EP0909876B1 - Système de transmission de données ou de courant électrique pour un appareil de forage - Google Patents

Système de transmission de données ou de courant électrique pour un appareil de forage Download PDF

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EP0909876B1
EP0909876B1 EP98119278A EP98119278A EP0909876B1 EP 0909876 B1 EP0909876 B1 EP 0909876B1 EP 98119278 A EP98119278 A EP 98119278A EP 98119278 A EP98119278 A EP 98119278A EP 0909876 B1 EP0909876 B1 EP 0909876B1
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EP
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drill string
string
electrical
connecting element
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EP98119278A
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EP0909876A2 (fr
EP0909876A3 (fr
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Elmar Dipl.-Ing. Koch
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Tracto Technik GmbH and Co KG
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Tracto Technik GmbH and Co KG
Tracto Technik Paul Schmidt Spezialmaschinen KG
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/028Electrical or electro-magnetic connections
    • E21B17/0285Electrical or electro-magnetic connections characterised by electrically insulating elements
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/003Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings with electrically conducting or insulating means

Definitions

  • the invention relates to a system for the transmission of Data or electrical power for a steerable horizontal drilling rig for laying and destructive replacing of Supply lines.
  • Such systems are used in the trenchless laying of supply lines, for example, for the transmission of Measurement data from a measuring device arranged in the drill head an external data processing unit used.
  • the Transmission usually takes place via a radio link, as described in German Patent 44 38 934.
  • These are in known devices in the drill head Tilt sensors, roll sensors and temperature sensors arranged, whose signals are outside the underground Bore are evaluated. Really important is the exact orientation of the steerable underground progressing drill head with the help of a location transmitter.
  • German patent application 196 13 788 known power supply via a cable connection avoids the problem of temporary Operational capability.
  • this device is a meter for measuring the tensile force between a widening head and a pipe to be recovered with a parallel to to be recovered pipe or to the drill pipe running Cable with a control box located on the ground connected.
  • German utility model 88 09 108 is a long body described for driving into the soil, where the electrical supply lines in Tube jacket run. A rotation of the tube must be be avoided to prevent twisting of the cable. This twisting is known from the patent US-A-4 399 877, that by a longer cable this problem is to be avoided.
  • the invention has for its object to provide a system for Transmission of signals or electric current for a To create a steerable horizontal drilling rig, which the avoids the aforementioned disadvantages and a reliable and easy use of a cable connection between a consumer or sensor and a power source or a data processing unit allowed.
  • the solution of the task consists in a system with different ones Adapters according to the independent claims.
  • the system or adapters are for both the beating as well as the rotary drilling operation suitable and preferably consist of three elements (drive adapter, Linkage adapter, consumer adapter) for connection the cable line.
  • the signal transmission between rotatable linkage and Data recovery unit or between power source and rotatable linkage can with the help of a drive adapter with connecting means fixed in relation to the linkage respectively. It is particularly advantageous if a slip ring connection an axially displaceable Slip ring and / or pantograph has to axial accelerations of the drill string, as in the Drilling in hard rock or when using a striking mechanism arise, neutralize and thus damage to prevent the slip ring connection.
  • the linkage rotates and thus the one on the linkage Slip ring and the cable in the linkage.
  • pantograph is located on the slip ring on, but performs no rotational movement, because he is fixed on the drive side. A twist of the cable is thus excluded.
  • the individual rod sections can be electrical internal cables with linkage adapters for the line connection have, together with the rod sections are automatically connectable by the line ends in Pole head fixed and aligned so that a Connecting two rod sections also connecting the Leads line ends.
  • the line can run axially in BohrgestSheschuß and centrally located in the rod end.
  • the cable connections in particular the connection between the load arranged in the drill and the cable line, connecting elements (consumer adapter) having an axial relative movement between the connected elements without transfer of Allow axial forces.
  • the system for transmission of electrical signals and Electric power for a steerable horizontal drill consists of a drive adapter 10, a linkage adapter 100 and a consumer adapter 200.
  • the drive adapter 10 serves to transmit the electrical Signals from the rotating drill pipe 11 on a fixed with a data processing unit (not shown) associated pantograph 12.
  • Der Current collector 12 is arranged on a holder 13 so that it rests on a slip ring 14, the on a linkage connection 15 is arranged and with this and rotated with the linkage 11 about the linkage axis.
  • a cable 16 emerges centrally from the linkage 11 and in a central bore in the rod connection 15 a. Via an outlet opening 18 in the wall of the linkage connection 15 is the cable 16 from the drive adapter 10 led out.
  • the outlet opening 18 is with a sealing screw 19 against the escape of drilling fluid sealed.
  • the cable 16 is from the sealing screw 19 led to a slip ring terminal 20.
  • the slip ring terminal 20 is in direct contact with the slip ring 14 and rotates with this the rod axis.
  • the slip ring 14 is axially displaceable or adjustable stored on the rod connection 15 and in his Width dimensioned so that the contact with the pantograph 12 even with an axial displacement of the slip ring persists.
  • the linkage adapter 100 has in the region of the linkage connection 103 a rod socket 104 with electrical Plugs 105.
  • the plug 105 connect within the Rod sections 101,102 running on its axis electrical lines 106, 107 (coaxial cable). Furthermore
  • the rod sections have 101,102 different Channels 108, 109 (annular gap for conduction medium) for various Media.
  • the electrical connector 105 is against the e.g. Channels 108, 109 containing liquid media sealed. The media can also be transferred use of impulses.
  • the electrical connector consists of a Plug 111 and a box 112, which when connecting Sliding into each other and thus a safe make electrical contact.
  • This connection can be designed as a swirl coupling.
  • the electrical connectors are through a seal 113th and a seal 114 sealed against its environment.
  • the connectors or cables are with cable locks 115,116 fixed so that the flow of media in the channels 108,109 is not hindered.
  • the additional Ring channel 109 allows the separate transport of two different media.
  • the linkage member preferably has on one side an outer and on the other side preferably one Inner thread. So a drill string can consist of several Be composed of single rods.
  • a measuring device arranged in the region of the drill head can Therefore, for example, when the drill head a specific Has traveled and whose position is determined is to be connected to a power source by the rod protruding from the bore (Fig. 1, Item 11) to the machine or data recycling unit or power source is connected.
  • the consumer adapter is in the housing 205 of a drill (not shown) a transmitter 215 in a cylindrical Chamber 210 arranged.
  • the transmitter 215 has cylindrical housing, whose outer diameter is less than the inner diameter of the chamber 210. With the help of slip rings 220, the transmitter 215 is in the chamber 210 stored that it is axially displaceable.
  • the axial movement of the transmitter 215 within the cylindrical Chamber 210 is in a damper mount 225th arranged damper 230 buffered, which is connected to a metallic Plugs 235 abut.
  • the Connection consists of a ground spring 296, which is supported on the metallic plug 235 and is slidably mounted.
  • the stopper is in Contact with the housing 205 and thus with the Housing surrounding soil.
  • the illustrated rear portion of the transmitter 215 has Connecting elements 290,295,296,297,298 for connecting the transmitter with a power source and / or a data processing unit via a supply cable 255 on.
  • these connecting elements are constructed in such a way that a cable 297 issuing from the transmitter by means of a crimp 295 threaded with a Sliding bush 290 is screwed.
  • the sliding bush 290 and crimp 295 are through backup rings 285 and 298 supported within the cylindrical chamber and isolated against the damper socket 225.
  • the sliding bush 290 is for receiving a plug 270 formed, which is connected to the connection cable 255 is.
  • a plug socket 245 serves to fix the Plug 270 in the drill housing. Because the plug socket 245 is grounded, the plug is via an isolation socket 275 insulated against the housing.
  • the rod side end of the plug is usually supplied with a drilling fluid from the linkage passed the transmitter over an outlet nozzle on the drill head becomes. Therefore, the transmitter is via a sealing element 265 sealed against penetration of the drilling fluid.
  • the sealing element 265 is above a pressure plate 250 and a union nut 260 to the rod end of the Connector 270 squeezed.
  • the plug 270 introduced into the sliding bush 290 For connecting the transmitter 215 to the power source and / or a data processing unit becomes the plug 270 introduced into the sliding bush 290.
  • the diameters the plug 270 and the sliding bush 290 are chosen on the one hand a safe electrical contact and on the other hand an axial displaceability of the Plug 270 relative to the slide bushing 290comes.
  • the plug 270 and the sliding bushing 290 can be included Replace wear easily. To exchange of the plug 270, only the nut 260 must and the fastening nut 240 are loosened.
  • connection cable 255 possible without removing the transmitter 215 from its housing to have, as previously required.
  • the grounding of the transmitter the for example, via a spring, displaceable be stored, so that here too no power transmission at an axial displacement of the transmitter 215 to the grounding element takes place.
  • the consumer adapter according to the invention thus allows a problem-free use of electrical consumers, such as a location transmitter in a beating or temporarily beating drill.
  • the system provides for the transmission of electrical Signals or electric current with his Elements, individually or in combination, a reliable Possibility of a line connection between sensors in the drill head and external recycling equipment as well between any kind of consumers within the hole and a voltage source.

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Claims (24)

  1. Système de transmission de données ou de courant électrique pour un appareil de forage horizontal dirigeable destiné à la pose et/ou au remplacement destructeur de conduites d'alimentation, comprenant une tête de forage, un entraínement, un train de tiges, un utilisateur, un adaptateur (10) d'entraínement, un adaptateur (100) de train de tiges et un adaptateur (200) d'utilisateur, caractérisé en ce que
    l'adaptateur (10) d'entraínement présente un élément (14) de liaison électrique stationnaire par rapport au train de tiges et un collecteur de courant (12) stationnaire par rapport à l'unité d'exploitation de données ou à la source de tension électrique,
    l'adaptateur de train de tiges est réalisé sous forme d'élément (101,102) de train de tiges avec une tête de train de tiges à chacune des extrémités et une ligne électrique intérieure (106, 107), et les extrémités de ligne sont immobilisées dans la tête de train de tiges des éléments (101,102) de train de tiges et orientées de telle sorte que l'assemblage de deux éléments (101,102) de train de tiges engendre une liaison automatique des lignes (106, 107), et
    l'adaptateur (200) d'utilisateur présente un élément de liaison (270) côté câble et un élément de liaison (290) côté utilisateur, relié au précédent, et les éléments de liaison (270, 290) permettent un mouvement axial relatif entre l'utilisateur électrique (215) et le câble de liaison (255).
  2. Adaptateur pour la transmission de données ou de courant électrique entre un élément de train de tiges d'un appareil de forage horizontal dirigeable destiné à la pose et/ou au remplacement destructeur de conduites d'alimentation et une unité d'exploitation de données ou une source de tension électrique, caractérisé par un élément (14) de liaison électrique stationnaire par rapport au train de tiges et un collecteur de courant (12) stationnaire par rapport à l'unité d'exploitation de données ou à la source de tension électrique et en contact avec l'élément de liaison électrique.
  3. Adaptateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de liaison électrique est réalisé sous forme de bague collectrice (14).
  4. Adaptateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément (14) de liaison électrique est monté avec possibilité de réglage ou de déplacement axial par rapport à l'axe du train de tiges.
  5. Adaptateur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le collecteur de courant (12) est monté à déplacement axial par rapport à l'axe du train de tiges.
  6. Élément de train de tiges avec une tête de train de tiges à chacune des extrémités et une ligne électrique intérieure, caractérisé en ce que les extrémités de ligne sont immobilisées dans la tête (101,102) de train de tiges et orientées de telle sorte que l'assemblage de deux éléments (101,102) de train de tiges engendre une liaison automatique des lignes.
  7. Élément de train de tiges selon la revendication 6, caractérisé en ce que la ligne (106, 107) s'étend axialement dans l'élément de train de tiges et est située centralement dans la tête (101,102) de train de tiges.
  8. Élément de train de tiges selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par un câble coaxial (106, 107) ou un câble à toron isolé.
  9. Élément de train de tiges selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la ligne électrique (106, 107) s'étend dans un tube intérieur pourvu d'un passage annulaire pour un fluide de conduite (108) et est isolée en étanchéité vis-à-vis de cette espace.
  10. Élément de train de tiges selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'élément de train de tiges présente un autre passage annulaire pour un fluide (109) entre son enveloppe extérieure et le tube intérieur.
  11. Élément de train de tiges selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que l'élément de train de tiges possède un filetage extérieur sur un côté et un filetage intérieur sur le côté opposé.
  12. Élément de train de tiges selon la revendication 11, caractérisé en ce que les lignes qui sont immobilisées dans l'élément de train de tiges possèdent une prise femelle d'accouplement (112) sur le côté et une prise mâle d'accouplement (111) sur le côté opposé.
  13. Élément de train de tiges selon la revendication 12, caractérisé en ce que la prise femelle (112) et la prise mâle (111) d'accouplement des lignes se trouvent en contact glissant lorsque le train de tiges est assemblé et lors de l'assemblage du train de tiges.
  14. Élément de train de tiges selon une ou plusieurs des revendications 6 à 13, caractérisé en ce qu'un élément d'étanchéité (113 ; 114) est disposé entre la prise femelle (112) et la prise mâle (111) d'accouplement.
  15. Élément de train de tiges selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que les accouplements (111, 112) sont réalisés sous forme d'accouplements pivotants.
  16. Élément de train de tiges selon une ou plusieurs des revendications 6 à 15, caractérisé en ce qu'une ligne de train de tiges est constituée de plusieurs trains de tiges individuels.
  17. Procédé de forage sans tranchée à l'aide d'éléments de train de tige selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisé en ce que le tube intérieur ou encore le fluide qui s'y trouve est utilisé pour transmettre des impulsions.
  18. Raccord de câble pour relier des utilisateurs électriques disposés dans un appareil de forage à une source externe de courant électrique ou à une unité externe d'exploitation de données, caractérisé par un élément de liaison (270) côté câble et un élément de liaison (290) côté utilisateur, relié au précédent, les éléments de liaison (270, 290) permettant un mouvement axial relatif entre l'utilisateur électrique (215) et le câble de liaison (255).
  19. Raccord de câble selon la revendication 18, caractérisé par une prise mâle (270) et une prise femelle glissante (290).
  20. Raccord de câble selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que la prise femelle glissante (290) est disposée côté émetteur.
  21. Raccord de câble selon une ou plusieurs des revendications 18 à 20, caractérisé en ce que l'élément de liaison (290) est vissé sur l'utilisateur électrique (215).
  22. Raccord de câble selon une ou plusieurs des revendications 18 à 21, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (265) assure l'étanchéité de la chambre d'émetteur (210) contre la pénétration de liquide de forage.
  23. Raccord de câble selon une ou plusieurs des revendications 18 à 22, caractérisé en ce que l'émetteur (215) est mis à la terre par l'intermédiaire d'un ressort (296).
  24. Raccord de câble selon la revendication 23, caractérisé en ce que le ressort (296) est monté avec possibilité de déplacement.
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