på rit- ningarna icke visat avläsningsinstrument, uppritas sedan borrhâlets läge i berget på ett vertikaldiagram och ett horisontaldiagram och 'med hjälp av dessa diagram kan man sedan bestämma hur borrhâlets 1 riktning skall ändras eller i vilken riktning fortsatt borrning 6 skall ske för att man skall èräffa avsett mål. 8100147-1 the pivot axes 8 of the plumb wheel and compass respectively. 9 and which, like both the compass and the plumb wheel, has its center of gravity lying below its axis of rotation, so that it keeps the mutually parallel pivot axes 7,8 of the compass and the plumb wheel horizontal. On the basis of the values measured by the solder wheel 3 and the compass 4, which are transmitted electrically via a cable 10 to an above-ground reading instrument, not shown in the drawings, the position of the borehole in the rock is then plotted on a vertical diagram and a horizontal diagram and with the aid of these diagrams it is then possible to determine how the direction of the borehole 1 is to be changed or in which direction continued drilling 6 is to take place in order to achieve the intended goal.

För att åstadkomma denna riktningsändring nedföres efter upp- tagandet av borrhålslutningsmätaren en med en styrtunga ll försedd expander 12 av någon känd typ i borrhålet 1 till avsett djup med hjälp av borrmaskinens borrör, vid vars nedre ände expandern 12 med styrtungan ll har fästs med hjälp av avskjuvbara nitar eller på något annat lösbart sätt. När expandern 11 förts ned till avsett djup expanderas den fast mot borrhålsväggen 13, såsom visas i fig. l, och genom applicering av en nedåtriktad kraft på borröretr knäcka därefter de nitar som förbinder expandern 12 med borröret, varefter borröret kan dras upp ur borrhâlet 1 med expandern 12 sit- tande kvar i borrhålet med sin styrtunga 11.To effect this change of direction, after receiving the borehole inclination meter, an expander 12 provided with a guide tongue 11 of any known type is lowered into the borehole to the intended depth by means of the drill pipe of the drill, to which lower end the expander 12 with the guide tongue II has been attached. shearable rivets or in any other soluble means. When the expander 11 is lowered to the intended depth, it is firmly expanded against the borehole wall 13, as shown in Fig. 1, and by applying a downward force to the drill pipe, the rivets connecting the expander 12 to the drill pipe then crack, after which the drill pipe can be pulled out of the borehole 1. with the expander 12 sitting in the borehole with its guide tongue 11.

Med 14 betecknas generellt i fig. 2 och 6 en mätsond, som för- utom ovannämnda borrhålslutningsmätare 2 innefattar en vinkelgivare 15 och en styrtunga 16 passande till den i borrhålet 1 medelst expandern 12 förankrade styrtungan ll och som ansluts till kabeln 10 för att sänkas ned i borrhâlet 1 tills styrtungorna 16 och ll lglider in i varandra och anligger med sina med l6a resp. lla betecknade plana ytor mot varandra i ett inbördes låst läge. för att dessa styrtungor ll och 16 skall glida in i varandra är de av- fasade vid sinaändar, såsom visas vid 17 i fig. 1-4. Vidare är mät- sondens styrtunga 16 fast förbunden med mätsondens fundament 5, i_ vilket vaggan 6 är svängbart lagrad, via ett instrumenthus 18 i det i fig. 2 visade exemplet, i vilket styrtungans plana yta l6a visas ligga i linje med vaggans vridningsaxel 7 även om så icke är nöd- vändigt för funktionens skull.Denoted by 14 in Figs. 2 and 6 is generally a measuring probe which, in addition to the above-mentioned borehole inclination meter 2, comprises an angle sensor 15 and a guide tongue 16 fitting to the guide tongue 11 anchored in the borehole 1 by the expander 12 and connected to the cable 10 for lowering. in the borehole 1 until the guide tongues 16 and ll slide into each other and abut with theirs with l6a resp. lla denoted flat surfaces against each other in a mutually locked position. in order for these guide tongues 11 and 16 to slide into each other, they are chamfered at their ends, as shown at 17 in Figs. 1-4. Furthermore, the guide tongue 16 of the measuring probe is fixedly connected to the foundation 5 of the measuring probe, in which the cradle 6 is pivotally mounted, via an instrument housing 18 in the example shown in Fig. 2, in which the flat surface 16a of the guide tongue is shown in line with the rocker axis 7. unless otherwise necessary for the function.

Mätsondens vinkelgivare 15 utgöres i enlighet med uppfinningen av en resistanslindning 19, vilken är fäst vid fundamentets ena mot vaggan 6 vända ändvägg 20 i form av en företrädesvis cirkulärt om- kring vaggans lagringspunkt 21 i ändväggen 20 sig sträckande slinga, 8100147-1 samt av ett kontaktorgan 22 som är förbundet med vaggan 6 och som är anordnat att samverka med resistantlindningen 19 för angivande av vaggans och fundamentets inbördes vinkelläge. Genom att vrida funda- mentet 5 relativt vaggan 6 kommer således olika stor del av resistant- lindningen 19 att vara inkopplad genom kontaktorganets försorg och därmed erhålles olika resistansvärden som vart och ett svarar mot en förutbestämd vridningsvinkel mellan fundamentet 5 och vaggan 6, varvid nollpunkten lämpligen väljes för det inbördes läget mellan fundamentet 5 och vaggan 6, i vilket styrtungans plana yta löa är parallell med lodhjulets och kompassens svängningsaxlar S resp. 9.The angle sensor 15 of the measuring probe is in accordance with the invention constituted by a resistance winding 19, which is attached to one end wall 20 facing one of the cradles 6 in the form of a preferably circular circumference around the bearing point 21 of the cradle in the end wall 20 and a loop. contact means 22 which are connected to the cradle 6 and which are arranged to cooperate with the resistant winding 19 for indicating the mutual angular position of the cradle and the foundation. By rotating the foundation 5 relative to the cradle 6, different sizes of the resistance winding 19 will thus be connected by the contact member and thus different resistance values are obtained, each corresponding to a predetermined angle of rotation between the foundation 5 and the cradle 6, the zero point suitably is selected for the mutual position between the foundation 5 and the cradle 6, in which the flat surface of the guide tongue is parallel to the pivot axes S and the compass pivot axes S, respectively. 9.

För att kontaktorganet 22 inte skall hämma vaggans vridning relativt fundamentet 5 är det in- och urkopplingsbart genom en tryck- stång 23, som påverkas av ett excentriskt hjul 24 som via en trans- mission 26 drivs av en från markytan manövrerbar elektrisk motor 25, vilken även används för in- och urkoppling av lodhjulets och kom- passens motsvarande, på ritningarna icke visade kontaktorgan.In order that the contact member 22 should not impede the rotation of the cradle relative to the foundation 5, it can be connected and disconnected by a push rod 23, which is actuated by an eccentric wheel 24 which is driven via a transmission 26 by an electric motor 25 maneuverable from the ground, which also used for connecting and disconnecting the corresponding contact means of the solder wheel and compass, not shown in the drawings.

När mätsonden 14 med sin styrtunga 16 glider in på den i borr- hàlet l fästade styrtungan 11 kommer fundamentet 5 att inställas re- lativt vaggan 5 i beroende av sistnämnda styrtunga ll och om därvid fundamentet 5 vrids relativt vaggan 5 registreras denna vridning av vinkelgivaren 15 när dess kontaktorgan 23 bringas i kontakt med resistantlindningen och därmed fås ett värde på vridningens storlek som kan avläsas på ett ovan markytan befintligt mätinstrument som via kabeln 10 är anslutet till mätsonden 14 och dess vinkelgivare 15.When the measuring probe 14 with its guide tongue 16 slides into the guide tongue 11 fixed in the borehole 1, the foundation 5 will be set relative to the cradle 5 depending on the latter guide tongue 11 and if the foundation 5 is rotated relative to the cradle 5, this rotation of the angle sensor 15 is registered. when its contact means 23 is brought into contact with the resistant winding and thus a value is obtained on the size of the rotation which can be read on a measuring instrument located above the ground which is connected via the cable 10 to the measuring probe 14 and its angle sensor 15.

På detta sätt uppmätes sålunda fundamentets och dess styrtungas vridningsvinkel i förhållande till borrhålets vertikalplan och där- med vet man exakt i vilket vinkelläge den i borrhâlet l fästade styrtungans ll plana yta lla har. Nämnda mätinstrument för avläs- ning av fundamentets vridningsvinkel är lämpligen graderat från O till 3600 och bör lämpligen ha en mätnoggrannhet på - 0,50.In this way, the angle of rotation of the foundation and its guide tongue in relation to the vertical plane of the borehole is measured, and thus it is known exactly in which angular position the flat surface 11a of the guide tongue 11 attached to the borehole 1 has. Said measuring instrument for reading the angle of rotation of the foundation is suitably graded from 0 to 3600 and should suitably have a measuring accuracy of -0.50.

När denna vridninqsvinkelmätning är utförd dras mätsonden 14 med sin styrtunga 16 upp ur borrhålet 1 och en styrtunga 27 (fig. 3 och 4) av samma form som styrtungorna ll och 16 förbinds med en styr- eller utkilningskil 28 med en inbördes vinkel mellan styr- tungans plana yta 27a och kilens 28a betecknade styryta som bestäms av den vinkel styrtungan ll har i borrhålet och den önskade borr- ningsriktningen. Den så med styrtunga 27 förbundna kilen 28 för- binds nu på ett lösbart sätt,t.ex. med hjälp av avskjutbara nitar, med den nedre änden av borröret och föres med hjälp av detta ned i borrhålet 1 så att de båda styrtungorna ll och 27 bringas i avsett 8100147-1 ingrepp med varandra med de plana ytorna lla och 27a anliggande mot varandra och därmed kommer kilen att ha sin styryta 28a, som lämpli- gen kan vara försedd med ett V-formigt styrspår-29 vettande i av- sedd borrningsriktning för fortsatt borrning mot avsett mål. Därefter lösgöres kilen 28 från borröret, exempelvis genom att nitarna som förbinder borröret med kilen knäcks med hjälp av en nedåtriktad kraft på borröret, och borröret dras sedan upp ur borrhålet. För att inte kilen 28 och dess styrtunga 27 därvid skall gå ur ingrep- pet med den i borrhâlet l fästade styrtungan ll kan styrtungan 27 på sin utsida vara försedd med något elastiskt material som trycker densamma mot den fast anordnade styrtungan ll eller med något annat i sig känt låsorgan. Som regel är dock någon dylik låsning inte nöd- vändig utan kilen 28 kvarhâlles i läge genom sin och styrtungans egenviktﬂ I I .When this angle of rotation measurement is performed, the measuring probe 14 with its guide tongue 16 is pulled out of the borehole 1 and a guide tongue 27 (Figs. 3 and 4) of the same shape as the guide tongues 11 and 16 is connected to a guide or wedge wedge 28 with a mutual angle between guides. the flat surface 27a of the tongue and the designated guide surface of the wedge 28a which is determined by the angle of the guide tongue 11 in the borehole and the desired drilling direction. The wedge 28 thus connected to the guide tongue 27 is now connected in a releasable manner, e.g. by means of slidable rivets, with the lower end of the drill pipe and is brought with this means down into the borehole 1 so that the two guide tongues 11 and 27 are brought into intended engagement with each other with the flat surfaces 11a and 27a abutting each other and thus, the wedge will have its guide surface 28a, which may suitably be provided with a V-shaped guide groove 29 facing in the intended drilling direction for continued drilling towards the intended target. Thereafter, the wedge 28 is detached from the drill pipe, for example by breaking the rivets connecting the drill pipe to the wedge by means of a downward force on the drill pipe, and the drill pipe is then pulled up out of the borehole. In order that the wedge 28 and its guide tongue 27 do not thereby become out of engagement with the guide tongue 11 attached to the borehole 1, the guide tongue 27 can be provided on its outside with some elastic material which presses it against the fixed guide tongue 11 or with something else in known locking means. As a rule, however, no such locking is necessary but the wedge 28 is kept in position by its and the guide weight's own weight ﬂ I I.

Den så i borrhålet applicerade kilen 28 har nu sin styryta 28a liggande i den önskade borrningsriktningen och kommer vid nedföring av borrkronan att styra denna i den för fortsatt borrninq mot målet avsedda riktningen. Under den fortsatta borrningen utföres kontroll- mätningar med känd avvikelsemätutrustning med jämna intervaller, exempelvis var femte meter, för kontroll av att önskad utborrnings- riktning bibehålls.> _ 7 Förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan användas för olika typer av borrningsarbeten och medför därvid stora fördelar i jämförelse med känd teknik. Som exempel kan nämnas att vid mäktighetsbestämning av malmkroppar kan från ett stamhål flera grenhål utkilas i önskade riktningar och därmed inbesparas åt- skilliga dyrbara borrmetrar och marktransport av borrutrustning und- vikes liksom dyrbar och besvärlig jordborrning. Vidare möjliggöres återstyrning av borrhål som avviker fråm förutbestämd kurs mot avsett mål liksom passage av fastkörd borrkrona, vilket hitintills har utgjort ett besvärligt problem och som regel har man i dylika situationer måst borr ett nytt hål. En annan möjlighet som möjlig- göres genom föreliggande uppfinning är borrning under t.ex. sjöar och myrar där framkomligheten för borrekipage är omöjliga, med borrutrustningen uppställd vid sidan av sjön eller myren. Att nå mål som befinner sig under markområden som ej uppvisar bärighet för framtransport av borrutrustning har hitintills varit i det närmaste omöjligt. Rent allmänt är vidare de stora fördelarna med den kilriktade borrningen enligt föreliggande uppfinning att borrningsarbetet blir väsentligt mycket billigare och möjligheten att träffa ett i förväg bestämt mål ökas väsentligt. 8100147-1 Föreliggnade uppfinning är icke begränsad till det ovan be- skrivna och på ritningarna visade utan kan ändras och modifieras på många olika sätt inom ramen för den i patentkraven angivna upp- finningstanken .The wedge 28 thus applied in the borehole now has its guide surface 28a lying in the desired drilling direction and will, when lowering the drill bit, guide it in the direction intended for continued drilling towards the target. During the continued drilling, control measurements are performed with known deviation measuring equipment at regular intervals, for example every five meters, to check that the desired drilling direction is maintained. The method according to the present invention can be used for different types of drilling work and thereby brings great advantages in comparison with prior art. As an example, when determining the thickness of ore bodies, several branch holes can be wedged from a trunk hole in the desired directions and thus save several expensive drilling meters and ground transport of drilling equipment is avoided as well as expensive and cumbersome earth drilling. Furthermore, re-control of boreholes that deviate from a predetermined course towards the intended target is made possible, as well as the passage of a stuck drill bit, which has hitherto been a difficult problem and as a rule a new hole must be drilled in such situations. Another possibility made possible by the present invention is drilling during e.g. lakes and bogs where the accessibility of drilling rigs is impossible, with the drilling equipment set up next to the lake or bog. Reaching targets that are below ground areas that do not show bearing capacity for forward transport of drilling equipment has so far been virtually impossible. In general, moreover, the great advantages of the wedge-directed drilling according to the present invention are that the drilling work becomes substantially much cheaper and the possibility of hitting a predetermined target is significantly increased. The present invention is not limited to what is described above and shown in the drawings, but can be changed and modified in many different ways within the scope of the inventive concept stated in the claims.

Claims

8100147-1 - g_ _ a 6 Patentkrav

Rock drilling method for controlling continued drilling in a borehole in a predetermined direction deviating from the direction of the borehole, characterized in that at the level in the borehole (1) where the direction change is to take place, a reference surface (11a) whose angular position in drilling is applied the hole is determined, and after determining the angular position of said reference surface, a guide or wedge wedge (28) is lowered into the borehole with a guide surface (28a) provided for guiding continued drilling and is brought into co-operation with a second guide surface (27a) with the reference surface (11a) applied in the borehole, the two guide surfaces (28a, Z7a) of the guide wedge being adjusted on the basis of the angular position of the reference surface in the borehole and the predetermined direction relative to each other before lowering the guide wedge (28) into the borehole (1). that the guide surface (28a) of the guide wedge for guiding the continued drilling is brought in the predetermined direction by the engagement of the second guide surface (27a) of the guide wedge with reference surface an (11a).

Method according to claim 1, characterized in that simultaneously with or before the application of the reference surface (11a) in the borehole (1) at the intended level, the existing borehole stretch in the horizontal plane and inclination towards the vertical plane is determined. 1 1

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the wedge angle of the guide wedge is adapted to the desired degree of directional deviation.

Device for carrying out the method according to claim 1 for controlling continued drilling in a borehole in a predetermined direction deviating from the direction of the borehole, characterized in that it comprises a means of an expander (12) or the like reference surface (11a) applicable in the borehole (1), an angle sensor (15) for determining the reference surface (11a) applied in the borehole (1) and a guide or wedge wedge (28) with a first guide surface (Z8a) for controlling the continued drilling and a second interaction with the reference surface (11a) arranged guide surface (27a), the two guide surfaces (28a, 27a) of the guide wedge being mutually adjustable in a specific angular position on the basis of the determined angular position of the reference surface and the predetermined direction.

Device according to claim 4, characterized in that the angle sensor (15) is arranged in a borehole inclination meter (2) known per se for determining the borehole's stretch in the horizontal plane and inclination towards the vertical plane.

Device according to Claim 4 or 5, characterized in that the borehole inclination meter (2) provided with the angle sensor (15) is provided with a guide surface (16a) arranged in cooperation with the reference surface.