CN202850873U - 钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种钻机，该钻机包括：细长桅杆；桅杆支承件；用于转动钻柱的顶部头，该顶部头沿桅杆纵长可动；以及回转式套管驱动装置，该回转式套管驱动装置具有用于抓持和转动井套管的长度段的可转动卡盘；其中，回转式套管驱动装置安装在沿桅杆的长度段的固定位置；以及，桅杆沿桅杆的细长方向相对于桅杆支承件可动，由此套管能通过同时转动卡盘并使桅杆沿纵长运动来运动到井内。

Description

钻机

技术领域

本实用新型涉及钻地，并更具体地涉及可更有效地实施井套管的插入的改进。 

背景技术

水井通常由具有桅杆的便携式钻机来钻出。由钻杆的一个或多个长度段构成并在一端部具有切削头的钻干（drill stem）通过连接到钻干的相对端部的顶部头来转动。顶部头沿桅杆纵长可动，并随着钻井前进与钻干一起下降。当钻干内的钻杆的最上面的长度段的主要部分在钻孔内且顶部头在桅杆的下端部附近时，顶部头与钻干脱开，并朝桅杆的上端部向上运动。然后，钻杆的另一长度段运动到顶部头与钻干的从钻孔向上延伸的部分之间的位置并与两者连接，并且重新开始钻井。 

在钻井时，通常实践中采用井套管来防止在进行钻井时钻孔壁的陷塌。井套管通常由直径大于钻杆直径的钻杆的一个或多个长度段构成。 

为了将井套管设定到位，钻孔首先使用直径大于套管直径的钻头来钻到套管的期望深度。当钻孔到达期望的套管深度时，从钻孔中撤出钻柱。当撤去钻柱时，钻杆部段从钻柱一次移除一个部段直至包括钻头的钻柱从孔中移除。然后，套管部段一次一个部段地通过驱动台内的开口引入，该驱动台沿钻机的桅杆可动。将引入的套管的第一部段降低到开口孔以下，该部分由钩到附连于钻机吊杆的绳索的板提升装置来支承。 

套管的各长度段可以借助钻杆操作臂，或者替代地通过连接到钻机吊杆的绳索而被带到位于平台上方的位置。然后，套管的各长度段可以手动地与钻孔对准，同时仍附连于绳索。 

套管的每个长度段通常设有焊接在其上端部附近的凸片以与平台配合，从 而防止套管跌落到钻孔内。当套管的每个长度段引入到其凸片与平台配合或几乎与平台配合且平台处于其最下面的位置的程度时，套管的下一长度段通常通过焊接、但有时通过套管部段上的螺纹配合而附连于已经在位的套管。在完成附连之后，切断凸片，并继续插入套管。当套管在位时，泥浆引入到套管周围的空间内。然后，使用直径小于套管内径的钻头来继续钻孔。 

传统的过程特别耗时，这是因为它需要在钻出套管孔之后拆卸和移除钻柱并重新组装钻柱，以超过套管的下端部继续钻孔。还有套管将意外地落入套管孔内的风险，需要取回，这会较困难。 

实用新型内容

本实用新型主要涉及一种钻机，包括：细长桅杆；桅杆支承件；用于转动钻柱的顶部头，该顶部头沿桅杆纵长可动；以及回转式套管驱动装置，该回转式套管驱动装置具有用于抓持和转动井套管的长度段的可转动卡盘；其中，回转式套管驱动装置安装在沿桅杆的长度段的固定位置；以及其中，桅杆沿桅杆的细长方向相对于桅杆支承件可动，由此套管能通过同时转动卡盘并使桅杆沿纵长运动来运动到井内。特别是，顶部头和回转式套管驱动装置能沿相反方向转动。 

本实用新型的第一方面是在钻孔的同时引入套管的方法，由此避免在引入套管之前从套管孔移除钻柱并重新组装钻柱以超出套管的下端部进一步钻井的耗时的步骤。 

更具体地，使用钻机来实施钻井，该钻机包括具有上端部和下端部的细长桅杆、桅杆支承件、沿桅杆纵长可动并用于转动钻柱的顶部头以及连接到桅杆的回转式套管驱动装置。该回转式套管驱动装置包括用于抓持和转动井套管的长度段的可转动卡盘。钻井过程包括下述步骤顺序。将钻杆的长度段连接到顶部头。然后，将井套管的长度段滑动到钻杆的连接到顶部头的长度段，直至钻杆的长度段的远离顶部头的端部露出。然后，钻杆的长度段连接到钻柱的已经在钻孔内的上端部，由此加长钻柱。井套管的长度段连接到围绕钻柱的井套管的上端部，由此加长井套管。钻柱在其下端部具有切削头，且围绕钻柱的井套 管在其下端部处具有打入式引鞋（drive shoe）。通过借助顶部头来转动钻柱、同时借助回转式套管驱动装置来将井套管转动和降低到井内来实施钻井。重复上述步骤顺序直至井套管插入期望的深度。 

在中断重复上述步骤顺序之后，并且在井套管插入期望位置的情况下，通过将钻杆的附加长度段连接到钻柱并借助顶部头来转动钻柱来继续钻井。 

较佳地通过沿相反方向转动钻柱和井套管来实施借助顶部头转动钻柱并同时转动和降低井套管的步骤。 

本实用新型的第二方面是更好地适于上述同时钻井和套管引入方法的钻机构造。较佳地，回转式套管驱动装置固定到桅杆，桅杆相对于桅杆支承件纵长可动，且通过重复地使桅杆相对于桅杆支承件以及相对于顶部头来沿纵长移动来降低井套管。 

更具体地，根据本实用新型的此第二方面的钻机包括细长桅杆、桅杆支承件、沿桅杆纵长可动并用于转动钻柱的顶部头以及连接到桅杆的回转式套管驱动装置。该回转式套管驱动装置具有用于抓持和转动井套管的长度段的可转动卡盘。回转式套管驱动装置安装在沿桅杆的长度段的固定位置处，且桅杆相对于桅杆支承件沿桅杆的细长方向可动。井套管可通过同时转动块体和使桅杆纵长运动而前进到井内。井套管通过借助回转式套管驱动装置的卡盘来抓持套管并在降低桅杆的同时转动套管来前进。当回转式套管驱动装置达到其运动范围的下限时，释放桅杆上回转式套管驱动装置的抓持，升高桅杆并且重新建立回转式套管驱动装置对套管的抓持，因而，套管可通过降低桅杆来进一步前进运动。 

转动钻柱的顶部头由桅杆来引导，但桅杆和顶部头独立地沿桅杆的长度段方向运动。因此，在井套管通过桅杆的上下运动前进的同时持续进行钻井，仅为了插入钻杆的附加长度段和井套管的附加长度段才中断。 

回转式套管驱动装置位于沿桅杆长度段的固定位置这一事实确保它不与钻杆的长度段和井套管的长度段与分别已经在位的钻柱和套管对准的运动相干涉。因此，采用传统的钻杆操作设备和技术。此外，由于钻井和套管的前进同时进行，所以在每个钻井循环过程中的桅杆向下运动以使套管前进的部分 中，顶部头可基本上保持在桅杆上的恒定位置。因此，变得更易于控制钻柱和套管的前进运动。 

当结合附图阅读时，本实用新型的目的和其它优点将从下面说明中显现。 

附图说明

图1-8是根据本实用新型的钻机的立体图，其示出将井套管的长度段引入钻孔内的过程的相继阶段。 

具体实施方式

如图1中所示，钻机包括安装在运输车辆22、在此情况下是履带驱动的车辆上的细长桅杆20。用于转动钻柱的顶部头（top head）24设置在桅杆上。顶部头被引导，以沿桅杆纵长运动，并通过由液压马达（未示出）驱动的链条（未示出）沿桅杆可动。 

顶部头24枢转成它能如图1中所示倾斜到这样的状态：当顶部头运动到桅杆的下端部附近的位置时，钻杆的连接到顶部头的长度段26可被带到几乎水平的状态。当钻杆处于其几乎水平的状态时，井套管的长度段28可如图2中所示滑动到钻杆上。 

井套管的长度段可通过具有与套管的端部30配合的钩子的绳索（未示出）而牵拉到钻杆的长度段上。绳索从桅杆上的钻机吊杆（jig boom）（未示出）伸出，且套管通过操作卷绕有绳索的绞盘而牵拉到钻杆上。 

当井套管的长度段的上端部与顶部头相邻时，顶部头如图3中所示升高，且钻杆的长度段以及井套管的围绕长度段逐步被向上牵拉并牵拉到它们如图4中所示的与桅杆平行的状态。此时，钻杆和套管与平台32内的开口对准，该平台在桅杆的最下端部处或附近固定到桅杆20，且钻杆的长度段26的一部分延伸超过套管的长度段的下端部。 

在钻井过程的第一阶段中，即，当钻杆的长度段26是钻杆在钻柱内的最下面的长度段且井套管的长度段28是套管的最下面的长度段时，钻头将连接到钻杆的长度段的下端部。钻头的直径应小于井套管的内径，因而， 钻头和钻柱可在钻井完成时或者为了更换钻头而撤出。替代地，可使用直径大于套管内径的活头钻头。井套管将包括打入式引鞋（drive shoe），且由于套管将通过扩大由钻头形成的钻孔来参与钻井，打入式引鞋将较佳地具有一圈围绕其端部开口的经硬化切割齿。带齿的打入式引鞋可以是套管的最下面的长度段的一体部件，或者可以作为用于附连于套管的标准长度段的较短元件来供给。 

如图4中所示，平台32具有中心开口，回转式套管驱动装置34位于该中心开口内。回转式套管驱动装置包括一组卡爪，这些卡爪通过液压致动器收缩，以抓持井套管的长度段，并通过液压马达（未示出）在平台32内转动。顶部头和回转式套管驱动装置应沿相反方向转动。较佳地，顶部头应顺时针（向下看）转动，以保持钻柱内的钻杆的最上面的长度段与顶部头的螺纹之间以及钻柱内的钻杆的各长度段的连接螺纹之间的紧密连接。回转式套管驱动装置应沿相反的方向转动，即逆时针转动，因而，套管与钻柱之间的摩擦不会意外地致使钻柱与顶部头脱开或者各钻杆彼此脱开。 

切削头可在套管通过沿桅杆降低顶部头而运动经过回转式套管驱动装置之前或之后附连于钻杆的长度段26的露出的下端部。钻杆和套管的长度段通过回转式套管驱动装置来降低，且套管通过套管夹（未示出）保持在回转式套管驱动装置下方，而绳索与套管的下端部脱开。 

在切削头如图5中所示在位之后，并且在桅杆处于其升高状态且回转式套管驱动装置的卡爪夹到套管的长度段28上的情况下，通过同时降低桅杆、顺时针转动钻杆和逆时针转动套管可开始钻井和套管的前进。图6示出钻井操作中的较早阶段，其中，桅杆向下运动并接近其最下面的位置。 

当桅杆接近其最下面的位置时，回转式套管驱动装置的卡爪打开以释放它们对套管的抓持，且桅杆升高到卡爪可以在更高的位置抓持套管的长度段。当桅杆升高时，顶部头被允许保持在固定的高度，因而，钻头保持在正在钻的孔的底部。卡爪再次闭合，以使回转式套管驱动装置抓持套管，且重新开始并继续同时的钻井和套管的前进运动，直至桅杆如图7中所示 再次接近其最下面的位置，此时，卡爪再次打开，桅杆如图8中所示向上运动，卡爪与套管重新配合，并且继续钻井和套管的前进运动。 

当套管的第一长度段前进到这样的位置，即，其上端部在回转式套管驱动装置的上侧上方一较短距离处且桅杆处于或接近其最下面的位置时，钻杆的另一长度段和套管的另一长度段可分别附连于钻杆的第一长度段和套管的第一长度段。液压操作的保持叉件从回转式套管驱动装置延伸，并与钻杆上的平坦部对准，以抓持钻孔内的钻杆的长度段并允许顶部头与钻杆脱开。然后，钻杆的新长度段运动到位并附连于顶部头。钻杆的新长度段的附连可通过以下方式来实施：使用各种已知类型的钻杆操作设备中的任一种，使顶部头在桅杆上向上运动并将钻杆的新长度段从储存架或盘（carousel）带至顶部头下方的位置，钻杆操作设备例如是1998年12月10日在国际专利公开WO 98/55728中所述的设备。将钻杆的新长度段连接到顶部头，然后通过螺纹连接到钻杆的第一长度段。然后，可将顶部头降低，同时顶部头以及钻杆的与顶部头连接的长度段倾斜，因而，钻杆如图1中所示被带入几乎水平的状态。然后，套管的第二长度段可如图2中所示滑动到钻杆上，且钻杆和套管的围绕长度段可如图3中所示向上牵拉到以下状态：它们与图4中的桅杆平行并与回转式套管驱动装置内的开口对准。此时，钻杆的第二长度段通过螺纹附连于钻杆的第一长度段，且套管的第二长度段通过焊接或者如果使用带螺纹的套管的话则通过螺纹附连于套管的第一长度段。然后，可以重新开始同时钻孔和套管的前进运动，基本上遵循如上所述并在图1-8中示出的相同的过程。 

钻杆和套管的附加长度段能以与钻杆和套管的第二长度段插入的相同的方式插入。当套管达到期望的套管深度时，围绕套管的空间会填充有泥浆，且可通过将钻杆的多个长度段添加到钻柱来继续钻至套管的下端部以下的期望深度。 

当井达到期望的深度时，撤去钻柱。钻头可通过套管来撤去，这是因为它的直径小于套管的内径。替代地，可使用诸如“扩眼”钻头的各种活头钻头，在此情况下，钻头的直径在进行钻孔时可大于套管的内径。 

根据本实用新型的钻井过程比传统的钻井更有效，这是因为套管的前进运动与钻井同时实施，从而避免了在钻套管孔之后并在引入井套管之前耗时地撤去钻柱。该过程还可使用无支承凸片的套管来实施，并取消了从井套管的各长度段切去支承凸片的步骤。尽管可以采用传统的钻孔设备来实施该过程，但采用桅杆纵长可动且套管转动台固定到桅杆的钻机能够以更大的效率来实施同时的钻孔与套管的前进。

Claims (2)

1.一种钻机，包括：

细长桅杆；

桅杆支承件；

用于转动钻柱的顶部头，所述顶部头沿所述桅杆纵长可动；以及

回转式套管驱动装置，所述回转式套管驱动装置具有用于抓持和转动井套管的长度段的可转动卡盘；

其中，所述回转式套管驱动装置安装在沿所述桅杆的所述长度段的固定位置；以及

其中，所述桅杆沿所述桅杆的细长方向相对于所述桅杆支承件可动，由此套管能通过同时转动所述卡盘并使所述桅杆沿纵长运动来运动到井内。

2.如权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述顶部头和回转式套管驱动装置能沿相反方向转动。

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