SE469394B

SE469394B - MADE TO DRAW BETWEEN LINING RODS AND BORAL REMOVAL DEVICE FOR IMPLEMENTATION

Info

Publication number: SE469394B
Application number: SE9200730A
Authority: SE
Inventors: Hans Alexandersson; Anders Nelson
Original assignee: Anders Nelson; Hans Alexandersson
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1993-06-28
Also published as: DE69310159D1; ATE152210T1; EP0629259A1; SE9200730L; SE9200730D0; EP0629259B1; WO1993018274A1

Abstract

The invention concerns a method and a device in rock drilling according to which a casing (1) provided with a rigid front end portion (2) is lowered concurrently with the drilling in order to seal said casing front end portion from the wall of the drilled hole. In accordance with the invention annular members (5) are inserted into one or several external peripheral grooves formed in the casing end portion (2), said annular members consisting of a material which with delay expand when moistened. Owing to this arrangement, the casing (1) may be lowered simultaneously with the drilling while encountering a minimum of resistance while at the same time a sealing means is provided which is well protected during the drilling operation but after the drilling seals the casing efficiently from the surrounding drill hole wall.

Description

15 20 25 30 35 469 394 2 har nedförts till önskat djup roteras borrverktyget i den motsatta riktningen, varvid utrymmaren indrages i radiell riktning så, att borrverktyget med borrkronan kan upp- dragas i foderrörets inre. 15 20 25 30 35 469 394 2 has been lowered to the desired depth, the drilling tool is rotated in the opposite direction, the space being retracted in the radial direction so that the drilling tool with the drill bit can be pulled up into the interior of the casing.

Vid borrning på detta sätt uppmatas vatten och borr- kax huvudsakligen i foderrörets inre, men det ur berg- grunden lösgjorda materialet uppmatas tillsammans med vatten också i mellanrummet mellan foderröret och borr- hålsväggen. För att åstadkomma ovan nämnda avtätning mellan foderröret och borrhålet mot nedträngande ytvatten och andra föroreningar är det känt att förse den nedre foderrörshylsan med utvändiga gummitätningar som ofta är försedda med mot borrhålsväggen anliggande gummiläppar.When drilling in this way, water and cuttings are fed mainly in the interior of the casing, but the material detached from the bedrock is also fed together with water in the space between the casing and the borehole wall. In order to achieve the above-mentioned sealing between the casing and the borehole against penetrating surface water and other contaminants, it is known to provide the lower casing sleeve with external rubber seals which are often provided with rubber lips abutting against the borehole wall.

Vid borrningen och det samtidiga nedförandet av foderröret blir emellertid dessa tätningar skadade av det material som vid borrningen pressas förbi dem upp i utrymmet mellan foderrör och borrhål, vilket innebär att efter fullföljd borrning dessa tätningar är så skadade, att de icke förmår att tillfredsställa den tätningsuppgift som från början varit avsedd. En annan nackdel med den tidigare kända tät- ningen är, att gummiläpparna genom sin ständiga anliggning mot borrhålsväggen ger ett ej önskat motstånd mot foder- rörets nedförande.During drilling and the simultaneous lowering of the casing, however, these seals are damaged by the material which is pressed past them up into the space between casing and borehole, which means that after completion of drilling these seals are so damaged that they are unable to satisfy the sealing task. which was originally intended. Another disadvantage of the previously known seal is that the rubber lips, due to their constant abutment against the borehole wall, give an undesired resistance to the lowering of the casing.

Huvudändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt och en anordning varmed dessa nackdelar är elimi- nerade, dvs varvid foderröret utan stort motstånd kan nedföras i borrhàlet under borrningen och efter borrningen medger en effektiv tätning mellan foderröret och borr- hålet.The main object of the invention is to provide a method and a device with which these disadvantages are eliminated, ie whereby the casing can be lowered into the borehole without much resistance during drilling and after drilling allows an effective seal between the casing and the borehole.

Detta ändamàl uppnås därigenom, att i ett eller flera utvändiga periferiella spår i foderrörets ändparti inläg- ges ringar av genom befuktning, och med fördröjning sväll- bart material.This object is achieved in that, in one or more external peripheral grooves in the end portion of the casing, inserts of material which swell by insertion and with delay are inserted.

För att medge fritt nedförande av foderröret under den tid som borrningen av foderrörshålet pågår kan sväll- materialet beläggas med ett fördröjningsskikt som är lång- samt upplösbart vid kontakt med vätska, varigenom sväll- 10 15 20 25 30 35 469 394 3 materialets vidgning förhindras eller åtminstone motverkas under den tid som det tar för att utföra borrningen med samtidigt nedförande av foderröret.In order to allow free lowering of the casing during the drilling of the casing hole, the swelling material can be coated with a retardation layer which is slow and soluble on contact with liquid, thereby preventing the swelling of the material or at least counteracted during the time it takes to carry out the drilling with simultaneous lowering of the casing.

Lämpligen utföres de periferiella spåren i foder- rörets ändparti med spårväggar som är snedsnällda uppåt mot borrväggen. Därigenom uppnås förutom ett hullingartat fasthållande av foderröret i borrhålsväggen en anligg- ningsyta mot borrhàlsväggen som är förhållandevis utbredd i höjdled jämfört med spårens vidd. Dessutom minskas risken att borrkax och annat material intränger i spåren och därmed försämrar den efterföljande tätningseffekten.Suitably the peripheral grooves are made in the end portion of the casing with groove walls which are inclined upwards towards the drill wall. As a result, in addition to a barbed-like holding of the casing in the borehole wall, an abutment surface against the borehole wall is achieved which is relatively wide in height compared with the width of the grooves. In addition, the risk of drill cuttings and other material penetrating the grooves is reduced and thus the subsequent sealing effect deteriorates.

I det följande beskrives uppfinningen mer detaljerat i form av ett exempel med hänvisning till bifogade rit- ningar, på vilka: FIG 1 visar nedre delen av ett borrverktyg under upp- rymning av ett borrhål för nedförande av ett foderrör; FIG 2 visar samma del av borrhålet med nedfört foder- rör under uppdragande av borrverktyget genom foderröret; FIG 3 visar foderröret i mot tillhörande borrhålsvägg avtätat skick; FIG 4 visar i mindre skala foderrörets sträckning och genom de övre spruckna berglagren och borrhålets vidare- sträckning nedåt genom berggrunden.In the following, the invention is described in more detail in the form of an example with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows the lower part of a drilling tool while clearing a borehole for lowering a casing; Fig. 2 shows the same part of the borehole with lowered casing while pulling up the drilling tool through the casing; Fig. 3 shows the casing in the condition sealed against the associated borehole wall; Fig. 4 shows on a smaller scale the extension of the casing and through the upper cracked rock layers and the extension of the borehole downwards through the bedrock.

I fig l och 2 visas en borrningsoperation under sam- tidigt nedförande av ett foderrör 1 enligt den s k ODEX- metoden. Foderröret l kan exempelvis vara utfört av stål, men ofta förekommer även mjukare material såsom exempelvis plast. Med 2 betecknas en ändhylsa, vars övre del är in- förd i foderrörets 1 inre och vilken lämpligen är fastsatt vid foderröret medelst skruvar, nitar eller liknande. Om foderröret l är utfört av stål kan naturligtvis också änd- hylsan 2 vara fastsvetsad vid detsamma. Hylsan 2 är utförd med ett antal periferiella spår 3 som vid det visade ut- förandet har från spårens botten räknat mot hålväggen 4 uppåt lutande sidoväggar. I vart och ett av spåren 3 är inlagd en ring 5 av ett material, företrädesvis gummi- material som är svällbart genom befuktning. Svällmateria- 469 394 10 15 20 25 30 35 4 let i ringarna kan lämpligen vara ett kloropenmaterial, exempelvis ett material av det slag som marknadsförs under namnet "Hydrotight". I dessa ringar kan svällmaterialet lämpligen vara överdraget med ett ytskikt som är långsamt upplösbart av vätska i och för fördröjande av vätskans kontakt med svällmaterialet och också fördröjande av dess svällverkan. Det är naturligtvis också möjligt att utföra svällmaterialet i sig självt med en sådan blandning, att lämplig svällningsfördröjning erhålles. Lämpligen är ringarna 5 så dimensionerade, att de helt, eller åt- minstone till största delen inrymmes i spåren 3. Den övre ändkanten 6 av ändhylsan 2 bildar en uppåtriktad skuldra mot vilken en nedàtvänd ansats 7 på en styrdel 8 på borr- ningsverktyget vilar. Styrningsdelen 8 bildar lagring för en axel 9 som ovanför borrhålet är förbunden med ett på ritningarna icke visat drivaggregat. Nedtill är borrverk- tyget försett med ett borrhuvud 10 ovanför vilket är anordnad en s k "rymmare" ll. Rymmaren ll är så lagrad på axeln 9 mellan borrhuvudet 10 och lagerhylsan 8, att den vid rotation i ena riktningen expanderas radiellt och hàlles i detta läge, dvs i det läge som visas i fig 1, medan den vid rotation i motsatta riktningen indrages till en ytterdiameter som understiger ändhylsans 2 innerdia- meter och i vilket läge hela verktyget kan uppdragas genom ändhylsan 2 och borrhålet såsom visas i fig 2. Vid borrning neddrives borrhuvudet lO med rymmaren ll i berggrunden. Därvid utrymmer rymmaren ll borrhålet under foderröret och ändhylsan 2 till en diameter som överstiger dessa med ett lämpligt spel a, som lämpligen är så stort, att foderröret l under borrningen 1 kan nedföras i borrhålet utan onödigt motstånd. Medelst borrhuvudet 10 och rymmaren 11 lossrivet borrkax uppföres tillsammans med eventuell vätska genom ett i lagerhylsans 8 periferi upp- taget längsgående spår 12 till utrymmet inuti foderröret l för vidare upptransport genom detta. Under borrningen strömmar också en del borrkax upp genom mellanrummet a mellan ändhylsan 2 och borrhålets 4 vägg. Det i utrymmet a 10 15 20 25 30 35 469 394 5 uppströmmande materialet glider lätt förbi tätnings- ringarna 5 utan att skada dessa. Genom lutningen av spårens 3 väggar bildar den undre spårväggen ett effektivt skydd för ifrågavarande ring 5, medan den övre spàrväggen bildar en glidyta för det uppåtströmmande materialet.Figures 1 and 2 show a drilling operation during simultaneous lowering of a casing 1 according to the so-called ODEX method. The casing 1 can for instance be made of steel, but often there are also softer materials such as for instance plastic. Denoted by 2 is an end sleeve, the upper part of which is inserted into the interior of the casing 1 and which is suitably fastened to the casing by means of screws, rivets or the like. If the casing 1 is made of steel, the end sleeve 2 can of course also be welded to the same. The sleeve 2 is made with a number of peripheral grooves 3 which in the embodiment shown have from the bottom of the grooves counted towards the hole wall 4 upwardly sloping side walls. In each of the grooves 3 is inserted a ring 5 of a material, preferably rubber material which is swellable by wetting. The swelling material in the rings may suitably be a chloropene material, for example a material of the kind marketed under the name "Hydrotight". In these rings, the swelling material may suitably be coated with a surface layer which is slowly dissolving of liquid in order to delay the contact of the liquid with the swelling material and also to delay its swelling action. Of course, it is also possible to make the swelling material itself with such a mixture that a suitable swelling delay is obtained. Conveniently, the rings 5 are dimensioned so that they are completely, or at least for the most part, accommodated in the grooves 3. The upper end edge 6 of the end sleeve 2 forms an upwardly directed shoulder against which a downwardly facing shoulder 7 on a guide part 8 of the drilling tool rests. The guide part 8 forms a bearing for a shaft 9 which above the borehole is connected to a drive unit not shown in the drawings. At the bottom, the drilling tool is provided with a drilling head 10 above which is arranged a so-called "escape" ll. The reamer 11 is so mounted on the shaft 9 between the drill head 10 and the bearing sleeve 8 that when rotated in one direction it is radially expanded and held in this position, i.e. in the position shown in Fig. 1, while on rotation in the opposite direction it is retracted to a outer diameter which is less than the inner diameter of the end sleeve 2 and in which position the whole tool can be pulled up through the end sleeve 2 and the borehole as shown in Fig. 2. When drilling, the drill head 10 is driven down with the reamer 11 in the bedrock. In this case, the reamer 11l empties the borehole under the casing and the end sleeve 2 to a diameter which exceeds these by a suitable clearance a, which is suitably so large that the casing 1 during the bore 1 can be lowered into the borehole without unnecessary resistance. By means of the drilling head 10 and the reamer 11, torn drill cuttings are erected together with any liquid through a longitudinal groove 12 received in the periphery of the bearing sleeve 8 to the space inside the casing 1 for further up-transport through it. During drilling, some drill cuttings also flow up through the gap a between the end sleeve 2 and the wall of the borehole 4. The material flowing into the space a 10 15 20 25 30 35 469 394 5 slides easily past the sealing rings 5 without damaging them. By the inclination of the walls of the grooves 3, the lower groove wall forms an effective protection for the ring 5 in question, while the upper groove wall forms a sliding surface for the upwardly flowing material.

Genom att lagerhylsan 8 med sin ansats 7 vilar mot änd- hylsans 2 skuldra 6, tvingas foderröret att medfölja borr- verktyget vid dess rörelse nedåt.Because the bearing sleeve 8 with its shoulder 7 rests against the shoulder 6 of the end sleeve 2, the casing is forced to accompany the drilling tool when it moves downwards.

När borrningen för foderröret är slutförd roteras axeln 9 i den motsatta riktningen, varvid rymmaren 11 in- drages till det i fig 2 visade läget, och borrverktyget upplyftes genom foderröret 1, som antingen làtes stå kvar i det i fig 2 visade läget eller nedsänkes ytterligare i borrhålet 4 mot den ansats 13 som bildas mellan det av rymmaren upprymda borrhålet 4 och det borrhål 14 som upptagits av borrkronan 10.When the drilling for the casing is completed, the shaft 9 is rotated in the opposite direction, the reamer 11 being retracted to the position shown in Fig. 2, and the drilling tool being lifted through the casing 1, which is either left in the position shown in Fig. 2 or lowered further. in the borehole 4 against the shoulder 13 formed between the borehole 4 accommodated by the reamer and the borehole 14 occupied by the drill bit 10.

Materialet i ringarna 5 är så avpassat att deras svällning fördröjes till dess att den ovan beskrivna borrningsoperationen är slutförd. Om det i det nu upptagna borrhålet förekommer vatten sker ringarnas 5 svällning automatiskt. Skulle ännu inget vatten förekomma kan sådant nedföras i borrhålet. Med fördröjd verkan med vatten sväller ringarna och intager det tillstånd som visas i fig 3 där ringarna effektivt tätar mot borrhàlets 4 vägg.The material in the rings 5 is so adapted that their swelling is delayed until the drilling operation described above is completed. If there is water in the now occupied borehole, the swelling of the rings 5 takes place automatically. Should there be no water yet, such can be lowered into the borehole. With delayed action with water, the rings swell and assume the condition shown in Fig. 3 where the rings effectively seal against the wall of the borehole 4.

Genom snedställningen av spåren 3 får ringarna en i höjd- led utbredd anliggning mot borrhålsväggen 4 och följer effektivt dess kontur. Samtidigt är huvuddelen av expan- sionen riktad snett uppåt, vilket innebär att foderröret fasthålles i borrhålet på ett hullingartat sätt.By tilting the grooves 3, the rings have a vertically extended abutment against the borehole wall 4 and effectively follow its contour. At the same time, the main part of the expansion is directed obliquely upwards, which means that the casing is held in the borehole in a barbed manner.

När foderröret pà detta vis förts på plats kan borrningen fortsättas till önskat djup med ett borrverktyg som lämpligen motsvarar den nedre delen 14 av det redan upptagna borrhålet, dvs ungefär det inre av ändhylsan 2.When the casing has been moved in place in this way, the drilling can be continued to the desired depth with a drilling tool which suitably corresponds to the lower part 14 of the already occupied borehole, i.e. approximately the interior of the end sleeve 2.

Denna fortsatta borrning kan ske såväl omedelbart, men även samtidigt med eller efter svällningen av tätnings- ringarna. Naturligtvis kan hålet även upptagas med mindre diameter. Såsom framgår av fig 4 överbryggas nu i berg- grunden förekommande sprickor 15 av foderröret som är 469 394 10 15 20 25 30 35 6 avtätat nedtill mot berggrunden. Därigenom förhindras effektivt att ytvatten och andra föroreningar nedtränger i borrhålet som således kan hållas rent under lång tid.This continued drilling can take place both immediately, but also simultaneously with or after the swelling of the sealing rings. Of course, the hole can also be accommodated with a smaller diameter. As can be seen from Fig. 4, cracks 15 now present in the bedrock are bridged by the casing which is 469 394 10 15 20 25 30 35 6 sealed at the bottom against the bedrock. This effectively prevents surface water and other contaminants from penetrating into the borehole, which can thus be kept clean for a long time.

Den ovan beskrivna kända metoden för upptagning av det hål i vilket foderröret nedföres är endast angiven såsom ett lämpligt exempel och innebär inte någon be- gränsning för tillämpningen av uppfinningsföremàlet.The above-described known method of receiving the hole in which the casing is lowered is given only as a suitable example and does not imply any limitation on the application of the object of the invention.

Det är naturligtvis möjligt att använda andra metoder där borrning och nedförande av foderrör sker samtidigt.It is of course possible to use other methods where drilling and lowering of casing takes place simultaneously.

Likaledes kan antalet spår för tätningsringarna anpassas efter lokala behov och sàleds vara såväl färre som fler än det antal som visas på ritningarna.Likewise, the number of grooves for the sealing rings can be adapted to local needs and thus be both fewer and more than the number shown in the drawings.

Claims

10 15 20 25 30 35 469 394 PATENT REQUIREMENTS

1. When drilling rock while simultaneously lowering a casing (1) provided with a rigid front end portion (2), seal said end portion against the wall (4) of the drilled hole, characterized in that in one or more outer peripheral grooves in said end portion (2) of the casing are inserted rings (5) of by moisture, with delay swellable material.

2. A method according to claim 1, characterized in that the swelling material is coated with a retardation layer which is slowly soluble on contact with liquid.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the composition of the swelling material is selected such that the swelling time for bridging the distance (a) between the casing (1, 2) and the surrounding borehole wall (4) exceeds the time for the drilling or the driving down of the casing to the desired depth.

4. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the peripheral grooves (3) in the end portion (2) of the casing are made with groove walls which are inclined upwards towards the borehole wall (4).

Device for causing rock sealing between the casing and the external borehole wall (4) during rock drilling while simultaneously lowering a casing (1), characterized in that it consists of a casing end part (2) with external peripheral grooves ( 3) and rings (5) of material swellable by wetting which are pre-inserted or in connection with the insertion of the casing into the borehole, wherein rings (5) inserted in the peripheral grooves in the non-moistened layer have an outer diameter which is less than the diameter of external borehole wall. 469 394 10 15 20 25 30 35 8

Device according to claim 5, characterized in that the peripheral grooves (3ï side walls are inclined upwards towards the wall of the borehole (4) in the lowered layer of the casing.

Device according to claim 5 or 6, characterized in that the rings (5) inserted in the grooves (3) in unsoiled layer have an outer diameter which is less than the outer diameter of the casing portion (2) in which they are laid.

Device according to claim 7, characterized in that the rings (5) are made of chloropene material.

Device according to one of Claims 5 to 8, characterized in that the rings (5) consist of a core of swelling material which is coated with an outer retardation layer which is slowly soluble in liquid in order to delay the contact of the liquid with swelling. the material and thus delay of its swelling effect.

Device according to one of Claims 5 to 7, characterized in that the grooved casing portion (2) is a separate sleeve which can be fastened to the rest of the casing.