CN113638704A - 一种顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，根据本发明实施例的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置包括固定座、止转件、夹紧件和锁紧件；止转件设在固定座上，止转件上具有止转孔；夹紧件的至少一部分设在止转孔内，夹紧件上具有第一锥形孔，第一锥形孔的孔径自上而下逐渐减小，夹紧件的外周面与止转孔的孔壁止转配合；锁紧件的至少一部分设置在第一锥形孔内，锁紧件的外周面与第一锥形孔的孔壁贴合，锁紧件上具有第二锥形孔，第二锥形孔的孔径自上而下逐渐减小，第二锥形孔的孔壁与钻杆的外周面贴合以锁紧钻杆。本发明实施例的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置利用钻杆（钻铤）自重力，形成自动抱紧原动力，具有结构简单和方便拆装钻杆等优点。

Description

一种顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置

技术领域

本发明涉及锁紧装置技术领域，具体涉及一种顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置。

背景技术

地热是集热、矿、水为一体的矿产资源，和燃煤、石油等能源相比，地热不仅清洁，而且能反复利用，属于可再生资源。地热资源功能多，用途广，不仅在供暖、制冷和洗浴等领域有着广泛的应用；而且还是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源，同时还是宝贵的医疗热矿水和饮用矿泉水资源以及生活供水水源。

随着地热资源的广泛应用，地热井钻井技术迅速发展。在利用顶驱式地热钻机的钻杆打地热井时，需要使用钻杆锁紧装置锁紧钻杆，从而方便拆卸和连接钻杆。相关技术中，顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置存在结构复杂、操作不便和造价成本高的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置。

根据本发明实施例的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置包括：

固定座，所述固定座上设有供钻杆穿过的第一避让部；

止转件，所述止转件设在所述固定座上，所述止转件上具有沿上下方向贯通所述止转件的止转孔，所述止转孔在上下方向上与所述第一避让部相对应；

夹紧件，所述夹紧件的至少一部分设在所述止转孔内，所述夹紧件上具有沿上下方向贯通所述夹紧件的第一锥形孔，所述第一锥形孔的孔径自上而下逐渐减小，所述夹紧件的外周面与所述止转孔的孔壁止转配合；和

锁紧件，所述锁紧件的至少一部分设置在所述第一锥形孔内，所述锁紧件的所述至少一部分的外周面与所述第一锥形孔的孔壁适配贴合，所述锁紧件上具有沿上下方向贯通所述锁紧件的第二锥形孔，所述第二锥形孔的孔径自上而下逐渐减小，所述第二锥形孔的孔壁用于与钻杆的外周面适配贴合以便锁紧所述钻杆；

其中所述锁紧件由多个锁紧块对合形成，多个所述锁紧块沿所述止转件的周向布置。

根据本发明实施例的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置操作简单，利用钻杆（钻铤）自重力，形成自动抱紧原动力，原理合乎机械设计基本原理，锁紧效果良好，方便拆装钻杆。

在一些实施例中，所述止转孔在水平面上的投影为多边形。

在一些实施例中，所述夹紧件由多个夹紧块对合形成，多个所述夹紧块沿所述止转件的周向布置。

在一些实施例中，所述夹紧块设有两个，两个所述夹紧块中的每一者呈半圆筒形。

在一些实施例中，所述锁紧块设有两个，两个所述锁紧块中的每一者呈半圆筒形。

在一些实施例中，进一包括底座，所述底座设置在所述固定座上，所述止转件设置在所述底座上，所述底座上设有供所述钻杆穿过的第二避让部，所述第二避让部在上下方向上与所述第一避让部相对应。

在一些实施例中，进一步包括多个加强块，多个所述加强块中的每一者设置在所述固定座上，多个所述加强块沿所述底座的周向间隔开地布置，多个所述加强块中的每一者具有第一限位部，所述底座上具有多个第二限位部，多个所述第一限位部与多个所述第二限位部一一对应，多个所述第一限位面中的每一者与对应的所述第二限位部配合。

在一些实施例中，所述底座为板状结构，所述第二避让部为避让孔。

在一些实施例中，所述固定座为框架式结构。

在一些实施例中，进一步包括滚轮，所述滚轮设置在所述固定座的底部。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置的结构示意图。

图2是图1中A处的放大图。

图3是图1的俯视图。

附图标记：

钻杆锁紧装置100；

固定座1；滚轮101；

止转件2；止转孔201；

夹紧件3；第一锥形孔301；外周面302；

锁紧件4；第二锥形孔401；外周面402；第一锁紧块403；第二锁紧块404；

底座5；第二避让部501；第二限位部502；

加强块6；第一限位部601；

螺栓7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本领域的技术人员可知，在钻地热井时，地热井的深度较深，需要将多节钻杆依次连接起来。在连接和拆卸钻杆的时候，需要将一根钻杆锁紧，然后将另一根钻杆相对被锁紧的这根钻杆旋转，从而实现两根钻杆的连接和拆卸。钻杆的直径是渐变的，钻杆的上端直径大，下端直径相对较小，即钻杆的周面为锥形面。

下面参考图1至图3，详细描述根据本发明实施例的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置（以下简称钻杆锁紧装置）100。

根据本发明实施例的钻杆锁紧装置100包括固定座1、止转件2、夹紧件3和锁紧件4。

固定座1上设有供钻杆穿过的第一避让部。止转件2设在固定座1上，止转件2上具有沿上下方向贯通止转件2的止转孔201，止转孔201在上下方向上与第一避让部相对应。

第一避让部可以为避让槽、避让孔或避让豁口。

夹紧件3的至少一部分设在止转孔201内，夹紧件3上具有沿上下方向贯通夹紧件3的第一锥形孔301，第一锥形孔301的孔径自上而下逐渐减小，夹紧件3的外周面302与止转孔201的孔壁止转配合。

夹紧件3的至少一部分设在止转孔201内可以理解为：夹紧件3在上下方向的尺寸大于止转孔201在上下方向的尺寸，此时夹紧件3一部分位于止转孔201内，夹紧件3的另一部分位于止转孔201外；或者，夹紧件3在上下方向的尺寸等于止转孔201在上下方向的尺寸，此时夹紧件3全部位于止转孔201内；或者，夹紧件3在上下方向的尺寸小于止转孔201在上下方向的尺寸，此时夹紧件3全部位于止转孔201内。

锁紧件4的至少一部分设置在第一锥形孔301内，锁紧件4的至少一部分的外周面402与第一锥形孔301的孔壁适配贴合，锁紧件4上具有沿上下方向贯通锁紧件4的第二锥形孔401，第二锥形孔401的孔径自上而下逐渐减小，第二锥形孔401的孔壁用于与钻杆的外周面适配贴合以便锁紧钻杆。其中，锁紧件4由多个锁紧块对合形成，多个锁紧块沿锁紧件4的周向布置。

本领域技术人员可以理解的是，锁紧件4的至少一部分设置在第一锥形孔301内包括多种情况，例如，当锁紧件4的最大外径小于等于第一锥形孔301的最大内径，锁紧件4的最小外径大于等于第一锥形孔301的最大内径时，锁紧件4全部位于第一锥形孔301内；当锁紧件4的最大外径大于第一锥形孔301的最大内径时，则锁紧件4的一部分位于第一锥形孔301外（上侧）；当锁紧件4的最小外径小于第一锥形孔301的最小内径时，则锁紧件4的一部分位于第一锥形孔301外（下侧）。

为了使本申请的技术方案更加容易被理解，以止转孔201的中心线的延伸方向与上下方向一致，进一步描述本申请的技术方案。上下方向如图1和图3所示。

例如，如图1和图3所示，止转件2设置在固定座1的上侧，夹紧件3的包括上部分和下部分，夹紧件3的上部分设置在夹紧件3的下部分的上侧，夹紧件3的下部分设在止转孔201内，夹紧件3的上部分位于止转孔201的上侧。锁紧件4包括上部分和下部分，锁紧件4的上部分设置在锁紧件4的下部分的上侧，锁紧件4的下部分设在第一锥形孔301内，锁紧件4的上部分位于第一锥形孔301的上侧。

利用本发明实施例的钻杆锁紧装置100辅助拆装钻杆时，先将多个锁紧块从第一锥形孔301内取出，然后将钻杆穿过固定座1的第一避让部、止转孔201和第一锥形孔301，之后将多个锁紧块放置在第一锥形孔301内并对合形成锁紧块4。

利用钻杆（钻铤）的重力作用使得钻杆的外周面与第二锥形孔401的孔壁适配贴合，同时利用钻杆（钻铤）的重力作用和锁紧件4的重力作用使得锁紧件4的外周面402与第一锥形孔301的孔壁适配贴合，而将钻杆夹紧在多个锁紧块之间。并且，利用钻杆的重力作用，使得钻杆的外周面与第二锥形孔401的孔壁之间的摩擦力较大，从而在旋拧其他钻杆时被夹紧的钻杆不会相对锁紧件4转动；利用钻杆的重力作用和锁紧件4的重力作用使得锁紧件4的外周面402与第一锥形孔301的孔壁之间的摩擦力较大，从而在旋拧其他钻杆锁紧件4不会相对夹紧件3转动；利用夹紧件3的外周面302与止转孔201配合，使得在旋拧其他钻杆时夹紧件3不会相对固定座1转动，进而在旋拧其他钻杆时，被夹紧的钻杆不会随着其他钻杆转动，从而方便进行其他钻杆的拆装。

具体地，利用本发明实施例的钻杆锁紧装置100辅助拆卸钻杆时，利用钻杆锁紧装置100夹紧位于待拆卸钻杆下方的钻杆，从而在旋拧待拆卸钻杆时，位于待拆卸钻杆下方的钻杆（被夹紧的钻杆）不会随之转动，进而方便将待拆卸钻杆拆下。利用本发明实施例的钻杆锁紧装置100辅助连接钻杆时，利用钻杆锁紧装置100夹紧待连接钻杆下方的钻杆，从而在旋拧待连接钻杆时，位于待连接钻杆下方的钻杆（被夹紧的钻杆）不会随之转动，进而方便将待连接卸钻杆与下方的钻杆相连。

此外，钻杆锁紧装置100不需要设置额外的驱动机构，整体结构简单。

因此，根据本发明实施例的钻杆锁紧装置100具有结构简单和方便拆装钻杆等优点。

可选地，止转孔201、第一锥形孔301和第二锥形孔401的同轴设置。

在一些实施例中，如图2和图3所示，锁紧块设有两个，两个锁紧块中的每一者为半圆筒形。

例如，两个锁紧块分别为第一锁紧块403和第二锁紧块404，第一锁紧块403设置在第二锁紧块404的左侧。第一锁紧块403和第二锁紧块404沿左右方向对合形成锁紧件4。

当然，在另一些实施例中，锁紧块的数量可以为3个、4个、5个或其他数量。

为了更好地利用钻杆锁紧装置100实现钻杆的锁紧，锁紧件4采用密度较大的材料制成，例如锁紧件4采用钢材料制成，重量较重。由此，将锁紧件4分成多个锁紧块，使得各锁紧块的质量不至过大，从而方便操作人员移动锁紧件4，有利于进一步方便拆装钻杆。

在一些实施例中，如图1至图3所示，夹紧件3为一体式结构。

由此，钻杆锁紧装置100的零部件数量少，使得钻杆锁紧装置100的整体结构更简单，操作更方便。

当然，在另一些实施例中，夹紧件可以由多个夹紧块对合形成，多个夹紧块沿夹紧件的周向布置。

利用本发明实施例的钻杆锁紧装置100辅助拆装钻杆时，先将多个锁紧块从第一锥形孔内取出，并将多个夹紧块从止转孔201内取出；然后将钻杆穿过固定座1的第一避让部和止转件2的止转孔201；之后依次将多个夹紧块放置在止转孔201内并对合形成夹紧件，多个锁紧块放置在第一锥形孔301内并对合形成锁紧块4。

由此，在夹紧钻杆的过程中，钻杆只需要从孔径较大的第一避让部和止转孔201内穿过，从而方便钻杆从钻杆锁紧装置100上穿过，有利于进一步方便拆装钻杆。

可选地，夹紧块设有两个，两个夹紧块中的每一者呈半圆筒形。

当然，在另一些实施例中，夹紧块的数量可以为3个、4个、5个或其他数量。

为了保证夹紧件的结构强度，夹紧件采用密度较大的材料制成，例如夹紧件采用钢材料制成，重量较重。由此，将夹紧件分成多个夹紧块，使得各夹紧块的质量不至过大，从而方便操作人员移动夹紧件，有利于进一步方便拆装钻杆。在一些实施例中，止转孔201在水平面上的投影为多边形。换言之，止转孔201的横截面为多边形。

例如，止转孔201在水平面上的投影为四边形、五边形或六边形。

由此，在旋拧其他钻杆（待拆卸钻杆或待连接钻杆）时，利用该止转孔201可以更有效地防止夹紧件3随被夹紧的钻杆转动。

在一些实施例中，进一包括底座5，底座5设置在固定座1上，止转件2设置在底座5上，底座5上设有供钻杆穿过的第二避让部501，第二避让部501在上下方向上与第一避让部相对应。

第二避让部501可以为避让槽、避让孔或避让豁口。

例如，如图1至图3所示，在止转件2和固定座1之间设有底座5，止转件2固定在底座5上，底座5固定在固定座1上。第二避让部501与第一避让部在上下方向上相对应，以便钻杆穿过。底座5的面积大于止转件2的面积，底座5用于分散止转件2承受的力，有利于提高钻杆锁紧装置100工作时的稳定性。

可选地，底座5通过螺栓7固定在固定座1上。

可选地，止转件2焊接在底座5上。

可选地，固定座1上设有第一矩形钢，固定座1的一部分夹持在第一矩形钢和底座5之间，螺栓7一次穿过固定座1底座5第一矩形钢并与螺母相连。例如，第一矩形钢焊接固定在固定座1的下表面上。

由此，利用第一矩形钢可以增加固定座1和底座5连接处的结构强度，从而有利于提高钻杆锁紧装置100工作时的稳定性和延长钻杆锁紧装置100的使用寿命。

可选地，第二避让部501处设有第二矩形钢，固定座1的一部分夹持在第二矩形钢和底座5之间。例如，第二矩形钢焊接固定在固定座1的下表面上。由此，利用第二矩形钢可以增加第二避让部501处的结构强度，从而有利于提高钻杆锁紧装置100工作时的稳定性和延长钻杆锁紧装置100的使用寿命。

在一些实施例中，底座5为板状结构，第二避让部501为避让孔。

可选地，避让孔为圆形孔，止转件2的外周面为圆柱面。

例如，如图3所示，底座5为矩形板。由此，底座5的整体结构简单，便于设计和加工。

在一些实施例中，钻杆锁紧装置100进一步包括多个加强块6，多个加强块6中的每一者设置在固定座1上，多个加强块6沿底座5的周向间隔开地布置。多个加强块6中的每一者具有第一限位部601，底座5上具有多个第二限位部502，多个第一限位部601与多个第二限位部502一一对应，多个第一限位部601中的每一者与对应的第二限位部502配合。

例如，如图3所示，底座5为矩形板，底座5的长边沿前后方向延伸，底座5的短边沿左右方向延伸。加强块6设有四个，其中两个加强块6（左侧加强块）设置在另外两个加强块6（右侧加强块）的左侧。左侧加强块设置在底座5的左侧，右侧加强块设置在底座5的右侧，且四个加强块6分别设置在底座5的四个拐角处。底座5的每个长边的邻近拐角的位置构成第二限位部502，左侧限位块的右侧面构成第一限位部601，右侧限位块的左侧面构成第二限位部502。

由此，利用设置在底座5处的加强块6可以有效增加固定座1和底座5连接处的结构强度，从而有利于提高钻杆锁紧装置100工作时的稳定性和延长钻杆锁紧装置100的使用寿命。

可选的，加强块6为板状结构。

在一些实施例中，如图1和图3所示，固定座1为框架式结构。由此，在使用较少的材料的情况下，可以使固定座1具有较高的结构强度，有利于节省材料成本。

可选的，固定座1采用钢材制成。

在一些实施例中，进一步包括滚轮101，滚轮101设置在固定座1的底部。

例如，如图1所示，固定座1的底部设有四条支腿，四条支腿中的每一者的下端均设有滚轮101。

由此，利用滚轮101的滚动，可以实现钻杆锁紧装置100的移动，从而方便移动钻杆锁紧装置100。

可选的，滚轮101上设有刹车装置，当固定座1到钻井位置后，开启刹车装置，避免固定座1移动，而影响作业人员安装或拆卸钻杆。

综上所述，本发明实施例的钻杆锁紧装置100具有可以快速拆卸钻杆、结构简单和造价低等优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，包括：

固定座，所述固定座上设有供钻杆穿过的第一避让部；

止转件，所述止转件设在所述固定座上，所述止转件上具有沿上下方向贯通所述止转件的止转孔，所述止转孔在上下方向上与所述第一避让部相对应；

夹紧件，所述夹紧件的至少一部分设在所述止转孔内，所述夹紧件上具有沿上下方向贯通所述夹紧件的第一锥形孔，所述第一锥形孔的孔径自上而下逐渐减小，所述夹紧件的外周面与所述止转孔的孔壁止转配合；和

锁紧件，所述锁紧件的至少一部分设置在所述第一锥形孔内，所述锁紧件的所述至少一部分的外周面与所述第一锥形孔的孔壁适配贴合，所述锁紧件上具有沿上下方向贯通所述锁紧件的第二锥形孔，所述第二锥形孔的孔径自上而下逐渐减小，所述第二锥形孔的孔壁用于与钻杆的外周面适配贴合以便锁紧所述钻杆；

其中所述锁紧件由多个锁紧块对合形成，多个所述锁紧块沿所述止转件的周向布置。

2.根据权利要求1所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，所述止转孔在水平面上的投影为多边形。

3.根据权利要求1所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，所述夹紧件由多个夹紧块对合形成，多个所述夹紧块沿所述止转件的周向布置。

4.根据权利要求3所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，所述夹紧块设有两个，两个所述夹紧块中的每一者呈半圆筒形。

5.根据权利要求1所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，所述锁紧块设有两个，两个所述锁紧块中的每一者呈半圆筒形。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，进一包括底座，所述底座设置在所述固定座上，所述止转件设置在所述底座上，所述底座上设有供所述钻杆穿过的第二避让部，所述第二避让部在上下方向上与所述第一避让部相对应。

7.根据权利要求6所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，进一步包括多个加强块，多个所述加强块中的每一者设置在所述固定座上，多个所述加强块沿所述底座的周向间隔开地布置，多个所述加强块中的每一者具有第一限位部，所述底座上具有多个第二限位部，多个所述第一限位部与多个所述第二限位部一一对应，多个所述第一限位面中的每一者与对应的所述第二限位部配合。

8.根据权利要求6所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，所述底座为板状结构，所述第二避让部为避让孔。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，所述固定座为框架式结构。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的顶驱式地热钻机的钻杆锁紧装置，其特征在于，进一步包括滚轮，所述滚轮设置在所述固定座的底部。

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