ES2287066T3

ES2287066T3 - NOZZLE INJECTS FOR HIGH PRESSURE INJECTION DRILLING SYSTEMS AND HIGH PRESSURE INJECTION DRILLING TOOL.

Info

Publication number: ES2287066T3
Application number: ES01128905T
Authority: ES
Inventors: Gunter Fennel
Original assignee: Boart Longyear GmbH and Co KG
Current assignee: Boart Longyear GmbH and Co KG
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2007-12-16
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: EP1213055A1; ATE364450T1; EP1213055B1; DE50112623D1; DE20020783U1

Abstract

Injection nozzle for high-pressure injection drilling systems comprises a nozzle body and a fluid channel (8) for the injection fluid having a non-round internal cross-section and extending through the nozzle body in a longitudinal direction. An Independent claim is also included for a high-pressure injection drilling tool comprising the above injection nozzle. Preferred Features: Rib-shaped guide profiles (9) protrude into the fluid channel. The guide profiles extend in the longitudinal direction of the nozzle, preferably over the entire length of the nozzle. The injection nozzle has a star-shaped internal cross-section.

Description

Tobera inyectora para sistemas de perforación de inyección a alta presión y herramienta perforadora de inyección a alta presión.Injector nozzle for drilling systems high pressure injection and injection punch tool high pressure.

La presente invención se refiere a una tobera inyectora para sistemas de perforación a alta presión, según lo indicado en el preámbulo de ta reivindicación de patente 1), como asimismo se refiere a una herramienta de perforación de este tipo, conforme a lo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 11).The present invention relates to a nozzle Injector for high pressure drilling systems, as indicated in the preamble of patent claim 1), as It also refers to such a drilling tool, as indicated in the preamble of the claim of patent 11).

Mediante los conocidos sistemas de perforación de inyección a alta presión resulta que, después de la perforación de un tramo con una profundidad de hasta 30 metros, unos lodos de cementos son inyectados - con una presión superior a 400 bares - hacia el interior de la tierra para así producir, por delante de la excavación realizada, una plataforma de hormigón que es estanca al agua. A este efecto, y a través de la tubería de fluido de una herramienta de perforación de inyección a alta presión, el fluido, es decir, los lodos de cemento, son bombeados hacia abajo para ser inyectados de forma circular, tanto alrededor como por encima de la herramienta de perforación a alta presión, que está girando, y esto por medio de por lo menos una tobera inyectora, que está en comunicación con la tubería de fluido, de tal modo que se pueda producir un bloque de hormigón de forma circular. La plataforma de hormigón, que ha de ser producida, queda formada por muchos bloques de hormigón, que están dispuestos juntos y que se solapan parcialmente entre si. Cuanto mayor sea el diámetro de los individuales bloques de hormigón, tanto menor es el número de las perforaciones a realizar para obtener el tamaño deseado de la plataforma de hormigón.Through the well-known drilling systems High pressure injection results that, after drilling of a section with a depth of up to 30 meters, sludges of Cements are injected - with a pressure greater than 400 bar - inland to produce, ahead of the excavation performed, a concrete platform that is waterproof Water. For this purpose, and through the fluid pipe of a high pressure injection drilling tool, the fluid, that is, cement sludge, are pumped down to be circularly injected, both around and above the high pressure drilling tool, which is rotating, and this by means of at least one injection nozzle, which is in communication with the fluid line, so that you can produce a concrete block of circular shape. The platform of concrete, which has to be produced, is formed by many blocks of concrete, which are arranged together and that overlap partially with each other. The larger the diameter of the individual concrete blocks, the lower the number of perforations to be performed to obtain the desired size of the concrete platform

Las conocidas toberas inyectoras, que son empleadas para los sistemas de este tipo, comprenden un canal de fluido con una sección transversal interior redonda. Con el fin de obtener unos bloques de hormigón del mayor tamaño posible ya se había intentado, aunque sin éxito, formar - por prolongar las toberas o bien el canal de fluido, que se extiende a través de las mismas - un haz de los chorros de inyección para así conseguir unos diámetros mayores.The known injection nozzles, which are used for systems of this type, comprise a channel of fluid with a round inner cross section. With the purpose of get concrete blocks of the largest possible size already He had tried, though unsuccessfully, to train - to prolong the nozzles or the fluid channel, which extends through the same - a beam of injection jets to get some larger diameters

Se ha puesto de manifiesto, sin embargo, que en las convencionales toberas inyectoras se producen dentro del fluido - que ha de ser inyectado, y como consecuencia de un desvío de éste, prácticamente en ángulo recto, desde la tubería de fluido del varillaje de perforación hacia el interior del canal de fluido de la tobera - unas turbulencias a causa de las cuales el chorro de inyección es dispersado antes del tiempo al salirse de la tobera inyectora y pierde así efecto, de tal manera que se puedan obtener solamente unos reducidos diámetros de los bloques de hormigón.It has been revealed, however, that in the conventional injectors nozzles are produced inside the fluid - to be injected, and as a result of a diversion of this, practically at right angles, from the fluid pipe of the drilling linkage into the fluid channel of the nozzle - some turbulence because of which the jet of injection is dispersed ahead of time when leaving the nozzle injector and thus loses effect, so that they can be obtained only small diameters of the concrete blocks.

Por consiguiente, en la Patente Alemana Núm. DE 199 22 820 A1 está propuesta una tobera de inyección a alta presión, en la que dentro del cuerpo de la misma está previsto un elemento de bloqueo en forma de una cruceta, directamente por delante de la salida del fluido de la tobera. La tobera posee un estrecho canal de alimentación que se ensancha - en dirección de flujo del fluido y dentro de un tramo de entrada - en la forma de embudo para constituir una cámara de tobera. En este caso, dentro de un tramo de salida - que está situado a continuación y que incrementa aún más el diámetro interior de la tobera - está dispuesto este elemento de bloqueo. Con esta configuración de la tobera, el fluido incide a gran velocidad en el elemento de bloqueo para así ser frenado y dividido. No tiene lugar, sin embargo, una satisfactoria formación de haz del fluido. Es más, el chorro del fluido pierde en energía y en velocidad de salida y, por consiguiente, pierde en longitud.Accordingly, in German Patent No. DE 199 22 820 A1 an injection nozzle is proposed at high pressure, in which within the body of the same is provided a blocking element in the form of a crosshead, directly by in front of the nozzle fluid outlet. The nozzle has a narrow feed channel that widens - in the direction of fluid flow and within an inlet section - in the form of funnel to constitute a nozzle chamber. In this case, inside of an exit section - which is located next and that further increases the inside diameter of the nozzle - it is arranged this blocking element. With this configuration of the nozzle, the fluid affects the blocking element at high speed to be braked and divided. It does not take place, however, a satisfactory fluid beam formation. Moreover, the jet of fluid loses energy and output speed and, for consequently, it loses in length.

En la Patente Núm. A - 52 56 004 está descrita una tobera inyectora del tipo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1).In Patent No. A-52 56 004 it is described an injection nozzle of the type indicated in the preamble of the patent claim 1).

Por lo tanto, la presente invención tiene el objeto de proporcionar una tobera inyectora para los sistemas de perforación de inyección a alta presión y proporcionar una herramienta de perforación de inyección a alta presión, las que hagan posible producir unos bloques de hormigón con los máximos diámetros posibles.Therefore, the present invention has the in order to provide an injection nozzle for the systems of high pressure injection drilling and provide a high pressure injection drilling tool, which make it possible to produce concrete blocks with the maximum possible diameters

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por medio de una tobera inyectora con las características de la reivindicación de patente 1), como asimismo se consigue este objeto mediante una herramienta de perforación de inyección a alta presión, con las características de ta reivindicación de patente 11).In accordance with the present invention, this object is achieved by means of an injection nozzle with the characteristics of patent claim 1), as well as this object is achieved by a drilling tool high pressure injection, with the characteristics of ta patent claim 11).

Debido a la realización del canal de fluido dentro del cuerpo de la tobera y con una sección transversal interior de una forma invariablemente no-redonda por toda la longitud del canal de fluido, resulta que se produce ahora un chorro de inyección con una configuración de haz, pero esencialmente más larga, por lo cual pueden ser obtenidos unos bloques de hormigón de mayores diámetros.Due to the realization of the fluid channel inside the nozzle body and with a cross section inside in an invariably non-round way for the entire length of the fluid channel, it turns out that it occurs now an injection jet with a beam configuration but essentially longer, so that some can be obtained concrete blocks of larger diameters.

La configuración de la sección transversal interior del canal de fluido de la tobera inyectora del nuevo diseño, la cual es, según la presente invención, de una forma no-redonda, esta sección transversal interior, pues, frena las turbulencias que se producen dentro de la tobera para así formar del chorro de inyección un haz por toda la longitud de la tobera y hasta la salida, de tal modo que de la tobera pueda salir un chorro seguro, uniforme y sin turbulencias, que se mantiene estable por todavía una gran longitud. Gracias a ello, pueden ser conseguidos unos diámetros de los bloques de hormigón, los cuales son claramente mayores, como asimismo se tienen que efectuar menos perforaciones para cubrir la misma superficie de una plataforma de hormigón. Por consiguiente, se reducen, de una manera considerable, tanto los tiempos como los costos de una tal construcción.The cross section configuration inside the fluid channel of the new injection nozzle design, which is, according to the present invention, in a way non-round, this inner cross section, then, slow down the turbulence that occurs inside the nozzle so form a beam along the length of the injection jet nozzle and until the exit, so that the nozzle can leave a safe, uniform and turbulent jet that stays stable for still a great length. Thanks to that, they can be achieved some diameters of the concrete blocks, which they are clearly older, as they have to be done less perforations to cover the same surface of a platform concrete. Consequently, they are reduced, in a considerable way, both the times and the costs of such a construction.

Son especialmente efectivas aquellas toberas inyectoras, cuya sección transversal interior tenga unos perfiles conductores que entran en el canal de fluido, habida cuenta de que éstos últimos frenan, de una manera especialmente conveniente, las turbulencias que se producen. Por consiguiente, las preferidas formas de construcción con las toberas inyectoras con unas aletas o con los perfiles conductores cuneiformes, que entran en el canal de fluido y los que producen - al estar los mismos dispuestos de forma colindante entre si - una sección transversal interior del canal de fluido, la cual tiene una configuración de estrella.Those nozzles are especially effective injectors, whose internal cross section has profiles conductors entering the fluid channel, given that the latter slow down, in a particularly convenient way, the turbulence that occurs. Therefore, the preferred construction forms with the injection nozzles with fins or with the cuneiform conductor profiles, which enter the channel of fluid and those that produce - being the same arranged so adjoining each other - an internal cross section of the channel fluid, which has a star configuration.

El efecto de frenado de las turbulencias y el efecto de la formación de haces son especialmente grandes si los perfiles conductores tienen la forma de unas nervaduras y se extienden preferentemente por la totalidad del largo de la tobera.The braking effect of turbulence and the Beam formation effect are especially great if the conductive profiles are shaped like ribs and are preferably extend over the entire length of the nozzle.

Teniendo en cuenta que las paredes del canal de fluido se encuentran sometidas, a causa de los lodos de cemento, a un elevado desgaste, es conveniente, sin embargo, realizar este canal de fluido dentro de una pieza suplementaria separada de tobera, que es insertada en el cuerpo de la tobera y la que se encuentra unida con la tobera a través de, por ejemplo, un atornillamiento, una soldadura o de un pegamento. La fabricación de esta pieza suplementaria de la tobera a partir de un metal duro hace que aumente la vida útil de la misma y puede reducir, de este modo, los posibles tiempos de preparación a efectos de un cambio.Given that the walls of the canal fluid are subjected, because of cement sludge, to high wear, it is convenient, however, to perform this fluid channel within a separate part separated from nozzle, which is inserted into the body of the nozzle and the one is connected to the nozzle through, for example, a screwing, welding or glue. The manufacture of this additional piece of the nozzle from a hard metal it increases the life of the same and can reduce, of this mode, the possible preparation times for the purpose of a change.

Las demás ventajas de la presente invención y los detalles de la misma pueden ser apreciados en las reivindicaciones secundarias así como en la descripción, relacionada a continuación, para un ejemplo de realización de la invención, el cual está representado en los planos adjuntos, en los que:The other advantages of the present invention and the details of it can be appreciated in the secondary claims as well as in the description, related below, for an embodiment example of the invention, which is represented in the attached drawings, in the that:

La Figura 1 muestra - parcialmente en una vista de sección - una herramienta de perforación por inyección a alta presión;Figure 1 shows - partially in a view section - a high-injection injection tool Pressure;

La Figura 2 indica una vista tridimensional de la pieza suplementaria de tobera para una tobera inyectora de la presente invención;Figure 2 indicates a three-dimensional view of the supplementary nozzle piece for an injection nozzle of the present invention;

La Figura 3 muestra la vista de sección longitudinal de la pieza suplementaria de tobera de la Figura 1, la cual está insertada en el cuerpo de la tobera;Figure 3 shows the section view length of the supplementary nozzle part of Figure 1, the which is inserted in the body of the nozzle;

La Figura 4 indica - en una representación bidimensional - la vista de sección longitudinal de la pieza suplementaria de tobera de la Figura 1;Figure 4 indicates - in a representation two-dimensional - the longitudinal section view of the piece supplementary nozzle of Figure 1;

La Figura 5 muestra una vista - realizada en la dirección V - de la pieza suplementaria de tobera de la Figura 4; mientras queFigure 5 shows a view - taken in the direction V - of the supplementary nozzle part of Figure 4; while

Las Figuras 6a hasta 6f indican unas distintas formas de la sección transversal interior del canal de fluido.Figures 6a through 6f indicate different forms of the internal cross section of the fluid channel.

La herramienta perforadora por inyección a alta presión, la que está indicada en la Figura 1, se compone de un varillaje de perforación 1, a través del cual se extiende una tubería de fluido 2. Por el lado frontal del varillaje de perforación 1 está dispuesta una corona de sondeo 3. Por delante de la corona de sondeo 3 se encuentran situadas - en dirección de flujo el fluido - las toberas inyectoras 5, cada una con un cuerpo de tobera 6 en el cual está insertada una pieza suplementaria de tobera 7.The high injection tool pressure, which is indicated in Figure 1, consists of a drilling linkage 1, through which a fluid pipe 2. On the front side of the linkage of drilling 1 is arranged a probing crown 3. In front of the polling crown 3 is located - in the direction of fluid flow - the nozzles 5, each with a body of nozzle 6 in which a supplementary piece of nozzle 7.

Esta pieza suplementaria de tobera 7 está indicada con más detalles en las Figuras 4 y 5. A través de la pieza suplementaria de tobera 7 se extiende un canal de fluido 8 que posee - tal como esto puede ser apreciado en las Figuras 2 hasta 4 - una sección transversal interior, que es de una forma no-redonda y la que permanece invariada por toda la longitud L del canal de fluido 8.This additional piece of nozzle 7 is indicated in more detail in Figures 4 and 5. Through the supplementary piece of nozzle 7 extends a fluid channel 8 that it has - as this can be seen in Figures 2 up to 4 - an internal cross section, which is one way non-round and the one that remains unchanged throughout the length L of the fluid channel 8.

La Figura 6 muestra varias configuraciones de forma no-redonda para la sección transversal interior; todas estas configuraciones frenan las turbulencias, que dentro del chorro del fluido se producen durante el desvío del mismo desde la tubería de fluido 2 hacia el interior del canal de fluido y las que, debido a ello, forman un haz de este chorro.Figure 6 shows several configurations of non-round shape for cross section inside; all these configurations curb turbulence, which within the fluid stream they occur during the diversion of the same from the fluid pipe 2 into the channel of fluid and those that, because of this, form a beam of this jet.

Unos efectos de formación de haz especialmente grandes se consiguen si el canal de fluido comprende - tal como en el caso de las formas de realización según las Figuras 6d hasta 6f - unos perfiles conductores 9, que entran en el mismo canal. En la forma de realización según la Figura 6d, los perfiles conductores 9 son de tipo cuneiforme, y los mismos están dispuestos de una manera estrechamente junta entre si, por lo cual se consigue una sección transversal interior en forma de estrella. Según lo indicado en la Figura 6e, los perfiles conductores 9 representan aquí unos picos 10 y los valles 9'. En la forma de realización según las Figuras 6f así como 2 hasta 5, estos perfiles conductores tienen la forma de aletas, y los mismos entran holgadamente en la parte interior del canal de fluido 8. Según esta forma de realización están especialmente pronunciados el efecto de frenado de las turbulencias y la formación del haz del chorro de fluido, la cual está relacionada con el efecto de frenado. En este caso, el número de los perfiles conductores no está limitado a tres. También con un solo perfil conductor ya puede ser conseguido un efecto muy positivo. No obstante, las formas de realización con tres o con cuatro perfiles conductores conducen a una formación especialmente buena del haz del chorro del fluido.Beam formation effects especially large are achieved if the fluid channel comprises - as in the case of the embodiments according to Figures 6d to 6f - conductive profiles 9, which enter the same channel. In the embodiment according to Figure 6d, the conductive profiles 9 they are cuneiform, and they are arranged in a way closely together, whereby a section is achieved internal cross-shaped star. As indicated in the Figure 6e, the conductive profiles 9 represent here peaks 10 and the valleys 9 '. In the embodiment according to Figures 6f as well as 2 to 5, these conductive profiles have the form of fins, and they loosely enter the inner part of the fluid channel 8. According to this embodiment they are especially pronounced the braking effect of turbulence and the formation of the fluid jet beam, which is related to the braking effect. In this case, the number of Conductive profiles is not limited to three. Also with only one Conductive profile can already be achieved a very positive effect. Do not However, the embodiments with three or four profiles conductors lead to especially good beam formation of the fluid jet.

Tal como está representado en las Figuras 3 hasta 5, la tobera inyectora tiene, de forma preferente, un tramo de entrada 11, que está situado por delante del canal de fluido 8. Este tramo de entrada proporciona una transición suave del estrechamiento de la sección transversal desde la tubería de fluido 2 hacia el interior del canal de fluido 8. Este estrechamiento de la sección transversal del tramo de entrada 11 está realizado - de una manera energéticamente conveniente y visto desde la parte interior de la tobera - de forma convexa. Los perfiles conductores 9 también pueden comenzar - tal como esto está indicado en la Figura 5 con unas líneas de trazos - dentro del tramo de entrada 11, por lo cual ya en esta zona queda impedido que en el fluido se puedan presentar una indeseable torsión o las turbulencias.As depicted in Figures 3 up to 5, the injection nozzle preferably has a section inlet 11, which is located in front of the fluid channel 8. This stretch of entry provides a smooth transition from narrowing of the cross section from the fluid pipe 2 into the fluid channel 8. This narrowing of the cross section of the input section 11 is made of an energetically convenient way and seen from the side inside of the nozzle - convex. Conductive profiles 9 can also start - as this is indicated in the Figure 5 with dashed lines - inside the entrance section 11, so that in this area it is prevented that the fluid may present undesirable torsion or turbulence.

Claims

1. Injector nozzle for high pressure injection drilling systems; with a nozzle body (6) and with a fluid channel (8), which for the cement sludge to be injected extends through the nozzle body and in the longitudinal direction thereof; in this case, the injector nozzle (15) is made - for the purpose of being caught in a drill rod (1) - such that the fluid channel (8) of the nozzle can be extended, at least approximately, at right angles to the longitudinal axis of the drill rod; this nozzle which is characterized in that the fluid channel (8) has, for at least an important part of its length (L), a uniform internal cross-section and of a non-round shape.

2. Injector nozzle according to claim 1) and characterized by conductive profiles (9), which enter the fluid channel and those which extend in the longitudinal direction of the nozzle (5).

3. Injector nozzle according to claim 2) and characterized in that the conductive profiles (9) extend, at least essentially, over the entire length of the nozzle.

4. Injector nozzle according to claims 2) or 3) and characterized in that the conductive profiles (9) have the form of ribs.

5. Injector nozzle according to one of claims 2) to 4) and characterized by an internal cross-section in the star shape.

6. Injector nozzle according to one of claims 2) to 5) and characterized in that the conductive profiles (9) constitute peaks (10) and valleys (9 ') within the fluid channel.

7. Injector nozzle according to one of claims 1) to 6) and characterized in that in front of the fluid channel (8) is an inlet section (11) with a cross-section that narrows in the fluid direction (4) ).

8. Injector nozzle according to claim 7) and characterized in that the narrowing of the cross section of the inlet section (11) is carried out in a rounded and convex manner.

9. Injector nozzle according to one of claims 1) to 8) and characterized in that the fluid channel (8) is made within a supplementary nozzle piece (7), which is inserted in the body (6) of the nozzle .

10. Injector nozzle according to claim 9) and characterized in that the additional piece of nozzle (7) is made of a hard metal.

11. High pressure injection drilling tool with a drilling linkage (1); with a probing crown (3), which is arranged on the front side of the drill rod; with a fluid pipe (2), which extends through the drill rod (1); as well as with at least one injector nozzle (5) which, in the flow direction (4), is arranged in front of the probing crown (3) and the one in communication with the fluid pipe (2), and whose longitudinal axis extends at a certain angle with respect to the longitudinal axis of the drilling linkage (1); This tool is characterized in that the injector nozzle (5) is made according to one of claims 1) to 10).