CN107208465B - 定位结构、杆操纵装置、钻机和用于对钻杆进行定位的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种定位结构(5)、杆操纵装置(3)、钻机(1)和用于对钻杆(33)进行定位的方法(100)。定位结构(5)包括：定位机构(15)，定位机构设置成对具有长度轴线(B)的钻杆(33)进行定位；以及具有第一部分(35a)和第二部分(35b)的移位结构(35)，第一部分(35a)连接至定位机构(15)，并且第二部分(35b)能够连接至基部部分(11)。移位结构(35)设置成以平移移位的方式将定位机构(15)从第一位置移位至第二位置，使得通过定位机构(15)定位的钻杆(33)的长度轴线(B)将在第二位置与钻孔轴线(A)大致对准。

Description

定位结构、杆操纵装置、钻机和用于对钻杆进行定位的方法

技术领域

文中的实施方式涉及用于将钻杆相对于钻孔轴线进行定位的定位结构。文中的实施方式还涉及包括定位结构的杆操纵装置。文中的实施方式还涉及钻机和用于将钻杆相对于钻孔轴线进行定位的方法。

背景技术

在长钻孔的钻凿期间，大量的时间被用于操纵诸如钻杆之类的钻柱部件。用于勘探目的的取芯钻探通常通过凿岩钻机来执行，其中，钻杆部件借助于绞车定位在有效的钻柱位置。

绞车线材附接至钻杆的最上部分或者附接至水回转件或提升塞，水回转件或提升塞转而附接至钻杆。钻杆被从钻杆堆中抬起并且经由绞车线材被放置到给送梁的一部分上。

在钻杆可以附接至前一个钻杆之前，钻杆必须相对于前一个钻杆定位成使得钻杆的相应的长度轴线大致对准。当钻杆彼此相邻地设置成使得钻杆的相应的长度轴线大致对准时，后一个钻杆可以例如经由螺纹部附接至前一个钻杆。

钻杆的定位和对准通常是麻烦且耗时的。DE102011112740A1公开了一种用于操纵钻杆的结构。DE102011112740A1中的结构可以适用于一些应用，但需要相对复杂的凸轮给送结构。凸轮给送结构构造成使钻杆以多个自由度移动，由此可能会降低精度。DE102011112740A1中的结构还需要夹持机构，所述夹持机构在钻杆要与钻孔轴线对准时可以将动量传递至钻杆。

因此，需要在用于将钻杆相对于钻孔轴线进行定位的定位结构的领域中进行改进。仍然需要可以辅助操作者以快速且准确的方式将钻杆对准的定位结构。此外，仍然需要易于操纵且对于生产经济有效的可靠的定位结构。

发明内容

本文的实施方式旨在提供一种用于将钻杆相对于钻孔轴线进行定位的定位结构，从而消除或至少减少与现有技术中的解决方案相关联的问题和/或缺陷。

根据实施方式，本申请提供了用于将钻杆相对于钻孔轴线进行定位的定位结构，定位结构包括：

-定位机构，定位机构设置成对具有长度轴线的钻杆进行定位，以及

-具有第一部分和第二部分的移位结构，第一部分连接至定位机构，并且第二部分能够连接至基部部分，基部部分设置在给送梁处，

其中，移位结构设置成以平移移位的方式将定位机构从第一位置移位至第二位置，使得通过定位机构定位的钻杆的长度轴线将在第二位置与钻孔轴线大致对准。

由于移位结构设置成以平移移位的方式将定位机构从第一位置移位至第二位置使得通过定位机构定位的钻杆的长度轴线将在第二位置与钻孔轴线大致对准，因此两个相邻的钻杆可以以快速且容易的方式彼此附接。

在定位机构平移移位的情况下，通过定位机构定位的钻杆的长度轴线将在整个移位过程期间与钻孔轴线大致平行。在定位机构没有旋转移位的情况下，两个相邻的钻杆的对准和附接是非常方便的。

当钻杆的螺纹部要被旋拧到前一个钻杆的螺纹部中时，由于杆的相应的长度轴线在第二位置居中并相对于彼此平行，因此避免了螺纹部的堆叠或卡住。因此，通过平移移位，避免了两个相邻的钻杆的两个相应长度轴线的方向彼此略微不同的风险。这种风险通过定位机构的旋转移位不能完全避免。

根据一些实施方式，定位机构成形为长形托盘。

由于定位机构成形为长形托盘，因此定位机构沿钻杆的大部分长度对钻杆提供支承。在定位机构成形为长形托盘的情况下，钻杆可以仅由定位机构定位并支承。由此，钻杆可以通过单个定位机构以平衡且受控的方式移位。

通过单个定位机构，避免了在定位机构与钻杆之间传递动量的风险。这种风险在钻杆借助于夹持机构移位时不能避免，原因在于相对于彼此移动的两个或更多个夹持机构将向钻杆传递动量。

根据一些实施方式，长形托盘的纵向方向在钻杆通过定位机构被定位时与钻杆的长度轴线大致平行。由此，长形托盘可以沿着钻杆的大部分长度对钻杆进行定位并支承。

根据一些实施方式，移位结构设置成将钻杆沿与长形托盘的纵向方向大致垂直的方向移位。由此，通过定位机构定位的钻杆的长度轴线可以以容易且可靠的方式与钻孔轴线大致对准。

根据一些实施方式，移位结构包括至少一个致动器和两个或更多个连杆，所述两个或更多个连杆各自具有第一部分和第二部分，第一部分铰接至定位机构，并且第二部分设置成铰接至基部部分。

由于移位结构包括至少一个致动器以及两个或更多个连杆，所述两个或更多个连杆各自具有第一部分和第二部分，第一部分铰接至定位机构并且第二部分设置成铰接至基部部分，因此平移移位可以以可靠且高效的方式实现。

因此，由此提供了一种用于将钻杆相对于钻孔轴线进行定位的定位结构，从而消除或至少减少与现有技术中的解决方案相关联的问题和/或缺陷。

本文的实施方式旨在提供一种杆操纵装置，从而消除或至少减少与现有技术中的解决方案相关联的问题和/或缺陷。

根据实施方式，本申请提供了一种杆操纵装置，杆操纵装置包括：旋转器装置；具有线性引导件的给送梁；基部部分，基部部分以可滑动的方式设置至线性引导件，其中，杆操纵装置包括根据本文所述实施方式的定位结构，定位结构附接至杆操纵装置的基部部分。

由于杆操纵装置包括根据本文所述实施方式的定位结构，因此当钻杆要与钻孔轴线和旋转器装置的中心轴线对准时，杆的操纵是非常方便的。

此外，可滑动的基部部分以及构造成以平移移位的方式使定位机构移位的定位结构的组合已经被证明对于钻杆的操纵是非常有效的。

根据一些实施方式，给送梁包括具有第一线性引导部分的第一给送梁部分、具有第二线性引导部分的第二给送梁部分以及铰接件，第二给送梁部分能够经由铰接件相对于第一给送梁部分折叠。由此，提供了一种紧凑且易于输送的杆操纵装置。

本文的实施方式旨在提供一种钻机，从而消除或至少减少与现有技术中的解决方案相关联的问题和/或缺陷。

根据实施方式，本申请提供了一种钻机，其中，钻机包括根据本文所述实施方式的定位结构。在一些实施方式中，钻机包括根据本文所述实施方式的杆操纵装置。

本文的实施方式旨在提供一种用于对钻杆进行定位的方法，从而消除或至少减少与现有技术中的方法相关联的问题和/或缺陷。

根据实施方式，本申请提供了一种用于通过定位结构将钻杆相对于钻孔轴线进行定位的方法，该定位结构包括：定位机构，定位机构设置成对具有长度轴线的钻杆进行定位；以及具有第一部分和第二部分的移位结构，第一部分连接至定位机构并且第二部分能够连接至基座部分，

其中，该方法包括：

-通过定位机构对具有长度轴线的钻杆进行定位；

-通过移位结构以平移移位的方式将定位机构从第一位置移位至第二位置，使得钻杆的长度轴线在第二位置与钻孔轴线大致对准。

由于该方法包括：

-通过定位机构对具有长度轴线的钻杆进行定位；

-通过移位结构以平移移位的方式将定位机构从第一位置移位至第二位置，使得钻杆的长度轴线在第二位置与钻孔轴线大致对准，

因此钻杆的定位和钻杆相对于彼此的对准两者均是非常方便的。

本文实施方式的其他特征和优势将在研究所附权利要求和以下详细描述时变得明显。

附图说明

根据以下详细描述和附图，将更容易理解本文的实施方式的包括其特定特征和优势的各个方面，在附图中：

图1示出了根据一些实施方式的钻机、杆操纵装置和定位结构的立体图；

图2示出了图1的钻机、杆操纵装置和定位结构的侧视图；

图3a示出了杆操纵装置和处于第一位置的定位结构；

图3b示出了杆操纵装置和处于第二位置的定位结构；

图4a示出了基部部分和定位结构的立体图；

图4b示出了基部部分和定位结构的侧视图；

图5示出了用于将钻杆相对于钻孔轴线进行定位的方法。

具体实施方式

现在将参考附图对本文的实施方式进行更全面地描述。贯穿全文，相同的附图标记指示相同的元件。为了简洁和/或清晰，将不一定对众所周知的功能或结构进行详细地描述。

图1示出了根据一些实施方式的钻机1、杆操纵装置3和定位结构5。钻机1也可以被称为凿岩钻机、表面钻机、地下钻机或勘探钻机。

钻机1的杆操纵装置3配备有给送梁7，给送梁7上附接有线性引导件9。线性引导件9沿着给送梁7的长度延伸，并且线性引导件9可以设置为例如轨道。

支承诸如凿岩机之类的旋转器装置13的基部部分11能够沿着线性引导件9来回移动。基部部分11可以设置为滑动件、滑轨件或运载件。基部部分11可以设置为单独的部分或者设置为给送梁7的一部分，所述单独的部分设置成附接至给送梁7。基部部分11可以沿着给送梁7的线性引导件9滑动。在安装后，基部部分11设置在给送梁7处使得：基部部分11能够沿着线性引导件9沿给送梁7的长度方向移动，但在与给送梁7的长度方向垂直的方向上基本上固定。基部部分11可以包括可以与线性引导件9的形状互补部分相互作用的突起部、突出部、轮、凹槽或其他部分。基部部分11可以包括若干个不同的部件，所述若干个不同的部件在组装后形成基部部分11。

基部部分11还用作用于移位结构的基部，该移位结构未在图1中示出，但在图3a、图3b、图4a和图4b中由35指示。在图1中，示出了定位机构15。还结合图3和图4对定位机构15进行进一步地论述。

因此，旋转器装置13、移位结构35和定位机构15经由基部部分11以可移动的方式一起设置在线性引导件9上。

在图1所示的实施方式中，给送梁7包括具有第一线性引导部分9a的第一给送梁部分7a和具有第二线性引导部分9b的第二给送梁部分7b。具有第二线性引导部分9b的第二给送梁部分7b能够经由铰接件17相对于具有第一线性引导部分9a的第一给送梁部分7a折叠。由此，具有给送梁7的钻机1的输送是方便的。第一给送梁部分7a可以通过任何合适的紧固装置紧固至第二给送梁部分7b，使得各个部分之间的紧固附接得以实现。例如，第一给送梁部分7a可以通过螺栓、螺钉、接合部分、阳型/阴型联接构件、卡口联接件、锁定结构或类似结构紧固至第二给送梁部分7b。在一些实施方式中，给送梁7是单个给送梁，即为仅具有一个连续本体的给送梁。

杆操纵装置3包括旋转器装置13、具有线性引导件9的给送梁7以及基部部分11。杆操纵装置还包括诸如冠状块之类的滑轮19以及绞车线材21。绞车线材21在一个端部处紧固至绞车，并且绞车线材21可以在另一个端部处附接至钻杆、水回转件和/或提升塞。滑轮19设置成引导并且/或者悬挂绞车线材21。

杆操纵装置3设置成操纵诸如钻杆之类的钻柱部件。杆操纵装置3设置成将钻杆(未在图1中示出)相继地定位在旋转器装置13的钻柱位置。杆操纵装置3还设置成在钻柱/钻杆被从钻孔(未示出)取出时——例如，在需要更换钻头(未示出)时——将钻杆从钻柱位置相继地移除。

图1中所示的钻机1不包括用于钻杆的任何匣仓。在其他实施方式(未示出)中，钻机1还包括钻杆匣仓和用于在匣仓与杆操纵装置3之间输送钻杆的结构。

在图1中，钻机1包括运载件23，运载件23可以经由轮25及拖钩结构27进行输送。因此，钻机1能够通过牵引车辆输送。在一些实施方式(未示出)中，钻机1包括马达和履带件，使得钻机1可以将自身重新定位至期望的钻凿位置。

钻机1还包括：用于向钻机1提供压力流体等的动力及供应组件；以及控制面板31，经由控制面板31，操作者可以控制钻机1及其任何可控部分或部件的必要功能和/或运动。

图2示出了具有包括给送梁7、线性引导件9和定位结构5的杆操纵装置的钻机1的侧视图。为了清楚起见，给送梁7的一部分被切除。

图2还示出了钻孔轴线A。钻孔轴线A是由钻机1钻出的钻孔的中心。

如图2中所示，给送梁7和杆操纵装置可以相对于地面倾斜。在图2中，钻孔轴线A与地面之间的角度为约45度，但是任何角度都是可能的。因此，钻机1可以用于竖向钻凿、用于倾斜钻凿或者用于水平钻凿。

图3a和图3b示出了杆操纵装置3的侧视图。在图3a和图3b中，示出了给送梁7、定位结构5和旋转器装置13。为了清楚起见，给送梁7的一部分被切除。在图3a和图3b中，呈钻杆33的形式的钻柱部件通过定位机构15被定位并且/或者由定位机构15支承。在图3a和图3b中，杆操纵装置3被示出为大致竖向地布置，但如上所述，杆操纵装置3还设计为可倾斜的并且因此设置成将诸如钻杆33之类的钻柱部件以任何角度定位并/或支承。

图3a示出了处于第一位置的定位结构5。在该第一位置，钻杆33已经被放置在定位机构15上。由于定位机构15可以相对于给送梁7被升高及降低，因此定位机构15可以处于任意位置。

如图3a中所示，钻杆33的长度轴线B与钻孔轴线A没有对准。换句话说，钻杆33的长度轴线B与钻孔轴线A之间存在距离D。距离D沿与钻孔轴线A和钻杆33的长度轴线B大致垂直的方向延伸。由于钻孔轴线A和钻杆33的长度轴线B没有对准或相对于彼此偏离，因此钻杆33不能附接至布置在旋转器装置13内的前一个钻杆。

在图3a和图3b中，示出了移位结构35。移位结构35构造成将定位机构15相对于钻孔轴线A和旋转器装置13的中央部以及因此相对于给送梁7移位。

在图3b中，定位结构5被示出为处于第二位置。在该第二位置，移位结构35已经以平移移位的方式将定位机构15从第一位置移动至第二位置。由此，通过定位机构15定位的钻杆33的长度轴线B在第二位置与钻孔轴线A大致对准。在第二位置，钻孔轴线A与旋转器装置13的中心轴线重合。因此，移位结构35设置成以平移移位的方式将定位机构15从第一位置移动至第二位置，使得通过定位机构15定位的钻杆的长度轴线B将在第二位置与旋转器装置13的中央部大致对准。

在该第二位置，钻杆33可以附接至定位在旋转器装置13的中央部处的前一个钻杆(未示出)。因此，移位结构35设置成以具有仅一个自由度——即，仅沿着直线或轴线——的平移移位的方式将定位机构15从第一位置移动至第二位置。

因此，移位结构35设置成以平移移位的方式将定位机构15从第一非中央位置移动至第二中央位置。在非中央位置，通过定位机构15定位的钻杆的长度轴线B与钻孔轴线A/旋转器装置13的中央部没有对准。在中央位置，通过定位机构15定位的钻杆的长度轴线B与钻孔轴线A/旋转器装置13的中央部对准。当通过定位机构15定位的钻杆的长度轴线B与钻孔轴线A/旋转器装置13的中央部对准时，这些轴线基本上重合。

“平移移位”是指钻杆33的所有部分同时移位相同的距离。换句话说，不会发生钻杆33的旋转。

“平移移位”也被称为平行位移或平行移动。

图4a以立体图示出了定位结构5，并且图4b示出了定位结构5的侧视图。在图中，示出了定位机构15和移位结构35。

在图4a中，定位机构15成形为长形托盘，所述长形托盘具有与待通过长形托盘定位并支承的钻杆大致平行的长度轴线。长形托盘的长度轴线还与给送梁7(未在图4a中示出)大致平行。长形托盘设置成在钻杆33被放置在长形托盘上时与钻杆33连续地接触。长形托盘的朝向钻杆33布置的表面可以是凹形或V形的，使得钻杆33在长形托盘中自动地居中。长形托盘可以是连续的或者可以设置有若干个间隙。

在一个实施方式(未示出)中，定位机构15包括多个单独的支支承点/凹陷部，所述多个单独的支承点/凹陷部一起设置成对钻杆33进行定位。随后，钻杆33可以在多个不同的点处由所述多个单独的支承点支承。例如，可以使用2个至5个支承点。替代性地，使用更多的支承点，比如6个至50个。

在一个实施方式(未示出)中，定位机构15包括多个突出边缘，所述多个突出边缘一起设置成对钻杆33进行定位。这些突出边缘可均匀地或不均匀地分布成对钻杆33进行定位/支承。这些边缘可以是直的或者可以具有V形状或U形状，从而布置成在多于一个径向方向上对钻杆33进行定位。

在一个实施方式(未示出)中，定位机构15成形为梯状件。梯状定位机构15可以经由梯状件的横梯部和/或经由梯状件的长形支承部支承钻杆33。

在一个实施方式(未示出)中，定位机构15成形为一个或更多个夹持机构。在一个实施方式(未示出)中，定位机构15成形为网状件。

在一些实施方式中，定位机构15的长度定尺寸成沿着钻杆13的大部分长度对钻杆13进行定位并支承。因此，定位机构15可以是例如至少1米、至少2米或至少3米。定位机构15可以设置成支承具有任何长度的钻杆33，例如支承长度为3米至9米的钻杆33。因此，定位机构15可以设置成沿着钻杆33的长度的至少50％支承钻杆33。在一些实施方式中，定位机构15设置成沿着钻杆33的长度的至少30％、40％、50％、60％或70％支承钻杆33。由此，具有不同长度的钻杆33可以以平衡的方式被定位并支承。定位机构15的宽度可以是例如5cm至40cm，使得具有不同直径的钻杆可以被定位并支承。

移位结构35包括至少一个第一部分35a和至少一个第二部分35b。在图4b所示的实施方式中，移位结构35包括四个第一部分35a和四个第二部分35b，但是在其他实施方式中，移位结构35包括例如一个、两个、三个、五个或六个第一部分35a和一个、两个、三个、五个或六个第二部分35b。

第一部分35a连接至定位机构15，并且第二部分35b连接至基部部分11。

在图4b的实施方式中，移位结构35包括至少一个致动器37和四个连杆，所述四个连杆各自均具有第一部分35a和第二部分35b。第一部分35a铰接至定位机构15，并且第二部分35b铰接至基部部分11。

在其他未示出的实施方式中，移位结构35构造成通过除连杆结构以外的其他结构使定位机构15移位。随后，移位结构35可以包括设置在基部部分11与定位机构15之间的一个或更多个液压或气动缸、齿条、电致动器、杆臂或类似装置。

先前论述的旋转器装置13设置成安装在基部部分11的如图4a和图4b中所示的左侧部分，如图3a和图3b中可见。

图5示出了用于通过定位结构5将钻杆33相对于钻孔轴线A进行定位的方法100，定位结构5包括：定位机构15，定位机构15设置成对具有长度轴线B的钻杆33进行定位；以及具有第一部分35a和第二部分35b的移位结构35，第一部分35a连接至定位机构15，并且第二部分35b能够连接至基部部分11。

该方法100包括：

-通过定位机构15对具有长度轴线B的钻杆33进行定位101；

-通过移位结构35以平移移位的方式将定位机构15从第一位置移动至第二位置，使得钻杆33的长度轴线B在第二位置与钻孔轴线A大致对准102。

如本文所使用的，术语“包括(comprising)”或“包含(comprises)”是开放式的，并且包括一个或更多个所陈述的特征、元件、步骤、部件或功能，但不排除存在或附加一个或更多个其他特征、元件、步骤、部件、功能或它们的组。

Claims (8)

1.一种用于将钻杆(33)相对于钻孔轴线(A)进行定位的定位结构(5)，所述定位结构(5)包括：

-定位机构(15)，所述定位机构(15)设置成对具有长度轴线(B)的钻杆(33)进行定位；以及

-具有第一部分(35a)和第二部分(35b)的移位结构(35)，所述第一部分(35a)连接至所述定位机构(15)，并且所述第二部分(35b)能够连接至基部部分(11)，所述基部部分(11)设置成附接至给送梁(7)，

所述定位结构(5)的特征在于，所述移位结构(35)设置成以平移移位的方式将所述定位机构(15)从第一位置移位至第二位置，使得由所述定位机构(15)定位的钻杆(33)的长度轴线(B)将在所述第二位置与所述钻孔轴线(A)大致对准，并且其中，所述定位机构(15)成形为长形托盘。

2.根据权利要求1所述的定位结构(5)，其中，所述长形托盘的纵向方向在钻杆(33)由所述定位机构(15)定位时与钻杆的长度轴线(B)大致平行。

3.根据权利要求2所述的定位结构(5)，其中，所述移位结构(35)设置成将钻杆(33)沿与所述长形托盘的纵向方向大致垂直的方向移位。

4.根据权利要求1所述的定位结构(5)，其中，所述移位结构(35)包括至少一个致动器(37)和两个或更多个连杆，所述两个或更多个连杆各自均具有所述第一部分(35a)和所述第二部分(35b)，所述第一部分(35a)铰接至所述定位机构(15)，并且所述第二部分(35b)设置成铰接至所述基部部分(11)。

5.一种杆操纵装置(3)，包括：

-旋转器装置(13)；

-具有线性引导件(9)的给送梁(7)；以及

-基部部分(11)，所述基部部分(11)以可滑动的方式设置至所述线性引导件(9)，

所述杆操纵装置(3)的特征在于，所述杆操纵装置(3)包括根据前述权利要求中的任一项所述的定位结构(5)，所述定位结构(5)附接至所述基部部分(11)。

6.根据权利要求5所述的杆操纵装置(3)，其中，所述给送梁(7)包括：

-具有第一线性引导部分(9a)的第一给送梁部分(7a)；

-具有第二线性引导部分(9b)的第二给送梁部分(7b)；以及

-铰接件(17)，

所述第二给送梁部分(7b)能够经由所述铰接件(17)相对于所述第一给送梁部分(7a)折叠。

7.一种钻机(1)，其特征在于，所述钻机(1)包括根据权利要求1至4中的任一项所述的定位结构(5)。

8.一种用于通过定位结构(5)将钻杆(33)相对于钻孔轴线(A)进行定位的方法(100)，所述定位结构(5)包括：定位机构(15)，所述定位机构(15)设置成对具有长度轴线(B)的钻杆(33)进行定位；以及具有第一部分(35a)和第二部分(35b)的移位结构(35)，所述第一部分(35a)连接至所述定位机构(15)，并且所述第二部分(35b)能够连接至基部部分(11)，

所述方法(100)的特征在于，所述方法(100)包括：

-通过成形为长形托盘的所述定位机构(15)对具有长度轴线(B)的钻杆(33)进行定位(101)；以及

-通过所述移位结构(35)以平移移位的方式将所述定位机构(15)从第一位置移位至第二位置使得钻杆(33)的所述长度轴线(B)在所述第二位置与所述钻孔轴线(A)大致对准(102)。