專利名稱：聲波式鉆井頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井頭(drill head)，并涉及配置為產(chǎn)生振蕩振動力(oscillating vibratory force)的鉆井頭。
背景技術(shù)：
巖芯鉆進(jìn)(core drilling)允許為了許多目的而從各種深度獲得地下物質(zhì) (subterranean material)的樣本。例如,鉆探巖芯樣本(core sample)并測試收回的巖芯幫助確定在給定地層中存在或者可能存在什么物質(zhì)。例如，收回的巖芯樣本能夠指示存在石油、貴金屬和其他有價(jià)值的物質(zhì)。在一些情況下，巖芯樣本能夠用來確定物質(zhì)和事件的地質(zhì)年代(geological timeline)。因此，巖芯樣本能夠用來確定在給定區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步開采的必要性。雖然有幾種方式來收集巖芯樣本，但是常常使用巖芯管系統(tǒng)(core barrel system)來收回巖芯樣本。巖芯管系統(tǒng)包括外管，取芯鉆頭固定到外管的一端。外管的相對端常常附接到鉆柱，鉆柱垂直延伸到常常位于地表上的鉆頭。巖芯管系統(tǒng)還常常包括位于外管內(nèi)的內(nèi)管。當(dāng)鉆頭(drill bit)切割地球地層時(shí)，內(nèi)管能夠充滿巖芯樣本。一旦已經(jīng)切取期望量的巖芯樣本，內(nèi)管和巖芯樣本即可通過鉆柱而升高并在地表收回。常常用聲波頭組件以高頻來振動鉆柱、附接的取芯筒和鉆頭，以允許鉆頭和巖芯管隨著鉆頭旋轉(zhuǎn)而切過地層。因此，一些鉆井系統(tǒng)包括鉆井頭組件，鉆井頭組件既包括提供高頻輸入的聲波頭組件又包括使鉆柱旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)頭。聲波頭包括振蕩的偏心配重的轉(zhuǎn)子。 偏心配重的轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)到軸。軸可依次聯(lián)結(jié)到鉆桿(drill rod)，將偏心配重的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動以從軸向鉆桿傳遞振動力。為了實(shí)現(xiàn)上述旋轉(zhuǎn)，常常設(shè)置許多軸承結(jié)構(gòu)以在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)支撐軸。軸承的壽命至少部分取決于保持適當(dāng)?shù)念A(yù)加載荷(preload)，以維持軸承與軸之間的接觸。在過去，通常將軸承置于需要拆卸鉆井頭的位置，以便調(diào)整軸承上的預(yù)加載荷。調(diào)整預(yù)加載荷也可能是繁重的。如果沒有保持預(yù)加載荷，則以偏心方式配重的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的振動力將迅速毀壞軸承或鉆的其他部分。這些維護(hù)通常將導(dǎo)致基本上停工，因?yàn)椴僮鲉T要維護(hù)或更換軸承或聲波頭的其他部件。本發(fā)明要求保護(hù)的主題不限于僅在例如上述情況下解決任何缺陷或者進(jìn)行操作的實(shí)施例。反之，提供本背景技術(shù)部分只是表明一個(gè)示例性技術(shù)領(lǐng)域，在該技術(shù)領(lǐng)域中可實(shí)踐本說明書描述的一些實(shí)施例。

發(fā)明內(nèi)容
—種鉆井頭組件，其可包括具有軸線的軸和與該軸操作性地關(guān)聯(lián)的振蕩器組件， 該振蕩器組件具有至少一個(gè)偏心配重的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子配置為繞樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生振蕩振動力，其中振蕩中心線被限定為垂直于軸線并包括樞軸點(diǎn)。鉆井頭組件還包括在振蕩中心線的第一側(cè)上聯(lián)結(jié)到軸的下軸承和在振蕩中心線的第二側(cè)上聯(lián)結(jié)到軸的上軸承，第二側(cè)與第
5一側(cè)相對。一種鉆井頭組件，其可包括具有第一端和第二端的軸以及位于軸的第一端與第二端之間、配置為產(chǎn)生振蕩力的振蕩器組件。至少一個(gè)軸承可將軸聯(lián)結(jié)到振蕩器組件。預(yù)加載組件可聯(lián)結(jié)到軸，預(yù)加載組件包括基座螺母(basenut)和預(yù)加載件，基座螺母配置為選擇性地在軸上固定就位，預(yù)加載件配置為預(yù)先相對于基座螺母將軸承預(yù)加載。提供本發(fā)明內(nèi)容部分，為的是以簡化方式介紹以下具體實(shí)施方式
中更詳細(xì)描述的精選的概念。本發(fā)明內(nèi)容部分并非旨在區(qū)別出本發(fā)明要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或基本特性，也并非旨在用于幫助確定本發(fā)明要求保護(hù)的主題的范圍。


為使本發(fā)明的以上的和其他的優(yōu)點(diǎn)以及特征更清楚，將參照附圖中所示的具體實(shí)施例提供對本發(fā)明更詳細(xì)的描述。應(yīng)理解，這些附圖只示出本發(fā)明的典型示例，因此不應(yīng)認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。將使用附圖，以附加的特性和細(xì)節(jié)來描述并解釋示例，其中圖IA示出根據(jù)一個(gè)示例的鉆井系統(tǒng)；圖IB示出根據(jù)一個(gè)示例包括聲波頭組件和旋轉(zhuǎn)頭組件的鉆井頭；圖2A示出根據(jù)一個(gè)示例的聲波頭組件的組裝圖；圖2B示出圖2A的聲波頭組件的分解圖；圖2C示出沿截面2C-2C截取的圖2的聲波頭組件的剖視圖；而圖3示出根據(jù)一個(gè)示例的預(yù)加載組件的分解圖。連同以下描述，附圖示出了示例性裝置和方法的非限制特征。為清楚起見，圖中可能夸大部件的厚度及結(jié)構(gòu)。不同附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相似(不過未必完全相同)的元件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供鉆井系統(tǒng)、聲波頭組件以及軸和軸承組件。在至少一個(gè)示例中，提供的軸和軸承組件包括上、下軸承，上、下軸承允許軸相對于另外的部件(例如振蕩器組件和/ 或諸如空氣彈簧組件之類的隔振裝置)旋轉(zhuǎn)。振蕩器組件配置為產(chǎn)生傳遞到軸的振蕩力。在至少一個(gè)示例中，上、下軸承位于部件的相對的向外側(cè)。這樣的結(jié)構(gòu)能夠釋放軸的兩端，這樣依次能夠有助于流水樞軸(water pivot)聯(lián)結(jié)到軸的一端。此外，這樣的結(jié)構(gòu)能夠有助于接近一個(gè)或多個(gè)軸承，這樣依次能夠允許進(jìn)行常規(guī)的預(yù)加載荷調(diào)整。例如，預(yù)加載組件能夠與軸和軸承組件關(guān)聯(lián)。預(yù)加載組件能夠包括配置為移動到接近上軸承并固定就位的基座。隨著基座被鎖定就位，一個(gè)或多個(gè)預(yù)加載件能夠預(yù)先自基座向軸承施加預(yù)加載力。在至少一個(gè)示例中，預(yù)加載組件包括具有一個(gè)基座螺母和聯(lián)結(jié)到基座螺母的多個(gè)預(yù)加載螺栓的起重螺帽(jack nut)組件?；菽改軌虬▋?nèi)螺紋，其配置為擰到軸上的外螺紋上并預(yù)先接近上軸承?；菽溉缓竽軌虮焕缇o定螺釘?shù)逆i定特征在軸上鎖定就位。此后，預(yù)加載螺栓能夠相對于鎖定的基座螺母向軸承前進(jìn)，由此施加預(yù)加載力。當(dāng)軸響應(yīng)振蕩器組件產(chǎn)生的振蕩力而移動時(shí)，預(yù)加載力能夠幫助維持軸承接觸軸。如果允許軸因振蕩力而接觸和離開軸承，則振蕩能夠?qū)е螺S承座圈與軸承之間重大的沖擊力。這些沖擊力能夠迅速毀壞軸承。因此，維持軸承座圈與軸承接觸能夠幫助防止軸承的過早破壞(premature failure)。預(yù)加載組件的結(jié)構(gòu)允許用戶容易地接近，以隨著軸承磨損便利地調(diào)整預(yù)加載荷。在以下描述聲波頭組件時(shí)，將理解，以下描述的軸承和/或預(yù)加載結(jié)構(gòu)能夠適用于任何類型的鉆井頭或鉆井設(shè)備。圖IA示出包括鉆井頭組件110的鉆井系統(tǒng)100。鉆井頭組件110可聯(lián)結(jié)到桅架 120，桅架120依次聯(lián)結(jié)到鉆機(jī)130。鉆井頭組件110配置為具有聯(lián)結(jié)的鉆桿140。鉆桿140 可依次聯(lián)結(jié)另外的鉆桿，以形成鉆柱150。依次，鉆柱150可聯(lián)結(jié)到鉆頭160，鉆頭160配置為與待鉆的物質(zhì)，例如地層170相接觸。在至少一個(gè)示例中，鉆井頭組件110配置為使得鉆柱150旋轉(zhuǎn)。具體地，在鉆井過程期間，鉆柱150的轉(zhuǎn)速可按期望變化。此外，在鉆井過程期間，鉆井頭組件110可配置為相對于桅架120平移，以向鉆井頭組件110施加軸向力，將鉆頭160推進(jìn)地層170中。鉆井頭組件110也能產(chǎn)生傳遞到鉆桿140的振蕩力。這些力然后從鉆桿140通過鉆柱150傳遞到鉆頭160。圖IB更詳細(xì)地示出鉆井頭組件110。如圖IB所示，鉆井頭組件110可包括旋轉(zhuǎn)頭組件170，旋轉(zhuǎn)頭組件170安裝到滑動部(sled) 180。鉆井頭組件110還可包括聲波頭組件 200，聲波頭組件200安裝到滑動部180。在示出的示例中，例如軟管的流水聯(lián)結(jié)器(water coupling) 190聯(lián)結(jié)到聲波頭組件200。如以下將更詳細(xì)描述的，聲波頭組件200包括能夠容易地接近并調(diào)整的軸承結(jié)構(gòu)和/或預(yù)加載組件。圖2A更詳細(xì)地示出聲波頭組件200的分解正視圖。如圖2A所示，聲波頭組件200 基本包括軸205和振蕩器組件210。聲波頭組件200還可包括隔振裝置，例如空氣彈簧組件 215。軸205配置為至少部分穿過振蕩器組件210和空氣彈簧組件215。在示出的示例中，軸經(jīng)過振蕩器組件210和空氣彈簧組件215，到達(dá)水龍頭(water swivel)聯(lián)結(jié)器220。軸205中可限定有流水通道。水龍頭聯(lián)結(jié)器220可聯(lián)結(jié)到軸205，以便與軸線225基本共軸(coaxial)。振蕩器組件210包括振蕩器殼體230，振蕩器殼體230支撐偏心配重的轉(zhuǎn)子235、 235’。偏心配重的轉(zhuǎn)子235、235’配置為繞軸M0J40’旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生周期性的振蕩離心力。 兩軸M0J40，之間的線可稱為振蕩中心線M5。由于偏心配重的轉(zhuǎn)子235、235，的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力可分解成第一分力和第二分力，第一分力平行于軸線225起作用，第二分力垂直于軸線225起作用。在示出的示例中，第二分力還平行于振蕩中心線245起作用。在至少一個(gè)示例中，偏心配重的轉(zhuǎn)子235、235’沿相對的方向旋轉(zhuǎn)。此外，偏心配重的圓筒235、235’可被導(dǎo)向，以使得在它們旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力中的垂直于軸線225起作用的第二分力互相抵消，同時(shí)平行于軸線225起作用的那些第一分力合成，產(chǎn)生振蕩振動力。這些振蕩振動力傳遞到振蕩器殼體230。如前所述，軸205至少部分穿過振蕩器殼體230。因此，上述的離心力能夠從振蕩器殼體230傳遞到軸205。然后軸205將力傳遞到其他部件，例如如上所述的鉆桿和/或旋轉(zhuǎn)頭?？諝鈴椈山M件215可與振蕩器組件210和/或軸205操作性地關(guān)聯(lián)。在至少一個(gè)示例中，空氣彈簧組件215將聲波頭組件200聯(lián)結(jié)到支撐結(jié)構(gòu)如殼體或圖IB中的滑動部 180，支撐結(jié)構(gòu)依次可聯(lián)結(jié)到圖IB中的桅架120。因此，空氣彈簧組件215能夠幫助將支撐結(jié)構(gòu)(包括滑動部)和/或桅架與振動力隔離(這些振動力與振蕩器組件210的操作性地關(guān)聯(lián))，同時(shí)允許軸205響應(yīng)于這些振動力而上、下移動。如以下更詳細(xì)地討論的，聲波頭組件200可包括軸承，這些軸承位于振蕩中心線 245的相對兩側(cè)。軸承也可位于空氣彈簧組件215的各種部件的相對兩側(cè)，如將參照圖2B、 2C更詳細(xì)地討論的。具體的，以下將參照圖2B討論聲波頭組件200的各種部件的排布，然后參照圖2C討論那些部件的相互作用。圖2B示出圖2A中的聲波頭組件200的分解圖。如圖2B所示，聲波頭組件200至少包括下軸承組件250、上軸承組件255和預(yù)加載組件300。下軸承組件250位于處在振蕩中心線245 —側(cè)的軸205上，而上軸承組件255位于處在振蕩中心線245的相對側(cè)的軸205 上。這樣的結(jié)構(gòu)允許軸205相對于振蕩器殼體230繞軸承組件250、255旋轉(zhuǎn)。預(yù)加載組件300可與軸205關(guān)聯(lián)，以向上軸承組件255或下軸承組件250至少之一提供預(yù)加載荷。此外，接近上軸承組件和下軸承組件中的任一個(gè)或者接近上軸承組件和下軸承組件二者的一個(gè)或多個(gè)預(yù)加載組件可與軸205關(guān)聯(lián)。在示出的示例中，預(yù)加載組件 300接近上軸承組件255?，F(xiàn)在將關(guān)于軸205來討論部件的排布。軸205基本包括第一端205A和第二端205B。第二端205B可穿過聲波頭組件200 的任意數(shù)量的部件，將下軸承組件250與上軸承組件定位在振蕩中心線M5的相對的兩側(cè)上。在示出的示例中，第二端205B配置為穿過下軸承組件250、振蕩器組件210、空氣彈簧組件215、上軸承組件255并至少部分穿過預(yù)加載組件300。軸205的第一端205A可配置為與下游部件連接，下游部件例如為旋轉(zhuǎn)頭或其他部件。第一端205A還可配置為穿過旋轉(zhuǎn)頭并直接接合鉆桿。此外，第一端205A能夠具有任何期望的結(jié)構(gòu)。軸205可包括位于第一端205A與第二端205B之間的中心部205C。在至少一個(gè)示例中，軸205A的至少一部分，例如中心部205C，可通過耐疲勞精加工的工藝來形成。在一個(gè)這樣的示例中，該工藝可包括表面精加工工藝，例如滲氮工藝。這樣的工藝可包括koleen 工藝(koleen process)，其包括鹽浴復(fù)合處理工藝(quench-polish-quench process)。這樣的工藝能夠減少任意數(shù)量的部件的表面缺陷；這些部件可包括磨損/疲勞部件，例如軸 205、上軸承座285和活塞座272 ；這樣能夠減少裂縫或其他表面失效會由此產(chǎn)生并蔓延的那些部位。減少表面失效的蔓延能夠幫助增加軸205的壽命。中心部205C可配置為相對于振蕩器組件210和/或空氣彈簧組件215旋轉(zhuǎn)。在中心部205C與第一端205A之間可形成有軸肩沈0。軸肩260可配置為支撐下軸承組件。 具體地，下軸承組件250可分別包括下墊片262k和上墊片以及下軸承沈5。軸肩260配置為支撐下墊片^2A，下墊片依次支撐下軸承沈5。下軸承265 可為任意類型的軸承。在至少一個(gè)示例中，下軸承265可為圓錐滾子軸承。上墊片可位于下軸承265與振蕩器殼體230之間。因此，下軸承265可位于振蕩器殼體230與軸205 的第一端205A之間，以允許軸205相對于振蕩器殼體230旋轉(zhuǎn)。作為介紹，上軸承組件255配置為允許第二端205B相對于振蕩器殼體230旋轉(zhuǎn)， 不過上殼體組件255與振蕩器殼體230被空氣彈簧組件215間隔開。雖然所示結(jié)構(gòu)包括空氣彈簧組件215，空氣彈簧組件215可位于振蕩器組件210與上軸承組件255之間，但是將理解，上軸承組件255的位置可鄰近振蕩器組件210和/或可省略空氣彈簧組件215。如期望的話，可包括有另外的軸承。
繼續(xù)討論圖2B所示的示例，空氣彈簧組件215可包括下板沈7、下密封件270、活塞座272、下緩沖器274A、上緩沖器274B、空氣活塞(air piston) 276以及頂蓋組件觀0，頂蓋組件280包括有頂蓋282和軸瓦觀5?；钊?72可固定到振蕩器殼體230?？諝饣钊?276可固定到活塞座272。上軸承組件255可固定到空氣活塞276。具體地，在至少一個(gè)示例中，上軸承組件255包括上軸承座觀7，上軸承座Im固定到空氣活塞276。具體地，如圖2C所示，例如螺栓290之類的緊固件可延伸穿過上軸承座觀7、空氣活塞278、活塞座272，并進(jìn)入振蕩器殼體230。因此，上軸承座觀7、空氣活塞276、活塞座 272和振蕩器殼體230能夠固定在一起以形成一疊置件。暫時(shí)轉(zhuǎn)至圖2B，上軸承組件255還包括有上軸承292和上軸承墊片四5。上軸承座287配置為支撐上軸承四2，上軸承292依次配置為支撐上軸承墊片四5。如圖2C所示， 預(yù)加載組件300還配置為對上軸承292和/或下軸承265施加預(yù)加載力。在至少一個(gè)示例中，預(yù)加載組件300可位于軸205的第二端205B附近，接近上軸承四2，例如接觸上軸承墊片 295。預(yù)加載組件300可固定就位以在上軸承墊片295上施力，將上軸承292推向軸205 的第一端205A。頂部密封板297可聯(lián)結(jié)到上軸承座觀7。在操作期間，頂部密封板四7能夠幫助保護(hù)上軸承292和其他部件不受污染。而且，頂部密封板四7的位置能夠允許容易地移除頂部密封板四7，以供進(jìn)入預(yù)加載組件300來維持軸承上的預(yù)加載荷。因此，聲波頭組件200的結(jié)構(gòu)可供迅速進(jìn)入預(yù)加載組件300以維持軸承四2、265上的預(yù)加載荷。聲波頭組件還可配置為減少通過空氣彈簧組件傳遞到支撐結(jié)構(gòu)的振動力。如前所述，上軸承座觀7、空氣活塞278、活塞座272和振蕩器殼體230構(gòu)成疊置件。下軸承265可位于該疊置件的相對側(cè)上，并由軸肩260保持就位。軸205可基本上剛性，使得預(yù)加載組件300施加到上軸承墊片四5的力能夠起朝向軸肩260移動上軸承四2、 該疊置件和下軸承265的作用。最后得到的力可稱為預(yù)加載力。因此，預(yù)加載組件300可配置為施加預(yù)加載力，以當(dāng)該疊置件響應(yīng)于振蕩器組件210的操作移動時(shí)，幫助維持將軸承聯(lián)結(jié)到該疊置件?，F(xiàn)在將說明空氣彈簧組件205的操作。如圖2C所示，空氣彈簧組件205包括密封件270，密封件270配置為密封地聯(lián)結(jié)到活塞座272。下板267依次配置為密封地聯(lián)結(jié)到下密封件270和頂蓋組件觀0以設(shè)置出一腔室。該腔室能夠加壓，以使空氣活塞276懸浮。如前所述，空氣活塞276可為疊置件的一部分，該疊置件還包括上軸承座觀7、空氣活塞278、活塞座272和振蕩器殼體230。該疊置件能夠隨振蕩器組件210操作而平移， 以通過下軸承組件250向軸205傳遞振蕩力。當(dāng)該疊置件振蕩時(shí)，空氣活塞276能夠基本平行于軸線225、沿活塞上的壓力的反方向移動。在聲波頭組件200上的力由于空氣活塞 276上的壓力而大于作用在空氣活塞278上的緩沖力(cushioning force)的情況下，緩沖器274A、274B能夠分別緩沖空氣活塞276與下密封件270A或頂蓋282之間的接觸。除對振動力提供隔離之外，聲波頭組件200能夠配置為將水或其他流體引向鉆柱。例如，如圖2C所示，可在軸的第一端205A與第二端205B之間限定有流水通道 2830聲波頭組件200的結(jié)構(gòu)能夠使軸205的第二端205B位于其他部件(包括振蕩器組件 210和空氣彈簧組件215在內(nèi))之上。這樣的結(jié)構(gòu)能夠允許將水龍頭220設(shè)置成與軸205 同軸(inline)，使得軟管或其他水源能夠與水龍頭220聯(lián)結(jié)和分開。此外，這樣的結(jié)構(gòu)可供迅速進(jìn)入預(yù)加載組件300。圖3更詳細(xì)地示出預(yù)加載組件300的分解圖。在示出的示例中，預(yù)加載組件300 可包括有起重螺帽結(jié)構(gòu)。因此，預(yù)加載組件300可包括有基座構(gòu)件，該基座構(gòu)件例如為基座螺母305 ；基座螺母305配置成位于軸205的第二端205B，接近上軸承墊片四5?；菽?305可包括有下部305A、上部305B和內(nèi)部305C。內(nèi)部305C可配置為與軸205上的相應(yīng)特征接合，并具體與第二端205B接合。在至少一個(gè)示例中，內(nèi)部305C包括有內(nèi)螺紋；內(nèi)螺紋形成于內(nèi)部305C中，配置為接合軸205的第二端205B的對應(yīng)的螺紋部310。預(yù)加載組件300可進(jìn)一步包括鎖定構(gòu)件， 鎖定構(gòu)件例如為緊定螺釘315 ；緊定螺釘315配置為選擇性地將基座螺母306固定在軸205 上的選定位置。在示出的示例中，在預(yù)加載組件300中限定有倒角開口 320，倒角開口 320 與內(nèi)部305C相通。具體地，倒角開口 320可延伸穿過上部305B，并與基座螺母305的內(nèi)部 305C相通。開口 320也可具有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋配置為接合緊定螺釘315上對應(yīng)的外螺紋。 因此，當(dāng)將基座螺母305置于軸205的第二端205B上時(shí)，緊定螺釘315能夠前進(jìn)穿過開口 320與軸205接合。在至少一個(gè)示例中，可在軸205的第二端205B上的螺紋部310中形成有鍵槽部 325。這樣的結(jié)構(gòu)能夠允許擰緊緊定螺釘315與鍵槽部325固定接合(而不是與螺紋部310 中的螺紋固定接合)。當(dāng)基座305在軸205上固定就位時(shí)，這樣的結(jié)構(gòu)能夠降低對螺紋部 310中的螺紋的損害。此外，緊定螺釘315與鍵槽部325之間的接合能夠幫助防止基座螺母 305旋轉(zhuǎn)，這樣能夠在軸205上將基座螺母305保持就位。預(yù)加載組件300進(jìn)一步包括預(yù)加載件，例如內(nèi)六角螺栓330。螺栓330配置為旋入開口 335，開口 335從上部305B延伸穿過下部305A。當(dāng)基座螺母305在第二端205B上固定就位時(shí)，螺栓330能夠前進(jìn)接觸上軸承墊片四5。使螺栓330朝向上軸承墊片295進(jìn)一步前進(jìn)能夠?qū)θ缟纤龅南螺S承沈5 (圖2B-2C)和上軸承292進(jìn)行預(yù)加載。一旦擰緊螺栓330以將軸承沈5、292預(yù)加載到期望量，即能將螺栓330鎖定就位。 例如，可將止動螺母340擰到螺栓330上并擰到基座螺母305上。將螺栓330鎖定就位，能夠在圖2A中的聲波頭組件200操作期間幫助降低螺栓330松動的可能性，由此幫助維持軸承沈5、四2的預(yù)加載荷。因此，預(yù)加載組件300配置為建立并維持軸承沈5、292上的預(yù)加載荷。此外，聲波頭組件200的結(jié)構(gòu)可供迅速進(jìn)入預(yù)加載組件以維持預(yù)加載荷。現(xiàn)在將更詳細(xì)地討論一個(gè)在軸承上維持預(yù)加載荷的示例。在至少一個(gè)示例中，維持軸承的方法包括組裝聲波頭組件的起始步驟。這樣的示例可包括在振蕩器組件的振蕩中心線的相對兩側(cè)上布置一個(gè)或多個(gè)軸承。組裝聲波頭組件的步驟還可包括在軸的靠近聲波頭組件的上端處設(shè)置預(yù)加載組件。以上參照圖2A-2C描述了一個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)。預(yù)加載組件可包括基部、鎖定構(gòu)件和預(yù)加載構(gòu)件。可將基部移動到接近上軸承。然后可將基部在軸上固定就位。此后，可使預(yù)加載件前進(jìn)以施加預(yù)加載力。在至少一個(gè)示例中，可將預(yù)加載件擰緊至高達(dá)約250，OOOlbf的預(yù)加載力，例如約70，OOOlbf至90，OOOlbf 之間的預(yù)加載力。然后可將預(yù)加載件相對于基座構(gòu)件鎖定就位。然后可操作聲波頭組件。隨著聲波頭組件的操作，軸承磨損而且預(yù)加載荷減小?？芍芷谛缘剡M(jìn)入預(yù)加載組件以維持軸承上的預(yù)加載荷。例如在達(dá)到約2，000小時(shí)的時(shí)段后， 可進(jìn)入預(yù)加載組件，且將預(yù)加載件擰到期望的扭矩設(shè)定值。這樣的方法能夠幫助確保軸承保持接觸聲波頭組件的軸和/或其他部分，這樣能夠幫助降低軸承的過早破壞。在此已經(jīng)討論了用于相對于振蕩系統(tǒng)設(shè)置軸承、及用于相對于振蕩組件將軸承預(yù)加載的各種結(jié)構(gòu)。雖然在預(yù)加載組件設(shè)有位置靠近聲波頭組件的頂部的起重螺帽的情況下，已經(jīng)描述了軸承設(shè)置在振蕩中心線的相對側(cè)上的至少一種結(jié)構(gòu)，但是將理解，可脫離預(yù)加載組件的位置和功能來考慮軸承的位置，并且每個(gè)軸承位置可采用各種結(jié)構(gòu)。例如，可提供一種類似以上描述的預(yù)加載組件，其中軸承均位于振蕩器組件的一側(cè)。此外，軸承與預(yù)加載組件的位置可與空氣彈簧組件的位置無關(guān)。實(shí)際上，在至少一個(gè)示例中，可完全省略空氣彈簧組件。在其他示例中，可提供包括圓錐自鎖螺母式結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的預(yù)加載組件，其中自鎖螺母相對于軸承固定預(yù)加載組件的位置。本發(fā)明可以以其他具體形式來體現(xiàn)而不背離本發(fā)明的精神或基本特性。所描述的實(shí)施例在各方面被認(rèn)為僅僅是示例性的而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而非由以上描述來限定。在權(quán)利要求的等同含義和范圍內(nèi)進(jìn)行的所有改變均包含在此范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉆井頭組件，包括 軸，具有軸線；振蕩器組件，與所述軸操作性地關(guān)聯(lián)，所述振蕩器組件具有至少一個(gè)偏心配重的轉(zhuǎn)子， 所述轉(zhuǎn)子配置為繞樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生振蕩振動力，其中振蕩中心線被限定為垂直于所述軸線并包括所述樞軸點(diǎn)；下軸承，在所述振蕩中心線的第一側(cè)上聯(lián)結(jié)至所述軸；以及上軸承，在所述振蕩中心線的第二側(cè)上聯(lián)結(jié)至所述軸，所述第一側(cè)與所述第二側(cè)相對。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆井頭組件，其中所述軸包括第一端和第二端，其中所述軸的所述第一端設(shè)置成相對于所述振蕩器組件朝向鉆頭端，且其中所述第二端設(shè)置在所述振蕩器組件的相對側(cè)上。
3.如權(quán)利要求2所述的鉆井頭組件，還包括聯(lián)結(jié)到所述軸的空氣彈簧組件。
4.如權(quán)利要求3所述的鉆井頭組件，其中所述空氣彈簧組件包括空氣活塞，所述空氣活塞位于所述上軸承與所述振蕩器組件之間。
5.如權(quán)利要求2所述的鉆井頭組件，還包括與所述軸操作性地關(guān)聯(lián)的預(yù)加載組件，所述預(yù)加載組件配置為對所述上軸承和所述下軸承中的至少一個(gè)施加預(yù)加載力。
6.如權(quán)利要求5所述的鉆井頭組件，其中所述預(yù)加載組件位于所述軸的所述第二端上。
7.如權(quán)利要求5所述的鉆井頭組件，其中所述預(yù)加載組件包括基座螺母和預(yù)加載件； 所述基座螺母配置為相對于所述軸固定就位；所述預(yù)加載件配置為相對于所述基座螺母前進(jìn)，以對所述上軸承和所述下軸承中的至少一個(gè)施加預(yù)加載力。
8.如權(quán)利要求7所述的鉆井頭組件，還包括空氣彈簧組件，所述空氣彈簧組件具有空氣活塞，所述空氣活塞在所述振蕩器組件與所述上軸承之間聯(lián)結(jié)至所述軸；其中所述預(yù)加載組件位于所述軸的所述第二端上，并在所述軸承的與所述空氣彈簧相對的那一側(cè)上。
9.如權(quán)利要求1所述的鉆井頭組件，其中所述上軸承與所述下軸承中的至少一個(gè)包括圓錐滾子軸承。
10.如權(quán)利要求1所述的鉆井頭組件，還包括聯(lián)結(jié)到所述軸的所述第二端的水龍頭，所述水龍頭與所述軸線共軸。
11.一種鉆井頭組件，包括軸，具有第一端和第二端；振蕩器組件，配置為對位于所述第一端與所述第二端之間的鉆軸產(chǎn)生振蕩力； 至少一個(gè)軸承，將所述軸聯(lián)結(jié)到所述振蕩器組件；以及預(yù)加載組件，聯(lián)結(jié)到所述軸，所述預(yù)加載組件包括基座螺母和預(yù)加載件；所述基座螺母配置為選擇性地在所述軸上固定就位；所述預(yù)加載件配置為相對于所述基座螺母前進(jìn)，以在所述軸承上施加預(yù)加載力。
12.如權(quán)利要求11所述的鉆井頭組件，其中所述預(yù)加載組件與所述軸的所述第二端關(guān)聯(lián)。
13.如權(quán)利要求12所述的鉆井頭組件，其中所述預(yù)加載組件還包括至少一個(gè)緊定螺釘，所述緊定螺釘配置為將所述基座螺母固定在所述軸的所述第二端。
14.如權(quán)利要求13所述的鉆井頭組件，其中所述軸的所述第二端包括螺紋部，所述螺紋部包括外螺紋；而且所述基座螺母包括內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋配置為接合所述外螺紋以將所述基座螺母擰到所述軸的所述第二端上。
15.如權(quán)利要求14所述的鉆井頭組件，還包括至少一個(gè)槽，所述槽形成在所述螺紋部中。
16.如權(quán)利要求13所述的鉆井頭組件，其中所述基座螺母包括上部、內(nèi)部和下部；而且其中所述基座螺母中限定有開口，所述開口配置為接納所述緊定螺釘并從所述上部延伸到所述內(nèi)部。
17.如權(quán)利要求12所述的鉆井頭組件，還包括頂蓋；所述頂蓋選擇性地聯(lián)結(jié)到鉆井頭組件，并配置為供選擇性地從所述鉆井頭組件的頂部進(jìn)入所述預(yù)加載組件。
18.如權(quán)利要求12所述的鉆井頭組件，還包括多個(gè)軸承，所述多個(gè)軸承包括位于所述振蕩器組件的相對側(cè)的下軸承和上軸承；而且其中所述上軸承位于所述振蕩器組件與所述預(yù)加載組件之間。
19.如權(quán)利要求18所述的鉆井頭組件，還包括空氣彈簧組件，所述空氣彈簧組件至少部分位于所述上軸承與所述振蕩器組件之間。
20.如權(quán)利要求17所述的鉆井頭組件，其中所述軸包括靠近所述第一端形成的軸肩， 所述軸肩配置為支撐所述下軸承；其中所述第二端配置為穿過所述振蕩器組件、所述空氣彈簧組件和所述上軸承；而且其中所述預(yù)加載件相對于所述基座螺母前進(jìn)，使所述上軸承向所述軸上的所述下軸承移動，由此對所述上軸承和所述下軸承施加預(yù)加載力。
21.一種鉆井系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)頭組件，配置為旋轉(zhuǎn)鉆桿；以及聲波頭組件，聯(lián)結(jié)到所述旋轉(zhuǎn)頭；所述聲波頭組件包括軸，所述軸中限定有軸線；振蕩器組件，所述振蕩器組件與所述軸操作性地關(guān)聯(lián)，所述振蕩器組件具有至少一個(gè)偏心配置的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子配置為繞樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，其中振蕩中心線被限定為垂直于所述軸線并包括所述樞軸點(diǎn)；下軸承，在所述振蕩中心線的第一側(cè)上聯(lián)結(jié)到所述軸；以及上軸承，在所述振蕩中心線的第二側(cè)聯(lián)結(jié)到所述軸，所述第二側(cè)與所述第一側(cè)相對；其中所述聲波頭組件配置為向鉆桿傳遞振蕩振動力。
22.如權(quán)利要求21所述的鉆井系統(tǒng)，其中所述預(yù)加載組件能從所述聲波頭組件的頂部進(jìn)入。
23.如權(quán)利要求21所述的鉆井系統(tǒng)，其中所述軸包括第一端和第二端，所述聲波頭組件還包括水龍頭，所述水龍頭聯(lián)結(jié)到所述第二端并與所述軸線共軸。
24.一種鉆井方法，包括組裝聲波頭組件，所述聲波頭組件軸，具有第一端和第二端；振蕩器組件，配置為對位于所述第一端與所述第二端之間的鉆軸產(chǎn)生振蕩振動力；至少一個(gè)軸承，將所述軸聯(lián)結(jié)到所述振蕩器組件；以及預(yù)加載組件，聯(lián)結(jié)到所述軸的所述第二端，所述預(yù)加載組件包括基座螺母和預(yù)加載件，所述基座螺母配置為選擇性地在所述軸上固定就位；以及使所述預(yù)加載件相對于所述基座螺母前進(jìn)，以將所述軸承預(yù)加載。
25.如權(quán)利要求M所述的方法，其中預(yù)加載荷達(dá)到約250，OOOlbf。
26.如權(quán)利要求M所述的方法，還包括用所述聲波頭組件產(chǎn)生振蕩振動力，并在達(dá)到約2000小時(shí)的時(shí)段中將所述振蕩振動力傳遞到鉆；進(jìn)入所述預(yù)加載組件，并使所述預(yù)加載件相對于所述基座螺母前進(jìn)以使所述軸承恢復(fù)預(yù)加載荷。
27.一種形成鉆井頭組件的方法，包括形成振蕩器組件，所述振蕩器組件具有振蕩器殼體和配置為在所述振蕩器殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的至少一個(gè)偏心配重的轉(zhuǎn)子；以及形成磨損/疲勞部件，所述磨損/疲勞部件配置為相對于所述振蕩器殼體旋轉(zhuǎn)，其中形成所述磨損/疲勞部件的所述步驟包括滲氮工藝。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述滲氮工藝是鹽浴復(fù)合處理工藝。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，還包括將下軸承置于所述軸與所述振蕩器組件之間。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述磨損/疲勞部件包括上軸承座圈、軸或活塞座中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種鉆井頭組件，包括具有軸線的軸和與該軸操作性地關(guān)聯(lián)的振蕩器組件，該振蕩器組件具有至少一個(gè)偏心配重的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子配置為繞樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生振蕩振動力，其中振蕩中心線被限定為垂直于軸線并包括樞軸點(diǎn)。鉆井頭組件還包括在振蕩中心線的第一側(cè)上聯(lián)結(jié)到軸的下軸承和在振蕩中心線的第二側(cè)上聯(lián)結(jié)到軸的上軸承，第二側(cè)與第一側(cè)相對。
文檔編號E21B7/24GK102245852SQ200980149517
公開日2011年11月16日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者克里斯蒂安·S·德里夫戴爾, 托德·A·內(nèi)文諾, 羅伯特·尤金·埃布爾, 肯尼思·卡爾·阿爾特里希特 申請人:長年Tm公司