鑽井裝置的製作方法

2023-07-24 03:58:21 1

專利名稱：鑽井裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及鑽井裝置，尤其是涉及一種適於在一導向套管的引導下在地中鑽及鉸一個孔的鑽井裝置。
在鑽井時想要攜帶一套管，就必須使鑽井裝置的迴旋半徑比套管的半徑大。當鑽井工作結束時，該鑽井裝置還須從在已鑽好的井內定位的套管抽出，因此，此鑽井裝置在橫向平面內還必須具有一能在套管外徑處鑽出一個孔的第一位置移到某一該鑽井裝置處於套管內徑以內的位置的徑向位移量，只有這樣，該鑽井裝置才能從套管中抽出。
迄今為止，已有幾種公知結構可以達到此目的，例如，在美國專利US3,848,683中及一種被稱為BULROC(RTM)的表土鑽進系統的商用鑽進系統中所公開的內容。儘管這些系統採用了不同的方法來滿足鑽直徑過大的井及鑽後鑽井裝置可從套管內抽出的需求，但是，它們的相同點都是在具有一複雜杆部的鑽進頭上設置一粗螺距螺釘，以使鑽進頭或鑽進頭上的鉸孔連接件繞固定於鑽進頭上的驅動裝置相對轉動，鑽進頭/鉸孔連接件先是置於一偏心位置以鑽出一直徑過大的井，而後鑽進頭/鉸孔連接件置於套管內徑以內，使其可從套管內退出。
儘管這些系統很有效，但它們相對來講比較複雜並且比較昂貴，而且鑽進頭/鉸孔連接件有任何磨損後，將會導致整個鑽進頭及杆部全部報廢。
在另一些方案中，上述缺陷可以被克服，如英國尚未批准的申請第9609078號所公開的，一個驅動裝置有一從其前端凸出的杆；一鑽進頭有一與該驅動裝置前端面緊密貼合的後端面和一支撐孔，杆與孔間隙配合以使鑽進頭可繞驅動裝置相對轉動，杆與支撐孔中至少有一個的軸線與對應驅動裝置及鑽進頭的軸線偏離；一個將鑽進頭可拆卸地固定在杆上並阻止鑽進頭相對杆軸向運動的裝置；及一個限制鑽進頭與驅動裝置間相對轉動角度的裝置。儘管此方案與當時的現有技術相比有顯著的進步，但是，這種結構與當時的現有技術一樣，形成一種鑽進頭，此鑽進頭有一鑽頭，該鑽頭在向下鑽井筒時，轉到一個偏心位置，並以某一徑向距離鑽出一個直徑過大的井，從而允許一導向套管下到井筒內，鑽進頭的反向旋轉使鑽頭收回到套管內徑以內以使其可以在鑽井工作結束後從套管內退出。
這種偏心轉動狀態的結果是僅僅鑽幾米深後，磨損量就會很可觀，有時磨損十分嚴重導致鑽頭偏心部分上的硬質合金球齒鑽頭脫落。同時，由於鑽頭偏心設置使得作用在鑽頭頂部接頭上的扭矩載荷出奇的大，除非在鑽井時十分小心地操作，否則，扭矩載荷會超出鑽頭頂部接頭材料的最大剪切應力，導致鑽頭頭部剪斷、脫落，需要抽出鑽杆更換，從而導致延長並且是難以接受的停工時間。
而且，偏心鑽頭還有個缺陷，它是兩活動體系統中的一部分，因此，錘作用在鑽進頭上的衝擊力是間接傳給鑽頭，再傳給偏心鑽頭的，其結果是能量被極大地浪費，鑽井速度下降。
根據本發明，一個鑽井裝置包括一鑽進頭，及一個置於鑽進頭端部的鑽頭裝置，該鑽頭裝置包括至少兩個位於朝向鑽進頭端部且均勻分布的配合凹槽內的扇形體，這些扇形體每一個都是可轉動安裝的，都可從一處於鑽頭外徑限定範圍內的不工作位置轉到一個超出鑽頭外徑同樣角度的工作位置。
儘管可以設置兩個這樣的扇形體，但是最好是設置三個，每個都是可轉動地安裝並可從不工作位置轉動90度到工作位置。
為簡化鑽進頭的結構，可以使其有一平的最外端面，此端面垂直鑽進頭軸線，並且在其周邊上設有凹槽，這些凹槽上設有一孔，孔內放置對應扇形體的一銷軸，該鑽進頭上還設置有一中心孔以接收一端盤的杆，此杆可被鎖止在孔內以將此端盤固定在扇形體的上方位置，以確保這些扇形體滯留在凹槽內。
端盤上的杆與鑽進頭上的孔滑動配合，此杆通過一穿過鑽進頭並與此杆表面上的一個槽接合的橫銷來固定。最好，孔與杆都帶有相應螺紋以將端盤固定，當然，橫銷可以作為一個附加安全裝置。
鑽頭上應有一貫穿其基體的孔，端盤上的杆也應有一與貫穿端盤的傾斜設置的空氣通道相通的中心孔，鑽進頭周邊最好設置一些其數量與扇形體數量相對應的縱向凹槽。同時，在各扇形體凹槽與貫穿鑽進頭的中心孔之間設置有一條空氣通道，使二者相通。因此，當壓縮空氣進入鑽孔裝置後，一股空氣通入鑽進頭外部後，其中一部分空氣進入扇形體凹槽內將碎屑吹出凹槽，進而流過各空氣通道最後從鑽進頭的中心孔內噴出，剩下的壓縮空氣進入井的底部將碎屑經端盤內的空氣通道，經其杆的一中心孔，吹到鑽進頭的中心孔內，進而攜帶這些碎屑向上流出錘鑽裝置。
端盤的暴露面上設置有一組切割件，如球齒鑽頭，作為扇形體面對正在鑽出的井底面的表面。此外，最好在扇形體順著鑽進頭轉動方向的側面上也設置一些這樣的切割件，如球齒鑽頭。
因此，當鑽井裝置與地面垂直接觸後，在錘與轉動驅動裝置的作用下，切割鑽頭的前端面插入地下，當扇形體的側面開始挖掘井的側壁時，扇形體逐漸向外旋轉直至完全參與工作。在鑽井工作結束後，鑽進頭的反向轉動，可以使扇形體又轉回到其非工作位置，從而使鑽進頭可從鑽井時隨鑽進頭一起下到鑽井中的套管內退出。
本發明鑽井裝置的這種結構可使切割件同心布置在扇形體上從而完全避免了作用在扇形體銷軸上的扭矩載荷，消除了一導致鑽井失敗的主要因素。為使扇形體運動更自如，可以在各銷軸上設置一由合適塑料材料製成的襯套，以減小，甚至消除任何阻止各扇形體在其工作與非工作位置間轉動的磨擦作用。此外，錘作用在鑽頭上的衝擊力被直接傳給扇形體，其結果是能量損失大大減少，鑽井速度明顯加快。
下面將參考附圖描述本發明的一個實施例，其中附圖如下

圖1是鑽頭端部的示意性透視圖；圖2與圖1相對應，示出了處於非工作位置的扇形體；圖3與圖1相對應，示出了處於工作位置的扇形體；及圖4是本發明鑽頭的局剖圖。
圖中，鑽頭1有一平的最外端面2，在該端面內設有三個凹槽3，各凹槽3都有一盲孔4，盲孔4用於接收各裝於此凹槽內的各扇形體6的銷軸5。鑽頭有一端盤7，端盤7帶有一螺杆8，螺杆8與對應螺孔9配合，這些裝置布置成這樣，各扇形體裝入凹槽後都被端盤蓋住，其相對鑽頭的縱向運動受到限制，同時，要保證其可以繞扇形體上插入凹槽各孔的銷軸所形成的樞軸連接自由轉動。為增加保險係數，鎖止銷10可以穿過貫穿鑽頭的橫向孔11後固定在螺杆8的一個對應凹槽12內。
該鑽頭周邊有一些通道13，每個通道都分別與一凹槽3相通，凹槽3與一空氣通道14相通，該通道一直延伸到一個在鑽進頭內部形成的腔室15內，該腔室15又與貫穿鑽頭的一中心孔16相通。端盤7的杆8也有一中心孔17，該中心孔17至少與一個出現在端盤端面上的傾斜空氣通道18相通。
在開始工作時，鑽頭處於圖2所示狀態，由於鑽頭上的端盤7的端面上設置有一定數量的球齒鑽頭19，而且鑽頭只有一個暴露的周邊表面，因此，鑽進頭可以放置在地面上與地面接觸，並被同時錘打及轉動以使鑽頭進入地下。當鑽頭進入地下後，各扇形體前肩部上的另一些球齒鑽頭開始挖掘地面，結果使各扇形體隨著鑽頭的轉動而轉動，直到進入圖3所示位置，進而鑽出一個直徑過大的井以允許襯管在鑽井時跟在鑽頭後面進入鑽井。在鑽井工作結束後，鑽頭反轉給扇形體一反作用，使其又縮回到各凹槽內，直至圖2所示狀態，從而允許鑽頭從套管內退出。
在鑽井階段，通入鑽井裝置驅動其錘的壓縮空氣在鑽頭外面轉向，向下流過凹槽13到達井的底部，一部分空氣流過通道14將碎屑吹出凹槽3，剩下的空氣流經通道18(可以是多個)，將碎屑從井的底部經杆8的孔及鑽頭的孔16向上吹出。
權利要求
1.一種鑽井裝置包括一個鑽進頭，及一個置於該鑽進頭端部的鑽頭裝置，該鑽頭裝置包括至少兩個置於繞鑽進頭均勻分布的配合凹槽內的扇形體，這些扇形體中的每一個均被可轉動地安裝，並可從一非工作位置，在該位置這些扇形體處於所述鑽進頭外徑的限制範圍內，轉到一工作位置，在該位置，這些扇形體超出鑽進頭外徑同樣角度。
2.如權利要求1所述的鑽井裝置，其特徵在於設置有三個扇形體，每個都是可轉動地安裝，並可從非工作位置轉動90度到工作位置。
3.如權利要求1或2所述的鑽井裝置，其特徵在於所述鑽進頭有一平的垂直於所述鑽進頭軸線的最外端面，各凹槽都有一孔，其內安置各扇形體的銷軸，所述鑽進頭上還有一用於接收一端盤的杆的中心孔，該杆可被鎖止在所述孔內，以將所述端盤固定在與所述凹槽及所述凹槽內的扇形體重疊的位置。
4.如權利要求3所述的鑽井裝置，其特徵在於所述用於接收所述銷的孔裝有一種由低摩擦係數材料作的襯套。
5.如權利要求3或4所述的鑽井裝置，其特徵在於所述端盤上的所述杆與所述鑽進頭上的所述孔滑動配合，並由穿過所述鑽進頭上一橫孔並安裝在所述杆的一凹槽內的一橫銷固定。
6.如權利要求1至5中任一權利要求所述的鑽井裝置，其特徵在於所述端盤上的所述杆及所述鑽進頭上的所述孔都制有相應的螺紋。
7.如權利要求1至6中任一權利要求所述的鑽井裝置，其特徵在於所述鑽進頭有一中心孔，及一由各扇形體容納凹槽延伸的周邊縱向凹槽。
8.如權利要求7所述的鑽井裝置，其特徵在於所述鑽進頭有一些其數量與所述凹槽數量相對應的通道，這些通道將所述凹槽與所述鑽進頭的所述中心孔相連通。
9.如權利要求3至8中任一權利要求所述的鑽井裝置，其特徵在於所述端盤上的所述杆有一中心孔，該中心孔從杆的內端延伸至一個排氣通道，該排氣通道將所述孔的內端與所述端盤的外表面連通。
10.如權利要求1至9中任一權利要求所述的鑽井裝置，其特徵在於所述端盤的所述暴露表面上設置有一組切割件。
11.如權利要求1至10中任一權利要求所述的鑽井裝置，其特徵在於各所述扇形體的所述暴露表面上設置有一些切割件。
12.如權利要求10或11所述的鑽井裝置，其特徵在於所述切割件是球齒鑽頭。
13.一種基本上如前面結合附圖所描述的鑽井裝置。
全文摘要
本發明涉及用於在一導向套管引導下鑽及鉸一地面孔的鑽井裝置。本發明的目的是提供一種相對簡單且不昂貴的鑽井裝置,該鑽井裝置可以鑽出一普通的孔並最後可從套管內抽出。本發明的結構包括一鑽進頭及設置在該鑽進頭端部的鑽頭裝置,這些鑽頭裝置包括至少兩個扇形體,這些扇形體置於在鑽進頭上均勻分布的對應凹槽內,這些扇形體被可轉動地安裝,可從處於鑽進頭外徑邊界內的非工作位置轉到超出鑽進頭外徑同樣角度的工作位置。
文檔編號E21B7/20GK1180129SQ9711792
公開日1998年4月29日 申請日期1997年9月2日 優先權日1996年9月4日
發明者麥可·法裡哈姆 申請人:布洛克英國有限公司