鑽井設備和操作鑽井設備的方法
2023-05-18 09:41:31 1
專利名稱：鑽井設備和操作鑽井設備的方法
技術領域：
本發明涉及一種鑽井設備，其帶有井架或鑽塔、用於驅動鑽杆的 鑽頭驅動器與鑽杆之間的傳動裝置。
背景技術：
通常，這種鑽井設備執行不同的鑽井方法，或者在複雜的鑽井過 程期間對鑽頭或鑽杆的轉速和/或轉矩分別有不同的需求。
一種滿足這些不同需求的可能性包括使用不同的鑽井設備。然 而，由於例如連續鑽井步驟必須-使用不同的鑽井設備，故在複雜的鑽 井過程中將產生相當大的花費。
因此，例如對於已知的鑽井設備，可調節或控制鑽頭驅動器的轉 速。從而，即使對於單一鑽井設備，也可在鑽杆或鑽頭上分別實現不 同的轉速和轉矩。然而，這受到馬達和複雜控制的相對較高的構造費 用的不利影響。從而，這種鑽井設備涉及相當高的製造成本和維修成
本。JP8-226372描述了具有可調節的鑽頭驅動器的鑽井設備。JP 07-076984描述了具有兩種速度的液壓馬達的使用和馬達的液壓驅動 從串聯到並聯的附加改變。
作為替代，提出了具有可換檔傳動裝置的鑽井設備。所述傳動裝 置通常具有相對複雜的構造。具有在鑽頭驅動器與鑽杆之間的可調節 傳動比的鑽井設備例如通過JP 2002-97882已知。為了在鑽杆上提供 不同的轉速和扭矩，所述說明書建議提供可根據需要使用的兩種不同 的傳動比級別。
允許調節鑽杆轉速的已知鑽井設備具有複雜的驅動器或複雜的 傳動裝置。
發明內容
在此背景下，本發明的目的是提供一種鑽井設備和鑽井方法，其 杆的轉速。
根據本發明，由於傳動裝置可為了使傳動比反向而脫離接合，並 且以可反向的方式放置於鑽頭驅動器上，故實現本發明的目的。
為了調節鑽杆的轉速並且因此調節連接於其上的鑽頭的轉速，傳 動裝置與鑽頭驅動器脫離接合，並且反向以及在反向狀態下再次連接 到鑽頭驅動器上。
因此，在第一狀態下連接到鑽頭驅動器上的傳動裝置輸入在第二、 反向狀態下用於連接到鑽杆上。同時，在第一狀態下連接到鑽杆上的 傳動裝置輸出在第二、反向狀態下連接到鑽頭驅動器上。
為此目的，傳動裝置輸入和傳動裝置輸出設計成使得它們可在任 何情況下均連接於鑽頭驅動器和鑽杆上。
因此，根據本發明的鑽井設備能夠簡單地提供兩種不同的傳動比 以及因此提供兩種不同的鑽杆轉速。
傳動裝置可具有相對簡單的構造。特別地，傳動裝置可以是不可 換檔的傳動裝置，這是鑽井設備的根本常識。此外，也不需要適應鑽 井過程的鑽頭驅動器，並且不對液壓聯接做任何修改。鑽頭驅動器可 以是只提供單一轉速的馬達，也就是說，該鑽頭驅動器在轉速方面不 必是分別可控或可調的。
本發明鑽井設備的特別優選實施例的特徵在於，該傳動裝置具有 驅動單元和從動單元，該驅動單元帶有用於連接到鑽頭驅動器的第一 連接裝置，該從動單元帶有用於連接到鑽杆的第二連接裝置，第一連 接裝置和第二連接裝置具有基本相同的構造。
特別地，驅動單元可以是軸，其放置於傳動裝置輸入處並且可稱 為主動軸。為了連接到鑽頭驅動器，特別是連接到鑽頭驅動器的輸出 軸(還可稱為馬達輸出軸)，第一連接裝置設置在驅動單元上。所述連
接裝置可確定地、不確定地或一體化地分別連接到鑽頭驅動器或馬達 輸出軸和傳動裝置上。特別優選的是，鑽頭驅動器與傳動裝置之間的 連接可例如經由齒式連接或鍵槽式連接通過確定接合實現。
在傳動裝置輸出處，傳動裝置具有從動單元，該從動單元也可構 造為軸，並且也可稱為從動軸。該從動單元可通過第二連接裝置連接 到鑽杆。
從根本上說，第一連接裝置和第二連接裝置可具有不同的構造， 例如在傳動裝置反向之後，為了分別連接到鑽頭驅動器或鑽杆上，該 第一連接裝置和第二連接裝置由在任何情況下均適用的適配器所替 換或者具有該適配器。然而，第一連接裝置和第二連接裝置特別優選 地具有基本相同的構造。因此，在反向狀態下，傳動裝置可以以非常 簡單的方式再次連接到鑽頭驅動器和鑽杆上。從動單元連接到鑽頭驅 動器上，驅動單元連接到鑽杆上。
根據本發明的實施例，傳動裝置具有環形構造。這應理解為特別 意味著驅動單元和從動單元被構造為至少部分空心的軸。環形傳動裝 置提供如下優點，即由於在任何情況下馬達輸出軸和鑽杆均可引入空 心軸中，故它們可以特別容易地連接到傳動裝置上。例如由當前技術 可知，通過合適的連接裝置，特別是可脫離接合的聯接器，套裝軸被 連接起來以進行旋轉。
本發明的特別優選實施例涉及傳動裝置可利用凸緣連接到鑽頭 驅動器上。由於採用凸緣連接，故確保傳動裝置可與鑽頭驅動器脫離 接合而不存在很大的費用。為了能夠在反向狀態下也使傳動裝置通過 凸緣連接到鑽頭驅動器上，特別優選地在傳動裝置輸入和傳動裝置輸 出處設置基本相同的凸緣。當傳動裝置被安裝時，位於鑽杆一側的凸 緣在任何情況下均不產生作用。
為了補償鑽頭驅動器與傳動裝置之間的角位移，特別優選的是， 傳動裝置可通過萬向接頭連接到鑽頭驅動器上。由於位於鑽頭驅動器 與傳動裝置之間的萬向接頭，故可橋接馬達輸出軸和驅動單元(特別是
主動軸)的縱向軸線之間的角度。
根據本發明的優選改進，鑽頭驅動器位於在井架上被引導的第一 滑塊上。為了鑽頭和鑽杆的軸向的進給或前進，鑽頭驅動器和傳動裝 置在井架上軸向位移，以便對於軸向進給根本上不需要伸縮杆。
在本發明的特別優選實施例中，傳動裝置位於在井架上被引導的 第二滑塊上。這種布置允許傳動裝置特別輕鬆地完成反向。為此，提 出了如下動作過程。最初，鑽頭驅動器與傳動裝置之間的連接脫離， 並且鑽杆從傳動裝置上移開。然後，第二滑塊軸向地固定於井架上， 並且帶有鑽頭驅動器的第一滑塊遠離第二滑塊軸向移動。隨後傳動裝 置反向。然後，帶有鑽頭驅動器的第一滑塊再次朝向傳動裝置軸向移 動，以連接至處於反向狀態的傳動裝置上。
特別有利的是，傳動裝置以^t轉的方式放置於第二滑塊上，以便 允許傳動裝置在不脫離第二滑塊的情況下輕鬆完成反向。因此，傳動 裝置重量在反向期間還由第二滑塊承擔，並且能夠使操作員執行傳動 比調整而不需要花費很大的力氣。此外，在這個方面有利的是，第二 滑塊具有制動器，用於軸向地固定於井架上。
本發明的進一步改進是至少一個萬向接頭設置在傳動裝置與鑽 杆之間。在鑽杆通過自身的導杆在井架上被引導時，該萬向接頭特別 有利。該萬向接頭允許補償傳動裝置從動單元和鑽杆的縱向軸線之間 的角位移。
特別優選地，鑽頭驅動器在第一滑塊上被引導，傳動裝置在第二 滑塊上被引導，鑽杆在井架上被引導。由於兩個滑塊和導杆，上述的 使傳動裝置反向的方法可非常容易實現。在傳動裝置反向期間，鑽頭 驅動器和鑽杆可保持在井架上。有利的是，在該實施例中設置兩個萬 向接頭，其分別位於鑽頭驅動器與傳動裝置之間或傳動裝置與鑽杆之 間。
才艮據本發明，有利的是，傳動裝置具有帶有兩個基本相同地構造 而成的凸緣連接的齒輪箱。因此，在啟動狀態和反向狀態下，傳動裝
置可連接到鑽頭驅動器上而不需要適配器。
用於操作鑽井設備的本發明的方法的特徵在於，傳動裝置與鑽頭 驅動器脫離接合以使傳動比反向，並且該傳動裝置反向以及在反向狀 態下重新連接到鑽頭驅動器上。該方法能夠以特別省時、廉價的方式 例如為了適應不同的鑽井過程而改變傳動比。該方法還可避免鑽井設 備的複雜轉換，甚至避免利用不同的鑽井設備更換該鑽井設備。
下面結合附圖進一步示範性地說明本發明，在附圖中
圖1表示帶有鑽頭驅動器和傳動裝置的鑽井設備，該傳動裝置具 有高速的變速裝置。
圖2表示鑽頭驅動器的實施例，其為了增大扭矩而通過凸緣直接 連接到傳動裝置上。
圖3表示圖2的傳動裝置，其另外具有在傳動裝置輸出處的萬向 接頭。
圖4表示鑽頭驅動器的實施例，其帶有傳動裝置和在傳動裝置輸 入處的萬向接頭，該傳動裝置具有高速的變速裝置。
圖5表示圖4所示的傳動裝置，其另外具有在傳動裝置輸出處的 萬向接頭。
具體實施例方式
圖1示出了本發明的鑽井設備l，其帶有鑽塔或井架20、鑽頭驅 動器22和傳動裝置40。鑽井設備1具有車輛10,該車輛10包括下 底盤12和以旋轉的方式4交接至下底盤上的上底盤14。井架20可樞轉 地放置在上底盤14上。通過樞轉缸18,井架20可從基本垂直的操作 位置樞轉到基本水平的運送位置。在上底盤14的後部放置有容納纜 繩17的絞盤15，該纜繩17通向位於井架上部的導輪。井架20還具 有井架頭部24。在井架20的操作位置處，井架20被放置於車輛10
前部的前方。在井架的前側，即遠離車輛10的一側，井架20具有引 導裝置26,第一滑塊30可沿著所述井架20在該引導裝置上被引導。 該引導裝置26具有在井架前部側向布置的兩個導軌。第一滑塊30具 有四個引導爪32，在任何情況下，兩個引導爪32可與導軌滑動地接 合。在第一滑塊30上設置有進給驅動器34，其用於沿井架20移動第 一滑塊30。為此，在井架20上放置兩個固定鏈38。進給驅動器34 連接為與兩個主動小齒輪一起旋轉，這兩個主動小齒輪連接到固定鏈 38上，以便在操作進給驅動器34時，所述進給驅動器34與第一滑塊 30 —起沿著固定鏈38移動。
第一滑塊30也具有用於旋轉地驅動鑽杆的鑽頭驅動器22。因此， 該鑽頭驅動器22還可稱為旋轉驅動器。鑽杆例如可以是方鑽杆或者 在所謂的凱氏鑽井期間用於支撐鑽頭或鑽孔的鑽井管。在鑽頭驅動器 22的下方通過第一萬向接頭42利用凸緣連接有傳動裝置40，該傳動 裝置40可提高速度和降低扭矩。在此實施例中，鑽井設備1例如適 合於需要高速的位移或CSV鑽井操作。
傳動裝置40位於也可沿井架20被引導的自身的第二滑塊46上。 傳動裝置40的下方利用凸緣連接有用於接收鑽杆的第二萬向接頭44。
根據本發明，傳動裝置40以可脫離接合且可逆的方式放置於鑽 頭驅動器22上，用於使傳動比反向。為了引導和/或鎖定鑽杆，導杆 50位於傳動裝置30和第二萬向接頭44下方。所述導杆固定於井架 20上。
圖2示出了本發明的傳動裝置40的實施例。傳動裝置40如圖示 地放置，以便獲得低速傳動，從而使得扭矩增加。高轉矩是例如凱氏 鑽井所必需的。傳動裝置40不通過萬向接頭直接連接到鑽頭驅動器 22上。為此，容納傳動裝置40的齒輪箱通過凸緣連接到第一滑塊30 上。鑽頭驅動器22和傳動裝置40互相接合式地旋轉。為此，鑽頭驅 動器22的馬達輸出軸通過聯接器連接到構造為空心軸的傳動裝置40 的驅動單元上。在傳動裝置40的與鑽頭驅動器22相對的末端處，鑽
杆可以以將扭矩傳遞至傳動裝置40的方式連接到傳動裝置40上。
圖3示出了圖2所示的帶有鑽頭驅動器22的傳動裝置40，並且 在傳動裝置40下方增加了第二萬向接頭44。該第二萬向接頭44用於 接收鑽杆。
圖4示出了高速傳動的傳動裝置40，即傳動裝置40導致了速度 增加和扭矩下降。第一萬向接頭42放置於傳動裝置40與鑽頭驅動器 22之間。傳動裝置40放置於在井架20上被引導的第二滑塊46上。 類似於第一滑塊30，第二滑塊46沿同 一引導裝置26被引導。
圖5示出了圖4的布置，並且在傳動裝置40下方增加了第二萬 向接頭44。
權利要求
1. 一種鑽井設備，其具有井架，鑽頭驅動器，其在所述井架上被引導，用於驅動鑽杆，和傳動裝置，其位於所述鑽頭驅動器與所述鑽杆之間，用於進行傳動，其中，為了使傳動比反向，所述傳動裝置以可脫離接合且可反向的方式放置於所述鑽頭驅動器上。
2. 如權利要求1所述的鑽井設備，其特徵在於，所述傳動裝置 具有驅動單元和從動單元，所述驅動單元具有用於連接到所述鑽頭驅 動器上的第一連接裝置，所述從動單元具有用於連接到所述鑽杆上的 第二連接裝置，用於連接到所述鑽頭驅動器上的所述第一連接裝置和 所述第二連接裝置具有基本相同的構造。
3. 如權利要求1所述的鑽井設備，其特徵在於，所述傳動裝置 具有環形構造。
4. 如權利要求1所述的鑽井設備，其特徵在於，所述傳動裝置 可通過凸緣連接到所述鑽頭驅動器上。
5. 如權利要求1所述的鑽井設備，其特徵在於，所述傳動裝置 可通過萬向接頭連接到所述鑽頭驅動器上。
6. 如權利要求1所述的鑽井設備，其特徵在於，所述鑽頭驅動 器位於在所述井架上被引導的第一滑塊上。
7. 如權利要求1所述的鑽井設備，其特徵在於，所述傳動裝置 位於在所述井架上被引導的第二滑塊上。
8. 如權利要求1所述的鑽井設備，其特徵在於，在所述傳動裝 置與所述鑽杆之間存在至少一個萬向接頭。
9. 如權利要求1所述的鑽井設備，其特徵在於，所述傳動裝置 具有齒輪箱，所述齒輪箱帶有基本相同地構造而成的兩個凸緣連接。
10. —種用於操作尤其如權利要求1所述的鑽井設備的方法，所述鑽井設備具有井架、在所述井架上被引導的用於驅動鑽杆的鑽頭驅 動器和用於進行傳動的位於所逸鑽頭驅動器與所述鑽杆之間的傳動 裝置，其中，為了使傳動比反向，所述傳動裝置可與所述鑽井驅動器 脫離接合，並且所述傳動裝置反向以及在反向狀態下重新連接到所述 鑽頭驅動器上。
全文摘要
本發明涉及鑽井設備和操作鑽井設備的方法，該鑽井設備帶有井架、在井架上被引導的用於驅動鑽杆的鑽頭驅動器以及用於進行傳動的位於鑽頭驅動器與鑽杆之間的傳動裝置。根據本發明，為了使傳動比反向，傳動裝置以可脫離接合且可反向的方式放置於鑽頭驅動器上。
文檔編號E21B7/02GK101392630SQ200810149090
公開日2009年3月25日 申請日期2008年9月19日 優先權日2007年9月19日
發明者K·J·克羅爾曼, M·薩恩, M·賈斯 申請人:包爾機械有限公司