專利名稱：一種鉆孔系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆孔的方法及裝置。
相對(duì)于本發(fā)明主題之已有技術(shù)的現(xiàn)存情況，本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)能夠在狹小的有限空間內(nèi)工作，尤其是在城市環(huán)境中設(shè)備的整體體積要盡可能的小，從而產(chǎn)生最小可能的不便；基本上不論在什么樣的地帶條件下，都能實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠的運(yùn)行，而沒有設(shè)備損壞的危險(xiǎn)；就結(jié)構(gòu)和應(yīng)用而言，該裝置應(yīng)該盡可能的簡(jiǎn)單實(shí)用；允許有限的制造和運(yùn)行成本；以簡(jiǎn)單實(shí)用的方式實(shí)現(xiàn)鉆孔的最佳控制與導(dǎo)向；在該裝置鉆孔期間，盡可能限制基巖干擾的危險(xiǎn)。
迄今已經(jīng)提出了以下的建議使用一個(gè)鉆桿組件在地下鉆一個(gè)基本水平的孔，該鉆桿組件包括一系列沿一軸線首尾相接的鉆桿，并且在地下能夠由鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置向前推進(jìn)。
這樣，從地表到基巖，先用鉆機(jī)沿一個(gè)傾斜的路線鑿井，然后將一系列各有幾米長(zhǎng)的鉆桿相互首尾相接組成一個(gè)鉆桿組件。貫穿的方向(即鉆桿組件前端鉆頭的方向)可較好地被調(diào)整，從而使鉆孔能夠首先水平而后傾斜向下進(jìn)行，直到達(dá)到指定的深度，然后仍借助于鉆頭的導(dǎo)向沿基本水平的方向繼續(xù)鉆孔。
在鉆孔過程中，鉆桿組件由固定于鉆桿組件前端的鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置向前推進(jìn)。該鉆桿組件通常被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并且/或者在從鉆頭噴出的高壓水的作用下被驅(qū)動(dòng)。于是，鉆孔過程中所碰到的巖石碎屑大部分經(jīng)常通過設(shè)置在鉆桿組件內(nèi)部的中空通道排出。
該方法尤其適用于鋪設(shè)長(zhǎng)段的管道系統(tǒng)，例如100米或更長(zhǎng)。
尤其，這樣一種鉆孔裝置必須具有一個(gè)直接向下傾斜以一引導(dǎo)鉆桿組件的裝置，而且由于這種鉆機(jī)的重量部分還作為鉆桿組件向前的壓力的止動(dòng)件，所以這種鉆機(jī)的體積很大并且至少有兩噸重。
應(yīng)該考慮到剛剛描述過的公知鉆孔裝置的典型實(shí)例，至少不能合理滿足本文所提出的基本目標(biāo)。
因此，為彌補(bǔ)這種缺陷并達(dá)到既定的目標(biāo)，本發(fā)明首先提出為在地下鉆出基本水平的孔，應(yīng)使用一種鉆桿組件，該鉆桿組件包括一系列沿一軸線首尾相接的鉆桿元件，這些元件能夠由鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置推進(jìn)，-產(chǎn)生所說的起始區(qū)域作為沿一基本垂直的軸線從地下通往地面的立井，同時(shí)在該立井的全深處有一基本水平段；而該立井最好不足以使一個(gè)人帶著所說的鉆孔組件在井底打鉆；-為鉆孔，應(yīng)在孔內(nèi)沿孔的方向由鉆孔元件從位于立井前壁的孔處移動(dòng)鉆桿組件；-選擇該鉆桿組件的鉆桿元件，以使鉆桿元件的軸向長(zhǎng)度小于從立井前壁的孔至相對(duì)的后壁之間的距離。
這就為短鉆桿(約10～30厘米長(zhǎng))并最好具有相互擰緊結(jié)構(gòu)的鉆桿形成鉆桿組件提供了可能性。
單個(gè)鉆桿僅在其中央?yún)^(qū)域是柔性的，也就是說，在其用于與兩個(gè)相鄰的鉆桿擰緊的端部區(qū)域不是柔性的。擰緊時(shí)，最好沒有間隙，因?yàn)檫@將會(huì)消除調(diào)節(jié)整體鉆桿組件定位的可能性。由于由管組成的鉆桿組件在實(shí)際沒有間隙的擰緊區(qū)域一要比在單個(gè)桿件的中央?yún)^(qū)域堅(jiān)硬，所以鉆桿組件在擰緊區(qū)可以認(rèn)為基本不能進(jìn)行側(cè)向移動(dòng)。
因此，由鉆桿組成的組件通常被認(rèn)為沿橫向不會(huì)有很大的彈性，而每個(gè)鉆桿的擰緊區(qū)約占整個(gè)桿長(zhǎng)的20％～25％。
由于大部分鉆孔操作都是在本發(fā)明的鉆架內(nèi)進(jìn)行的，肯定會(huì)有很小的鉆孔側(cè)向偏移，所以適合于由許多非常短的單個(gè)鉆桿組成的鉆桿組件工作。事實(shí)上，即使從原始立井開始工作而實(shí)現(xiàn)隨鉆桿組件一起水平前移也是可能的，其中原始立井有一基本不大于地表預(yù)定部分的區(qū)域，鉆桿組件由單個(gè)的鉆桿在工作區(qū)沿鉆軸方向連接到鉆桿組件后端。單個(gè)鉆桿的長(zhǎng)度要嚴(yán)格小于水平面上測(cè)得的原始立井橫截面的長(zhǎng)度。
此外，為了在鉆孔內(nèi)移動(dòng)鉆桿組件，比較有利的情況是驅(qū)動(dòng)裝置被壓在與開口相對(duì)的井壁上，并且由驅(qū)動(dòng)裝置施加一個(gè)前推力作用在孔內(nèi)的鉆桿元件上。
另外，為打出所需的鉆孔本發(fā)明所提供的裝置包括-一個(gè)適合下放的鉆架，至少部分應(yīng)能夠放入井中；
-鉆桿元件，首尾相接而設(shè)置并具有特定的長(zhǎng)度；-鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置，可在鉆架內(nèi)的兩個(gè)前后位置間移動(dòng)以驅(qū)動(dòng)鉆桿元件，并在移動(dòng)時(shí)形成一個(gè)鉆桿的組件，該組件沿基本為水平的軸線相對(duì)堅(jiān)硬；-所說的元件的長(zhǎng)度小于所說的鉆架沿鉆桿組件軸向的寬度，這些元件組成了所說的鉆桿組件。
就鉆井驅(qū)動(dòng)裝置而言，本發(fā)明具有一定的優(yōu)點(diǎn)，它包括-夾緊裝置，用于單獨(dú)夾住組成所說的鉆桿組件的最后一個(gè)鉆桿元件；-推動(dòng)裝置，用于通過壓力沿鉆進(jìn)方向之軸線前移所說的鉆桿組件；-裝載/提取裝置，可在所說的鉆架上在一高位和一低位之間移動(dòng)，目的是在一個(gè)方向上可將添加的鉆桿元件送給鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置從而加長(zhǎng)鉆桿組件，而在反方向上，從鉆桿組件上取回鉆桿元件從而使鉆桿組件縮短。
通過使用一種非常堅(jiān)硬的鉆桿組件，尤其是使用實(shí)心材料制成的鉆桿，或至少使用具有相當(dāng)大壁厚的管制成的鉆桿，就可能由壓力前移鉆桿組件基本完成鉆孔作業(yè)(如果僅僅出于需要的話)。這種作業(yè)方法尤其適用于從一原始立井開始進(jìn)行的工作，因?yàn)橥ㄟ^壓力前移鉆桿組件的驅(qū)動(dòng)裝置不會(huì)在前面作用在鉆桿組件的后端上，并且替代夾住鉆桿組件外邊緣，而僅僅是通過一種動(dòng)連接將其夾在縱軸左右的軸向或傾斜位置上，以向前推動(dòng)鉆桿，使之轉(zhuǎn)動(dòng)或退回。
因此，為在孔中移動(dòng)鉆桿組件，這樣將是可取的-由驅(qū)動(dòng)裝置夾住位于立井內(nèi)的鉆桿組件之后部元件的外邊緣；-沿鉆桿組件的軸線將元件移動(dòng)一定距離，該距離基本與元件的長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)；-當(dāng)鉆桿組件已在鉆孔中，為防止其推出，夾住鉆桿組件的另一后部元件，依此類推。
為刮掉鉆頭前的泥土，鉆桿組件的旋轉(zhuǎn)僅在特殊情況下才是有用的。然而，如果需要，可將鉆桿組件旋轉(zhuǎn)小于360度，因?yàn)椴粚?duì)稱斜面可能作用在鉆進(jìn)前進(jìn)的方向上，表現(xiàn)在鉆桿組件附近和相對(duì)鉆軸的傾斜位置上。
由于沿鉆軸(基本為水平的)方向的位置上設(shè)置了鉆桿，于是就又可能將其插入原始立井或從原始立井中取出，新鉆桿就是從水平位置的儲(chǔ)桿槽內(nèi)被插入或取出的。因此，當(dāng)給進(jìn)鉆桿時(shí)，在鉆桿方向的調(diào)整中必然伴有的困難，例如象擠壓等等幾乎可完全避免。
通過自帶馬達(dá)的鉆桿變換裝置(changer)(最好稱為“裝別提取裝置”)，所增加的每個(gè)鉆桿可被裝載/提取裝置與固定于其上的螺紋套筒很便利地從位于其上的儲(chǔ)桿槽中取出。
鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置可沿原始立井的一個(gè)和另一個(gè)方向平行于鉆軸縱向平移至少單個(gè)鉆桿的全長(zhǎng)。因而鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置最好可在介于送進(jìn)與取回兩個(gè)位置間雙向移動(dòng)，其中送進(jìn)位置恰好位于鉆桿裝載/提取裝置的附近，而裝載/提取裝置本身設(shè)置于相對(duì)的井壁上。
裝載/提取裝置與鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置最好被設(shè)置在鉆架內(nèi)，鉆架由網(wǎng)狀的金屬管組成，該鉆架的一部分可被固定而另一部分可沿垂直方向移動(dòng)。鉆架最好在其外面包上一層板以防止砂石落人原始立井中。該鉆架(或至少其可動(dòng)部分)被從井上下放，例如可通過手搖絞車來實(shí)現(xiàn)。
儲(chǔ)桿槽可由一垂直槽或斜槽構(gòu)成，在斜槽內(nèi)鉆桿一個(gè)壓一個(gè)水平排列。在最下部，斜槽前端開口，以使最下面的鉆桿從儲(chǔ)桿槽中被取出。在該取出位置，鉆桿相對(duì)鉆軸部分垂直排列，因此可被能相對(duì)于鉆架垂直移動(dòng)的裝載/提取裝置取出。
為此，其上設(shè)置裝載/提取裝置之馬達(dá)的變換器滑架被提升至取出位置的高度上。于是將設(shè)置在馬達(dá)軸上的螺紋套筒擰人處于從儲(chǔ)桿槽中取出位置上的鉆桿上。應(yīng)該注意的是因?yàn)橛辛硗庖粋€(gè)或另外的塊體停留在鉆桿上，該鉆桿不能被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)變換器滑架下放到鉆軸(位置)后，一反向的旋轉(zhuǎn)和上述馬達(dá)的前推力用于將從儲(chǔ)桿槽中取出的鉆桿擰入位于鉆孔中鉆桿組件的后端上。儲(chǔ)桿槽最好在鉆架內(nèi)低于地表處停住，但為了有利于手工添加鉆桿，從底面上開始，并可從鉆架傾斜伸出超過鉆桿組件的范圍。
鉆架的下部由水平作用的夾緊液壓缸楔入原始立井內(nèi)，該液壓缸用于在水平面與垂直面正確的夾持。
接合附圖，本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)說明如下。其中

圖1為依據(jù)本發(fā)明的鉆孔裝置的側(cè)視圖；圖2為依據(jù)本發(fā)明的鉆孔裝置沿鉆軸的前視圖；圖3為該裝置放大的頂視圖；圖4為一個(gè)表明應(yīng)用本發(fā)明的裝置鉆孔作業(yè)過程的方框圖，該過程分為4a至4g幾個(gè)步驟；
圖5為一個(gè)本發(fā)明的裝置之操作方框圖(分為5a、5b、5c幾個(gè)步驟)，具體展示了用于檢測(cè)軸的位置和任何相對(duì)于鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置鉆桿組件可能的偏移；圖6為一個(gè)方框圖，表明應(yīng)用本發(fā)明之裝置取回鉆桿元件的操作過程，分為6a至6h幾個(gè)步驟在圖1和2中，圖1a和2a分別表示位于原始立井2內(nèi)的鉆孔裝置之上部，該上部部分伸出地表5。
鉆孔裝置的元件設(shè)置在鉆架11內(nèi)，而鉆架11由金屬制成，其外表面最好用金屬板包住，圖中沒有表示出。
鉆架11可由手搖絞車放入原始立井2中，圖中未表示出，為此可借助于導(dǎo)輪、導(dǎo)軌等等垂直導(dǎo)向，例如在原始立井之上設(shè)置輔架。
從圖1a的下部可以看到，鉆軸3水平延伸，鉆孔1設(shè)置于左手側(cè)壁2a(前壁)上。
鉆架11底部開有凹槽，并設(shè)置在這些側(cè)壁上。
依據(jù)本發(fā)明的裝置之主要組成部分都設(shè)置在鉆架11上或鉆架11內(nèi)鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9沿鉆軸3的方向向左給鉆桿組件施加壓力，或在鉆桿組件6從鉆孔3中抽出過程中，將組件6收回，-鉆桿裝載/提取裝置12，使通過在其后端一個(gè)接一個(gè)地補(bǔ)充或取出添加的鉆桿7而構(gòu)成位于鉆孔3內(nèi)的鉆桿組件的長(zhǎng)度成為可能，-儲(chǔ)桿槽19，容納著將被連接到鉆桿組件6上的鉆桿7，-斜槽24，即操作人員能夠清洗落入斜槽中的鉆桿，并使這些鉆桿受到偏移檢查和重新潤(rùn)滑以備后用。
圖1和2中，沿鉆軸方向不包括鉆桿組件6，目的是使這兩附圖更容易理解，而不象圖3那樣。于是可看到由鉆桿7(或元件)組成鉆桿組件6，鉆桿7一個(gè)接一個(gè)排列，相互間在后端被擰緊，各元件7的軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)1(圖1a和3)，L1小于立井后壁2b與前壁2a之間的距離d，而且小于鉆架11(或至少為鉆架11沉入井內(nèi)的部分)的長(zhǎng)度L2，其中所說的立井內(nèi)用于安裝鉆機(jī)，所說的L2為測(cè)向的前后架之間的垂直距離，參照?qǐng)D1中的11a、11b。
圖1a中，鉆桿之一7d，被擰在馬達(dá)13的螺紋套筒34上，該馬達(dá)13為裝載/提取裝置12上的一部分。
每個(gè)螺紋鉆桿7的外邊緣上都設(shè)置一環(huán)形槽18，作為檢測(cè)裝置。
從圖1a可看到，裝載提取裝置12基本垂直移動(dòng)，鉆桿7d沿一基本垂直的運(yùn)輸通道10移動(dòng)。鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9可在液壓活塞30的作用下沿導(dǎo)軌29在軸3的方向上滑動(dòng)。
為給鉆桿組件6施加壓力，以使鉆孔推進(jìn)，鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9夾住位于距后部最遠(yuǎn)位置上的鉆桿7(也就是說，仍處于鉆架11內(nèi))，而且整個(gè)鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9由圖1a所示的位置向左移動(dòng)。這樣，鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9就在前壁2a與相對(duì)的后壁2b附近之間移動(dòng)。
鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9除沿鉆軸3方向上的軸向運(yùn)動(dòng)外，還可使鉆桿組件6分別作轉(zhuǎn)動(dòng)和線性運(yùn)動(dòng)。為此，與鉆軸3同軸設(shè)置并能夾緊鉆桿組件的轉(zhuǎn)動(dòng)夾爪33，可相對(duì)其外殼35轉(zhuǎn)動(dòng)。這種方法用于協(xié)同不對(duì)稱設(shè)置在鉆桿組件某一點(diǎn)上的公知斜面一起調(diào)節(jié)方向。
該鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置還包括另一夾爪32，稱之為分離爪，設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)爪33的前面，該轉(zhuǎn)動(dòng)爪33可使被固定的鉆桿組件相對(duì)鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置的外殼35轉(zhuǎn)動(dòng)。
相對(duì)于鉆桿組件6在鉆孔3中部附近還設(shè)置了夾爪21，這從圖2中可更容易看到，該夾爪21也包括兩個(gè)爪，直接橫向作用在鉆桿組件上。這些爪由液壓千斤頂21’驅(qū)動(dòng)，千斤頂21’的一端固定在一個(gè)相對(duì)于鉆架11固定的位置上。
在鉆架的下端，低于鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9處沿鉆軸3的方向延伸的夾緊液壓缸22a、22b固定設(shè)置在鉆架上。液壓缸22a和22b在其活塞桿的自由端有一壓力板25。由于鉆架11在此區(qū)域內(nèi)沒有外殼，所以這些夾緊液壓缸22(即如果有必要的話，可由液壓裝置驅(qū)動(dòng))的活塞桿之出口將壓力板25壓在原始立井2的對(duì)面的井壁，從而使鉆架11貼在立井2的側(cè)壁。這樣，整個(gè)鉆架11就固定在原始立井2內(nèi)，立井2對(duì)于相對(duì)鉆軸3的起始鉆孔1調(diào)直是很有必要的，其中鉆軸3由鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置相對(duì)鉆架11確定。
裝載/提取裝置12基本由自帶螺紋套筒34的馬達(dá)13構(gòu)成，套筒34最好直接安裝在馬達(dá)的輸出軸上。套筒34設(shè)置一個(gè)能夠被擰到鉆桿7的后螺紋的螺紋，以使鉆桿7首尾相接地裝配在一起。從圖1a中可看到該螺紋最好為外螺紋，沿一錐面作用在鉆桿7上，在這種情況下最好使用圓螺紋。因此，套筒34則有一反向的內(nèi)螺紋，而且馬達(dá)13由平行于軸3的轉(zhuǎn)軸定向。于是，馬達(dá)13可沿轉(zhuǎn)軸3的方向和垂直于該方向(垂直于鉆架)上移動(dòng)。
為此，馬達(dá)13被固定于馬達(dá)架16上。馬達(dá)架16可由外緣帶環(huán)形槽的滾輪36在鉆軸3的方向上沿彼此最好垂直分布的桿移動(dòng)，該兩桿作為馬達(dá)架的導(dǎo)軌17。導(dǎo)軌17最好由滾輪39固定在滑架14上，并可在垂直方向沿以所設(shè)置的兩桿的形式存在的滑架導(dǎo)軌15移動(dòng)，導(dǎo)軌17在鉆架11內(nèi)側(cè)壁2b附近隔一定間距設(shè)置在鉆軸方向上。
馬達(dá)13可通過裝載/提取裝置的提升滑架14在垂直方向上移動(dòng)，從而能夠在最低位置與鉆軸3對(duì)直，或在最高位置(圖2b)，與設(shè)置在鉆架11上部區(qū)域的夾緊裝置23對(duì)直。該夾緊裝置由液壓千斤頂23’產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，而該千斤頂23’最好為雙動(dòng)千斤頂。在該兩端位置(二者最好位于地表5水平以下)之間，可以發(fā)現(xiàn)，在馬達(dá)13的軌跡上，從已備好的“新”鉆桿7a、7b、7c的儲(chǔ)桿槽中取出鉆桿的位置。該儲(chǔ)桿槽基本由一個(gè)傾斜放置的型材殼20組成，殼20的傾角在垂直位置達(dá)到最大值，鉆桿7從水面裝入殼20中。
在殼20的下端，對(duì)于最下面的鉆桿7a有一止點(diǎn)，并在鉆桿7a的后側(cè)有一直接朝向馬達(dá)13的開口。
于是，儲(chǔ)桿槽19最好在地面水平以上伸出，并相對(duì)鉆架11向外或測(cè)向伸出，以使操作人員能夠更容易地添加鉆桿7。
當(dāng)馬達(dá)13與鉆桿7a成一直線，鉆桿7a處于從儲(chǔ)桿槽取出(鉆桿)的位置上時(shí)，馬達(dá)13通過沿其旋轉(zhuǎn)軸的縱向移動(dòng)和螺紋套筒的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)被擰到鉆桿7a上。由排列在后者(鉆桿7a)上的鉆桿之重量，或由也設(shè)置在儲(chǔ)桿槽19內(nèi)的塊狀物的重量來防止后者(鉆桿7a)的轉(zhuǎn)動(dòng)。朝向馬達(dá)13之驅(qū)動(dòng)裝置9的斜坡使鉆桿7a連接到鉆桿組件6上。
在儲(chǔ)桿槽19下端之上，在如此被運(yùn)送的鉆桿之垂直軌跡上并低于夾緊裝置23的位置上，設(shè)置斜槽24，并使其上端也低于夾緊裝置23。由裝載/提取裝置12從上面在夾緊裝置23內(nèi)驅(qū)動(dòng)鉆桿7，鉆桿7離開斜槽24，斜槽24沿其軌跡可繞一轉(zhuǎn)軸向外側(cè)傾斜。接著，斜槽24由于重力的作用復(fù)位，并傾向如圖2b所示的位置。在該運(yùn)行位置，鉆桿7k首先被夾具23夾住，夾具23松開后，鉆桿7k落入斜槽24中，并沿鉆架11測(cè)向滾動(dòng)，在鉆架11內(nèi)，操作人員可接到鉆桿并檢查、存放鉆桿。
參照?qǐng)D4-6，對(duì)依據(jù)本發(fā)明的裝置之操作說明如下。
首先從鉆孔操作開始，并希望繼續(xù)進(jìn)行說起。這樣，裝載/提取裝置12的滑架14向上移動(dòng)(步驟4a)以從儲(chǔ)桿槽中取出一個(gè)新鉆桿。馬達(dá)架16與馬達(dá)14一起，位于水平距離鉆孔最遠(yuǎn)的取回位置，即朝向圖1a中原始立井的右手邊2b。
滑架14于是沿導(dǎo)軌15向上移動(dòng)，直到螺紋套筒34與位于從儲(chǔ)桿槽19中取出的位置上之鉆桿7c的螺紋成一直線。然后，螺紋套筒34沿其轉(zhuǎn)軸向左移動(dòng)，也就是說，頂著鉆桿7c向前移動(dòng)，而且套筒34由馬達(dá)13驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以將套筒34擰到鉆桿上。這種擰進(jìn)操作由一個(gè)同裝載馬達(dá)13結(jié)合的定時(shí)機(jī)構(gòu)限制在一定時(shí)間(幾秒鐘)內(nèi)。
為實(shí)現(xiàn)螺紋套筒34的螺紋與鉆桿7c的螺紋之連接，必須沿軸向施加一個(gè)壓力，為此，螺紋套筒34由馬達(dá)13作用沿軸向水平移動(dòng)，由于馬達(dá)架16沿馬達(dá)架17a、17b的導(dǎo)軌相對(duì)滑架14大致為水平移動(dòng)。液壓活塞37執(zhí)行該操作。
在以一完全確定的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)螺紋的擰進(jìn)過程中，由于該液壓活塞37的伸出與縮回不能對(duì)應(yīng)軸向的前進(jìn)得到精確的控制，所以在液壓活塞37與在活塞37作用下移動(dòng)的馬達(dá)架16之間設(shè)置彈簧38，最好是在各運(yùn)動(dòng)方向上都設(shè)有彈簧38a、38b從而使在鉆軸3方向上的所需長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)靡源_定。
此外，為補(bǔ)償套筒34的轉(zhuǎn)軸與位于儲(chǔ)桿槽中的鉆桿7c間對(duì)直方向的缺陷，最好使螺紋套筒34以固定的方式設(shè)置在馬達(dá)13的輸出軸上。但馬達(dá)13不是以固定的方式支撐在馬達(dá)架16而設(shè)置，它可通過橡膠支撐而移動(dòng)，從而使其轉(zhuǎn)軸能夠相對(duì)馬達(dá)架16實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)和角度的變化。
上述的補(bǔ)償功能不僅對(duì)儲(chǔ)桿槽內(nèi)鉆桿的取出很有必要，而且對(duì)于相對(duì)鉆桿組件6的適當(dāng)位置的放置和取出也很必要。
而后，馬達(dá)架沿鉆軸3的方向相對(duì)滑架14再次被退回，從而使支承在螺紋套筒34上的鉆桿7c從儲(chǔ)桿槽19中被取出。鉆桿(如圖1a中處于運(yùn)送位置上的鉆桿7d所示)于是向下移動(dòng)到鉆軸3為止。
通過馬達(dá)架16相對(duì)滑架14的移動(dòng)(也就是說，向步驟4c中向圖1a的左側(cè)移動(dòng))，該鉆桿的前端27與位于鉆孔內(nèi)的組件6之最后一個(gè)鉆桿的后端相連接，如圖3所示。由于馬達(dá)13的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，該新鉆桿就被擰在鉆桿組件的后部，從而使鉆桿組件延長(zhǎng)。
直到與馬達(dá)13配合的力矩檢測(cè)裝置指示轉(zhuǎn)矩足夠時(shí)，旋緊操作才被停下來。在旋緊操作期間，鉆桿組件6的最后一個(gè)鉆桿被轉(zhuǎn)動(dòng)夾爪夾緊轉(zhuǎn)動(dòng)(步驟4c)，然后便處于一個(gè)被向左推動(dòng)很長(zhǎng)距離的位置上，最好在上述后部元件(步驟4c中的7b)的后端。馬達(dá)13旋轉(zhuǎn)停止后，轉(zhuǎn)動(dòng)爪33松開(步驟4d)，并且鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9(見圖1a與圖3)沿兩個(gè)導(dǎo)軌29向右退回，直到轉(zhuǎn)動(dòng)爪33位于被連接的最后的新鉆桿的區(qū)域內(nèi)，鉆桿7可被轉(zhuǎn)動(dòng)爪33夾緊，目的是通過馬達(dá)13的反轉(zhuǎn)(步驟4e)，將剛連接到螺紋套筒34上的鉆桿7拆下。
在爪33松開和鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9退回過程中，鉆桿組件6停留在其所在的位置上，直到固定在鉆孔附近頂在鉆架11上的爪21夾住鉆桿組件6(步驟4A至4E)，鉆桿組件6才相對(duì)鉆孔1軸向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。在螺紋套筒松開過程中，馬達(dá)架16通過液壓活塞37再一次相對(duì)于滑架14向后移動(dòng)。
爪21松開后，整個(gè)裝置9的前移使鉆桿組件6由于新鉆桿7的長(zhǎng)度而前移成為可能，由于整個(gè)鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置沿導(dǎo)軌29由液壓活塞30推進(jìn)，其中液壓活塞30最好設(shè)置在鉆架11的兩側(cè)(大約2噸的力)。為調(diào)整方向，在鉆桿組件6前移之前或在前移過程中，由轉(zhuǎn)動(dòng)夾爪33可使鉆桿組件繞鉆軸3輕微地轉(zhuǎn)動(dòng)(步驟4F)，在該裝置9移動(dòng)之前、中或后，整個(gè)鉆桿裝載提取裝置12再次向上移動(dòng)，從而找出儲(chǔ)桿槽19中的下一個(gè)鉆桿7(步驟4G)。通過該程序的重復(fù)，使鉆桿組件6達(dá)到所需長(zhǎng)度，因此使鉆孔1以一種可控的方式向其終點(diǎn)推進(jìn)。
由于鉆桿組件6僅借助于動(dòng)連接被鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9操作其軸向移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，所以就會(huì)使鉆桿組件6以一種不希望有的方式相對(duì)爪33或21傾斜。
為檢測(cè)并可能校正位置，在鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9上，最好在其外殼35上設(shè)置(貼)有至少一個(gè)傳感器28，最好是三個(gè)傳感器(稱之為第一、第三和第四檢測(cè)裝置)28a、28b、28c。
這些傳感器28最好稱為感應(yīng)傳感器，相對(duì)鉆桿7的相對(duì)軸向位置的監(jiān)視器位于鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9的區(qū)域內(nèi)，由于其中的一個(gè)傳感器28a當(dāng)螺紋鉆桿7的環(huán)形槽(稱為第二檢測(cè)裝置)18恰好在其前方時(shí)作出反應(yīng)。如果鉆桿組件6沿鉆軸3的方相對(duì)鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9傾斜，那么環(huán)形槽1 8就離開該傳感器28a的區(qū)域，28a便會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)。
這些不同的可能性如圖5所示，即所示的步驟5a～5c?！扒胺健焙汀昂蠓健狈謩e表示端部或元件的前方與后方。
在步驟5a中，由于元件7b的槽18已越過檢測(cè)裝置28a并已由檢測(cè)裝置28b記錄下來，所以可看到鉆桿組件6在鉆孔內(nèi)太靠前了。
在步驟5b中，由于檢測(cè)裝置28a位于元件7b之槽18的對(duì)面，所以可看到鉆桿組件6處于正確位置。
最后，在步驟5c中，因?yàn)樵?b的槽相對(duì)檢測(cè)裝置28a落后并已由檢測(cè)裝置28c記錄下來，所以可看到鉆桿組件6相對(duì)鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置太向后了。
每次在步驟5a和5c中，為使鉆桿組件回到步驟5b所示的正確位置，為將鉆孔內(nèi)的鉆桿組件推進(jìn)或拉回從而使檢測(cè)裝置28a正對(duì)元件7b的記錄裝置18(槽)，沿鉆軸將鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置拉回或前移就足夠了。
由于另外兩個(gè)傳感器28b、28c設(shè)置在鉆軸3方向的兩側(cè)，而且彼此間離得很近，環(huán)形槽通過兩個(gè)傳感器28b、28c之一時(shí)，28b、28C發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)。結(jié)果，使我們知道鉆桿組件6相對(duì)鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9的位移方向，并且最好在鉆桿組件6以被以靜止的方式固定于鉆架11上的夾爪21固定在鉆孔1內(nèi)之后，使鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9沿鉆軸3方向再次移動(dòng)，從而使傳感器28a正對(duì)環(huán)形槽，即假定的規(guī)定位置。
從鉆孔1內(nèi)移出鉆桿組件6的過程如圖6中步驟6a～6h所述首先，在鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9上設(shè)置一個(gè)刮泥板(沒有示出)，刮泥板通常由一個(gè)或多個(gè)橡膠唇或一個(gè)橡膠襯管組成，用于大致清洗從鉆孔1中取出的鉆桿組件6。
在返回操作的開始，鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9的夾爪33夾住鉆桿組件6的最后邊的鉆桿(步驟6a中的元件7c)，即鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9相對(duì)于鉆孔1位于前方位置，即在圖1a中原始立井的左手邊。
鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置9從該位置向右移動(dòng)(步驟6b)一個(gè)鉆桿7的長(zhǎng)度，通過設(shè)置于鉆架11上的夾爪21固定鉆桿組件6的倒數(shù)第二個(gè)鉆桿或設(shè)置在其前面的另一鉆桿，而將鉆桿組件6固定于鉆孔1內(nèi)(步驟6c)。
接下來鉆桿組件6的倒數(shù)第二個(gè)鉆桿被分離爪32夾住(步驟6c)。螺紋套筒34于是被放在與鉆軸成一直線的位置上，并被旋到鉆桿組件6的后端(步驟6c)，由于螺紋套筒34向前轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是說，一般沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到其被移動(dòng)靠在組件后端使該套筒與最后一個(gè)鉆桿6緊密地結(jié)合到一起時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這由轉(zhuǎn)矩監(jiān)視來鑒定。
接著，轉(zhuǎn)動(dòng)爪33受到繞鉆軸3的轉(zhuǎn)動(dòng)(步驟6c)，向左大約(打開螺紋的方向)轉(zhuǎn)半圈，從而使鉆桿組件6的最后一個(gè)鉆桿與倒數(shù)第二個(gè)鉆桿部分螺紋松開。
然后，轉(zhuǎn)動(dòng)爪33脫離該最后的鉆桿并向鉆孔1移動(dòng)，從而夾住鉆桿組件6現(xiàn)在的最后那個(gè)鉆桿，并從鉆孔中再次被取出，直到能夠從組件6上取下，如上所述。同時(shí)，或稍微滯后一點(diǎn)，通過反向的螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)(左轉(zhuǎn))使該擰開操作繼續(xù)下去并由螺紋套筒34與馬達(dá)13同停留在那里的螺紋鉆桿(最初為最后一個(gè)的鉆桿)共同完成，同時(shí)，在鉆桿變換裝置向后移動(dòng)過程中由遠(yuǎn)離組件的移動(dòng)繼續(xù)完成(步驟6d)。在此之前，或同時(shí)，通過滑架14的上升與馬達(dá)架16相對(duì)滑架14選擇性的同時(shí)移動(dòng)使位于螺紋套筒34上的鉆桿被送人位于鉆架11上部區(qū)域的夾具23內(nèi)(步驟6e)。為此，儲(chǔ)桿槽19必須通過上升或下降才能從鉆桿的垂直軌跡中退出?？傊?，在到達(dá)夾具23之前，這樣被運(yùn)送的鉆桿容納于轉(zhuǎn)槽24內(nèi)，以從其軌跡中移出。
在夾具23由其活塞23’鎖合后，鉆桿7k被夾具23夾住，這可從圖中看到。該螺紋套筒34可由馬達(dá)13的反轉(zhuǎn)并同時(shí)由馬達(dá)架16相對(duì)滑架14后移被松開(步驟6g)。
在夾具23打開的作用下，鉆桿7k落入在重力作用下已停留在圖2B的后部的斜槽中，為了實(shí)現(xiàn)操作人員連續(xù)處理，沿斜槽測(cè)向滾動(dòng)遠(yuǎn)離鉆架11。
同時(shí)，或其后，裝載/提取裝置12向下移動(dòng)，目的是處理鉆桿組件6的下一個(gè)鉆桿(步驟6h)。
權(quán)利要求
1.一種從一原始立井開始，通過一鉆桿組件(6)在地下打出一基本水平的鉆孔(1)的方法，該鉆桿組件(6)包括一系列沿鉆軸(3)首尾相接設(shè)置并可在地下通過鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置(9)而前移的鉆桿元件(7)，包括以下步驟-產(chǎn)生一個(gè)所說的起始區(qū)域作為在地下沿一基本垂直的軸線通向地面的立井(2)，而且該區(qū)域在立井全深處有一最好恒定的水平部分，該區(qū)域不足以使一個(gè)人在其底部工作，-為了鉆孔，鉆桿組件(6)由元件(7)從位于立井(2)前壁的開口處沿該孔的方向移動(dòng)，-選擇該鉆桿組件(6)的元件(7)以使其具有一小于從該立井前壁上的開口到相對(duì)的后壁(d)之間的長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于鉆孔(1)內(nèi)鉆桿組件(6)的位移是由夾住元件外側(cè)的裝置推動(dòng)設(shè)置在立井(2)內(nèi)至少一個(gè)元件(7)而實(shí)施的，該裝置(33)相對(duì)于鉆桿組件(6)側(cè)向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于鉆桿組件(6)的位移是由夾緊裝置(33)夾住元件(7)后端的周邊推動(dòng)鉆桿元件(7)而實(shí)現(xiàn)的，其中鉆桿元件(7)位于相對(duì)鉆孔(1)之人口最后邊的位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一個(gè)的方法，其特征在于在鉆桿組件(6)軸向位移期間，鉆桿組件(6)相對(duì)鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置(9)的相對(duì)軸向位置由第一檢測(cè)裝置(28a)協(xié)同設(shè)置于各鉆桿元件(7)上的記錄裝置(18)共同實(shí)現(xiàn)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于在鉆桿組件(6)軸向位移期間，相對(duì)鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置(9)的任何可能的傾斜方向由另外的檢測(cè)裝置(28b、28c)協(xié)同各鉆桿元件(7)的記錄裝置(18)共同完成，而且如果需要這種相對(duì)傾斜可通過使第一檢測(cè)裝置(28a)正對(duì)記錄裝置(18)排列的方式移動(dòng)鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置(9)而得以校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一個(gè)的方法，其特征在于為在鉆孔(1)內(nèi)移動(dòng)鉆桿組件(6)，驅(qū)動(dòng)裝置(9)部分壓在立井(2)所說的后壁上，并由鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置(9)的所說的外部夾緊裝置(33)施加一個(gè)前推力作用在鉆孔(1)內(nèi)的鉆桿元件(7)上。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一個(gè)的方法，其特征在于為由鉆桿組件(6)在鉆孔內(nèi)向前鉆孔-由鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置(9)夾住并夾緊立井內(nèi)所說的組件的后部元件(7)的外邊緣，-該元件沿該鉆桿組件的軸向向鉆孔(1)移動(dòng)一個(gè)與元件(7)長(zhǎng)度基本對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，-為防止鉆桿組件退回，由另一外部夾緊裝置(21)夾住已進(jìn)入鉆孔中的鉆桿組件時(shí)，鉆桿組件的另一后部元件(7)被夾住，依此類推，一個(gè)接一個(gè)。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一個(gè)的方法，其特征在于準(zhǔn)備加到鉆桿組件上或在鉆孔后，準(zhǔn)備從組件上拆下的鉆桿元件(7)，在立井中一基本水平的位置上移動(dòng)，該位置平行于鉆軸(3)，并基本沿鉆軸(3)連接到原始立井(2)內(nèi)的鉆桿元件上或從其上拆下。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一個(gè)的方法，其特征在于為將相對(duì)鉆孔最后邊的鉆孔元件(7)拆下，恰好連接它的鉆桿元件(7)被另一夾緊/松開裝置(32)夾住其外側(cè)。
10.一種用于在地下開鑿的立井中鉆孔的裝置，包括-一個(gè)適合下放的鉆架，至少部分能放入立井中，該鉆架沿鉆桿組件的軸向有一長(zhǎng)度，-鉆桿元件，各鉆桿元件都有一特定長(zhǎng)度，首尾相接地排列，-鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置可沿鉆架在一前位與一后位之間移動(dòng)，目的是驅(qū)動(dòng)鉆桿元件并在前移鉆桿元件的組件時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)后部元件和一個(gè)前部元件，該組件沿一基本水平的鉆軸相對(duì)堅(jiān)硬，-組成鉆桿元件之組件的每個(gè)元件所說的特定長(zhǎng)度小于所說的鉆架長(zhǎng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于鉆孔驅(qū)動(dòng)裝置包括一個(gè)夾緊裝置，用于從外側(cè)夾緊設(shè)置在立井內(nèi)的至少一個(gè)元件，該夾緊裝置相對(duì)鉆桿組件的軸線側(cè)向布置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于該夾緊裝置夾住后部鉆桿元件的外緣，從而沿鉆軸推進(jìn)鉆桿組件。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12的裝置，還包括一個(gè)檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置包括第一檢測(cè)裝置，確定在鉆桿組件軸向位移過程中鉆桿組件相對(duì)鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置的相對(duì)軸向位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于檢測(cè)裝置還包括第三和第四檢測(cè)裝置，固定于鉆架上并協(xié)同一系列第二裝置確定在鉆桿組件的軸向位移過程中鉆桿組件相對(duì)鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置的任何可能的傾斜方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至12的裝置，其特征在于鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置包括-夾緊裝置，用于夾住鉆桿組件后部的鉆桿元件，-推動(dòng)裝置，用于通過壓力沿轉(zhuǎn)軸前移鉆桿組件，-裝載/提取轉(zhuǎn)置，可在鉆架內(nèi)的一個(gè)高位和一個(gè)低位間移動(dòng)，目的是在將要鉆孔時(shí)將補(bǔ)充的鉆桿元件送給鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置從而使鉆桿組件加長(zhǎng)，鉆孔后，從鉆桿組件上拆下元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其特征在于在高位，裝載/提取轉(zhuǎn)置容納來自儲(chǔ)桿槽的所說的鉆桿元件之一，所說的儲(chǔ)桿槽中所說的鉆桿元件基本水平排列。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16的裝置，其特征在于還包括夾緊/松開裝置，用于夾緊和松開連接后部鉆桿元件的那個(gè)鉆桿元件，以允許鉆桿元件的相對(duì)拆卸。
全文摘要
一種鉆桿組件打出一個(gè)鉆孔(1),該鉆桿組件包括一系列首尾相接的鉆桿元件(7d)。為此,在地面打出一個(gè)垂直立井(2),該立井(2)有一恒定水平部分,并且在其底部不足以一個(gè)人工作,該鉆桿組件從一位于立井前壁的開口向其中移動(dòng),選擇鉆桿組件的元件(7)從而使其軸向長(zhǎng)度小于從立井前壁的所說的開口到相對(duì)的后壁之間的距離。
文檔編號(hào)E21B19/00GK1217416SQ97114178
公開日1999年5月26日 申請(qǐng)日期1997年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月6日
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