CN1117914C - 钻孔方法和钻孔装置 - Google Patents

Abstract

一种钻杆组件打出一个钻孔(1)，该钻杆组件包括一系列首尾相接的钻杆元件(7d)。为此，在地面打出一个垂直立井(2)，该立井(2)有一恒定水平部分，并且在其底部不足以一个人工作，该钻杆组件从一位于立井前壁的开口向其中移动，选择钻杆组件的元件(7)从而使其轴向长度小于从立井前壁的所说的开口到相对的后壁之间的距离。

Description

钻孔方法和钻孔装置

技术领域

本发明涉及一种钻孔的方法及装置。

背景技术

迄今已经提出了以下的建议：使用一个钻杆组件在地下钻一个基本水平的孔，该钻杆组件包括一系列沿一轴线首尾相接的钻杆，并且在地下能够由钻孔驱动装置向前推进。

这样，从地表到基岩，先用钻机沿一个倾斜的路线凿井，然后将一系列各有几米长的钻杆相互首尾相接组成一个钻杆组件。贯穿的方向(即钻杆组件前端钻头的方向)可较好地被调整，从而使钻孔能够首先水平而后倾斜向下进行，直到达到指定的深度，然后仍借助于钻头的导向沿基本水平的方向继续钻孔。

在钻孔过程中，钻杆组件由固定于钻杆组件前端的钻孔驱动装置向前推进。该钻杆组件通常被驱动旋转，并且/或者在从钻头喷出的高压水的作用下被驱动。于是，钻孔过程中所碰到的岩石碎屑大部分经常通过设置在钻杆组件内部的中空通道排出。

该方法尤其适用于铺设长段的管道系统，例如100米或更长。

尤其，这样一种钻孔装置必须具有一个直接向下倾斜以一引导钻杆组件的装置，而且由于这种钻机的重量部分还作为钻杆组件向前的压力的止动件，所以这种钻机的体积很大并且至少有两吨重。

应该考虑到刚刚描述过的公知钻孔装置的典型实例，至少不能合理满足本文所提出的基本目标。

发明内容

相对于本发明主题之已有技术的现存情况，本发明的目的是实现如下目标：

能够在狭小的有限空间内工作，尤其是在城市环境中设备的整体体积要尽可能的小，从而产生最小可能的不便；基本上不论在什么样的地带条件下，都能实现设备可靠的运行，而没有设备损坏的危险；就结构和应用而言，该装置应该尽可能的简单实用；允许有限的制造和运行成本；以简单实用的方式实现钻孔的最佳控制与导向；在该装置钻孔期间，尽可能限制基岩干扰的危险。

因此，为弥补前述已有技术存在的种种缺陷并达到既定的目标，本发明首先提出：为在地下钻出基本水平的孔，应使用一种钻杆组件，该钻杆组件包括一系列沿一轴线首尾相接的钻杆元件，这些元件能够由钻孔驱动装置推进，

本发明提供一种从一起始区域开始，通过一钻杆组件在地下钻出一沿水平钻进轴线的钻孔的方法，所述钻杆组件沿一钻轴首尾相接设置，借此包括构成具有公共轴线的一连串钻杆元件的多个钻杆元件，所述一连串钻孔杆件串适宜于沿一钻孔方向被推动前移而在地下形成一个钻孔，每一个所述钻杆元件具有一个预定长度并能通过一钻孔驱动装置在地下推动前移，所述方法包括以下步骤：

产生所述起始区域作为沿地面一垂直轴线的原始立井，而且所述起始区域在所述原始立井的整个深处具有一恒定的水平部分，所述区域不足以使一个人在所述原始立井的底部工作；和

选择所述钻杆组件的钻杆元件，使得选出的所述钻杆元件的长度小于从所述原始立井前壁上的开口到相对的后壁之间的距离；

所述方法的特征在于，横向地夹紧所述钻杆元件串，并从位于原始立井前壁的开口处沿所述水平钻进轴线推动并旋转所述钻杆元件串。

这就为短钻杆(约10～30厘米长)并最好具有相互拧紧结构的钻杆形成钻杆组件提供了可能性。

单个钻杆仅在其中央区域是柔性的，也就是说，在其用于与两个相邻的钻杆拧紧的端部区域不是柔性的。拧紧时，最好没有间隙，因为这将会消除调节整体钻杆组件定位的可能性。由于由管组成的钻杆组件在实际没有间隙的拧紧区域一要比在单个杆件的中央区域坚硬，所以钻杆组件在拧紧区可以认为基本不能进行侧向移动。

因此，由钻杆组成的组件通常被认为沿横向不会有很大的弹性，而每个钻杆的拧紧区约占整个杆长的20％～25％。

由于大部分钻孔操作都是在本发明的钻架内进行的，肯定会有很小的钻孔侧向偏移，所以适合于由许多非常短的单个钻杆组成的钻杆组件工作。事实上，即使从原始立井开始工作而实现随钻杆组件一起水平前移也是可能的，其中原始立井有一基本不大于地表预定部分的区域，钻杆组件由单个的钻杆在工作区沿钻轴方向连接到钻杆组件后端。单个钻杆的长度要严格小于水平面上测得的原始立井横截面的长度。

此外，为了在钻孔内移动钻杆组件，比较有利的情况是驱动装置被压在与开口相对的井壁上，并且由驱动装置施加一个前推力作用在孔内的钻杆元件上。

另外，为了打出所需的钻孔，本发明提供一种用于从一原始立井开始在地下钻凿的水平钻孔的钻孔装置，其包括：

一个适宜于下移的、至少部分地下移到所述原始立井中的钻架，所述钻架具有一长度；多个钻杆元件，所述钻杆元件待设置沿一轴线首尾相接地排列以构成一具有公共轴线的钻杆元件，并适宜于在地下沿一钻进方向上向前推动，以形成一钻孔，每一个钻杆元件都有一特定长度；

可在钻架内的前位和后位之间水平移动的钻孔驱动装置，以便驱动所述钻杆元件并在前移时形成钻杆元件串，所述钻杆元件串在沿水平钻进轴线方向上比较坚硬，所述钻杆元件串具有一个后部元件和一个前部元件；

组成钻杆元件串的每个元件的所述特定长度小于所述钻架的长度；

其特征在于：所述钻孔装置还包括第一夹紧装置，所述夹紧装置相对于每一个所述钻杆元件横向地放置，并固定到所述钻孔驱动装置上，使得所述第一夹紧装置和所述钻孔驱动装置协同工作，以便沿水平钻进轴线推动和旋转所述钻杆元件串，直至在地下形成钻孔。

本发明所提供的上述钻孔装置最好还包括一装载/提取装置，其可在所说的钻架上在一高位和一低位之间移动，目的是在一个方向上可将添加的钻杆元件送给钻孔驱动装置从而加长钻杆组件，而在反方向上，从钻杆组件上取回钻杆元件从而使钻杆组件缩短。

通过使用一种非常坚硬的钻杆组件，尤其是使用实心材料制成的钻杆，或至少使用具有相当大壁厚的管制成的钻杆，就可能由压力前移钻杆组件基本完成钻孔作业(如果仅仅出于需要的话)。这种作业方法尤其适用于从一原始立井开始进行的工作，因为通过压力前移钻杆组件的驱动装置不会在前面作用在钻杆组件的后端上，并且替代夹住钻杆组件外边缘，而仅仅是通过一种动连接将其夹在纵轴左右的轴向或倾斜位置上，以向前推动钻杆，使之转动或退回。

因此，为在孔中移动钻杆组件，这样将是可取的：

—由驱动装置夹住位于立井内的钻杆组件之后部元件的外边缘；

—沿钻杆组件的轴线将元件移动一定距离，该距离基本与元件的长度相对应；

—当钻杆组件已在钻孔中，为防止其推出，夹住钻杆组件的另一后部元件，依此类推。

为刮掉钻头前的泥土，钻杆组件的旋转仅在特殊情况下才是有用的。然而，如果需要，可将钻杆组件旋转小于360度，因为不对称斜面可能作用在钻进前进的方向上，表现在钻杆组件附近和相对钻轴的倾斜位置上。

由于沿钻轴(基本为水平的)方向的位置上设置了钻杆，于是就又可能将其插入原始立井或从原始立井中取出，新钻杆就是从水平位置的储杆槽内被插入或取出的。因此，当给进钻杆时，在钻杆方向的调整中必然伴有的困难，例如象挤压等等几乎可完全避免。

通过自带马达的钻杆变换装置(changer)(最好称为“装载/提取装置”)，所增加的每个钻杆可被装载/提取装置与固定于其上的螺纹套筒很便利地从位于其上的储杆槽中取出。

钻孔驱动装置可沿原始立井的一个和另一个方向平行于钻轴纵向平移至少单个钻杆的全长。因而钻孔驱动装置最好可在介于送进与取回两个位置间双向移动，其中送进位置恰好位于钻杆装载/提取装置的附近，而装载/提取装置本身设置于相对的井壁上。

装载/提取装置与钻孔驱动装置最好被设置在钻架内，钻架由网状的金属管组成，该钻架的一部分可被固定而另一部分可沿垂直方向移动。钻架最好在其外面包上一层板以防止砂石落入原始立井中。该钻架(或至少其可动部分)被从井上下放，例如可通过手摇绞车来实现。

储杆槽可由一垂直槽或斜槽构成，在斜槽内钻杆一个压一个水平排列。在最下部，斜槽前端开口，以使最下面的钻杆从储杆槽中被取出。在该取出位置，钻杆相对钻轴部分垂直排列，因此可被能相对于钻架垂直移动的装载/提取装置取出。

为此，其上设置装载/提取装置之马达的变换器滑架被提升至取出位置的高度上。于是将设置在马达轴上的螺纹套筒拧入处于从储杆槽中取出位置上的钻杆上。应该注意的是：因为有另外一个或另外的块体停留在钻杆上，该钻杆不能被旋转驱动。当变换器滑架下放到钻轴(位置)后，一反向的旋转和上述马达的前推力用于将从储杆槽中取出的钻杆拧入位于钻孔中钻杆组件的后端上。储杆槽最好在钻架内低于地表处停住，但为了有利于手工添加钻杆，从底面上开始，并可从钻架倾斜伸出超过钻杆组件的范围。

钻架的下部由水平作用的夹紧液压缸楔入原始立井内，该液压缸用于在水平面与垂直面正确的夹持。

附图说明

结合附图，本发明的实施例详细说明如下。其中：

图1为依据本发明的钻孔装置的侧视图；

图2为依据本发明的钻孔装置沿钻轴的前视图；

图3为该装置放大的顶视图；

图4为一个表明应用本发明的装置钻孔作业过程的方框图，该过程分为4a至4g几个步骤；

图5为一个本发明的装置之操作方框图(分为5a、5b、5c几个步骤)，具体展示了用于检测轴的位置和任何相对于钻孔驱动装置钻杆组件可能的偏移；

图6为一个方框图，表明应用本发明之装置取回钻杆元件的操作过程，分为6a至6h几个步骤。

具体实施方式

在图1和2中，图1a和2a分别表示位于原始立井2内的钻孔装置之上部，该上部部分伸出地表5。

钻孔装置的元件设置在钻架11内，而钻架11由金属制成，其外表面最好用金属板包住，图中没有表示出。

钻架11可由手摇绞车放入原始立井2中，图中未表示出，为此可借助于导轮、导轨等等垂直导向，例如在原始立井之上设置辅架。

从图1a的下部可以看到，钻轴3水平延伸，钻孔1设置于左手侧壁2a(前壁)上。

钻架11底部开有凹槽，并设置在这些侧壁上。

依据本发明的装置之主要组成部分都设置在钻架11上或钻架11内：

钻孔驱动装置9沿钻轴3的方向向左给钻杆组件施加压力，或在钻杆组件6从钻孔3中抽出过程中，将组件6收回，

—钻杆装载/提取装置12，使通过在其后端一个接一个地补充或取出添加的钻杆7而构成位于钻孔3内的钻杆组件的长度成为可能，

—储杆槽19，容纳着将被连接到钻杆组件6上的钻杆7，

—斜槽24，即操作人员能够清洗落入斜槽中的钻杆，并使这些钻杆受到偏移检查和重新润滑以备后用。

图1和2中，沿钻轴方向不包括钻杆组件6，目的是使这两附图更容易理解，而不象图3那样。于是可看到由钻杆7(或元件)组成钻杆组件6，钻杆7一个接一个排列，相互间在后端被拧紧，各元件7的轴向长度为L1(图1a和3)，L1小于立井后壁2b与前壁2a之间的距离d，而且小于钻架11(或至少为钻架11沉入井内的部分)的长度L2，其中所说的立井内用于安装钻机，所说的L2为测向的前后架之间的垂直距离，参照图1中的11a、11b。

图1a中，钻杆之一7d，被拧在马达13的螺纹套筒34上，该马达13为装载/提取装置12上的一部分。

每个螺纹钻杆7的外边缘上都设置一环形槽18，作为检测装置。

从图1a可看到，装载提取装置12基本垂直移动，钻杆7d沿一基本垂直的运输通道10移动。钻孔驱动装置9可在液压活塞30的作用下沿导轨29在轴3的方向上滑动。

为给钻杆组件6施加压力，以使钻孔推进，钻孔驱动装置9夹住位于距后部最远位置上的钻杆7(也就是说，仍处于钻架11内)，而且整个钻孔驱动装置9由图1a所示的位置向左移动。这样，钻孔驱动装置9就在前壁2a与相对的后壁2b附近之间移动。

钻孔驱动装置9除沿钻轴3方向上的轴向运动外，还可使钻杆组件6分别作转动和线性运动。为此，与钻轴3同轴设置并能夹紧钻杆组件的转动夹爪33，可相对其外壳35转动。这种方法用于协同不对称设置在钻杆组件某一点上的公知斜面一起调节方向。

该钻孔驱动装置还包括另一夹爪32，称之为分离爪，设置于转动爪33的前面，该转动爪33可使被固定的钻杆组件相对钻孔驱动装置的外壳35转动。

相对于钻杆组件6在钻孔3中部附近还设置了夹爪21，这从图2中可更容易看到，该夹爪21也包括两个爪，直接横向作用在钻杆组件上。这些爪由液压千斤顶21’驱动，千斤顶21’的一端固定在一个相对于钻架11固定的位置上。

在钻架的下端，低于钻孔驱动装置9处，沿钻轴3的方向延伸的夹紧液压缸22a、22b固定设置在钻架上。液压缸22a和22b在其活塞杆的自由端有一压力板25。由于钻架11在此区域内没有外壳，所以这些夹紧液压缸22(即如果有必要的话，可由液压装置驱动)的活塞杆之出口将压力板25压在原始立井2的对面的井壁，从而使钻架11贴在立井2的侧壁。这样，整个钻架11就固定在原始立井2内，立井2对于相对钻轴3的起始钻孔1调直是很有必要的，其中钻轴3由钻孔驱动装置相对钻架11确定。

装载/提取装置12基本由自带螺纹套筒34的马达13构成，套筒34最好直接安装在马达的输出轴上。套筒34设置一个能够被拧到钻杆7的后螺纹的螺纹，以使钻杆7首尾相接地装配在一起。从图1a中可看到该螺纹最好为外螺纹，沿一锥面作用在钻杆7上，在这种情况下最好使用圆螺纹。因此，套筒34则有一反向的内螺纹，而且马达13由平行于轴3的转轴定向。于是，马达13可沿转轴3的方向和垂直于该方向(垂直于钻架)上移动。

为此，马达13被固定于马达架16上。马达架16可由外缘带环形槽的滚轮36在钻轴3的方向上沿彼此最好垂直分布的杆移动，该两杆作为马达架的导轨17。导轨17最好由滚轮39固定在滑架14上，并可在垂直方向沿以所设置的两杆的形式存在的滑架导轨15移动，导轨17在钻架11内侧壁2b附近隔一定间距设置在钻轴方向上。

马达13可通过装载/提取装置的提升滑架14在垂直方向上移动，从而能够在最低位置与钻轴3对直，或在最高位置(图2b)，与设置在钻架11上部区域的夹紧装置23对直。该夹紧装置由液压千斤顶23’产生运动，而该千斤顶23’最好为双动千斤顶。在该两端位置(二者最好位于地表5水平以下)之间，可以发现，在马达13的轨迹上，从已备好的“新”钻杆7a、7b、7c的储杆槽中取出钻杆的位置。该储杆槽基本由一个倾斜放置的型材壳20组成，壳20的倾角在垂直位置达到最大值，钻杆7从水面装入壳20中。

在壳20的下端，对于最下面的钻杆7a有一止点，并在钻杆7a的后侧有一直接朝向马达13的开口。

于是，储杆槽19最好在地面水平以上伸出，并相对钻架11向外或测向伸出，以使操作人员能够更容易地添加钻杆7。

当马达13与钻杆7a成一直线，钻杆7a处于从储杆槽取出(钻杆)的位置上时，马达13通过沿其旋转轴的纵向移动和螺纹套筒的同时转动被拧到钻杆7a上。由排列在后者(钻杆7a)上的钻杆之重量，或由也设置在储杆槽19内的块状物的重量来防止后者(钻杆7a)的转动。朝向马达13之驱动装置9的斜坡使钻杆7a连接到钻杆组件6上。

在储杆槽19下端之上，在如此被运送的钻杆之垂直轨迹上并低于夹紧装置23的位置上，设置斜槽24，并使其上端也低于夹紧装置23。由装载/提取装置12从上面在夹紧装置23内驱动钻杆7，钻杆7离开斜槽24，斜槽24沿其轨迹可绕一转轴向外侧倾斜。接着，斜槽24由于重力的作用复位，并倾向如图2b所示的位置。在该运行位置，钻杆7k首先被夹具23夹住，夹具23松开后，钻杆7k落入斜槽24中，并沿钻架11测向滚动，在钻架11内，操作人员可接到钻杆并检查、存放钻杆。

参照图4-6，对依据本发明的装置之操作说明如下。

首先从钻孔操作开始，并希望继续进行说起。这样，装载/提取装置12的滑架14向上移动(步骤4a)以从储杆槽中取出一个新钻杆。马达架16与马达14一起，位于水平距离钻孔最远的取回位置，即朝向图1a中原始立井的右手边2b。

滑架14于是沿导轨15向上移动，直到螺纹套筒34与位于从储杆槽19中取出的位置上之钻杆7c的螺纹成一直线。然后，螺纹套筒34沿其转轴向左移动，也就是说，顶着钻杆7c向前移动，而且套筒34由马达13驱动旋转，以将套筒34拧到钻杆上。这种拧进操作由一个同装载马达13结合的定时机构限制在一定时间(几秒钟)内。

为实现螺纹套筒34的螺纹与钻杆7c的螺纹之连接，必须沿轴向施加一个压力，为此，螺纹套筒34由马达13作用沿轴向水平移动，由于马达架16沿马达架17a、17b的导轨相对滑架14大致为水平移动。液压活塞37执行该操作。

在以一完全确定的转速实现螺纹的拧进过程中，由于该液压活塞37的伸出与缩回不能对应轴向的前进得到精确的控制，所以在液压活塞37与在活塞37作用下移动的马达架16之间设置弹簧38，最好是在各运动方向上都设有弹簧38a、38b从而使在钻轴3方向上的所需长度补偿得以确定。

此外，为补偿套筒34的转轴与位于储杆槽中的钻杆7c间对直方向的缺陷，最好使螺纹套筒34以固定的方式设置在马达13的输出轴上。但马达13不是以固定的方式支撑在马达架16而设置，它可通过橡胶支撑而移动，从而使其转轴能够相对马达架16实现横向移动和角度的变化。

上述的补偿功能不仅对储杆槽内钻杆的取出很有必要，而且对于相对钻杆组件6的适当位置的放置和取出也很必要。

而后，马达架沿钻轴3的方向相对滑架14再次被退回，从而使支承在螺纹套筒34上的钻杆7c从储杆槽19中被取出。钻杆(如图1a中处于运送位置上的钻杆7d所示)于是向下移动到钻轴3为止。

通过马达架16相对滑架14的移动(也就是说，向步骤4c中向图1a的左侧移动)，该钻杆的前端27与位于钻孔内的组件6之最后一个钻杆的后端相连接，如图3所示。由于马达13的同时转动，该新钻杆就被拧在钻杆组件的后部，从而使钻杆组件延长。

直到与马达13配合的力矩检测装置指示转矩足够时，旋紧操作才被停下来。在旋紧操作期间，钻杆组件6的最后一个钻杆被转动夹爪夹紧转动(步骤4c)，然后便处于一个被向左推动很长距离的位置上，最好在上述后部元件(步骤4c中的7b)的后端。马达13旋转停止后，转动爪33松开(步骤4d)，并且钻孔驱动装置9(见图1a与图3)沿两个导轨29向右退回，直到转动爪33位于被连接的最后的新钻杆的区域内，钻杆7可被转动爪33夹紧，目的是通过马达13的反转(步骤4e)，将刚连接到螺纹套筒34上的钻杆7拆下。

在爪33松开和钻孔驱动装置9退回过程中，钻杆组件6停留在其所在的位置上，直到固定在钻孔附近顶在钻架11上的爪21夹住钻杆组件6(步骤4A至4E)，钻杆组件6才相对钻孔1轴向移动和旋转。在螺纹套筒松开过程中，马达架16通过液压活塞37再一次相对于滑架14向后移动。

爪21松开后，整个装置9的前移使钻杆组件6由于新钻杆7的长度而前移成为可能，由于整个钻孔驱动装置沿导轨29由液压活塞30推进，其中液压活塞30最好设置在钻架11的两侧(大约2吨的力)。为调整方向，在钻杆组件6前移之前或在前移过程中，由转动夹爪33可使钻杆组件绕钻轴3轻微地转动(步骤4F)，在该装置9移动之前、中或后，整个钻杆装载提取装置12再次向上移动，从而找出储杆槽19中的下一个钻杆7(步骤4G)。通过该程序的重复，使钻杆组件6达到所需长度，因此使钻孔1以一种可控的方式向其终点推进。

由于钻杆组件6仅借助于动连接被钻孔驱动装置9操作其轴向移动与转动，所以就会使钻杆组件6以一种不希望有的方式相对爪33或21倾斜。

为检测并可能校正位置，在钻孔驱动装置9上，最好在其外壳35上设置(贴)有至少一个传感器28，最好是三个传感器(称之为第一、第三和第四检测装置)28a、28b、28c。

这些传感器28最好称为感应传感器，相对钻杆7的相对轴向位置的监视器位于钻孔驱动装置9的区域内，由于其中的一个传感器28a当螺纹钻杆7的环形槽(称为第二检测装置)18恰好在其前方时作出反应。如果钻杆组件6沿钻轴3的方相对钻孔驱动装置9倾斜，那么环形槽18就离开该传感器28a的区域，28a便会发出错误信号。

这些不同的可能性如图5所示，即所示的步骤5a～5c。“前方”和“后方”分别表示端部或元件的前方与后方。

在步骤5a中，由于元件7b的槽18已越过检测装置28a并已由检测装置28b记录下来，所以可看到钻杆组件6在钻孔内太靠前了。

在步骤5b中，由于检测装置28a位于元件7b之槽18的对面，所以可看到钻杆组件6处于正确位置。

最后，在步骤5c中，因为元件7b的槽相对检测装置28a落后并已由检测装置28c记录下来，所以可看到钻杆组件6相对钻孔驱动装置太向后了。

每次在步骤5a和5c中，为使钻杆组件回到步骤5b所示的正确位置，为将钻孔内的钻杆组件推进或拉回从而使检测装置28a正对元件7b的记录装置18(槽)，沿钻轴将钻杆驱动装置拉回或前移就足够了。

由于另外两个传感器28b、28c设置在钻轴3方向的两侧，而且彼此间离得很近，环形槽通过两个传感器28b、28c之一时，28b、28c发出错误信号。结果，使我们知道钻杆组件6相对钻孔驱动装置9的位移方向，并且最好在钻杆组件6以被以静止的方式固定于钻架11上的夹爪21固定在钻孔1内之后，使钻孔驱动装置9沿钻轴3方向再次移动，从而使传感器28a正对环形槽，即假定的规定位置。

从钻孔1内移出钻杆组件6的过程如图6中步骤6a～6h所述：

首先，在钻孔驱动装置9上设置一个刮泥板(没有示出)，刮泥板通常由一个或多个橡胶唇或一个橡胶衬管组成，用于大致清洗从钻孔1中取出的钻杆组件6。

在返回操作的开始，钻孔驱动装置9的夹爪33夹住钻杆组件6的最后边的钻杆(步骤6a中的元件7c)，即钻孔驱动装置9相对于钻孔1位于前方位置，即在图1a中原始立井的左手边。

钻孔驱动装置9从该位置向右移动(步骤6b)一个钻杆7的长度，通过设置于钻架11上的夹爪21固定钻杆组件6的倒数第二个钻杆或设置在其前面的另一钻杆，而将钻杆组件6固定于钻孔1内(步骤6c)。

接下来钻杆组件6的倒数第二个钻杆被分离爪32夹住(步骤6c)。螺纹套筒34于是被放在与钻轴成一直线的位置上，并被旋到钻杆组件6的后端(步骤6c)，由于螺纹套筒34向前转动，也就是说，一般沿顺时针方向转动，直到其被移动靠在组件后端使该套筒与最后一个钻杆6紧密地结合到一起时停止转动。这由转矩监视来鉴定。

接着，转动爪33受到绕钻轴3的转动(步骤6c)，向左大约(打开螺纹的方向)转半圈，从而使钻杆组件6的最后一个钻杆与倒数第二个钻杆部分螺纹松开。

然后，转动爪33脱离该最后的钻杆并向钻孔1移动，从而夹住钻杆组件6现在的最后那个钻杆，并从钻孔中再次被取出，直到能够从组件6上取下，如上所述。同时，或稍微滞后一点，通过反向的螺纹转动(左转)使该拧开操作继续下去并由螺纹套筒34与马达13同停留在那里的螺纹钻杆(最初为最后一个的钻杆)共同完成，同时，在钻杆变换装置向后移动过程中由远离组件的移动继续完成(步骤6d)。在此之前，或同时，通过滑架14的上升与马达架16相对滑架14选择性的同时移动使位于螺纹套筒34上的钻杆被送入位于钻架11上部区域的夹具23内(步骤6e)。为此，储杆槽19必须通过上升或下降才能从钻杆的垂直轨迹中退出。总之，在到达夹具23之前，这样被运送的钻杆容纳于转槽24内，以从其轨迹中移出。

在夹具23由其活塞23’锁合后，钻杆7k被夹具23夹住，这可从图中看到。该螺纹套筒34可由马达13的反转并同时由马达架16相对滑架14后移被松开(步骤6g)。

在夹具23打开的作用下，钻杆7k落入在重力作用下已停留在图2B的后部的斜槽中，为了实现操作人员连续处理，沿斜槽测向滚动远离钻架11。

同时，或其后，装载/提取装置12向下移动，目的是处理钻杆组件6的下一个钻杆(步骤6h)。

Claims (15)

1.一种从一起始区域开始，通过一钻杆组件(6)在地下钻出一沿水平钻进轴线的钻孔(1)的方法，所述钻杆组件(6)沿一钻轴(3)首尾相接设置，借此构成具有公共轴线的一连串钻杆元件的多个钻杆元件(7)，所述一连串钻孔杆件串适宜于沿一钻孔方向被推动前移而在地下形成一个钻孔，每一个所述钻杆元件具有一个预定长度并能通过一钻孔驱动装置(9)在地下推动前移，所述方法包括以下步骤：

产生所述起始区域作为沿地面一垂直轴线的原始立井(2)，而且所述起始区域在所述原始立井的整个深处具有一恒定的水平部分，所述区域不足以使一个人在所述原始立井的底部工作；和

选择所述钻杆组件(6)的钻杆元件(7)，使得选出的所述钻杆元件的长度小于从所述原始立井前壁上的开口到相对的后壁(d)之间的距离；

所述方法的特征在于，横向地夹紧所述钻杆元件串，并从位于原始立井(2)前壁的开口处沿所述水平钻进轴线推动并旋转所述钻杆元件串。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钻杆组件(6)的轴向移动是通过推动位于所述钻孔(1)的入口最后边位置所述钻杆元件实现的，所述钻杆元件则通过在所述钻杆元件后端部的外周界处夹紧的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述钻杆组件(6)轴向移动期间，所述钻杆组件(6)相对于所述钻孔驱动装置(9)的相对轴向位置的检测是由第一检测装置(28a)协同设置于每一个所述钻杆元件(7)上的记录装置(18)共同实现的。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述钻杆组件(6)轴向移动期间，所述钻杆组件(6)相对于所述钻孔驱动装置的任何可能滑移方向是由另外的检测装置(28b、28c)协同每一个所述钻杆元件(7)的所述记录装置(18)确定的，而且，可通过使所述第一检测装置(28a)设置成正对着所述记录装置(18)排列的方式移动所述钻孔驱动装置(9)而校正这种相对滑移。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为了在所述钻孔(1)内移动所述钻杆组件(6)，将所述驱动装置(9)的部分压靠在所述原始立井(2)的所述后壁上，并由所述钻孔驱动装置(9)对在所述钻孔(1)内的钻杆元件(7)施加一个前移推力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为在所述钻孔内通过将所述钻杆组件(6)推动向前进进行挖掘工作：

通过所述钻孔驱动装置(9)夹住并夹紧位于所述原始立井内所述钻杆组件的后方的钻杆元件(7)的外周界；

将所述钻杆元件沿所述钻杆组件的轴向向所述钻孔(1)推进至一个与所述钻杆元件(7)的长度对应的长度，和

为了防止所述钻杆组件退回，由另一外部夹紧装置(21)夹住已进入所述钻孔中的所述钻杆组件的同时，将所述钻杆组件的另一后方的钻杆元件(7)夹住，一个钻杆元件接一个钻杆元件地重复所述步骤，依此类推。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：准备加到所述钻杆组件上或在钻孔后准备从所述钻杆组件上拆下的所述钻杆元件(7)，在所述原始立井中的一水平位置上移动，所述水平位置平行于所述钻轴(3)，并沿所述钻轴(3)连接到所述原始立井(2)内的所述钻杆组件上或从其上拆下。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为了将位于所述钻孔最后边的所述钻孔元件(7)拆下，恰好连接它的所述钻孔元件(7)通过另一夹紧/松开装置(32)将其外侧夹住。

9.一种用于从一原始立井(2)开始在地下钻凿的水平钻孔(1)的钻孔装置，其包括：

一个适宜于下移的、至少部分地下移到所述原始立井中的钻架(11)，所述钻架具有一长度；

多个钻杆元件(7)，所述钻杆元件待设置沿一轴线首尾相接地排列以构成一具有公共轴线的一连串钻杆元件串，并适宜于在地下沿一钻进方向上向前推动，以形成一钻孔，每一个钻杆元件都有一特定长度(L₁)；

可在钻架内的前位和后位之间水平移动的钻孔驱动装置(9)，以便驱动所述钻杆元件(7)并在前移时形成所述钻杆元件串(6)，所述钻杆元件串在沿水平钻进轴线(3)方向是坚硬的，所述钻杆元件串具有一个后部元件和一个前部元件；

组成钻杆元件串的每个元件的所述特定长度(L₁)小于所述钻架的长度(L₂)；

其特征在于：所述钻孔装置还包括第一夹紧装置(21，23)，所述夹紧装置相对于每一个所述钻杆元件横向地放置，并固定到所述钻孔驱动装置(9)上，使得所述第一夹紧装置和所述钻孔驱动装置协同工作，以便沿水平钻进轴线推动和旋转所述钻杆元件串(6)，直至在地下形成钻孔(1)。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述夹紧装置(33)夹紧在后方的所述钻杆元件(7)的周界，以便沿钻进轴线(3)方向向前推动所述钻杆元件串(6)。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：其还包括一个检测装置，所述检测装置包括固定在所述钻架的第一检测装置(28a)，所述第一检测装置与放置在每一个所述钻杆元件(7)上的一系列第二检测装置(18)协同工作，以便在所述钻杆元件串(6)的轴向移动的过程中，确定所述钻杆元件串(6)相对于所述钻孔驱动装置(9)的相对轴向位置。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述检测装置还包括固定于所述钻架上的第三和第四检测装置(28b，28c)，所述第三和第四检测装置与所述一系列的第二检测装置(18)协同工作，以便在在所述钻杆元件串(6)的轴向移动的过程中，确定所述钻杆元件串相对于所述钻孔驱动装置(9)的任何可能的滑移方向。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述钻杆驱动装置(9)包括：

所述第一夹紧装置(21，33)；

用于通过沿钻轴方向的压缩力向前推动所述钻杆元件串的推动装置(29，30)，和

可在所述钻架内的一个高位和一个低位之间移动的装载/抽取转置(12，13，14)，以便当要钻进所述钻孔时，将附加钻杆元件输送到所述钻孔驱动装置以加长所述钻杆元件串，及在钻进钻孔后，从所述钻杆元件串上拆卸所述钻杆元件。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：在所述高位上，所述装载/抽取转置(12，13，14)容纳来自储杆槽(19)的所述钻杆元件之一，在所述储杆槽中所述钻杆元件是水平排列的。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：其还包括：第二夹紧装置(32)，所述第二夹紧装置用以夹紧邻接后方的所述钻杆元件(7)的所述钻杆元件；和松开装置用以将邻接后方的所述钻杆元件的所述钻杆元件松开，以便容许彼此之间断开连接关系。

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