專利名稱：套管鉆井的方法，鉆井單元和適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于套管鉆井的方法，該方法包括通過由包括在鉆巖機(jī)中的旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)內(nèi)桿鉆鑿巖石，和通過至少一個(gè)鉆頭破碎巖石并在鉆鑿期間將外管拉入鉆孔；通過沿縱向方向依次連接兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)桿和通過沿縱向方向依次相應(yīng)地連接兩個(gè)或多個(gè)外管形成延伸鉆井設(shè)備；當(dāng)內(nèi)桿連接在一起時(shí)或者當(dāng)延伸鉆井設(shè)備被拆卸時(shí)繞內(nèi)桿的縱向軸線旋轉(zhuǎn)內(nèi)桿；當(dāng)外管連接在一起時(shí)或者當(dāng)延伸鉆井設(shè)備被拆卸時(shí)繞外管的縱向軸線旋轉(zhuǎn)外管；不同時(shí)執(zhí)行連接內(nèi)桿和外管所需的旋轉(zhuǎn)；當(dāng)延伸鉆井設(shè)備被裝配或被拆卸時(shí)，通過鉆巖機(jī)的旋轉(zhuǎn)裝置和連接至該旋轉(zhuǎn)裝置的適配器進(jìn)行內(nèi)桿和外管的旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還涉及鉆井單元，其包括鉆巖機(jī)，其包括用于繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)內(nèi)桿的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置；進(jìn)給機(jī)構(gòu)，其用于移動(dòng)鉆巖機(jī)；和進(jìn)給梁，其支承鉆巖機(jī)，并且鉆巖機(jī)在該進(jìn)給梁上朝待鉆鑿的巖石向前移動(dòng)和向后移動(dòng)；和適配器，該適配器布置成將鉆巖機(jī)旋轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力傳遞至內(nèi)桿；該適配器包括細(xì)長內(nèi)部件，該內(nèi)部件的第一端接受由旋轉(zhuǎn)裝置所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，其第二端可連接至內(nèi)桿；該適配器還包括外部件，該外部件為細(xì)長管狀件，布置成至少部分圍繞內(nèi)部件，并且其第二端可連接至用于套管鉆井的外管。
本發(fā)明還涉及一種適配器，其用于將來自鉆巖機(jī)旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)力傳遞至至少一個(gè)工具，該適配器包括具有第一端和第二端的細(xì)長內(nèi)部件；內(nèi)部件的第一端包括第一裝置，該第一裝置能夠?qū)碜糟@巖機(jī)旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)力傳遞至內(nèi)部件，內(nèi)部件的第二端包括第二連接裝置，該第二連接裝置能夠?qū)?nèi)部件連接至內(nèi)桿；外部件，其為具有第一端和第二端的細(xì)長管狀件，并且該外部件布置成至少部分圍繞內(nèi)部件；外部件的第二端包括第三連接裝置，該第三連接裝置能夠?qū)⑼獠考B接至用于套管鉆井的外管。
背景技術(shù)：
當(dāng)在破碎的或軟的巖石中或者在其它對(duì)于挖掘隧道質(zhì)量差的巖石中挖掘隧道時(shí)，可能必須通過多個(gè)錨固(anchoring)、螺栓和通過將混凝土或另外的填充物注入鉆孔中以支承隧道壁和隧道頂。還已知在開始實(shí)際的隧道挖掘之前已經(jīng)支承隧道壁和隧道頂。在該情況下，可采用以下的套管鉆井，即根據(jù)其后隧道的待形成的輪廓彼此相鄰地鉆鑿多個(gè)鉆孔。在套管鉆井中，在鉆井期間將套管引入鉆孔中，可保留該套管以支承質(zhì)量差的巖石。在套管鉆井中，使用兩倍的設(shè)備，即通過鉆鑿的旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)鉆桿或相應(yīng)的內(nèi)桿以及可能繞其旋轉(zhuǎn)套管或相應(yīng)的外管來執(zhí)行鉆鑿。套管的最遠(yuǎn)端具有環(huán)狀鉆頭，并且鉆桿的最遠(yuǎn)端具有內(nèi)部鉆頭。當(dāng)鉆鑿的鉆孔足夠深時(shí)，鉆桿和內(nèi)部鉆頭從鉆孔中退出?？蓪⑻坠鼙Ａ粼阢@孔中，在該情況下，該套管形成支承鉆孔的元件。此外，可將混凝土、另外的焊接材料和必需的支承構(gòu)件注入套管中。
當(dāng)鉆鑿出深的鉆孔時(shí)，作為延伸鉆井設(shè)備鉆鑿執(zhí)行套管鉆鑿。在該情況下，套管鉆鑿所采用的鉆鑿部件，即鉆桿和套管沿縱向方向依次連接。鉆桿和套管都可具有用于連接的連接螺紋。當(dāng)延伸鉆井設(shè)備時(shí)，必須能夠繞它們的縱向軸線旋轉(zhuǎn)鉆桿和套管，以便可將相繼的鉆鑿部件的連接螺紋連接在一起。相應(yīng)地，當(dāng)拆卸鉆鑿設(shè)備時(shí)，必須能夠繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)鉆鑿部件以分離連接螺紋。然而，必須非同時(shí)地連接鉆桿和套管，在該情況下，必須能夠彼此無關(guān)地旋轉(zhuǎn)待連接的鉆桿和套管。套管鉆井所采用的現(xiàn)有技術(shù)鉆井單元具有分離的旋轉(zhuǎn)單元，該旋轉(zhuǎn)單元用于當(dāng)套管連接至鉆桿或者套管和鉆桿彼此分離時(shí)旋轉(zhuǎn)套管，而與鉆桿無關(guān)。然而，這種旋轉(zhuǎn)單元不利地增大鉆井單元的重量并導(dǎo)致額外成本和維護(hù)的附加需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于套管鉆井的新的以及改進(jìn)的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于在延伸鉆井設(shè)備的連接和拆卸中利用適配器，該適配器包括連接至內(nèi)桿的內(nèi)部件和連接至外套的外部件；為適配器的內(nèi)部件提供旋轉(zhuǎn)力，并將該旋轉(zhuǎn)力從內(nèi)部件傳遞至外部件；和沿軸向方向相對(duì)于內(nèi)部件移動(dòng)外部件，以選擇由旋轉(zhuǎn)裝置所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力是否影響內(nèi)桿或外管。
根據(jù)本發(fā)明的鉆井單元的特征在于內(nèi)部件通過至少一個(gè)連接裝置連接至外部件，連接裝置布置成在內(nèi)部件和外部件之間傳遞旋轉(zhuǎn)力，而與內(nèi)部件和外部件的相互縱向位置無關(guān)；和適配器包括至少一個(gè)致動(dòng)器，其用于沿縱向方向相對(duì)于內(nèi)部件移動(dòng)外部件，可在縱向方向上改變內(nèi)部件的第二端和外部件的第二端之間的相互位置。
根據(jù)本發(fā)明的適配器的特征在于內(nèi)部件通過至少一個(gè)連接裝置連接至外部件，連接裝置布置成在內(nèi)部件和外部件之間傳遞旋轉(zhuǎn)力，而與內(nèi)部件和外部件的相互縱向位置無關(guān)；和適配器包括至少一個(gè)致動(dòng)器，其用于沿縱向方向相對(duì)于內(nèi)部件移動(dòng)外部件，可在縱向方向上改變內(nèi)部件的第二端和外部件的第二端之間的相互位置。
本發(fā)明的根本思想是在套管鉆井的鉆鑿部件的連接和拆卸，即螺紋連接中，通過包括在鉆巖機(jī)中的旋轉(zhuǎn)裝置為內(nèi)桿和外管產(chǎn)生必需的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。適配器布置成將由旋轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力傳遞至鉆鑿部件。此外，適配器包括能夠在螺紋連接期間彼此無關(guān)地將旋轉(zhuǎn)力傳遞至內(nèi)桿或外管。適配器包括內(nèi)部件和布置成圍繞內(nèi)部件的外部件。可從鉆巖裝置的旋轉(zhuǎn)裝置將旋轉(zhuǎn)力提供給內(nèi)部件中的第一端的部分。內(nèi)部件的最遠(yuǎn)端，即第二端具有可旋轉(zhuǎn)的連接裝置，典型地為連接螺紋，其用于將內(nèi)部件連接至內(nèi)桿。外部件為圍繞內(nèi)部件布置的細(xì)長管。外管的最遠(yuǎn)端，即第二端具有可螺紋連接的連接裝置，其典型地具有連接螺紋，其用于將外部件連接至外管。在外部件和內(nèi)部件之間存在能夠?qū)⑿D(zhuǎn)力從內(nèi)部件傳遞至外部件的一個(gè)或多個(gè)連接裝置。因此，適配器始終包括內(nèi)部件中的至少一個(gè)第一相對(duì)表面和在外部件中的至少一個(gè)第二相對(duì)表面。此外，外部件布置成沿縱向方向相對(duì)于內(nèi)部件可移動(dòng)，在該情況下，可通過一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器移動(dòng)外部件，以便將外部件的最遠(yuǎn)端處的連接裝置移得比內(nèi)部件的最遠(yuǎn)端處的連接裝置更靠外。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在處理鉆井設(shè)備中可利用鉆巖機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)裝置，以及因此不再需要用于旋轉(zhuǎn)外管的單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)單元。因此，可使鉆井單元的結(jié)構(gòu)比以前更簡化、更輕便以及更緊湊。此外，由于適配器布置在鉆巖機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，故該適配器很好地相對(duì)于待連接和待拆卸的鉆井設(shè)備居中。此外，可由鉆巖機(jī)的旋轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力顯然大于由單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)單元所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力。例如，適配器的優(yōu)點(diǎn)為其具有簡單可靠的結(jié)構(gòu)。通過在適配器的前位置和后位置之間移動(dòng)適配器的外部件，能夠選擇螺紋連接以確定是否將旋轉(zhuǎn)力從適配器引向內(nèi)桿或引向外管。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基本思想在于，內(nèi)部件為鉆巖機(jī)的一部分。在該情況下，內(nèi)部件的第一端，即內(nèi)部端具有諸如齒狀物等的傳遞裝置，其能夠從旋轉(zhuǎn)裝置接受旋轉(zhuǎn)力。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基本思想在于，內(nèi)部件為單獨(dú)件，其能夠通過螺栓連接等連接至鉆巖機(jī)的鉆柄或連接至相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)元件。在該情況下，適配器不需要對(duì)鉆巖機(jī)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何本質(zhì)的改變。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基本思想在于，旋轉(zhuǎn)力布置成通過一個(gè)或多個(gè)花鍵和相應(yīng)地通過一個(gè)或多個(gè)細(xì)長鍵槽從內(nèi)部件傳遞至外部件。鍵槽可形成在內(nèi)部件的外表面上，花鍵可連接至外部件的內(nèi)表面，或者可選地，花鍵和鍵槽與上述聲明相反地布置。由花鍵和鍵槽形成的布置能夠傳遞旋轉(zhuǎn)力，但是卻允許花鍵沿軸向方向在細(xì)長鍵槽中移動(dòng)。鍵槽可基本為軸向槽。在一些情況下，鍵槽可相對(duì)于軸向方向稍微傾斜，或者鍵槽可以是稀疏的螺旋線?；诨ㄦI和鍵槽的連接裝置較簡單地形成，該連接裝置為便宜的并具有耐用的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基本思想在于，適配器中的內(nèi)部件的外表面的截面和外部件的內(nèi)表面的截面形成為使得相對(duì)于繞縱向軸線的旋轉(zhuǎn)力在上述件之間形成形狀鎖定。然而，表面的截面形狀允許內(nèi)部件和外部件沿縱向軸線的方向移動(dòng)。實(shí)際上，相對(duì)表面可成形為使得其具有非圓形的截面，諸如橢圓形截面或帶角的截面。在該情況下，內(nèi)部件和外部件之間的相對(duì)表面形成連接裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基本思想在于，適配器包括兩個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，諸如壓力介質(zhì)操作氣缸等等，其布置成通過傳輸件相對(duì)于內(nèi)部件移動(dòng)外部件。傳輸件為細(xì)長件，其橫向于外部件布置并連接至外部件，以便允許其傳遞軸向傳輸力。另一方面，旋轉(zhuǎn)力不在外部件和傳輸件之間傳遞，并且該傳輸件可通過例如軸承安裝在外部件中。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基本思想在于，適配器的外部件在外部件的至少一個(gè)位置處沿軸向鎖定在內(nèi)部件內(nèi)。鎖定可形成在花鍵和鍵槽的終端位置，或者鎖定可基于卡口鎖定、螺釘鎖定或另外的適當(dāng)?shù)逆i定機(jī)構(gòu)。當(dāng)外部件處于該鎖定位置時(shí)，引向內(nèi)部件的軸向力可被傳遞至外部件。在該情況下，包括在鉆井單元中的進(jìn)給機(jī)構(gòu)可在鉆巖機(jī)中產(chǎn)生反作用力，該反作用力通過適配器傳遞至外管。該特征可用于套管鉆井的特殊應(yīng)用中，其中，在鉆鑿后，或者在鉆鑿和進(jìn)給其他支承裝置后從鉆孔中移出外管。優(yōu)點(diǎn)是不需要單獨(dú)的退出元件以退出外管，而是可使用鉆井單元的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)。此外，進(jìn)給機(jī)構(gòu)為從鉆孔中退出外管提供足夠的作用力。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基本思想在于，通過包括在適配器中的致動(dòng)器將外管從鉆孔中退出。在該情況下，致動(dòng)器產(chǎn)生退出市所需的作用力。另外可選地，適配器的致動(dòng)器將退出所需的作用從進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳遞至外管。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基本思想在于，鉆巖裝置包括用于為內(nèi)桿提供沖擊脈沖的沖擊裝置。沖擊脈沖還可從內(nèi)部鉆頭傳遞至環(huán)狀鉆頭。


將在附圖中更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1為具有根據(jù)本發(fā)明的鉆井單元的鉆機(jī)的示意性側(cè)視圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明的適配器的示意性透視圖，圖3為包括在根據(jù)本發(fā)明的適配器中的傳輸件、內(nèi)部件和外部件的示意性視圖，圖4為包括在根據(jù)本發(fā)明的適配器中的內(nèi)部件和外部件以及它們之間的連接裝置的沿線C-C的示意性剖視圖，圖5為包括在根據(jù)本發(fā)明的適配器中的內(nèi)部件、外部件、連接裝置和傳輸件的示意性和側(cè)視剖視圖，圖6為外部件的示意性和側(cè)視剖視圖，圖7為鉆巖機(jī)的示意性視圖，圖8為根據(jù)本發(fā)明的適配器的連接裝置的一部分的示意性和剖視圖，圖9和10為根據(jù)本發(fā)明的適配器的操作的示意性側(cè)視圖，和圖11為內(nèi)部件和外部件的合適形狀的示意性和剖視圖。
為了清楚起見，附圖以簡化方式表示本發(fā)明的一些實(shí)施例。相同的附圖標(biāo)記表示附圖中的相同的部分。
具體實(shí)施例方式
圖1表示具有用于套管鉆井的設(shè)備的鉆機(jī)1。鉆機(jī)1的運(yùn)輸器2可具有一個(gè)或多個(gè)鉆臂3和一個(gè)或多個(gè)輔助臂4。在鉆臂3的最遠(yuǎn)端處，有鉆井單元5，其可包括進(jìn)給梁6、鉆巖機(jī)7和進(jìn)給梁6上的進(jìn)給機(jī)構(gòu)8，用于沿方向A向前和沿方向B向后移動(dòng)鉆巖機(jī)7。鉆巖機(jī)7可包括旋轉(zhuǎn)裝置9，該旋轉(zhuǎn)裝置9用于圍繞鉆井所使用的鉆井部件的縱向軸線對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在一些情況下，鉆巖機(jī)7還可包括沖擊裝置，該沖擊裝置用于為鉆井部件提供沖擊脈沖以破碎巖石。在套管鉆井中，使用兩倍的設(shè)備。鉆巖機(jī)7的旋轉(zhuǎn)裝置9旋轉(zhuǎn)內(nèi)桿10，該內(nèi)桿10的最遠(yuǎn)端具有形成鉆孔12的內(nèi)部鉆頭11。內(nèi)部轉(zhuǎn)頭11還布置為將外管13拉入鉆孔12中。外管13還可例如通過內(nèi)部鉆頭11在鉆孔12中旋轉(zhuǎn)。外管13圍繞內(nèi)桿10布置。外管13的最遠(yuǎn)端具有環(huán)狀鉆頭14，該環(huán)狀鉆頭14鉸大由內(nèi)部鉆頭11形成的鉆孔12。
在鉆鑿長的鉆孔12中，采用延伸鉆井設(shè)備進(jìn)行鉆鑿，其中，沿縱向方向依次布置兩個(gè)或多個(gè)鉆鑿部件。由于在套管鉆井中使用兩倍的設(shè)備，故必須能夠在延伸鉆井設(shè)備鉆鑿中處理內(nèi)桿10和外管13。為此，鉆機(jī)1的輔助臂4可具有操縱器14，該操縱器14可包括臂15和夾緊構(gòu)件16，用于每次從設(shè)置在輔助臂4中的設(shè)備庫18中將延伸鉆井設(shè)備的一組17傳遞至鉆井單元5。延伸鉆井設(shè)備的組17可包括已經(jīng)布置在其內(nèi)部的一個(gè)外管13和一個(gè)內(nèi)桿10，在該情況下，可同時(shí)移動(dòng)鉆鑿部件。操縱器14可以是能夠由操作員控制的手動(dòng)裝置。輔助臂4可具有用于操作員的籠19?？蛇x地，操縱器14和設(shè)備庫18可以是自動(dòng)裝置，該自動(dòng)裝置的操作由一個(gè)或多個(gè)控制單元所控制。
鉆井單元5還可包括適配器20，該適配器20可布置在鉆巖機(jī)7和鉆井設(shè)備之間。適配器20可包括內(nèi)部件21，旋轉(zhuǎn)力可從鉆巖機(jī)7的旋轉(zhuǎn)裝置9傳遞至該內(nèi)部件21。適配器20還括外部件22，該外部件22為圍繞內(nèi)部件21布置的管狀件。旋轉(zhuǎn)力可從內(nèi)部件21傳遞至外部件22。此外，適配器20可包括用于沿軸向方向移動(dòng)外部件22的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器23。致動(dòng)器23例如可以是壓力介質(zhì)操作的氣缸，該氣缸的第一端連接至鉆巖機(jī)7或承載器，并且氣缸的第二端可通過合適的傳遞裝置連接至外部件22的后部。下面將結(jié)合附圖更加詳細(xì)地描述適配器20的結(jié)構(gòu)和操作。
從圖1進(jìn)一步示出，進(jìn)給梁6的前端可具有用于不可移動(dòng)地鎖定至少一個(gè)鉆鑿部件的一個(gè)或多個(gè)保持裝置24。在該情況下，至少當(dāng)套管鉆井的部件彼此分離時(shí)，可通過螺紋利用該保持裝置24。保持裝置24可包括至少一對(duì)保持夾爪或相似的鎖定構(gòu)件。
套管鉆井還可應(yīng)用于鉆鑿孔以用于測(cè)試和研究目的。在該情況下，外管可支承鉆孔和保護(hù)待布置在鉆孔中的測(cè)量裝置。
圖2所示的適配器20包括兩個(gè)致動(dòng)器，即第一致動(dòng)器23a和第二致動(dòng)器23b，它們以非常簡化的方式表示在附圖中?？蔀榧?xì)長件的傳輸件25可布置在外部件22的第一端的部分中。傳輸件25的端部可具有連接點(diǎn)26a和26b，該致動(dòng)器23a和23b可連接至該連接點(diǎn)26a和26b。傳輸件25的中間部分可具有連同軸承構(gòu)件的連接開口27，以便旋轉(zhuǎn)力不從外部件22傳遞至傳輸件25?？蛇x地，連接開口27的尺寸形成為使得其不與外部件22的外表面相接觸，而是在連接開口27和外部件22之間存在間隙3，如圖3所示。然而，傳輸件25連接至外部件22，以使致動(dòng)器23a、23b產(chǎn)生的傳遞力能夠傳遞至外部件22。一個(gè)可選實(shí)施例是將傳輸件25布置在兩個(gè)凸緣34a、34b之間，該兩個(gè)凸緣34a、34b可設(shè)置在外部件22的第一端22的部分中，如圖6所示。此外，傳輸件25可由連接在一起的兩個(gè)部分25a、25b形成，如圖2和3所示。
從圖2進(jìn)一步示出，外部件22的第二端22b可具有外部連接螺紋28，該外部連接螺紋28可使外部件連接至用于套管鉆井的外管13。在圖2中，在外部件22內(nèi)的內(nèi)部件21以虛線表示。內(nèi)部件21的第一端21a可包括固定凸緣29或相似物，用于將內(nèi)部件21連接至鉆巖機(jī)7的鉆柄或相似的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。內(nèi)部件21的第二端可包括內(nèi)部連接螺紋，用于將內(nèi)部件21連接至用于套管鉆井的內(nèi)桿10。應(yīng)注意的是，內(nèi)桿10可由實(shí)心材料制成，其可包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)長槽或者其可具有明顯的管狀截面。
圖4表示適配器沿線C-C的剖面圖。在外部件的第一端22a的部分中，外部件22的內(nèi)表面可具有一個(gè)或多個(gè)凹部31，其中可布置一個(gè)或多個(gè)花鍵32。該花鍵32可通過膠粘劑、螺釘、焊接或其它適當(dāng)?shù)姆绞竭B接至凹部31。此外，內(nèi)部件21的外表面可包括一個(gè)或多個(gè)鍵槽33，該鍵槽33可從內(nèi)部件21的第一端部21a的部分延伸至其第二端部21b的部分?？筛鶕?jù)待傳遞的旋轉(zhuǎn)力的大小選擇花鍵32和鍵槽33的數(shù)目，但是例如在大多數(shù)情況下，四個(gè)花鍵32和四個(gè)鍵槽33已經(jīng)足夠了。
圖5為包括在適配器中的內(nèi)部件21和外部件22的一部分以及它們之間的連接構(gòu)件的剖視圖。在這種情況下，連接構(gòu)件包括連接至外部件22的花鍵32。內(nèi)部件21具有細(xì)長鍵槽33。外部件22的第一端22a還可包括凸緣34a和34b，在凸緣34a和34b之間可布置傳輸件25。外部件的第一端22a還可包括蓋子36，該蓋子36可防止花鍵相對(duì)于凹部31軸向移動(dòng)。從圖5進(jìn)一步示出，內(nèi)部件21可以是管狀件或具有一個(gè)或多個(gè)溝槽35，用于為鉆頭供應(yīng)沖洗介質(zhì)。
圖6為外部件22的一部分的剖視圖。如該圖所示，外部件的第一端22a可具有凹部31，在該凹部31中可布置花鍵32。另一方面，花鍵32也可布置在外部件22的第二端22b處。此外，花鍵32可基本上與外部件22一樣長。此外，花鍵32和鍵槽33可與上述聲明相反地相對(duì)于內(nèi)部件21和外部件22布置。
圖7為鉆巖機(jī)7的高度簡化說明，其中內(nèi)部件21為鉆鑿結(jié)構(gòu)的一部分。內(nèi)部件21的第一端21a具有諸如齒狀物的傳遞構(gòu)件37，用于將旋轉(zhuǎn)力從旋轉(zhuǎn)裝置9傳遞至內(nèi)部件21。此外，內(nèi)部件21的第一端21a可包括沖擊表面38，用于接收來自包括在鉆巖機(jī)7中的沖擊裝置39的沖擊脈沖。圖7所示的內(nèi)部件21可由實(shí)心材料制成，其外圓周可具有一個(gè)或多個(gè)突出部40，該突出部40作為內(nèi)部件21和外部件22之間的連接裝置。
圖8表示內(nèi)部件21和外部件22的截面的一部分。如圖所示，外部件22的內(nèi)表面可包括一個(gè)或多個(gè)槽41，在槽41中布置有內(nèi)部件21的突出部40。突出部40和槽41能夠以適當(dāng)?shù)姆绞叫纬尚螤詈统叽?，并可根?jù)需要選擇它們的數(shù)目。
圖9和10表示套管鉆井中的適配器的操作。當(dāng)延伸鉆井設(shè)備被延伸時(shí)，延伸鉆井設(shè)備的一組17布置在鉆巖機(jī)7和已經(jīng)在鉆孔12中的鉆井設(shè)備42之間。此后，驅(qū)動(dòng)屬于適配器20的外部件22至其最靠前的位置，在該情況下，外部件22的最遠(yuǎn)端處的連接構(gòu)件28延伸超過內(nèi)部件21中的連接構(gòu)件43，如圖9所示。此后，進(jìn)給裝置8朝延伸鉆井設(shè)備的組17移動(dòng)鉆巖機(jī)7，外部件22的連接構(gòu)件28連接至外管13中的連接構(gòu)件44。然后，外管13通過旋轉(zhuǎn)裝置9連接至已經(jīng)在鉆孔12中的外管。此后，將外部件22拉入圖10所示的其后方位置，利用旋轉(zhuǎn)裝置9連接內(nèi)部桿10的連接構(gòu)件45。在一些情況下，可首先連接內(nèi)部設(shè)備，然后連接外部設(shè)備。在連接和分離期間可使用圖1所示的保持裝置24以輔助上述操作。圖9和10還示出支承裝置46，其用于相對(duì)平行于鉆井軸線47的外管13的內(nèi)表面使內(nèi)桿10居中。
圖11所示的剖面圖示出內(nèi)部件21和外部件22的截面也可成形為使得它們可以繞它們縱向軸線傳遞旋轉(zhuǎn)力，而同時(shí)允許沿軸線方向彼此相對(duì)移動(dòng)。在這種情況下，內(nèi)部件21的外表面和外部件的內(nèi)表面形成用于傳遞旋轉(zhuǎn)力的一對(duì)連接裝置。
應(yīng)注意的是，在本申請(qǐng)中，術(shù)語“巖石”表示巖石、軟的巖石材料和任何其他的地殼材料。
還可組合本申請(qǐng)中所示的特征以形成所需的組合。在一些情況下，甚至可與另一特征無關(guān)地同樣地使用所述特征。
附圖和相關(guān)說明僅意圖表示發(fā)明原理。本發(fā)明的細(xì)節(jié)可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。
權(quán)利要求
1.一種用于套管鉆井的方法，該方法包括通過包括在鉆巖機(jī)(7)中的旋轉(zhuǎn)裝置(9)旋轉(zhuǎn)內(nèi)桿(10)來鉆鑿巖石，并通過至少一個(gè)鉆頭(11、14)來破碎巖石，并在鉆鑿期間將外管(13)拉入鉆孔(12)；通過沿縱向方向依次連接兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)桿(10)，并通過沿縱向方向依次相應(yīng)地連接兩個(gè)或多個(gè)外管(13)，從而形成延伸鉆井設(shè)備；當(dāng)所述內(nèi)桿(10)連接在一起時(shí)或者當(dāng)所述延伸鉆井設(shè)備被拆卸時(shí)，圍繞所述內(nèi)桿(10)的縱向軸線旋轉(zhuǎn)所述內(nèi)桿(10)；當(dāng)所述外管(13)連接在一起時(shí)或者當(dāng)所述延伸鉆井設(shè)備被拆卸時(shí)，圍繞所述外管(13)的縱向軸線旋轉(zhuǎn)所述外管(13)；非同時(shí)執(zhí)行連接所述內(nèi)桿(10)和所述外管(13)所需的旋轉(zhuǎn)；當(dāng)所述延伸鉆井設(shè)備被裝配或被拆卸時(shí)，通過所述鉆巖機(jī)(7)的所述旋轉(zhuǎn)裝置(9)和連接至該旋轉(zhuǎn)裝置的適配器(20)，旋轉(zhuǎn)所述內(nèi)桿(10)和所述外管(13)，其特征在于在所述延伸鉆井設(shè)備的連接和拆卸中利用所述適配器(20)，該適配器(20)包括待連接至所述內(nèi)桿(10)的內(nèi)部件(21)和待連接至所述外管(13)的外部件(22)；為所述適配器(20)的所述內(nèi)部件(21)提供旋轉(zhuǎn)力，并將其從所述內(nèi)部件(21)傳遞至所述外部件(22)；和沿軸線方向相對(duì)于所述內(nèi)部件(21)移動(dòng)所述外部件(22)，以選擇由所述旋轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力是否影響所述內(nèi)桿(10)或所述外管(13)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在鉆鑿之后從所述鉆孔(12)退出所述外管(13)；和利用包括在所述鉆井單元中的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(8)，以退出所述外管(13)。
3.一種鉆井單元，其包括鉆巖機(jī)(7)，其包括用于繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)內(nèi)桿(10)的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置(9)；進(jìn)給機(jī)構(gòu)(8)，其用于移動(dòng)所述鉆巖機(jī)(7)；和進(jìn)給梁(6)，其支承所述鉆巖機(jī)(7)，且所述鉆巖機(jī)在該進(jìn)給梁上朝待鉆鑿的巖石向前移動(dòng)和向后移動(dòng)；適配器(20)，該適配器布置成將所述鉆巖機(jī)(7)的所述旋轉(zhuǎn)裝置(9)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力傳遞至所述內(nèi)桿(10)；所述適配器(20)包括細(xì)長內(nèi)部件(21)，該內(nèi)部件的第一端(21a)接收由所述旋轉(zhuǎn)裝置(9)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，其第二端(21b)可連接至所述內(nèi)桿(10)；所述適配器(20)還包括外部件(22)，該外部件為細(xì)長管狀件，并布置成至少部分圍繞所述內(nèi)部件(21)，其第二端(22b)可連接至用于套管鉆井的所述外管(13)，其特征在于所述內(nèi)部件(21)通過至少一個(gè)連接裝置(32、33；40、41)連接至所述外部件(22)，所述連接裝置布置成在所述內(nèi)部件(21)和所述外部件(22)之間傳遞旋轉(zhuǎn)力，而與所述內(nèi)部件和所述外部件的相互縱向位置無關(guān)；和所述適配器(20)包括至少一個(gè)致動(dòng)器(23)，其用于沿縱向方向相對(duì)于所述內(nèi)部件(21)移動(dòng)所述外部件(22)，所述內(nèi)部件的第二端(21b)和所述外部件的第二端(22b)之間的相互位置可在縱向方向上發(fā)生改變。
4.如權(quán)利要求3所述的鉆井單元，其特征在于所述內(nèi)部件(21)為連接至旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的單獨(dú)件，該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件由所述鉆巖機(jī)(7)的所述旋轉(zhuǎn)裝置(9)旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求3所述的鉆井單元，其特征在于所述內(nèi)部件(21)為所述鉆巖機(jī)(7)的一部分；和所述內(nèi)部件(21)包括旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(37)，以接收來自所述旋轉(zhuǎn)裝置(9)的旋轉(zhuǎn)力。
6.如前述權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的鉆井單元，其特征在于所述鉆巖機(jī)(7)包括至少一個(gè)沖擊裝置(39)，用于為所述內(nèi)部桿(10)生成沖擊脈沖。
7.如前述權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的鉆井單元，其特征在于所述進(jìn)給梁(6)的前端部分包括至少一個(gè)保持裝置(24)；和所述保持裝置(24)布置成至少當(dāng)用于套管鉆井的部件之間的連接斷開時(shí)將至少一個(gè)鉆鑿部件鎖定為不可移動(dòng)。
8.一種適配器，其用于將來自鉆巖機(jī)(7)的旋轉(zhuǎn)裝置(9)的旋轉(zhuǎn)力傳遞至至少一個(gè)工具，該適配器(20)包括具有第一端(21a)和第二端(21b)的細(xì)長內(nèi)部件(21)；所述內(nèi)部件的所述第一端(21a)包括第一裝置，該第一裝置能夠?qū)碜运鲢@巖機(jī)(7)的所述旋轉(zhuǎn)裝置(9)的旋轉(zhuǎn)力傳遞至所述內(nèi)部件(21)，所述內(nèi)部件的所述第二端(21b)包括第二連接裝置(43)，該第二連接裝置(43)能夠?qū)⑺鰞?nèi)部件(21)連接至所述內(nèi)桿(10)；外部件(22)，其為具有第一端(22a)和第二端(22b)的細(xì)長管狀件，且其布置成至少部分圍繞所述內(nèi)部件(21)；所述外部件的所述第二端(22b)包括第三連接裝置(28)，該第三連接裝置(28)能夠?qū)⑺鐾獠考?22)連接至用于套管鉆井的外管(13)，其特征在于所述內(nèi)部件(21)通過至少一個(gè)連接裝置(32、33；40、41)連接至所述外部件(22)；所述連接裝置成在所述內(nèi)部件(21)和所述外部件(22)之間傳遞旋轉(zhuǎn)力，而與所述內(nèi)部件和所述外部件的相互縱向位置無關(guān)；和所述適配器(20)包括至少一個(gè)致動(dòng)器(23)，該致動(dòng)器(23)用于沿縱向方向相對(duì)于所述內(nèi)部件(21)移動(dòng)所述外部件(22)，所述內(nèi)部件的第二端(21b)和所述外部件的第二端(22b)之間的相互位置可沿縱向方向發(fā)生改變。
9.如權(quán)利要求8所述的適配器，其特征在于所述連接裝置至少包括形成在所述內(nèi)部件(21)中的第一連接裝置；所述連接裝置至少包括形成在所述外部件(22)中的第二連接裝置；至少第一連接裝置為細(xì)長鍵槽(33)；和至少第二連接裝置為布置成在所述鍵槽(33)中滑動(dòng)的花鍵(32)。
10.如權(quán)利要求8所述的適配器，其特征在于所述內(nèi)部件(21)中的外表面的截面形狀和所述外部件(22)中的內(nèi)表面的截面形狀如此布置，以相對(duì)于圍繞縱向軸線的旋轉(zhuǎn)在所述內(nèi)部件(21)和所述外部件(22)之間提供形狀鎖定。
11.如權(quán)利要求10所述的適配器，其特征在于所述內(nèi)部件(21)的外表面具有多個(gè)突出部(40)；和所述外部件(22)的內(nèi)表面在對(duì)應(yīng)于所述突出部(40)的位置處具有多個(gè)縱向槽(41)。
12.如上述權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的適配器，其特征在于所述適配器(20)包括第一致動(dòng)器(23a)和第二致動(dòng)器(23b)；所述適配器(20)包括橫向于所述外部件(22)布置的傳輸件(25)；所述傳輸件(25)為細(xì)長件，其相對(duì)端具有用于將所述第一致動(dòng)器(23a)和所述第二致動(dòng)器(23b)連接至所述傳輸件(25)的連接點(diǎn)(26a、26b)；在所述傳輸件(25)的端部之間的中間部分具有連接開口(27)，所述外部件(22)通過該連接開口(27)布置；所述連接開口(27)具有允許所述外部件(22)大致自由地繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)的裝置；和所述傳輸件(25)布置成將由所述致動(dòng)器(23a；23b)產(chǎn)生的軸向力傳遞至所述外部件(22)，從而，所述外部件(22)可在軸向方向上移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及套管鉆井的方法、鉆井單元和適配器。用于延伸鉆井設(shè)備鉆鑿的適配器(20)包括內(nèi)部件(21)，該內(nèi)部件(21)可由鉆巖機(jī)(7)的旋轉(zhuǎn)裝置(9)旋轉(zhuǎn)。圍繞內(nèi)部件存在有外部件(22)，該外部件(22)可沿軸向方向相對(duì)于內(nèi)部件移動(dòng)。通過改變外部件的軸向位置，可在螺紋連接期間選擇將旋轉(zhuǎn)力從旋轉(zhuǎn)裝置引向內(nèi)桿(10)或引向用于套管鉆井中的外管(13)。
文檔編號(hào)E21B7/20GK101076651SQ200580042120
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
發(fā)明者扎哈·皮波寧 申請(qǐng)人:山特維克礦山工程機(jī)械有限公司