CN104220692B - 拆卸扳手系统 - Google Patents

Abstract

一种与钻岩机钻柱一起使用的拆卸扳手，包括适合于安装到钻岩机进给导向结构上的框架和绕钻柱纵向轴线枢转连接到该框架上的副框架。该副框架支承一对夹爪件，该夹爪件适合于彼此朝向和远离地沿径向运动，并且适合于可释放地接合钻柱的第一部分。该拆卸扳手还包括由钻岩机进给导向结构支承的夹紧件。该夹紧件适合于可释放地接合在轴向上与第一部分间隔开的钻柱的第二部分。

Description

拆卸扳手系统

技术领域

本发明涉及一种在钻岩作业中使用的拆卸扳手和定中心器系统。

背景技术

钻岩机使用钻柱，该钻柱由若干钻杆和/或钻管组成，所述钻杆和/或钻管可以添加到钻柱上或从钻柱取下，以便达到炮眼所需的钻进深度。钻岩机可以使用冲击波随着旋转从钻柱向下传送到钻头以便破坏钻入其中的地层。在钻柱冲击和旋转期间，钻柱接头可以上紧并使它们难以相互松脱。

当达到所需的钻孔深度时，将钻杆和/或钻管一次一个地取出以用于储存。使钻杆或钻管之间的接头松脱的典型方法是当钻柱处于钻孔的底部时完全停止钻进、减小顶着钻柱的进给压力、并开始拍击。拍击钻杆和/或钻管是当钻柱搁在钻孔的底部上时进行的，利用来自钻岩机的碰撞冲击来产生压缩和拉伸冲击波以便松开钻柱接头。

某些钻柱部件由于种种原因也许比其它部件更难以使接头松脱。经常是当如果钻柱接头已经松脱而拍击时，有经验的司钻工能通过声音的变化知道。然而，经常是在钻柱中只有某些接头松脱，而其他接头仍然紧固，司钻工必须采用其它手段和/或方法来使钻柱接头松脱。

发明内容

本发明的实施例包括与钻岩机钻柱（钻具串，串联的钻杆）一起使用的拆卸（卸管）扳手系统。该拆卸扳手具有适合于安装到钻岩机进给导向结构上的框架，和绕钻柱纵向轴线连接到框架上的副框架。副框架支承一对夹爪件，该对夹爪件适合于彼此相对和远离地沿径向运动以及可释放（松开）地接合钻柱的第一部分。该拆卸板手还具有由钻岩机进给导向结构支承的夹紧件，该夹紧件适合于可释放地接合沿轴向与第一部分间隔开的钻柱的第二部分。

另一个实施例包括与钻岩机钻柱一起使用的拆卸扳手。该拆卸扳手具有定中心器，该定中心器包含适合于安装到钻岩机进给导向结构上的框架和绕钻柱纵向轴线旋转式连接到该框架上的副框架。该副框架支承第一对夹爪件，该第一对夹爪件适合于利用至少一对致动器接合并转动钻柱的第一部分。该拆卸扳手还具有由钻岩机进给导向结构支承的夹紧组件。该夹紧组件具有由至少一个第一致动器致动的第二对夹爪件和由至少一个第二致动器致动的第三对夹爪件。第二对夹爪件和第三对夹爪件在轴向上相互间隔开。该至少一个第一致动器和该至少一个第二致动器连接到流量控制器上以便移动第二对夹爪件和第三对夹爪件。该第二对夹爪件和第三对夹爪件适合于可释放地接合沿轴向与第一部分间隔开的钻柱的第二部分。

再一个实施例包括与钻柱一起使用的拆卸扳手。该拆卸扳手具有绕钻柱纵向轴线由钻岩机结构旋转支承的第一夹紧组件。该夹紧组件适合于在拆卸作业期间紧固和转动钻柱的第一部分并且适合于在钻进作业期间给钻柱定中心。该拆卸扳手还具有由钻岩机结构支承的第二夹紧组件，其中该夹紧组件适合于在拆卸作业期间固定钻柱的第二部分。

附图说明

图1是具有圆形体部和联接器的公-公钻杆的侧视图；

图2是具有圆形体部和联接器的公-母钻杆的侧视图；

图3是钻杆的公端部的侧视图；

图4是具有管状体部的公-母钻杆的侧视图；

图5是使用钻柱形式的钻杆或钻管的钻岩机的示意图；

图6是现有技术的定中心器的透视图；

图7是现有技术的钻岩机、定中心器和换杆器的透视图；

图8是本发明的一个实施例的拆卸扳手系统和换杆器的局部透视图；

图9是本发明的另一实施例的拆卸扳手的透视图；

图10是图9的拆卸扳手处于夹紧位置的俯视图；

图11是图9的拆卸扳手处于夹紧且旋转位置的俯视图；

图12是图9的拆卸扳手处于未夹紧且不旋转构型的剖视图；

图13是图9的拆卸板手处于夹紧构型的剖视图；

图14是图9的拆卸扳手处于夹紧且旋转构型的剖视图；以及

图15是图9的拆卸扳手处于未夹紧且旋转位置的剖视图。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的详细实施例。然而应该理解，所公开的实施例仅是可以用各种不同的和可供选择的形式实施的本发明的示例性的实施例。各附图不一定按比例绘出，某些功能部件可以放大或缩小以便显示特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不能看成是限制，而仅是看成是用于权利要求的代表性基础和/或看成用于教导本领域技术人员用不同方法应用本发明的代表性基础。

钻岩机使用由钻杆和/或钻管组成的钻柱，所述钻杆和/或钻管添加到钻柱上或从钻柱移开，以便达到炮眼所需的钻进深度。钻杆通常以不同的形式设计。图1示出有两个公（凸形的，插入的，外螺纹的）端部102的钻杆100的示例。在一个实施例中，钻杆100是在每个端部102都有阳螺纹的管状厚壁杆。使用联接器104来将相邻的钻杆100连接到钻柱中。联接器104具有两个带阴螺纹的端部106，所述端部106的尺寸设计成容纳钻杆100的公端部102。

图2示出另一实施例的钻杆110，该钻杆110在管状厚壁杆上具有公端部112和母（凹形的，被插入的，内螺纹的）端部114。各钻杆110通过将一个钻杆110的公端部112连接到相邻钻杆110的母端部114中而相互接合。图1-2示出具有圆形体部118的钻杆100、110。图3示出一种可选实施例的钻杆120，它具有六角形体部122和公端部124。根据经济和效率也可以设想使用各种不同的其它钻杆和联接器。

此外，钻杆130可以具有管状体部132，如图4所示，该管状体部132有较薄的壁部分。在所示的实施例中，管状杆130具有公端部134和母端部136，以使钻杆130能接合到管杆组中相邻的钻杆上。当这些管状杆130用相邻钻杆130的公、母端部134、136连接时，公端部134的肩部区域138可以与母端部136的肩部区域140有接触，这可以在钻进或拍击作业期间改善冲击波从一个钻杆130到另一个钻杆并且向下到钻柱的传输。

图5中示出钻岩机150的示意图。钻进单元152具有钻具进给导向件154。该钻具进给导向件支承钻岩机156，该钻岩机156能沿该进给导向件154线性行进。钻柱158连接到钻岩机156上以用于钻进作业。钻柱158向下伸入到钻好的孔160中，并由如前面的图1-4所述的那些钻杆162或钻管组成。在该实施例中，存在数个钻杆160，这些钻杆用钻柱连接件164连接。钻柱158穿过定中心器166，该定中心器166也附接到钻具进给导向件154上。钻头168连接到其中一个钻杆162上。钻岩机150必要时可以用冲击波来帮助钻进过程并破坏地下地层。在钻柱158冲击和旋转期间，可以将钻柱接头164上紧并使它们难以相互松脱。

使钻杆162或钻管之间的接头164松脱的典型方法是当钻柱158处在钻孔160的底部时完全停止钻进，减小顶着钻柱158的进给压力，并开始经常所说的“拍击（振动，颤动，使之格格响，rattling）”。拍击钻杆162和/或钻管是当钻柱158搁在孔160的底部上时进行的，使用来自钻岩机156的撞击冲击来产生压缩和拉伸冲击波以使钻柱接头164松开。

定中心器166可以围绕钻杆162和/或钻管部分闭合以便在钻进期间为钻柱158提供定中心的支承和定中心的引导。图6中示出现有技术的定中心器170，它具有两个定中心器臂172和一对夹爪件174以便接合钻杆162或接合连接件164。

为了松开钻杆联接器164，如图5中所示，将钻杆162和/或钻管夹紧在定中心器166中，钻岩机156使钻杆162和/或钻管旋转以便拧松接头164。一些钻柱158的部件由于种种原因可能比另一些部件更难以松脱接头164。

为了从已钻好的孔160中取出钻杆162和/或钻管，通过钻岩机156将钻杆162和/或钻管升起，直至第一个钻杆162和/或钻管的底部目视刚好在定中心器166的上方。定中心器166夹紧在联接器164的外径上或者钻杆162和/或钻管的母部分的外径上。钻岩机156然后反向转动以便拧松定中心器16b上方的钻杆162以用于储存。在钻进作业期间利用类似的反向转动过程来将钻杆162添加到钻柱162上。

图7示出与钻进单元一起使用的典型钻具进给导向件200和钻岩机202。钻岩机202沿着轨道204并沿进给导向件20线性行进。钻岩机202的行进和位置用马达206和链条208或其他线性运动装置控制。现有技术定的定中心器210连接到进给导向件200上并且不与钻机202一起平移。

当达到所需的钻孔160深度时，一次一个地将钻杆162和/或钻管取出，使用如上所述的方法将定中心器210夹紧到钻杆连接件上并使钻岩机202反向转动以拧松该连接件。如有必要也可以利用拍击来松开连接件。将松开并取出的钻杆162储存在换杆器装置210中。依赖于换杆器212的设计，钻杆用不同设计的夹具214夹持以便将该钻杆定位到换杆器212槽或袋中。在一个实施例中，夹具214被液压地致动以便夹紧到钻杆162上并将钻杆平移到换杆器214。将夹具214连接到流量控制器215上以便控制运动。流量控制器可以连接到电子控制模块上，该电子控制模块也提供用于用户接口。在将钻杆162和/或钻管储存到换杆器212中之后，钻岩机202将进给导向件200向下进给并拧到夹持在定中心器210内的钻杆和/或钻管中，并且重复该过程。使用钻杆和/或钻管取出操作直至最后一个钻杆与钻岩机202脱离。

回到图5，如果一个或多个钻杆和/或钻联接器164未通过拍击松脱，则司钻工用定中心器166夹紧到附接在钻杆162上的联接器164的外径上，并使用钻岩机156来拍击定中心器166中的联接器164。采用通过定中心器166来拍击钻柱的方法，因为它比将钻杆162回加到钻柱158上并且再次抵靠钻孔60的底部拍击钻柱158所花的时间少。这种在定中心器166中拍击的操作能引起钻柱158部件和定中心器166部件的损坏。

图8示出带有动力的拆卸扳手系统300的实施例，该系统既用作定中心器，又用作拆卸扳手以便帮助松开钻杆和/或钻管连接件。该扳手系统300示出为附接到进给导向件200上，而非图7的定中心器210上。图8中还示出换杆器装置212和两个夹具214的其中之一。在另一实施例中，该系统可以仅有一个夹具214。如果需要，钻柱仍可以在钻孔的底部处拍击松开，但拆卸扳手系统300提供一种夹持钻杆和/或钻管而同时使钻柱旋转的装置，以便例如当一个或多个钻柱接头在钻好的孔中未被拍击松开时帮助断开钻柱接头。钻杆夹具214将钻杆和/或钻管固定，以便当拆卸扳手300旋转以帮助松动上紧的接头时防止扭绞。一旦钻杆和/或钻管接头已经松脱并且钻岩机202已从钻柱拧下，则夹具214将钻杆移动到换杆器212中。换杆器212可以是单个换杆器或转盘式换杆器。

每个夹具214都有一对夹爪件216、多个夹爪件、或其它夹紧机构用于夹紧到钻杆或钻管上并保持钻杆或钻管，当夹具214旋转到该位置时该夹具可以沿着钻柱纵向轴线伸展。夹具214可以用来将第二部分或钻杆固定在钻柱中，而拆卸扳手300使第一部分旋转以实施拆卸作业并松开第一和第二钻杆之间的接头或联接器。

夹爪件216由致动器218如液压缸或气缸致动。可以设想任何数量的致动器218供杆夹具214使用。在一个实施例中可以使用附加致动器（未示出）来旋转杆夹具214，以用于将钻杆放到换杆器212中。致动器218连接到流量控制器215上，该流量控制器215控制夹爪件216和杆夹具214的运动。流量控制器215可以连接到一个以上杆夹具214的致动器215上（如图7中所示），以便相互一致地移动夹爪216或各夹具214。这使得可以通过钻杆的多个夹具214进行均匀夹紧，这样使钻杆的不均匀载荷或扭转减至最小。可供选择地，流量控制器215可以包含反馈机构，从而控制夹爪件216以便同时移动和接触钻杆并横跨多个杆夹具214施加均匀而相等的载荷。如果钻杆或钻管未精确地沿着纵向轴线伸展，则这也许是有用的。

图9详细示出与图7和8的杆夹具214一起使用的拆卸扳手系统300。利用框架302来将扳手系统300连接到进给导向件200。框架302支承副框架304。利用轴承组件306、衬套或类似物来将该副框架304连接到框架302，并使副框架304能绕钻柱的纵向轴线308旋转。副框架304还支承夹紧组件310，如一对夹爪件、多个夹爪件或现有技术中已知的其它件，以使夹紧组件310可以围绕钻柱部分地闭合来将该钻柱定中心，或者可以夹紧到钻柱上来固定该钻柱以用于拆卸作业。夹紧组件310也可以使用弹簧机构或现有技术中已知的其它自动定中心机构，以便在钻进作业期间使钻柱定中心。可供选择地，可以控制夹紧组件310以便使用夹爪件使钻柱定中心。图9中还示出集尘罐322，该集尘罐322由框架302支承并与第一夹紧组件310间隔开。

与夹紧组件310一起使用一对致动器312，但也可以使用任何数量的致动器312。致动器312可以是液压动力致动器、气动致动器等，并且可以是双作用的。如图9中所示，致动器312是液压的，并可以具有用于流体连接的端口314。致动器312与夹紧组件310的夹爪件的运动成一直线安装，但也可以设想其它取向。流量控制器315连接到致动器312上以便控制夹紧组件310的运动，由此均匀地握紧以给钻杆定中心。流量控制器315可以结合在一个实施例中的流量控制器215中。

第三致动器316和连接臂318示出为连接框架302和副框架304，并用于夹紧组件310的旋转运动。致动器316具有用于双作用致动器的液压连接的端口320。然而，也可以设想使用气动的或其它的致动器。致动器316枢转式连接到框架302和副框架304上。当致动器316伸展时，它施加力在连接臂318上，这则使副框架304和夹紧组件310移动和旋转。当致动器316缩回时，连接臂318使副框架304朝相反方向旋转。致动器316也可以用流量控制器315连接和控制。

图10示出夹紧到钻杆326和/或钻管上的拆卸扳手300的平面图。图11示出夹紧到钻杆326和/或钻管上并旋转以使接头松动的拆卸扳手300的顶部平面图。成对的致动器312示出为彼此成一直线。致动器316在图11中伸展以便通过移动连接到支承夹紧组件310的副框架304上的连接臂318来提供夹紧组件310的旋转。夹具214（见图7-8）也处在围绕钻柱的另外部分夹紧或固定的位置，该另外部分不旋转。夹紧组件310使第一钻杆326旋转高达九十度，而第二钻杆被夹具214夹持就位，由此完成拆卸作业。

图12-15示出各种操作状态的拆卸扳手300的剖视图。在图12中，夹紧组件310示出为处于未夹紧且未旋转的构型。成对的夹爪件328缩回并与钻柱的第一部分326间隔开。致动器312示出为与夹爪件328成一直线，并处于缩回的位置。当然，也可以设想致动器312的其它取向。连接臂318连接到副框架304并连接到第三致动器316上，该第三致动器也处于缩回位置。第三致动器316连接到框架302上。夹具214可以或是从钻柱的另一部分松开的，或者是此时夹紧到钻柱的另一部分上。

图13示出拆卸扳手300处于夹紧而不旋转的构型的剖视图。致动器312已使夹爪件328朝向彼此伸展，从而固定钻柱的第一部分326。这时，夹具214（见图7-8）也可以围绕钻柱的第二部分夹紧。在另一种方式（未示出）中，成对的夹爪件328被部分地致动到图12和13所示位置之间的位置，并在钻进作业期间被控制以给钻柱定中心。流量控制器315控制夹爪件328相对于纵向轴线308以及可能相对于彼此的位置。也可以使用弹簧或其它自动定中心机构（未示出）来使夹爪件328偏置成给钻柱定中心的位置。

图14示出拆卸扳手300处于夹紧且旋转的构型时的剖视图。成对的夹爪件328处于固定钻柱的第一部分326的夹紧位置。第三致动器316伸展以便通过移动与支承夹紧组件310的副框架304相连的连接臂318来提供夹紧组件318绕钻柱纵向轴线308的旋转。夹紧组件310使第一钻杆326转过九十度，而第二钻杆被杆夹具214夹持就位，由此完成拆卸作业。

图15示出拆卸扳手300处于未夹紧并旋转的构型时的剖视图。第三致动器316保持伸展，而成对的致动器312已使夹爪件328从与钻柱326相接触的状态缩回。

夹紧组件310然后返回图12所示的未夹紧且不旋转的构型，其中成对的夹爪件328与钻柱的第一部分326间隔开。这时，接头将被松开，以使邻接的钻柱钻杆或部分能相互分开以便储存。杆夹具214仍可以固定第二钻杆以将其放到换杆器212中，而钻岩机固定到钻柱的第一部分326中。

现在回到图7和8，在钻岩机钻柱的拆卸作业期间，钻岩机202使进给导向件204向上行进。杆夹具214在旁边移动钻柱，而夹爪216以受控的方式夹紧到钻柱的第一部分或钻杆上。定中心器300也夹紧到钻柱的第二部分或钻杆上。这两个夹紧操作可以同时进行，或者不按特定的次序进行。在夹具214和定中心器300都已夹紧到钻柱上之后，定中心器300使钻柱的第二部分相对于被夹具214夹持就位的第一部分旋转。

一旦钻柱的第一部分和第二部分之间的接头已经松脱，杆夹具214就可释放钻柱的第一部分，而钻岩机202将该第一部分从被定中心器300夹持就位的第二钻柱拧松。一旦这些部分分离，杆夹具就能夹紧到第一部分上，而钻岩机202与第一部分分开，然后可将第一部分移到换杆器212上。定中心器300在这时可以不旋转，而仍夹紧在钻柱上。

然后钻岩机202使进给导向件200向下行进并与由定中心器300夹持的第二部分和钻柱的其余部分连接。定中心器可以释放钻柱，并在该阶段不旋转。钻岩机202和钻柱然后使进给导向件200向上行进，并重复上述过程以用于取出另一个钻杆。

该过程可以根据需要重复许多次，以便当钻柱被钻岩机从钻孔升起时松开任何紧固的钻柱连接部分。

尽管已经图示和说明了本发明的一些实施例，但未打算这些实施例图示和说明本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所用的词汇是说明性的而非限制性的，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种不同的改变。此外，可以将不同实施例的特征进行组合以便形成本发明的另一些实施例。

Claims (9)

1.一种与钻岩机钻柱一起使用的拆卸扳手系统，该拆卸扳手系统包括：

适合于安装到钻岩机进给导向结构上的框架；

围绕钻柱纵向轴线旋转地连接到该框架上的副框架，该副框架支承一对对置的夹爪件，各夹爪件适合于朝向彼此和远离彼此地沿径向运动，并且适合于可释放地接合钻柱的一部分；

第一和第二致动器，每个致动器均由副框架支承并连接到该对夹爪件的其中之一上，每个致动器都用于移动相应的夹爪件；

第三致动器，该第三致动器在该框架和该对夹爪件之间，该第三致动器用于使该对夹爪件绕钻柱纵向轴线旋转；以及

流量控制器，该流量控制器连接到第一和第二致动器上，以便控制该对夹爪件中每个夹爪件在第一未夹紧位置、第二夹紧位置和第三定中心位置之间的运动，在该第一未夹紧位置中该对夹爪件从所述钻柱的一部分缩回，在该第二夹紧位置中该对夹爪件夹紧在所述钻柱的一部分上并且构造成拆卸所述钻柱的一部分，在该第三定中心位置中该对夹爪件能定位在该第一未夹紧位置和该第二夹紧位置之间并且能以定中心模式操作以便在钻进作业期间给钻柱定中心。

2.如权利要求1所述的拆卸扳手系统，其中，该第三致动器包括连接臂，以便提供该副框架和该对夹爪件的旋转。

3.如权利要求2所述的拆卸扳手系统，其中，第一、第二和第三致动器是液压致动器。

4.如权利要求1所述的拆卸扳手系统，其中，该副框架能绕钻柱纵向轴线枢转近似90°。

5.如权利要求1所述的拆卸扳手系统，其中，该流量控制器能操作成使该对夹爪件一致地移动并且在第二夹紧位置中在所述钻柱的一部分上施加基本均匀而相等的载荷。

6.一种与钻柱一起使用的拆卸扳手，该拆卸扳手包括：

由钻岩机结构绕钻柱纵向轴线可旋转地支承的第一夹紧组件，该第一夹紧组件具有第一对夹爪件，该第一对夹爪件能在第一位置、第二位置和第三位置之间移动，该第一位置与该钻柱间隔开，该第二位置部分地被致动以在钻进作业期间使该钻柱定中心，该第三位置适合于在拆卸作业期间固定并转动钻柱的第一部分；以及

由钻岩机结构支承的第二夹紧组件，该第二夹紧组件适合于在拆卸作业期间固定钻柱的第二部分。

7.如权利要求6所述的拆卸扳手，其中，该第一夹紧组件还包括用于固定钻柱的第一部分的第一致动器；以及

其中，该第二夹紧组件还包括用于固定钻柱的第二部分的第二致动器。

8.如权利要求7所述的拆卸扳手，还包括从钻岩机结构延伸到第一夹紧组件的连接臂，该连接臂具有用于使第一夹紧组件旋转的第三致动器。

9.如权利要求8所述的拆卸扳手，还包括流量控制器，该流量控制器连接到第一、第二和第三致动器上以便控制第一和第二夹紧组件的运动。