CN1081282C - 扩边钻井系统及延长钻杆 - Google Patents

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Abstract

一种与半自动钻机一起使用的扩边钻井系统。该钻井系统包括构成一钻杆柱的多个延长杆22且在它们之间具有相配合的阴、阳螺纹联接器23且为右旋缆索螺纹联接器，钻机的一夹头21或是直接驱动或是经一适配器驱动相联的延长杆的阴螺纹端24的外侧，从而在夹头和一对夹具27之间仅有一个螺纹联接器，并确保当夹具移到夹紧位置且夹头反向旋转时，仅有所需的联接器被脱离联接。钻杆可具有彼此连通的轴向通道28，冲洗液通过该通道被输送到一相联的钻头且穿过至少一个钻杆的轴向通道包括一个非回流阀28a、29，从而在重新开始钻探前，在一钻杆加到钻杆柱上后，缩短冲洗液输送到钻头的延迟时间。

Description

扩边钻井系统及延长钻杆
技术领域
本发明涉及一种扩边钻井系统(extension drilling system)，特别涉及但不仅局限于使用在半自动钻机中的扩边钻井系统，其用于在地下采矿作业、例如煤矿开采中钻洞(孔)，在那里隧道顶部的结构通过将岩石锚杆插入在该顶部结构钻出的洞中而变得更加安全。
背景技术
在过去，在煤矿中的扩边钻井使用方形螺杆进行，例如具有4TPI爱克米螺纹(Acme thread)的XRT螺杆。我们已经试验了使用右旋缆索螺纹钻杆，这是由于它们容易脱开耦联而且具有不容易损坏的阳螺纹。尽管根据这种试验工作已经发展了各种不同的扩边钻井系统，但是我们还是发现这些系统不能够与半自动的钻机一起工作。
当与半自动钻机一起使用时，用于扩边钻井系统的传统钻杆的主要问题是，当钻杆柱(多个耦联在一起的钻杆)要被解开耦联时，在夹具和夹头之间有两个螺纹接头。当操作夹具并使夹头缓慢地反向自旋时，会发生所不期望的在传动适配器和底部延长杆之间的螺纹接头解开耦联，而并不是想要得到的解开底部延长杆和倒数第二延长杆之间的耦联。
另一个问题是使用传动适配器占据了钻机上相当多的底部高度，从而减小了可使用的延长杆的长度。
因此，本发明的目的是克服或至少是减小当现有的扩边钻井系统与半自动钻机相联时所产生的问题。
本发明简述
因此，本发明提供了一种与半自动钻机一起使用的扩边钻井系统，所述钻井系统包括多个延长杆，它们构成一钻杆柱，且每一钻杆都具有在它们之间相配合的阴、阳螺纹联接器，所述联接器为右旋缆索螺纹联接器，而且在使用时，钻机的一传动夹头直接驱动或经一适配器驱动相联的延长杆的阴螺纹端的外侧，从而在夹头和一组夹具之间仅有一个螺纹联接器，并确保当夹具被移动到夹紧位置且夹头反向旋转时，仅有所需的联接器被脱离联接。
最好，钻杆具有彼此连通的轴向通道，冲洗液通过该通道被输送到一相联的钻头。最好，穿过至少一个钻杆的轴向通道包括一个非回流阀，从而在重新开始钻探之前，在一钻杆加到钻杆柱上之后，缩短冲洗液输送到钻头的延迟时间。
最好，钻杆具有六边形的横截面，或者任何其他适当的横截面，且钻杆可以是经选择性热处理或是全部热处理的锻造或焊接杆。
本发明还提供一种用于上述扩边钻井系统中的延长钻杆。
附图简述
下面将参照附图对本发明的两个优选实施例进行描述，附图中：
图1是根据本发明的第一优选实施例的扩边钻井系统的纵向侧视图；
图2是使用在图1所示系统中的延长杆的纵向侧视图；
图3是在图4-图5中所示扩边钻井系统中使用的一种作为替换的直接传动夹头的局部剖视的纵向侧视图；
图4是根据本发明第二优选实施例的扩边钻井系统的局部剖视的纵向侧视图；
图4A是沿图4中A-A线的横截面图；
图4B是沿图4中B-B线的横截面图；
图5是使用在图4所示系统中的延长杆的纵向侧视图；
图6是使用在图1、2和3所示系统中的钻头的侧视图和端视图；以及
图7是使用在图4和图5所示系统中的钻头的侧视图和端视图。
优选实施例详述
参照附图中的图1和图2，本发明第一优选实施例的扩边钻井系统，其总体用20表示，该系统使用安装在具有一对夹紧夹具27的采矿/顶部筛选机(未示出)上的一传动夹头21。该传动夹头可以是由美国的McSweeney公司(McSweeney′s，Inc.)制造的TL2型传动夹头，且该传动夹头直接可旋转地驱动一串延长杆22，(再参见图2)，这些延长杆22通过一个或多个联接器23联接在一起，联接器包括相互配合的、在延长杆一端的右旋缆索螺纹阴套节24和在延长杆另一端上的右旋缆索螺纹阳连接件25。当这些钻杆联接在一起时，钻杆的端部通过围绕着阳连接件25的肩部22a支承在围绕着套节24的进口的端面22b上而彼此相互抵靠。在最远的钻杆的最远端上的阳连接件25联接有一个钻头(在图1和图2中未示出)，其可以是在图6中示出的钻头16。
轴向通道28穿过各钻杆，并彼此连通，冲洗液可通过该通道被输送到相联的钻头。在该优选实施例中，穿过每个钻杆的通道28在28a处呈台阶形，以提供在通道的较大直径部和较小直径部之间的过渡，从而形成作为球阀机构的一部分的阀座，该机构的另外部分由不锈钢或玻璃球29构成，其可根据需要选择性地抵靠或离开阀座28a，从而在重新开始钻探之前，在一钻杆加到钻杆柱上之后，缩短冲洗液输送到钻头的延迟时间。
图3示出了使用在图4-5所示扩边钻井系统中的一种修正(替换)的直接传动夹头，实际上该夹头是一种优选的传动夹头，该夹头是一种模块式组件21a，其包括一阳传动件21b，该传动件具有一传动轴21c，并与带有一套节21e的阴传动件21d相联接。传动件通过螺栓21f插入弹簧垫圈21i，穿过在阳传动件21b的孔21g旋入在阴传动件21d的带螺纹的盲孔21h中而相联接。阴、阳传动件也可被“钩”在一起，即互锁。套节21e中容纳有一密封件21j，其可由模制在一不锈钢的衬垫体周围的聚氨酯形成，而且其抵靠在阳传动件21b的端部的一台阶21k上。本实施例中的模块式传动夹头由两个可分开的部分形成，从而使传动件21b和21d可根据不同的传动结构进行互换，并且当密封件21j磨损后可进行更换。
参照图4，本发明第二优选实施例中的扩边钻井系统总体用10表示，该系统使用安装在采矿/顶部筛选机(Mming/Roof bolter)(未示出)上的一传动夹头11。该传动夹头可为由美国的McSweeney公司制造的TL2型传动夹头。
根据本优选实施例并再结合图5，该传动夹头11在本优选实施例中经一夹头适配器19可旋转地驱动一串延长钻杆12，这些钻杆通过一个或多个联接器13联接在一起，这些联接器包括相互配合的、在延长杆一端上的右旋缆索螺纹阴套节14和在延长杆另一端上的右旋缆索螺纹阳连接件15。当这些钻杆联接在一起时，钻杆的端部通过围绕着阳连接件15的肩部12a支承在围绕着套节14的进口的端面12b上而彼此相互抵靠。在最远的钻杆的最远端上的阳连接件15联接有一个钻头(在图4和图5中未示出)，其可以是在图7中示出的钻头16。
一对夹紧夹具17由采矿/顶部筛选机支承，用于在联接钻杆和使它们脱离联接的过程中抓紧钻杆柱。轴向通道18穿过各钻杆，并彼此连通，冲洗液可通过该通道被输送到相联的钻头。
参照图4-图5，夹头适配器19的内部细节在图4A中示出，其成形为具有20°转动偏移的六角形19a。一个夹头适配器盖19b如图4B所示用螺钉19c螺合到该夹头适配器的其余部分上。该盖提供钻杆可装配在其中的一孔19d，其具有正常的六边形。装配在夹头适配器19中的钻杆的端部，包括由夹头适配器非驱动地啮合的阴套节14，具有一个六边形的外部12c，在其上面是一个圆形段12d。当钻杆端部装配在夹头适配器中时，钻杆端部的六边形12c与穿过夹头适配器盖19b的六边形孔对齐。该钻杆然后向下滑动进入夹头适配器中直至其全部长度，当开始正旋转时，夹头适配器相对于钻杆转动20°，夹头适配器中的六角形19a的驱动平面与钻杆上六边形的端部12c抵靠啮合，从而可转动地驱动钻杆。钻杆上设置圆形段12d是为了，当钻杆转动20°时，穿过夹头适配器盖19b的六边形孔不会约束住钻杆。只要在夹头适配器中保持正旋转，由于两个六边形错开20°钻杆就不会被松脱，而为了使钻杆松脱，钻杆需要被转动20°从而六边形12c的角部将与夹头适配器盖19b的六边形孔19d对齐。如上所述的传动夹头在夹头和钻杆之间提供了一种扭转锁定作用，从而由于当保持正旋转时钻杆始终锁定在传动夹头中而提高了该钻井系统的安全性。
根据本发明的两个实施例，钻杆可如参照图4-5所示实施例中描述的那样，具有六边形横截面，或者具有圆形横截面或任何其他适当的横截面形状，从而它们如图4-5所示实施例所述可由夹头适配器19驱动，或者如图1、2和3所示实施例所述可由传动夹头21或21a直接驱动。钻杆可以是经选择性热处理或是全部热处理的锻造或焊接杆。

Claims (8)

1.一种与半自动钻机一起使用的扩边钻井系统，所述钻井系统包括多个延长杆(12；22)，它们构成一钻杆柱，且每一钻杆都具有在它们之间相配合的阴、阳螺纹联接器(13；23)，
其特征在于，所述联接器为右旋缆索螺纹联接器，而且在使用时，钻机的一传动夹头(11；21)直接驱动相联的延长杆(12；22)的阴螺纹端(14；24)的外侧，从而在夹头和一组夹具(17；27)之间仅有一个螺纹联接器，并确保当夹具被移动到夹紧位置且夹头反向旋转时，仅有所需的联接器被脱离联接。
2.根据权利要求1所述的扩边钻井系统，其特征在于，钻杆(12；22)具有彼此连通的轴向通道(18；28)，冲洗液通过该通道被输送到一相联的钻头(16)。
3.根据权利要求2所述的扩边钻井系统，其特征在于，穿过至少一个钻杆(22)的轴向通道(28)包括一个非回流阀(28a，29)，从而在重新开始钻探之前，在一钻杆加到钻杆柱上之后，缩短冲洗液输送到钻头(16)的延迟时间。
4.根据前述任一权利要求所述的扩边钻井系统，其特征在于，钻杆(12；22)具有六边形或圆形的横截面，从而它们可被传动夹头(11；21)直接驱动，或是经一适配器(19；21a)来驱动，该适配器内具有一相同横截面形状的套节(19d；21e)。
5.根据权利要求4所述的扩边钻井系统，其特征在于，传动夹头或适配器和直接与它们相联的钻杆之间的协作是这样的：它们之间有限的相对转动运动使相应的横截面错开，从而防止钻杆分离，同时保持驱动啮合。
6.一种用于根据权利要求1所述的扩边钻井系统中的延长钻杆，所述钻杆在相对端具有阳螺纹(15；25)和阴螺纹(14；24)，
其特征在于，所述螺纹为右旋缆索螺纹，而且钻杆的阴螺纹端(14；24)的外侧具有六边形或圆形横截面，从而其可被可转动地驱动。
7.根据权利要求6所述的延长钻杆，其特征在于，钻杆(12；22)具有一轴向通道(18；28)，冲洗液可通过该通道被输送到一相联的钻头。
8.根据权利要求7所述的延长钻杆，其特征在于，穿过钻杆(22)的轴向通道(28)包括一非回流阀(28a，29)。
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