CN101571036B - 用于形成流体供给的连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于形成流体供给的连接装置。具体而言，一种用于形成通向旋转工具的流体供给的连接装置，包括具有转子和定子的旋转直通装置，转子相对于定子以旋转方式支承。此外，设置了转矩支承件，其以旋转地固定的方式连接到定子上并具有至少一个接触元件。根据本发明，该至少一个接触元件可在收缩位置和突出位置之间移置，在突出位置，接触元件与收缩位置相比伸出以达到转矩支承的目的。

Description

用于形成流体供给的连接装置
技术领域
本发明涉及一种用于对旋转工具、特别是地底钻探工具形成流体供给的连接装置，其包括旋转的直通装置(feedthrough)，该旋转的直通装置具有定子以及可连接到可旋转地驱动的工具上的转子，转子相对于定子以旋转方式支承并且包括转矩支承件，该转矩支承件以旋转地固定的方式连接到定子上并且具有至少一个接触元件。
背景技术
例如从DE 69013666 T2已知此类装置。该已知的连接装置将钻具连接到驱动柱(string)上，在这种情况下传输的空气经由位于驱动柱上的静止供给管线传送至旋转钻具。为此，在连接装置的上部设置星形转矩支承件，相对于旋转钻具静止的定子通过该连接装置与相对于钻孔壁向上延伸的供给管线一起被支承。
该已知的连接装置只能应用于所提供的钻具具有预定钻探直径的各种情况。另外，取决于对其操作的土壤材质，钻孔壁上的转矩支承件的接触压力在有些应用情况中会过高或过低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能以特别灵活的方式使用的连接装置。
根据本发明，通过具有权利要求1所述特征的连接装置实现上述目的。本发明的优选实施例在独立权利要求中陈述。
根据本发明的连接装置的特征在于，至少一个接触元件可在收缩位置和突出位置之间移置，在突出位置，该接触元件与收缩位置相比伸出以达到转矩支承的目的。
本发明的基本理念在于，在旋转工具上设置具有能够突出的接触元件的转矩支承件。归因于接触元件的可突出的能力，该连接装置可应用在具有不同工具直径的不同工具上。在这种情况下通过接触元件适当地收缩或伸出相应的工具直径来调节转矩支承件。当在钻孔中使用时也可改变接触元件在钻孔壁上的接触压力并按钻孔壁材料的要求来调节该压力。
另外，根据本发明的连接装置也可应用在沿钻探方向具有不同钻探直径的钻孔。此外，在具有根据本发明的连接装置的情况下，当不需要转矩支承件时接触元件可在需要时向后折叠，比如，例如在钻探工具的导入或收回期间。
基本上而言，该连接装置能够以固定的方式布置在工具或驱动柱上，比如钻杆。根据本发明，特别优选的是设置连接柱，其一方面具有与驱动装置连接的第一连接装置而另一方面具有与该工具连接的第二连接装置，并且转矩支承件是沿连接柱的圆周布置的。这样，连接柱可作为一种转接器，其布置在工具和驱动装置之间，更具体而言为布置在工具和驱动柱或钻杆之间。因此，该连接装置能够以灵活的方式应用在各种钻具和钻杆上。该连接装置用在已知类型的凯氏方钻杆(Kelly bar)上时可包括常规旋转连接，例如具有螺栓锁定的多边形连接。
此外，根据本发明，有利的是设置可轴向移置的致动部件并设置传动装置，通过该传动装置可将致动部件的轴向运动转换为上述至少一个接触元件的径向运动。基本上而言，致动部件可以是致动缸，比如液压缸或压缩气缸，其与工具的旋转轴线或钻探轴线同向地布置。这种布置的结果是，与也可采取的径向导向的缸布置相比，可获得足够的自由空间。
与能量操作式致动部件相比，根据本发明特别优选的是，致动部件可通过连接柱相对于工具和/或驱动装置的相对运动而移动。更具体而言，这例如可在钻具中实施，因为工具通过钻杆而置于地面或钻孔底部上。由于在钻探期间产生的轴向压力，可引起致动部件的轴向相对运动，使得在钻探操作期间至少一个接触元件自动地产生所需的突出。
在这种连接中，特别有利的是设置张紧装置，上述至少一个接触元件可借助于该张紧装置保持在收缩位置。例如，如果钻具从地面或钻孔的底部提升，则张紧装置致使接触元件回移到收缩位置。优选的是，张紧装置可具有张紧弹簧，其可根据布置方式而设计为压缩弹簧或伸张弹簧。
根据本发明，由于致动部件呈环状方式布置在连接柱上而获得特别稳定的布置。
特别是对于优选实施例，在其中若干接触元件沿连接柱的圆周分布，有益效果是工具的旋转轴线的横向方向即径向上存在的致动力和收缩力在很大程度上互相补偿。结果，整个装置的负荷得以减轻。
在本发明又一个优选实施例中，传动装置具有杠杆机构。通过适当地布置互相铰接连接的杠杆，可以用较小的致动力产生所需的致动运动和接触力。
在本发明另一个特别实用的实施例中，上述至少一个接触部件具有辊体。该辊体与外界相接触，特别是与钻孔壁相接触。优选的是，辊体的辊子轴线定向为与工具的钻探轴线或纵向轴线相切，以便当转矩支承件沿轴向移动时产生滚动运动，而且即便如此，还是在实现转矩支承件功能的同时在圆周方向上获得良好的支承。
根据本发明，提供了能够突出的接触元件的有效操作，其原因在于，第一连接装置和/或第二连接装置设计为可轴向移动的旋转连接。这样就能够通过多边形连接、特别是通过方形连接以公知的方式获得旋转连接。通过定向为与纵向轴线或钻探轴线横切同时穿过长圆孔(slotted hole)伸出的螺栓实现轴向紧固。长圆孔沿轴向或钻探方向延伸。这容许了连接柱和工具或驱动装置之间的轴向相对运动。
所设置的旋转直通装置以通常已知的方式设计有定子和转子。根据本发明，特别设置定子具有至少一个用于流体的第一管线连接，所述连接相对于周围环境例如周围土壤是静止的，并设置转子具有至少一个第二管线连接，其相对于工具是静止的。定子的管线连接可以是通常使用的用于流体或气体的管道连接或管线连接。通常来说，定子在其内侧具有与转子上的匹配管或匹配开口相对应的环形管。通过布置适当的密封件，流体因而可从静止状态传送至旋转构件。
优选的是，根据本发明，设置将连接柱设计为用于输送流体的中空轴。借助于管状连接柱中的一个或多个适当的径向内孔，因而可形成从转子引出或通向转子的管线连接。
附图说明
下面将通过在附图中示意性示出的优选实施例来进一步描述本发明，附图中：
图1示出根据本发明的连接装置的侧视图；
图2示出图1的连接装置的示意性局部横截面布置；以及
图3示出根据本发明的带有钻具的连接装置的侧视示意图。
具体实施方式
根据图1和图2，示出了根据本发明的连接装置10，其具有沿纵向轴线或钻探轴线16的管状连接柱12。在连接柱12的中间部分，环形旋转的直通装置20(也称为“冲洗头”)和转矩支承件40沿连接柱12的圆周布置。
连接柱12在其上侧具有第一连接装置14，其包括用于与钻杆(未在此示出)相连接的方形孔17。借助于适当的横切定向的横孔13，可通过锁紧螺栓轴向紧固和连接钻杆。在连接柱12的下端设置了对应的方形支杆18，其具有用于轴向紧固的长圆孔19。长圆孔19定向在纵向轴线或钻探轴线16的纵向上，以能够以可轴向移动的方式容纳左右交叉螺栓。这样，第二连接装置15设计为旋转连接，通过该旋转连接可提供相对于钻具具有轴向运动性的连接。
旋转的直通装置20以通常已知的方式容许流体管线的流体连接，该流体连接相对于周围环境静止且经由第一管线连接26连接到环形定子24上。套筒状定子24具有中间的环形管27，其由相应的密封环25朝向轴向面向的两侧并相对于套筒状转子22朝向内侧密封，转子22相对于所述定子旋转。在环形管27的轴向高度上转子22具有多个横切定向的径向内孔，这些径向内孔构成通向设计为中空轴的连接柱12的内部空间的第二管线连接28。中空连接柱12的内部空间沿向上的方向由封闭元件29密封，使得中空连接柱12的内部空间可作为向下通向钻具的流体管线。借助于回转轴承23，以通常已知的方式相对于以固定方式与连接柱12相联接的转子22可实现定子24的旋转支承。
为了相对于钻孔壁(未在此示出)支承定子24，转矩支承件40具有若干板状接触元件42，各个辊体43都以可绕辊子轴线41旋转的方式而支承在该接触元件42的内侧。辊子轴线41定向为与纵向轴线或钻探轴线16相切，由此转矩支承件40可在纵向轴线或钻探轴线16的方向进行滚动运动。为此，辊体43穿过板状接触元件42中的开口部分地伸出。
借助于上杠杆46，接触元件42以它们能够沿径向突出的方式而支承在支承环47上。另外，上杠杆46铰接连接到下杠杆45的上端，下杠杆45局部地支承在环形致动部件30上并且分别铰接连接于其上。
借助于在各个下杠杆45上均具有两个压缩弹簧的张紧装置34，相应的接触元件42保持在图1中所示的收缩位置。如果致动部件30沿轴向向上移动，则接触元件42随辊体43沿径向向外移动以便与钻孔壁相接触并从而形成转矩支承。在该径向突出到突出位置的过程中，张紧装置34的压缩弹簧被拉紧。此处致动部件30的轴向运动通过连接柱12沿向下的方向轴向加压在钻具上而引起。这种加压在钻孔操作中自动产生。这样，根据本发明便确保了在钻孔操作中将转矩支承件40设置为以可靠的方式工作。结果，接触元件42沿径向向外的方向从接触元件42抵靠止动件48的收缩位置移动到突出位置并与钻孔壁相接触。
在完成钻孔操作和轴向提升带有钻具的连接柱12时，轴向力便会释放且环形致动部件30由张紧装置34加压而后退到较低的起始位置。由此，接触元件42向后移动到根据图1的收缩位置。
在图3中，根据本发明的连接装置10的极度简化的布置示出为处于钻具50上，在展示的实施例中钻具50为圆筒形心管(core barrel)。凯氏方钻杆或另一钻杆11能够以已知的方式连接在上方的第一连接装置14上。钻杆11能够以已知的方式设置有另外的支承元件或钻探元件。优选的是，在钻杆11的上部可设置缠管装置36，其在钻杆11伸出时容许流体管线的相应延伸。钻杆11能够以已知的方式联接有钻孔驱动装置以便以旋转方式驱动钻具50。

Claims (11)

1.用于形成从静止的周围环境通向旋转工具(50)的流体供给的连接装置，包括：
连接柱(12)，所述连接柱用于连接所述工具(50)以便可旋转地驱动所述工具(50)；
旋转的直通装置(20)，所述旋转的直通装置布置在所述连接柱(12)上并且具有定子(24)以及可连接到可旋转地被驱动的所述工具(50)上的转子(22)，所述转子(22)相对于所述定子(24)以旋转的方式受到支承；以及
转矩支承件(40)，所述转矩支承件(40)以旋转地固定的方式连接到所述定子(24)上并且具有用于接触所述周围环境的至少一个接触元件(42)；
其中，
所述连接柱(12)被设计为用于传输流体至所述工具(50)的中空轴；
所述定子(24)具有至少一个用于所述流体的第一管线连接(26)，所述第一管线连接(26)相对于周围环境是静止的；
所述转子(22)布置在所述连接柱(12)上并且具有通向中空的所述连接柱(12)的内部的管线连接；
所述至少一个接触元件(42)可在收缩位置和突出位置之间移置，在所述突出位置，所述接触元件(42)与所述收缩位置相比为转矩支承的目的而伸出，
设置了可轴向移置的致动部件(30)，以及
设置了传动装置(44)，通过所述传动装置(44)能将所述致动部件(30)的轴向运动转换为所述至少一个接触元件(42)的径向运动。
2.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，
所述连接柱(12)设置为一方面具有与驱动装置相连接的第一连接装置(14)且另一方面具有与所述工具相连接的第二连接装置(15)，以及
其中，所述转矩支承件(40)是沿所述连接柱(12)的圆周布置的。
3.根据权利要求2所述的连接装置，其特征在于，
所述致动部件(30)可通过所述连接柱(12)相对于所述工具(50)和/或所述驱动装置的相对运动而移动。
4.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，设置了张紧装置(34)，借助于所述张紧装置(34)所述至少一个接触元件(42)可保持在所述收缩位置。
5.根据权利要求3所述的连接装置，其特征在于，所述致动部件(30)以环状方式布置在所述连接柱(12)上。
6.根据权利要求2所述的连接装置，其特征在于，若干接触元件(42)沿所述连接柱(12)的圆周分布。
7.根据权利要求3所述的连接装置，其特征在于，所述传动装置(44)具有杠杆机构。
8.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，至少一个接触元件(42)具有辊体(43)。
9.根据权利要求2所述的连接装置，其特征在于，
所述第一连接装置(14)和/或所述第二连接装置(15)被设计为可轴向运动的旋转连接。
10.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，
所述转子(22)具有至少一个相对于所述工具(50)是静止的第二管线连接(28)。
11.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，
所述旋转工具为地底钻探工具。
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