CN116411799A - 一种土层环保钻进的配套设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油钻井装置技术领域，具体提供了一种土层环保钻进的配套设备，包括钻头、提升机构、钻柱、提升钢丝绳和卷扬机，钻柱的下部连接钻头，提升机构套接在钻柱的外面且提升机构的下部套接在钻头上部的外面，提升机构的上部通过提升钢丝绳连接卷扬机，解决了现有技术中无钻井液钻井时，钻井装备高成本、低效率、钻井深度浅、井眼不规则的问题，本发明实现了干式旋挖钻井作业，钻井装备成本低、效率高、钻井深度深且井眼规则。

Description

一种土层环保钻进的配套设备

技术领域

本发明属于石油钻井装置技术领域，具体涉及一种土层环保钻进的配套设备。

背景技术

在石油钻井表层施工中，因土层疏松及地层裂隙的存在，经常发生钻井液漏失，造成地下水污染。钻井液泄漏到地面，造成环境污染事件。

解决因钻井液漏失造成的环境污染，最根本的方法就是在表层施工中不使用钻井液，即所谓的干钻法。目前石油行业中使用的无钻井液钻井是空气钻。应用于表层土层作业存在设备价格昂贵、作业成本高，作业效率低、遇含水或胶泥地层无法作业等问题。其它行业干法打孔设备如用打桩机，价格昂贵且井深有限；打水井机，井深有限、效率较低。

公开号为CN111980593A，公开日为2020年11月24日的中国专利文献公开了一种石油开采用钻井装置，包括底座，所述底座的两侧对称设有支撑板，两个所述支撑板之间滑动连接有顶板，所述顶板的底部安装有电机，所述电机的输出端通过第一转轴连接有钻杆，所述钻杆的底部连接有空心的钻头；所述钻杆外套设有套筒，所述套筒与所述支撑板滑动连接；所述套筒的底部与所述钻头的顶部转动连接，所述钻头一侧设有钻头开口，所述钻头开口与所述套筒连通；所述套筒内还转动设有两个螺旋输送绞龙，两个所述螺旋输送绞龙通过齿轮系与所述第一转轴连接；所述套筒的后侧设有出渣口；所述钻井装置还包括用于对站头进行降温的钻头冷却构件。该文献是解决现有的钻井设备存在不能对钻头进行防护处理、操作相对比较复杂、耗能较大的问题；没有解决无钻井液钻井时，钻井装备高成本、低效率、钻井深度浅、井眼不规则的问题。

发明内容

本发明提供的一种土层环保钻进的配套设备目的是克服现有技术中无钻井液钻井时，钻井装备高成本、低效率、钻井深度浅、井眼不规则的问题。

为此，本发明提供了一种土层环保钻进的配套设备，包括钻头、提升机构、钻柱、提升钢丝绳和卷扬机，钻柱的下部连接钻头的上部，提升机构套接在钻柱的外面且提升机构的下部套接在钻头上部的外面，提升机构的上部通过提升钢丝绳连接卷扬机。

优选的，所述钻头包括钻头连接段和切刃件，钻头连接段外套接提升机构，钻头连接段下端下连接切刃件，钻头连接段上部通过螺纹连接钻柱的下部，钻头连接段的中部外侧设置连接有扭矩传递件，钻头连接段和提升机构通过扭矩传递件啮合连接。

优选的，所述钻头连接段和切刃件之间设置连接有加固环。

优选的，所述提升机构包括中间管、螺旋绞龙、扩孔刃和防转机构，中间管内自上向下依次套接钻柱和钻头连接段，中间管的上端连接防转机构，中间管外侧自上向下依次套接扩孔刃和螺旋绞龙。

优选的，所述中间管内设置连接有扭矩传递结构，扭矩传递件啮合连接扭矩传递结构。

优选的，所述扩孔刃包括扩孔刃套和扩孔刃刃面，扩孔刃套套接在中间管的外面；扩孔刃刃面的数量为多个，多个扩孔刃刃面周向等间距连接在扩孔刃套上面的外侧。

优选的，所述扩孔刃刃面的下面和扩孔刃套的外侧之间设置连接有扩孔刃加强板。

优选的，所述扩孔刃的外径大于钻头的外径。

优选的，所述防转机构包括环座、防转杆、提升座和提升杆，防转杆和提升杆的数量相同且均为多根，多根防转杆的上端周向等间距连接提升座的外侧，多根防转杆中的每根防转杆的下端通过一根防转杆连接环座的外侧，多根防转杆周向等间距分布连接在接环座的外侧，提升座和环座均内套钻柱，提升座通过提升钢丝绳连接卷扬机。

优选的，所述提升杆和防转杆之间通过销连接，防转杆和环座之间通过销连接。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的这种土层环保钻进的配套设备，利用现有的钻机及工艺，驱动钻柱旋转，钻柱驱动钻头旋转进行旋挖作业；钻头带动提升机构同步旋转，提升机构的扩孔刃同步旋挖进行扩孔，旋挖的土屑被收集在提升机构的螺旋绞龙上，当土屑积满后，启动卷扬机，卷扬机通过提升钢丝绳上提提升机构将积满后的土屑带出井眼，并清理螺旋绞龙存贮的土屑，清理完土屑的提升机构沿钻柱快速下放到底开始下一轮的旋挖作业。充分利用井队现有设备，在对原钻井工艺不进行较大改动的情况下，实现了干式旋挖钻井作业，钻井装备成本低、效率高。

2、本发明提供的这种土层环保钻进的配套设备，通过提升机构的扩孔刃进行了扩孔作业工艺，减少了提升机构的上提阻力，降低能源消耗，提高工作效率。

3、本发明提供的这种土层环保钻进的配套设备，钻柱通过多根钻挺串联形成，可根深度进行拼接组合，提升钢丝绳根据深度进行调节，满足各种钻井深度的作业。

4、本发明提供的这种土层环保钻进的配套设备，本发明的防转杆在重力作用下向外张开贴于井壁，在井壁的摩擦阻力作用下，防转机构不能随中间管旋转，以保证与其相连的提升钢丝绳不在钻柱上缠绕。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是土层环保钻进的配套设备结构示意图；

图2是钻头和提升机构的整体装配图；

图3为螺旋绞龙和中间管整体结构示意图；

图4为钻头结构示意图；

图5为防转机构结构示意图；

图6为扩孔刃结构示意图。

附图标记说明：1、钻头；2、加固环；3、提升机构；4、扩孔刃； 5、中间管；6、防转机构；7、螺旋绞龙；8、切刃件；9、钻头连接段；10、扭矩传递件；11、扩孔刃套；12、扩孔刃加强板；13、扩孔刃刃面；14、扭矩传递结构；15、防转机构轴向限位件；16、中间管头；17、销；18、环座；19、防转杆；20、提升座；21、提升杆；22、钻柱；23、卷扬机；24、提升钢丝绳。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种土层环保钻进的配套设备，包括钻头1、提升机构3、钻柱22、提升钢丝绳24和卷扬机23，钻柱22的下部连接钻头1的上部，提升机构3套接在钻柱22的外面且提升机构3的下部套接在钻头1上部的外面，提升机构3的上部通过提升钢丝绳24 连接卷扬机23。

实际操作时，本发明利用现有的钻机及工艺，驱动钻柱22旋转，钻柱22驱动钻头1旋转进行旋挖作业；钻头1带动提升机构3同步旋转，提升机构3旋挖扩孔并收集旋挖的土屑，当土屑积满后，启动卷扬机23，卷扬机23通过提升钢丝绳24上提提升机构3将积满后的土屑带出井眼，清理完提升机构3上存贮的土屑后，将干净的提升机构3沿钻柱22快速下放到底开始下一轮的旋挖作业。充分利用井队现有设备，在对原钻井工艺不进行较大改动的情况下，实现了干式旋挖钻井作业，钻井装备成本低、效率高。

所述钻柱22通过多根钻挺串联形成，可根深度进行拼接组合，提升钢丝绳24根据深度进行调节，满足各种钻井深度的作业。

所述的卷扬机23为市场购置的普通卷扬机，安装不限于在地面。提升钢丝绳24穿过安装在井架上并位于井口正上方的滑轮将提升机构3与卷扬机23连接；所述的井架、滑轮为井队原有设备；实际作业中所需的其它配套工具及其操作工艺流程为井队原有，本发明不做详细说明。

实施例2:

在实施例1的基础上，如图2和图4所示，所述钻头1包括钻头连接段9和切刃件8，钻头连接段9外套接提升机构3，钻头连接段 9下端下连接切刃件8，钻头连接段9上部通过螺纹连接钻柱22的下部，钻头连接段9的中部外侧设置连接有扭矩传递件10，钻头连接段9和提升机构3通过扭矩传递件10啮合连接。

实际操作中，螺纹连接为可拆卸连接，结构简单稳定，操作方便；扭矩传递件10方便钻头连接段9和提升机构3啮合连接，啮合连接的传递效率高、工作寿命长、传动平稳、可靠性高、能保证瞬时传动比恒定。扭矩传递件10的结构可以为多种结构形式，属于公知技术，使用时根据实际情况进行设定，在此不对其具体结构做详细介绍。

优选的，所述钻头连接段9和切刃件8之间设置连接有加固环2。采用保证加固环2提高钻头1使用时整体结构的稳定性。

优选的，所述切刃件8为单头或多头螺旋钻头，螺旋钻头的下端部为齿形刃；根据井眼的钻进选择具体头数的螺旋钻头，满足多种形式的钻进，适应性好，齿形刃钻进效率高。

优选的，所述扭矩传递件10具有导向功能，可为多种结构形式，在此不对其具体结构做详细介绍；导向功能方便提升机构3连接钻头1。提升机构3可在钻柱22上滑动：提升时与钻头1分离，下放到底后通过扭矩传递结构10与钻头1对正。

实施例3:

在实施例2的基础上，如图3所示，所述提升机构3包括中间管 5、螺旋绞龙7、扩孔刃4和防转机构6，中间管5内自上向下依次套接钻柱22和钻头连接段9，中间管5的上端连接防转机构6，中间管 5外侧自上向下依次套接扩孔刃4和螺旋绞龙7。

通过提升机构3的扩孔刃4进行了扩孔作业工艺，减少了提升机构3的上提阻力，降低能源消耗，提高工作效率。

实际使用时，利用现有的钻机及工艺，驱动钻柱22旋转，钻柱 22驱动钻头1旋转进行旋挖作业；钻头1带动提升机构3同步旋转，提升机构3的扩孔刃4同步旋挖进行扩孔，旋挖的土屑被收集在提升机构3的螺旋绞龙7上，当土屑积满后，启动卷扬机23，卷扬机23 通过提升钢丝绳24上提提升机构3将积满后的土屑带出井眼，并清理螺旋绞龙7存贮的土屑，清理完土屑的提升机构3沿钻柱22快速下放到底开始下一轮的旋挖作业。充分利用井队现有设备，在对原钻井工艺不进行较大改动的情况下，实现了干式旋挖钻井作业，钻井装备成本低、效率高。

优选的，所述螺旋绞龙7为具有升角的单头或多头螺旋带，其螺旋带的头数与钻头1的螺旋钻头的头数相同。满足钻井要求的同时提高结构的稳定性。

优选的，所述中间管5内设置连接有扭矩传递结构14，扭矩传递件10啮合连接扭矩传递结构14。该结构可以为多种结构形式，使用时根据实际情况进行设定，可以为在此不对其具体结构做详细介绍。扭矩传递结构14传递效率高、工作寿命长、传动平稳、可靠性高、能保证瞬时传动比恒定。

优选的，如图6所示，所述扩孔刃4包括扩孔刃套11和扩孔刃刃面13，扩孔刃套11套接在中间管5的外面；扩孔刃刃面13的数量为多个，多个扩孔刃刃面13周向等间距连接在扩孔刃套11上面的外侧。

结构简单稳定，使用时根据需要选择扩孔刃刃面13的数量，安装拆卸维修方便。

优选的，所述扩孔刃刃面13的下面和扩孔刃套11的外侧之间设置连接有扩孔刃加强板12。

扩孔刃加强板12提高扩孔刃4使用时结构的稳定性，减少扩孔刃套11和扩孔刃刃面13的变形和破裂。

优选的，所述扩孔刃4的外径大于钻头1的外径。

实际使用时，为减少提升机构上提阻力，采取了扩孔作业工艺。由于扩孔刃4的外径大于螺旋钻头1的外径且轴向长度较小，作业时可采用先将钻柱提离井底一个提升机构3轴向长度的距离，钻机提升力远大于卷扬机的提升力，这时井眼直径大于钻头1和螺旋绞龙7的外径，提升阻力大为减少。

优选的，如图5所示，所述防转机构6包括环座18、防转杆19、提升座20和提升杆21，防转杆19和提升杆21的数量相同且均为多根，多根防转杆19的上端周向等间距连接提升座20的外侧，多根防转杆19中的每根防转杆19的下端通过一根防转杆19连接环座18的外侧，多根防转杆19周向等间距分布连接在接环座18的外侧，提升座20和环座18均内套钻柱22，提升座20通过提升钢丝绳24连接卷扬机23。

实际使用时，为避免提升钢丝绳24随提升机构3旋转而缠绕于钻柱22上，使用了防转机构6。当提升机构3通过扭矩传递结构10 与钻头1相啮合后，防转杆19在重力作用下向外张开贴于井壁，在井壁的摩擦阻力作用下，防转机构6不能随中间管5旋转，以保证与其相连的提升钢丝绳24不在钻柱22上缠绕。

优选的，所述提升杆21和防转杆19之间通过销17连接，防转杆19和环座18之间通过销17连接。便于提升杆21上下活动，贴紧或离开井壁。

优选的，所述中间管5的里面设置连接有防转机构轴向限位件 15；避免提升机构3旋转时轴向移动，影响钻井。

优选的，所述中间管5的上端设置连接有中间管头16，中间管5 的上端通过中间管头16连接提升座20；中间管头16的形状为自上向下外径逐渐减小的阶梯状，提升座20的中心轴孔孔的形状为自上向下外径逐渐增大的阶梯状；结构简单，方便连接的同时，满足防转机构6可以以中间管5为轴自由旋转的功能，同时限定了防转机构6 轴向移动的距离。

优选的，所述中间管5的上部设置有销17，销17限定了防转机构6轴向移动的距离。

优选的，所述环座18的形状为管状，环座18的中心轴通孔形状为台阶孔，管状外侧周向等间距设置连接有多个吊耳，吊耳连接防转杆19。台阶孔便于连接中间管5，吊耳便于连接防转杆19，结构简单。

优选的，所述防转杆19的形状为杆状，杆状上开设有销孔，杆状的外侧设置连接有弧状杆，弧状杆的上端向内延伸；销孔便于连接销，弧状杆便于紧贴或离开墙壁，紧贴时增加接触面积，离开时减少摩擦阻力。

在实际使用中，当钻到规定深度后，将提升机构3提升到井口并锁死卷扬机23，提升钻柱22，在钻台上拆分钻柱22。当钻头1提出井口后，将提升机构3放到底，拆除提升钢丝绳24，提升机构3、螺旋钻头1随剩余钻柱22一块提升到钻台进行分解。

本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“内部”、“下”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，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土层环保钻进的配套设备，其特征在于：包括钻头(1)、提升机构(3)、钻柱(22)、提升钢丝绳(24)和卷扬机(23)，钻柱(22)的下部连接钻头(1)的上部，提升机构(3)套接在钻柱(22)的外面且提升机构(3)的下部套接在钻头(1)上部的外面，提升机构(3)的上部通过提升钢丝绳(24)连接卷扬机(23)。

2.如权利要求1所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述钻头(1)包括钻头连接段(9)和切刃件(8)，钻头连接段(9)外套接提升机构(3)，钻头连接段(9)下端下连接切刃件(8)，钻头连接段(9)上部通过螺纹连接钻柱(22)的下部，钻头连接段(9)的中部外侧设置连接有扭矩传递件(10)，钻头连接段(9)和提升机构(3)通过扭矩传递件(10)啮合连接。

3.如权利要求2所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述钻头连接段(9)和切刃件(8)之间设置连接有加固环(2)。

4.如权利要求2所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述提升机构(3)包括中间管(5)、螺旋绞龙(7)、扩孔刃(4)和防转机构(6)，中间管(5)内自上向下依次套接钻柱(22)和钻头连接段(9)，中间管(5)的上端连接防转机构(6)，中间管(5)外侧自上向下依次套接扩孔刃(4)和螺旋绞龙(7)。

5.如权利要求4所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述中间管(5)内设置连接有扭矩传递结构(14)，扭矩传递件(10)啮合连接扭矩传递结构(14)。

6.如权利要求4所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述扩孔刃(4)包括扩孔刃套(11)和扩孔刃刃面(13)，扩孔刃套(11)套接在中间管(5)的外面；扩孔刃刃面(13)的数量为多个，多个扩孔刃刃面(13)周向等间距连接在扩孔刃套(11)上面的外侧。

7.如权利要求6所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述扩孔刃刃面(13)的下面和扩孔刃套(11)的外侧之间设置连接有扩孔刃加强板(12)。

8.如权利要求4所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述扩孔刃(4)的外径大于钻头(1)的外径。

9.如权利要求4所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述防转机构(6)包括环座(18)、防转杆(19)、提升座(20)和提升杆(21)，防转杆(19)和提升杆(21)的数量相同且均为多根，多根防转杆(19)的上端周向等间距连接提升座(20)的外侧，多根防转杆(19)中的每根防转杆(19)的下端通过一根防转杆(19)连接环座(18)的外侧，多根防转杆(19)周向等间距分布连接在接环座(18)的外侧，提升座(20)和环座(18)均内套钻柱(22)，提升座(20)通过提升钢丝绳(24)连接卷扬机(23)。

10.如权利要求9所述的土层环保钻进的配套设备，其特征在于：所述提升杆(21)和防转杆(19)之间通过销(17)连接，防转杆(19)和环座(18)之间通过销(17)连接。

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