CN1930363B - 夹具、钻柱部件和岩石钻机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种供岩石钻机使用的夹具。该夹具包括用于颚夹钻柱部件的第一颚爪装置和第二颚爪装置，所述第一颚爪装置包括第一夹紧装置，所述第二颚爪装置包括第二夹紧装置，用于夹紧钻柱部件的各个端部的各个相应啮合装置。所述夹具还包括颚爪致动装置。所述啮合装置被布置成当相对于钻柱部件的对称轴来看时，所述啮合装置能够不受钻柱部件的旋转位置限制地夹持钻柱部件。

Description

夹具、钻柱部件和岩石钻机
技术领域
本发明涉及根据技术方案1前序部分所述的夹具、根据技术方案18前序部分所述的与这种夹具一起使用的钻柱部件以及根据技术方案23前序部分所述的包括这种夹具的岩石钻机。
背景技术
在钻岩过程中，在其自由端具有扩眼钻头的钻柱必须根据扩眼钻头前进到岩石结构的状况进行装配。因此，要相应地连接钻柱部件，以便形成钻柱，通常是通过将新的钻柱部件拧到已前进的钻柱的近端来完成。在扩眼钻头再前进之后，新的钻柱部件同样地增加到这种已前进的钻柱的近端等等。
钻柱的拆卸以相反的方式进行，即在将邻近钻柱部件与钻柱的部分其余连续松开情况下将钻柱拉入钻机。
在装配和拆卸期间，钻柱部件必须从钻柱部件仓库运输到装配区反之亦然。这种运输可以多种方式进行，例如通过人工运输钻柱部件、通过用提升装置将它们提升或者通过在输送机上运输，或者通过这些方式的组合。在很多应用场合，至少部分运输有利地是借助于起重机来进行。在使用起重机时，钻柱部件利用颚爪装置夹持，例如类似于木材夹钳，然后运输到所需的位置。然而，使用这种夹持装置的一个问题是钻柱部件套管的大部分必须便于颚爪装置夹持。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种与岩石钻机一起使用的夹具，这种夹具解决了上述问题。
这个目的由根据技术方案1的特征部分的夹具实现。
本发明的另一目的是提供一种钻柱部件，这种钻柱部件解决了上述问题。这个目的由如技术方案20的特征部分限定的钻柱部件实现。
本发明的又一目的是提供一种岩石钻机，这种岩石钻机解决了上述问题。这个目的由如技术方案25的特征部分限定的岩石钻机实现。
夹具包括用于夹紧钻柱部件的第一和第二颚爪装置以及颚爪致动装置，所述第一颚爪装置包括第一夹紧装置，第二颚爪装置包括第二夹紧装置，用于夹紧钻柱部件的相应端部的相应对应啮合装置，其中，所述啮合装置被布置成相对于钻柱部件的对称轴来看使能不受钻柱部件旋转位置限制地进行夹持。啮合装置可与夹紧装置互补，或反之亦然。
其优点是钻柱部件可并排一个压一个地堆起来，并且仍然便于被夹具运输至例如吊杆装置(derrick)。
夹具还可包括用于使第一和第二颚爪装置与钻柱部件的纵轴自对准的装置。该自对准装置可分别包括第一和第二颚爪装置一部分上的弯曲对准表面和枢轴接头。
其优点是夹紧位置不必精密调节。而且，本发明可用于钻杆部件在斜面上进行夹持或松开的地方。
所述夹紧装置和所述啮合装置其中之一可包括环形或弯曲的槽或缝，并且所述装置中的另一个可由包括肋的组中的环形或弯曲部分或者包括销的组中的一个或多个突出部构成。例如，当所述啮合装置包括环形槽或缝时，所述夹紧装置可包括所述弯曲部分或所述突出部中的至少一个。
其优点是能以相对容易的方式实现不受钻柱部件旋转位置限制地进行夹持，相对于钻柱部件的对称轴来看。
夹持可被布置成通过使所述第一或第二夹紧装置中的至少一个沿着朝另一夹紧装置的方向相对地移动来实现，所述方向基本上对应于所述钻柱部件的纵轴。夹具还可包括用于通过相对移动所述第一和第二颚爪装置中的至少一个使所述第一或第二夹紧装置中的至少一个相对于另一夹紧装置相对地移动的致动装置。所述致动装置可由包括液压马达、或者气动机、或者电动机的组中的致动器构成。
夹具还可包括在夹持钻柱部件时和/或之后使钻柱部件倾斜的装置。该倾斜装置可被布置成使倾斜角度可连续变化，例如从-25°至25°，从-90°至90°或者从0°至25°。所述倾斜装置可由包括液压马达、气动机或电动机的组中的至少一个致动器构成。
其优点是在运输钻柱部件时一直可将钻柱部件保持为相对于其纵轴基本水平的状态，而不管重心的纵向位置如何。此外，还具有优点是，当钻柱部件被定位在斜面上时，该钻柱部件可在表面接触之前倾斜，以确保下降时钻柱部件上受力很小。
连接装置可包括用于连接起重机的万向接头。其优点是降低了起重机转臂上的受力。
第一颚爪装置连接到结合部分，所述结合部分通过枢轴接头连接到所述连接装置，并且在于，第二颚爪装置可活动地连接到第一颚爪装置。
钻柱部件在其端部分别包括第一啮合装置和第二啮合装置，用来接受夹具的相应夹紧装置，其中，所述第一啮合装置和第二啮合装置被布置成使能不受钻柱部件的相对于钻柱部件的对称轴来看的旋转位置限制地接受相应的夹紧装置。
第一啮合装置和第二啮合装置径向定位在钻柱连接螺纹的外面。
一种岩石钻机包括根据技术方案1-19中任一所述的用来在提升和/或运输钻柱部件时夹持钻柱部件的夹持装置。
附图说明
图1是贯穿岩石的水平巷道和其中用于钻一系列交叉孔的岩石钻机的剖面图。
图2表示图1中钻岩的正视图。
图3a-b表示根据本发明的夹具和钻柱部件。
图4a-e表示在用根据本发明的夹具夹持钻柱部件时的各种状态。
图5a-b表示根据本发明的夹具的自对准。
具体实施方式
图1和2示出适于供本发明使用的岩石钻机1。在图1中，所述岩石钻机1在其右端具有隔室5，用于贮存将要装入钻柱的钻柱部件2′。吊杆装置8包括用于将钻柱部件装入在钻井过程中逐渐变长的钻柱中的装配装置。所述装配装置可包括固定扳手。
在图2中示出正在钻井过程中的岩石钻机的正视图。如图所示，装置1用来挖掘岩层的倾斜圆柱形部分。钻井用扩眼钻头3进行，直径相对较大的扩眼钻头3与直径较小的领眼钻头4安装在一起。所述领眼钻头用来确定在具体井眼的整个钻井期间钻井在所需的方向上进行。扩眼钻头3由钻柱2携带，目前由钻柱部件2a、2b、2c构成，其中随着钻井过程的进行附加的钻柱部件2d、2e等(未示出)可利用装配设备增加至钻柱上，直到已经获得所需长度的井眼为止。每个钻柱部件2′的长度例如可以为1000mm。
每当需要向钻柱2添加新钻柱部件时，该钻柱部件必须从钻柱隔室5移到吊杆装置8。相反，每当钻柱部件需要从钻柱中移出时，即在具体井眼的钻井已经完成并且钻柱从钻出的井眼中拉出并拆卸时，钻柱部件必须从吊杆装置8移到钻柱隔室。钻柱部件的移动可以多种方式进行，例如通过用输送机、起重机或其组合来移动部件。对于本发明，钻柱部件至少部分地利用起重机移动。在现有技术中，这种提升通过使用类似于木材夹钳的颚爪装置完成，该颚爪装置利用夹钳的颚爪来啮合钻柱部件的外表面。然而如上所述，使用这种夹持装置的一个问题是，大部分的钻柱部件表面必须便于颚爪夹持，这使钻柱部件难以有效地贮存。当钻柱部件装在钻机本身上时，尤其是当钻机适于在窄的水平巷道中作业时，例如图1和2所述的钻机，钻柱部件的有效贮存更为重要。
图3a-b示出根据本发明的夹具9，这种夹具有利地可与起重装置一起使用，以将钻柱部件移进移出钻柱隔室。夹具9包括用于例如通过如图所示的万向接头11与起重装置结合的旋转器10。该旋转器10连接到第一和第二颚爪装置12、13。在图3a和3b所示的典型实施例中，第一颚爪装置13通过枢轴接头20固定到旋转器上。如图所示，第一和第二颚爪装置安装在两个杆21、22上。第一颚爪装置12通过未明确示出的夹紧衬套(尽管用24a-d示出)刚性地连接至所述杆，并且第二颚爪装置13依靠滑动轴承23a-d滑动地安装在这两个杆上。从图中可以看出，第一和第二颚爪装置由此借助于这两个杆21和22而对准。此外，第一和第二颚爪装置通过液压缸25结合在一起。
第一和第二颚爪装置分别包括第一和第二夹紧装置14、15，用来夹紧位于钻柱部件30每个端部上的各个相应啮合装置16和17。
在图中，啮合装置16、17包括每个钻柱部件端部的外周边上的环形槽。环形槽是对称的并且由此使能不受钻柱部件的相对于钻柱部件的对称轴A-A来看的旋转位置限制地夹持该钻柱部件。此外在图3b中，颚爪装置的夹紧装置14、15包括例如呈部分环形状的弯曲肋部，其曲率相当于槽的曲率，而高度基本上相当于(但不大于)槽的宽度，这样可将夹紧装置引入槽16、17内。因而，夹紧装置与啮合装置互补。
在夹持钻柱部件时，夹具9朝着钻柱部件降低，如图4a所示。当夹具9降低到紧靠钻柱部件30时，如图4b所示，通过颚爪装置12和13彼此相对地相对移动实现夹持。这通过操作液压缸25使其活塞被拉入缸体来实现，将活塞拉入缸体会将第二颚爪装置13拉向第一颚爪装置12，将第二颚爪装置拉向第一颚爪装置又导致第一和第二夹紧装置14、15将被引入钻柱部件上的相应槽16、17中。这时，夹具被紧固至钻柱部件上，并且钻柱部件可通过将适合的起重装置连接至万向接头11进行提升和运输。将夹具通过万向接头连接至起重装置是有利的，因为这减少了例如起重机转臂上的受力。
夹具还设有第二液压缸26。该液压缸与枢轴接头20结合使该夹具具有使钻柱部件倾斜的能力。这在钻柱部件向左倾斜的图4d和钻柱部件向右倾斜的图4e中示出。在示出的典型实施例中，相对于水平面，倾斜角度可从-25°连续变化到25°。当然，其它倾斜角度范围也是可能的，例如从-90°到90°或者从0°到25°。对于熟悉本领域的技术人员而言很明显，例如从-90°到90°的倾斜角度范围需要一个变化的倾斜机构。然而，进行这种变化视为是本领域技术人员的技能。钻柱部件的倾斜使有可能将钻柱部件相对于其水平轴线保持基本为水平状态，而不管万向接头11是否与钻柱部件的重心竖直地对准。此外，还具有优点，当钻柱部件将要定位在斜面上时，钻柱部件可在表面接触之前倾斜，以确保下降时钻柱部件上的受力很小。
如将要结合图5a-b所述的那样，枢轴接头20还具有一个优点。如图5a-b所示，如果钻柱部件靠在斜面上，枢轴接头20可用来将第一和第二颚爪装置与钻柱部件的纵轴自对准。当图5a中的夹具9朝着钻柱部件降低时，该夹具将首先靠在如图5a所示的钻柱部件的最右端。然而，随着夹具持续降低，枢轴接头20将使夹具最左端的降低持续进行，直到如图5b所示的第一和第二颚爪装置都紧靠钻柱部件并与其对准为止，于是，钻柱部件如上所述那样可被夹持。
为了便于自对准，所述颚爪装置可包括如图3b所示的导向件28a、29a和29b。这些构件28a、29a和29b被布置在表面28和29上并在夹具定位时向着钻柱部件。它们优选地以与钻柱部件的半径基本上相对应的半径弯曲。导向件可以是可更换的，以使导向件的尺寸和形式能改变，从而夹具能适应于不同的钻柱部件，例如不同直径的钻柱部件。而且，导向件在表面28和29上的位置和数目可以改变。作为一个替换方案，导向件可以省略，在这种情况下，表面28和29可用作对准表面，优选地以与钻柱部件半径基本上相对应的半径弯曲。
上述夹具还具有优点，在提升/运输钻柱部件期间，用来使钻柱部件彼此相连的螺纹和在钻柱部件将要彼此相连时相互邻接的接触面(图3中在钻柱部件的一端上示出，标记为18)都不会受到夹紧装置的任何妨碍。这是非常重要的，因为保持这些螺纹和接触面不被触动以获得正确的钻井过程非常关键。
在以上描述中，钻柱部件设有槽，夹具设有夹紧肋。在一个替换实施例中，钻柱部件设有环形啮合肋，夹具设有布置为一部分环形肋配合在其中的相应凹部。此外，不是肋而是夹紧/啮合肋可由例如象销之类的其它突出部构成。
上述夹具可适于配装不同长度的钻柱部件，例如通过改变颚爪装置的长度或液压缸的长度，以使一个夹具可用于两个或更多的钻柱部件长度。
在以上描述中，夹具已示出包括第一和第二颚爪装置，其中第二颚爪装置可活动地连接到第一颚爪装置，并且其中，第一颚爪装置通过枢轴接头连接到起重装置。在一个替换实施例中，夹具还包括连接到起重装置的中心部分，并且其中，第一和第二颚爪装置通过致动装置和滑动轴承连接到中心部分。可替换地，只有一个颚爪装置可活动地连接到中心部分，而另一个颚爪装置则可刚性地连接到中心部分。

Claims (25)

1.一种与岩石钻机一起使用的夹具，该夹具包括用于颚夹钻柱部件的第一颚爪装置和第二颚爪装置，该夹具还包括颚爪致动装置，其特征在于
-所述第一颚爪装置包括第一夹紧装置，所述第二颚爪装置包括第二夹紧装置，用于夹紧钻柱部件的相应端部的相应的对应啮合装置，所述啮合装置被布置成当相对于钻柱部件的对称轴来看时，所述啮合装置能够不受钻柱部件的旋转位置限制地夹持钻柱部件。
2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述啮合装置与所述第一和第二夹紧装置互补。
3.根据权利要求1或2所述的夹具，其特征在于，该夹具包括用于使第一颚爪装置和第二颚爪装置与钻柱部件的纵轴自对准的装置。
4.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于，用于自对准的装置包括分别在第一颚爪装置和第二颚爪装置的一部分上的弯曲对准表面和枢轴接头。
5.根据权利要求1、2、4中任一所述的夹具，其特征在于，所述第一、第二夹紧装置和所述啮合装置其中之一由环形或弯曲的槽或缝构成，所述第一、第二夹紧装置和所述啮合装置中的另一个由环形或弯曲的肋部或者一个或多个突出的销部构成。
6.根据权利要求1、2、4中任一所述的夹具，其特征在于，所述啮合装置包括环形槽或缝，并且在于，所述第一和第二夹紧装置包括弯曲部分或至少一个突出部。
7.根据权利要求1、2、4中任一所述的夹具，其特征在于，所述第一和第二夹紧装置包括弯曲槽或缝，并且在于，所述啮合装置包括至少一个弯曲部分、环形部分或至少一个突出部。
8.根据权利要求1、2、4中任一所述的夹具，其特征在于，布置所述夹持，以便通过利用致动装置，使所述第一夹紧装置和第二夹紧装置中的至少一个基本上沿着所述钻柱部件的纵轴、在朝第一夹紧装置和第二夹紧装置中的另一个的方向上移动来实现所述夹持。
9.根据权利要求8所述的夹具，其特征在于，该夹具包括用来通过相对地移动所述第一颚爪装置和第二颚爪装置中的至少一个将所述第一夹紧装置和第二夹紧装置中的至少一个相对于另一夹紧装置相对地移动的致动装置。
10.根据权利要求8所述的夹具，其特征在于，所述致动装置由包括液压马达、气动机、电动机的组中的致动器构成。
11.根据权利要求1、2、4、9、10中任一所述的夹具，其特征在于，该夹具还包括在夹持钻柱部件时和/或之后使钻柱部件倾斜的装置。
12.根据权利要求11所述的夹具，其特征在于，所述倾斜装置被布置成使倾斜角度能够连续变化。
13.根据权利要求12所述的夹具，其特征在于，所述倾斜角度能够从-90°至90°变化。
14.根据权利要求11所述的夹具，其特征在于，倾斜装置由包括液压马达、气动机、电动机的组中的至少一个致动器构成。
15.根据权利要求1、4、9、10、12-14中任一所述的夹具，其特征在于，该夹具还包括用于连接到提升装置的连接装置。
16.根据权利要求15所述的夹具，其特征在于，所述连接装置包括万向接头。
17.根据权利要求15所述的夹具，其特征在于，第一颚爪装置连接到结合部分，所述结合部分通过枢轴接头连接到所述连接装置，并且在于，第二颚爪装置可活动地连接到第一颚爪装置。
18.根据权利要求17所述的夹具，其特征在于，所述结合部分是旋转器。
19.根据权利要求17中所述的夹具，其特征在于，
-该夹具还包括中间部分，该中间部分通过所述枢轴接头连接到用于连接到提升装置的装置，
-第一颚爪装置和第二颚爪装置连接到中间部分，和
-第一颚爪装置和第二颚爪装置中的至少一个可活动地连接到所述中间部分。
20.一种与根据权利要求1-19中任一所述的夹具一起使用的钻柱部件，其特征在于，钻柱部件在其端部分别包括第一啮合装置和第二啮合装置，用来接受夹具的相应夹紧装置，其中，所述第一啮合装置和第二啮合装置被布置成当相对于钻柱部件的对称轴来看时，使能不受钻柱部件的旋转位置限制地接受相应的夹紧装置。
21.根据权利要求20所述的钻柱部件，其特征在于，第一啮合装置和第二啮合装置径向定位在钻柱连接螺纹的外面。
22.根据权利要求20或21所述的钻柱部件，其特征在于，第一啮合装置和第二啮合装置与夹紧装置互补。
23.根据权利要求20或21所述的钻柱部件，其特征在于，所述第一啮合装置和第二啮合装置包括环形或弯曲的槽或缝。
24.根据权利要求20或21所述的钻柱部件，其特征在于，所述第一啮合装置和第二啮合装置由至少一个环形或弯曲部分或者一个或多个突出部构成。
25.一种岩石钻机，该钻机包括根据权利要求1-19中任一所述的用来在提升和/或运输钻柱部件时夹持钻柱部件的夹具。
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