專利名稱：鉆探設(shè)備和鉆探方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有用于在鉆管(casing tube)內(nèi)鉆探的鉆探裝置的鉆探設(shè)備， 該鉆探裝置具有支撐框架和鉆探工具，該支撐框架帶有用于相對(duì)于鉆管固定的緊固裝置， 該鉆探工具借助于設(shè)置在支撐框架上的鉆探驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)伸縮桿以旋轉(zhuǎn)的方式被驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明還涉及一種用于在鉆管內(nèi)產(chǎn)生鉆孔的鉆探方法，其中鉆探裝置的支撐框架 相對(duì)于鉆管被固定，并且借助于設(shè)置在支撐框架上的鉆探驅(qū)動(dòng)裝置，鉆探工具通過(guò)伸縮桿 以旋轉(zhuǎn)的方式被驅(qū)動(dòng)，借以在鉆管內(nèi)部除去土壤材料。
背景技術(shù)：
從EP1154078B1已知這種類型的鉆探設(shè)備和鉆探方法。為了在軟質(zhì)地層中產(chǎn)生鉆 探樁，首先借助于已知的引導(dǎo)設(shè)備將鉆管頂入或旋入。為了除去鉆管內(nèi)部的土壤材料，起重 裝置用來(lái)設(shè)置在帶有支撐框架的鉆探裝置上，該支撐框架被夾固在鉆管的上端。使用該起 重裝置通過(guò)伸縮式方鉆桿(Kelly rod)降下用作鉆探工具的鉆斗(drilling bucket)。通 過(guò)設(shè)置在被夾固的支撐框架上的鉆探驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)方鉆桿以旋轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)該鉆探裝置的 鉆探工具。一旦鉆斗的容納空間充滿被除去的土壤材料，就通過(guò)起重裝置再次提升鉆探工 具，支撐框架與鉆管分離并且整個(gè)鉆探裝置相對(duì)于鉆管側(cè)向擺動(dòng)，并且鉆斗在此位置被倒 空。為了在鉆探裝置再次被置于鉆管上之后繼續(xù)鉆探，將支撐框架夾固于其上并且又一次 降下鉆探工具。在鉆孔成形后，使用起重裝置整體除去鉆探工具，并且例如通過(guò)插入由鋼和大塊 混凝土制成的加強(qiáng)籠填充鉆管內(nèi)產(chǎn)生的腔以便產(chǎn)生基樁?？偠灾@種已知的鉆探方法很有效，因?yàn)殂@探完成后可通過(guò)起重裝置將鉆探 裝置移至下一鉆管使得可隨即著手下一鉆孔。由于鉆探裝置通過(guò)纜索懸掛在起重裝置上 的事實(shí)，形成了能夠通過(guò)起重裝置以快速和有效的方式特別是在復(fù)雜地形上移動(dòng)的所謂的 “飛f占(flying drilling apparatus)在不利天氣條件的情況下，特別是在強(qiáng)風(fēng)的情況下，鉆探裝置在鉆管上的安放和 支撐框架的夾固要求起重裝置內(nèi)的操作員經(jīng)驗(yàn)豐富且技術(shù)嫻熟。由于懸掛在起重纜索上的 鉆探裝置的搖擺運(yùn)動(dòng)，在工作過(guò)程期間可能出現(xiàn)時(shí)間延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于提供即使在不利天氣條件下也能實(shí)現(xiàn)鉆管中的鉆孔的有效生產(chǎn)的鉆 探設(shè)備和鉆探方法的目的。按照本發(fā)明，分別通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的鉆探設(shè)備和具有權(quán)利要求8的特 征的鉆探方法達(dá)到該目的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中陳述。根據(jù)本發(fā)明的鉆探設(shè)備的特征在于，在鉆管的上端設(shè)置了可調(diào)節(jié)的容納部件，支 撐框架可被緊固于其上，并且該容納部件可調(diào)節(jié)地支撐在鉆探位置與偏移位置之間，在鉆
4探位置，鉆探裝置位于相對(duì)于鉆管在同一軸線上的容納部件中，在偏移位置，容納部件相對(duì) 于鉆管側(cè)向偏移。本發(fā)明的基本理念在于以下事實(shí)在產(chǎn)生鉆孔期間，例如，為了倒空鉆探工具，或 當(dāng)執(zhí)行測(cè)量操作或維護(hù)操作時(shí)，鉆探裝置不再與鉆管完全分離。相反，鉆探裝置保持與鉆管 連接并以限定的方式在其上進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明，鉆探裝置不再被直接夾固在鉆管上，而 是被夾固在設(shè)于其上的容納部件上，該容納部件以可調(diào)節(jié)方式被支撐在鉆管上。因此，例如 在強(qiáng)風(fēng)的情況下，可實(shí)現(xiàn)在鉆探位置與例如可倒空鉆探工具的偏移位置之間快速和可靠地 調(diào)節(jié)鉆探裝置位于其上的容納部件。優(yōu)選的是，偏移位置是這樣設(shè)置的還對(duì)鉆管的上開(kāi)口 提供自由通道使得可在鉆孔內(nèi)執(zhí)行例如測(cè)量操作或其它工作操作。結(jié)果，總體上方便了工作過(guò)程，即使在強(qiáng)風(fēng)條件的情況下也允許鉆探工具快速和 可靠的倒空。因此，根據(jù)本發(fā)明的鉆探設(shè)備還可用于例如離岸區(qū)域中以在海底產(chǎn)生基樁。強(qiáng) 海風(fēng)以及設(shè)置在水上運(yùn)載工具上的起重裝置的搖擺運(yùn)動(dòng)很難對(duì)工作過(guò)程產(chǎn)生任何影響?；旧隙裕菁{部件的調(diào)節(jié)可通過(guò)鉆探裝置懸掛在其上的起重裝置的相應(yīng)運(yùn)動(dòng) 而發(fā)生。這種情況下，容納部件將相對(duì)于鉆管已被動(dòng)方式被引導(dǎo)。但是，根據(jù)本發(fā)明，特別 優(yōu)選的是，提供帶驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)裝置，可使用該調(diào)節(jié)裝置在鉆探位置與偏移位置之間調(diào) 節(jié)容納部件。調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置可設(shè)置在位于鉆管上的平臺(tái)上，或設(shè)置在鉆探裝置上，例 如支撐框架上。調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)可沿引導(dǎo)裝置發(fā)生?；旧希瑸榱诉M(jìn)行調(diào)節(jié)，可設(shè)置樞軸關(guān)節(jié)，從而容納部件可通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相對(duì)于鉆 管樞轉(zhuǎn)。按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種特別簡(jiǎn)單和可靠的裝置的原因在于調(diào)節(jié)裝置具有沿著位移 路徑被引導(dǎo)的托架。為此，位移路徑可具有一個(gè)或兩個(gè)用于線性滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌。但是，也 可提供其它類型的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)。基本上，可在該鉆探裝置上使用各類鉆探工具。根據(jù)本發(fā)明，不連續(xù)操作的鉆探工 具，包括自行旋入土壤中的螺旋鉆頭，是特別有利的。為了在軟質(zhì)土壤類型或在水下進(jìn)行工 作操作，按照本發(fā)明有利的是，鉆探工具設(shè)計(jì)為具有底部的鉆斗，該底部可通過(guò)鉸鏈打開(kāi)以 倒空鉆斗。按照本發(fā)明的又一改進(jìn)在于設(shè)置致動(dòng)機(jī)構(gòu)的事實(shí)，該致動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成用于當(dāng)鉆斗 被設(shè)置在偏移位置時(shí)通過(guò)鉸鏈打開(kāi)鉆斗的底部。以已知的方式，鉸接的底部首先具有帶切 割裝置的開(kāi)口使得可除去土壤材料并通過(guò)開(kāi)口傳送到鉆斗的圓柱形容納空間。在特定實(shí)施 例中，可設(shè)置螺旋裝置作為鉆斗內(nèi)的另外的傳送裝置。當(dāng)容納空間被填充時(shí)，該開(kāi)口通過(guò)底 部的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)封閉，并且?guī)в斜怀サ耐寥啦牧系你@斗從鉆管收回到容納部件中。此后，鉆 斗可連同容納部件一起移入偏移位置以便進(jìn)行倒空。借助于致動(dòng)機(jī)構(gòu)，該致動(dòng)機(jī)構(gòu)例如可 由起重裝置通過(guò)鉆探裝置的短的提升運(yùn)動(dòng)致動(dòng)，可打開(kāi)底部鎖定裝置。這樣，底部可圍繞樞 軸關(guān)節(jié)鉸鏈打開(kāi)使得土壤材料由于重力而可從鉆斗的容納空間掉出來(lái)。本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例由于以下事實(shí)產(chǎn)生在將容納部件從偏移位置調(diào)節(jié)到鉆 探位置的過(guò)程中，鉆斗的鉸鏈打開(kāi)的底部可被關(guān)閉。楔形或斜坡形定位元件的使用使得例 如在回到鉆探位置的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可將鉸鏈打開(kāi)的底部推回到其關(guān)閉位置，底部的鎖定 裝置被再次鎖住。一旦具有容納部件的鉆探工具再次位于鉆探位置，鉆探工具就可通過(guò)伸 縮桿下降到鉆管內(nèi)以便繼續(xù)鉆探過(guò)程。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在鉆管的上端設(shè)置平臺(tái)，容納部件和調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在該平臺(tái)上。通過(guò)適當(dāng)?shù)木o固裝置，具有容納部件的平臺(tái)以可分離方式與鉆管連接。在鉆探操作完成后， 平臺(tái)隨后可與鉆管分離并被安放在已被頂入土壤中的新鉆管上。為此，平臺(tái)可具有用于纜 索懸掛的適當(dāng)連接裝置。關(guān)于鉆探方法，本發(fā)明的特征在于，鉆探裝置的支撐框架被緊固在設(shè)置在鉆管上 端的容納部件上，并且借助于該容納部件，在鉆探位置與偏移位置之間調(diào)節(jié)鉆探裝置，其 中，在鉆探位置，鉆探裝置位于相對(duì)于鉆管在同一軸線上的容納部件中，在偏移位置，容納 部件相對(duì)于鉆管側(cè)向偏移。如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明的容納部件，實(shí)現(xiàn)了工作過(guò)程的加速和簡(jiǎn)化。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的過(guò)程在于鉆探裝置的鉆探工具在偏移位置被倒空除去的土壤 材料的事實(shí)。這樣，可執(zhí)行不連續(xù)的方法，這在軟質(zhì)土壤的情況下是特別有利的。按照本發(fā)明，意圖通過(guò)起重裝置上的伸縮桿將鉆探裝置保持在鉆探位置和偏移位 置這兩個(gè)位置。特別地，該起重裝置可為建筑工地普遍使用的吊架或起重機(jī)，鉆探裝置懸掛 在其起重纜索上。特別地，伸縮桿可為通過(guò)起重纜索直接致動(dòng)以便調(diào)節(jié)鉆探工具的所謂的 方鉆桿。根據(jù)本發(fā)明的鉆探方法特別適合利用暴露于例如由于波浪的運(yùn)動(dòng)造成的特別強(qiáng)的 擺動(dòng)的船舶或不同類型的水上運(yùn)載工具上的起重裝置實(shí)現(xiàn)。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供鉆管，該鉆管被引入特別是被頂入土壤中。為此，可采用已 知的推進(jìn)設(shè)備。另外，按照本發(fā)明，繼在鉆管內(nèi)產(chǎn)生鉆孔之后，在其中填充大塊混凝土并形 成鉆探樁。為了實(shí)現(xiàn)該鉆探方法，特別是可使用例如上述的從EP1154078B1已知的鉆探裝置。


將借助于附圖中示意性地示出的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，在附圖中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法在產(chǎn)生鉆探期間的不同階段中的示意圖；圖2顯示了在鉆探裝置從鉆探位置至偏移位置的調(diào)節(jié)期間的示意性側(cè)視圖；圖3顯示了處于偏移位置的鉆探設(shè)備的示意性側(cè)視圖；以及圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的鉆探裝置的示意性局部橫截面圖。
具體實(shí)施例方式在圖Ia中，示出了在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的鉆探方法過(guò)程中的初始階段。首先，使用 引導(dǎo)設(shè)備以本質(zhì)上已知的方式將僅部分示出的鉆管5引入較軟的土壤2中，該土壤2在所 示實(shí)施例中位于水體3下方。鉆管5向上伸出并超過(guò)水體3的表面使得容納部件20能以 旋轉(zhuǎn)固定的方式附于鉆管5的上部區(qū)域。在所示實(shí)施例中，平臺(tái)30另外以可分離方式被緊 固在鉆管5的上部區(qū)域中。作為根據(jù)本發(fā)明的鉆探設(shè)備10的一部分，鉆探裝置100借助于由起重裝置60上 的起重纜索62保持的伸縮桿130沿容納部件20的方向降下。在本例中，起重裝置60包括 設(shè)置在浮筒7上的具有吊架的履帶支承車輛。如圖Ib所示，鉆探裝置100被降下到大致管狀容納部件20并被緊固在所述容納 部件20的上側(cè)。在根據(jù)圖Ib所示的位置，容納部件20連同容納在其中的鉆探裝置100和伸縮桿130相對(duì)于鉆管5的中心軸線位于同一軸線上。在該鉆探位置，通過(guò)伸縮桿130的 伸出，鉆探裝置100的鉆探工具140隨后可移入鉆管5內(nèi)并鉆出位于其中的土壤材料。圖Ic中示出可能的最終深度，可分三段延伸的伸縮桿130可延伸到該深度?；旧?，鉆管5可延伸到鉆孔的下端，即，一直延伸到鉆孔底部。這種情況下，將形 成完全包套(cased)的鉆孔?？商娲?，鉆管5可僅設(shè)置在存在較軟土壤材料的鉆孔的上 部區(qū)域。如果下方是更穩(wěn)定的土壤層，則無(wú)需進(jìn)一步的包套安裝使得鉆孔也可下沉到鉆管 5下方。如從圖2可以看出，在根據(jù)本發(fā)明的鉆探設(shè)備10中，鉆探工具140設(shè)計(jì)為用于執(zhí) 行不連續(xù)鉆探方法的帶有圓柱形容納斗146的鉆斗。通過(guò)鉆探工具140的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該鉆探工具140借助于鉆探驅(qū)動(dòng)裝置116通 過(guò)伸縮桿130以旋轉(zhuǎn)方式被驅(qū)動(dòng)，土壤材料在鉆管5內(nèi)被除去并通過(guò)底部中的開(kāi)口被傳送 到容納斗146內(nèi)。當(dāng)容納斗被填滿時(shí)，鉆探工具140隨后在鉆探工具140的底部中的開(kāi)口 已通過(guò)短時(shí)間反向旋轉(zhuǎn)關(guān)閉后通過(guò)伸縮桿130和起重纜索62移出鉆管5回到容納部件20。 此后，帶有鉆探工具100的容納部件20通過(guò)調(diào)節(jié)裝置40移動(dòng)到偏移位置。為此，調(diào)節(jié)裝置 40具有移位路徑44，該移位路徑44帶有沿平臺(tái)30橫向于鉆管5設(shè)置的軌道。托架40位 于套管形容納部件20的下側(cè)，其可借助于未示出的驅(qū)動(dòng)裝置沿著移位路徑44移動(dòng)。如圖2所示，平臺(tái)30以大致水平的方式設(shè)置在水體3上方并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)32以 可分離方式緊固，并且將套環(huán)(collar) 34保持在鉆管5的上端。在到達(dá)圖3所示的偏移位置后，通過(guò)鉸鏈關(guān)節(jié)144鉸接于容納斗146下側(cè)的底部 142可通過(guò)致動(dòng)機(jī)構(gòu)50打開(kāi)。底部142可鉸鏈打開(kāi)到所示的豎直位置，使得位于容納斗146 內(nèi)部的土壤材料可下落。此后，帶有鉆探裝置100的容納部件20再次朝鉆管5向右移動(dòng)回 到鉆探位置。這樣，底部142被推回容納斗146上的水平關(guān)閉位置，其中底部142通過(guò)這里 未示出的鎖定裝置鎖住。此后，可執(zhí)行新的鉆探步驟直到容納斗146又一次被填滿并且必 須再次移動(dòng)到偏移位置以便被倒空。圖4中示意性地顯示了鉆探裝置100優(yōu)選緊固在容納部件20上。鉆探裝置100 具有在其下端設(shè)有橫向構(gòu)件117的支撐框架110。在橫向構(gòu)件117的下側(cè)的一邊設(shè)置了安 放支架111，可使用該安放支架111將鉆探裝置100安放在套管形容納部件20的上緣。設(shè) 置了偏離安放支架111定位的一個(gè)或多個(gè)緊固裝置114，其具有液壓操作的夾頭。使用這些 夾頭，能以旋轉(zhuǎn)固定的方式將支撐框架110緊固在容納部件20上。此外，還在支撐框架110上設(shè)置了用于通過(guò)伸縮桿130以旋轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)鉆探工具 140的鉆探驅(qū)動(dòng)裝置116。在所示實(shí)施例中，支撐框架110為帶有下支撐框架部分115和設(shè)置在上方的上支 撐框架部分113的兩部分設(shè)計(jì)。鉆探驅(qū)動(dòng)裝置116以固定方式設(shè)置在上支撐框架部分113 上，該上支撐框架部分113可借助于帶有液壓缸活塞112a的液壓缸相對(duì)于下支撐框架部分 115進(jìn)行軸向調(diào)節(jié)。通過(guò)分離緊固裝置114，鉆探裝置100可被向上拉出容納部件20然后被安放在另 一鉆管上的容納部件上以產(chǎn)生另一鉆孔。
權(quán)利要求
1.一種帶有用于在鉆管內(nèi)鉆探的鉆探裝置的鉆探設(shè)備，所述鉆探裝置具有支撐框架和 鉆探工具，所述支撐框架帶有用于相對(duì)于所述鉆管固定的緊固裝置，所述鉆探工具借助于 設(shè)置在所述支撐框架上的鉆探驅(qū)動(dòng)裝置而通過(guò)伸縮桿以旋轉(zhuǎn)的方式被驅(qū)動(dòng)，其中，_可調(diào)節(jié)的容納部件設(shè)置在所述鉆管的上端，所述鉆探裝置的所述支撐框架能夠被緊 固在所述容納部件上，并且-所述容納部件可調(diào)節(jié)地支撐在鉆探位置與偏移位置之間，其中，在所述鉆探位置，所 述鉆探裝置位于相對(duì)于所述鉆管在同一軸線上的所述容納部件中，在所述偏移位置，所述 容納部件相對(duì)于所述鉆管側(cè)向偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆探設(shè)備， 其特征在于設(shè)置了帶有驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)裝置，能夠使用所述調(diào)節(jié)裝置在所述鉆探位置與所述偏移 位置之間調(diào)節(jié)所述容納部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆探設(shè)備， 其特征在于所述調(diào)節(jié)裝置具有沿著移位路徑被引導(dǎo)的托架。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆探設(shè)備， 其特征在于所述鉆探工具被設(shè)計(jì)為帶有底部的鉆斗，所述底部能夠通過(guò)鉸鏈打開(kāi)以便倒空所述鉆斗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆探設(shè)備， 其特征在于設(shè)置了致動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述致動(dòng)機(jī)構(gòu)被設(shè)計(jì)成用于當(dāng)所述鉆斗被設(shè)于所述偏移位置時(shí)鉸鏈 打開(kāi)所述鉆斗的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆探設(shè)備， 其特征在于在將所述容納部件從所述偏移位置調(diào)節(jié)到所述鉆探位置期間，所述鉆斗的鉸鏈打開(kāi)的 底部能夠被關(guān)閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆探設(shè)備， 其特征在于在所述鉆管的上端設(shè)置了平臺(tái)，所述容納部件和所述調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在所述平臺(tái)上。
8.一種用于特別是借助于根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆探設(shè)備在鉆管內(nèi)產(chǎn)生鉆孔的鉆探 方法，其中，鉆探裝置的支撐框架相對(duì)于所述鉆管被固定，并且借助于設(shè)置在所述支撐框架 上的鉆探驅(qū)動(dòng)裝置，鉆探工具通過(guò)伸縮桿以旋轉(zhuǎn)的方式被驅(qū)動(dòng)，從而在所述鉆管內(nèi)除去土 壤材料，其特征在于-將所述鉆探裝置的所述支撐框架緊固在設(shè)置在所述鉆管的上端的容納部件上，并且 -借助于所述容納部件，在鉆探位置與偏移位置之間調(diào)節(jié)所述鉆探裝置，其中，在所述 鉆探位置，所述鉆探裝置位于相對(duì)于所述鉆管在同一軸線上的所述容納部件中，在所述偏 移位置，所述容納部件相對(duì)于所述鉆管側(cè)向偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆探方法， 其特征在于在所述偏移位置將所述鉆探裝置的鉆探工具倒空除去的土壤材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆探方法， 其特征在于通過(guò)起重裝置上的伸縮桿將所述鉆探裝置保持在所述鉆探位置和所述偏移位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆探方法， 其特征在于將所述鉆管引入所述土壤中，并且隨后將大塊混凝土填充到在所述鉆管中所產(chǎn)生的鉆孔中并形成鉆探樁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使用鉆探裝置在鉆管內(nèi)鉆探的鉆探設(shè)備和鉆探方法，該鉆探裝置具有支撐框架和鉆探工具，該支撐框架帶有用于相對(duì)于鉆管固定的緊固裝置，該鉆探工具借助于設(shè)置在支撐框架上的鉆探驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)伸縮桿以旋轉(zhuǎn)的方式被驅(qū)動(dòng)。按照本發(fā)明，容納部件設(shè)置在鉆管上端，支撐框架可被緊固在該容納部件上。容納部件可調(diào)節(jié)地被支撐在鉆探位置與偏移位置之間，在偏移位置，容納部件相對(duì)于鉆管側(cè)向偏移。
文檔編號(hào)E21B7/132GK102003137SQ20101026880
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者L·魏克斯勒, S·M·芬肯策勒 申請(qǐng)人:包爾機(jī)械有限公司