專利名稱：鉆井裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鉆井裝置，尤其是涉及一種適于在一導向套管的引導下在地中鉆及鉸一個孔的鉆井裝置。
在鉆井時想要攜帶一套管，就必須使鉆井裝置的回旋半徑比套管的半徑大。當鉆井工作結束時，該鉆井裝置還須從在已鉆好的井內定位的套管抽出，因此，此鉆井裝置在橫向平面內還必須具有一能在套管外徑處鉆出一個孔的第一位置移到某一該鉆井裝置處于套管內徑以內的位置的徑向位移量，只有這樣，該鉆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)的表土鉆進系統(tǒng)的商用鉆進系統(tǒng)中所公開的內容。盡管這些系統(tǒng)采用了不同的方法來滿足鉆直徑過大的井及鉆后鉆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復雜桿部的鉆進頭上設置一粗螺距螺釘，以使鉆進頭或鉆進頭上的鉸孔連接件繞固定于鉆進頭上的驅動裝置相對轉動，鉆進頭/鉸孔連接件先是置于一偏心位置以鉆出一直徑過大的井，而后鉆進頭/鉸孔連接件置于套管內徑以內，使其可從套管內退出。
盡管這些系統(tǒng)很有效，但它們相對來講比較復雜并且比較昂貴，而且鉆進頭/鉸孔連接件有任何磨損后，將會導致整個鉆進頭及桿部全部報廢。
在另一些方案中，上述缺陷可以被克服，如英國尚未批準的申請第9609078號所公開的，一個驅動裝置有一從其前端凸出的桿；一鉆進頭有一與該驅動裝置前端面緊密貼合的后端面和一支撐孔，桿與孔間隙配合以使鉆進頭可繞驅動裝置相對轉動，桿與支撐孔中至少有一個的軸線與對應驅動裝置及鉆進頭的軸線偏離；一個將鉆進頭可拆卸地固定在桿上并阻止鉆進頭相對桿軸向運動的裝置；及一個限制鉆進頭與驅動裝置間相對轉動角度的裝置。盡管此方案與當時的現(xiàn)有技術相比有顯著的進步，但是，這種結構與當時的現(xiàn)有技術一樣，形成一種鉆進頭，此鉆進頭有一鉆頭，該鉆頭在向下鉆井筒時，轉到一個偏心位置，并以某一徑向距離鉆出一個直徑過大的井，從而允許一導向套管下到井筒內，鉆進頭的反向旋轉使鉆頭收回到套管內徑以內以使其可以在鉆井工作結束后從套管內退出。
這種偏心轉動狀態(tài)的結果是僅僅鉆幾米深后，磨損量就會很可觀，有時磨損十分嚴重導致鉆頭偏心部分上的硬質合金球齒鉆頭脫落。同時，由于鉆頭偏心設置使得作用在鉆頭頂部接頭上的扭矩載荷出奇的大，除非在鉆井時十分小心地操作，否則，扭矩載荷會超出鉆頭頂部接頭材料的最大剪切應力，導致鉆頭頭部剪斷、脫落，需要抽出鉆桿更換，從而導致延長并且是難以接受的停工時間。
而且，偏心鉆頭還有個缺陷，它是兩活動體系統(tǒng)中的一部分，因此，錘作用在鉆進頭上的沖擊力是間接傳給鉆頭，再傳給偏心鉆頭的，其結果是能量被極大地浪費，鉆井速度下降。
根據(jù)本發(fā)明，一個鉆井裝置包括一鉆進頭，及一個置于鉆進頭端部的鉆頭裝置，該鉆頭裝置包括至少兩個位于朝向鉆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，都可從一處于鉆頭外徑限定范圍內的不工作位置轉到一個超出鉆頭外徑同樣角度的工作位置。
盡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并可從不工作位置轉動90度到工作位置。
為簡化鉆進頭的結構，可以使其有一平的最外端面，此端面垂直鉆進頭軸線，并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，該鉆進頭上還設置有一中心孔以接收一端盤的桿，此桿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。
端盤上的桿與鉆進頭上的孔滑動配合，此桿通過一穿過鉆進頭并與此桿表面上的一個槽接合的橫銷來固定。最好，孔與桿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。
鉆頭上應有一貫穿其基體的孔，端盤上的桿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，鉆進頭周邊最好設置一些其數(shù)量與扇形體數(shù)量相對應的縱向凹槽。同時，在各扇形體凹槽與貫穿鉆進頭的中心孔之間設置有一條空氣通道，使二者相通。因此，當壓縮空氣進入鉆孔裝置后，一股空氣通入鉆進頭外部后，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后從鉆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，經其桿的一中心孔，吹到鉆進頭的中心孔內，進而攜帶這些碎屑向上流出錘鉆裝置。
端盤的暴露面上設置有一組切割件，如球齒鉆頭，作為扇形體面對正在鉆出的井底面的表面。此外，最好在扇形體順著鉆進頭轉動方向的側面上也設置一些這樣的切割件，如球齒鉆頭。
因此，當鉆井裝置與地面垂直接觸后，在錘與轉動驅動裝置的作用下，切割鉆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。在鉆井工作結束后，鉆進頭的反向轉動，可以使扇形體又轉回到其非工作位置，從而使鉆進頭可從鉆井時隨鉆進頭一起下到鉆井中的套管內退出。
本發(fā)明鉆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，消除了一導致鉆井失敗的主要因素。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制成的襯套，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，錘作用在鉆頭上的沖擊力被直接傳給扇形體，其結果是能量損失大大減少，鉆井速度明顯加快。
下面將參考附圖描述本發(fā)明的一個實施例，其中附圖如下

圖1是鉆頭端部的示意性透視圖；圖2與圖1相對應，示出了處于非工作位置的扇形體；圖3與圖1相對應，示出了處于工作位置的扇形體；及圖4是本發(fā)明鉆頭的局剖圖。
圖中，鉆頭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用于接收各裝于此凹槽內的各扇形體6的銷軸5。鉆頭有一端盤7，端盤7帶有一螺桿8，螺桿8與對應螺孔9配合，這些裝置布置成這樣，各扇形體裝入凹槽后都被端盤蓋住，其相對鉆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。為增加保險系數(shù)，鎖止銷10可以穿過貫穿鉆頭的橫向孔11后固定在螺桿8的一個對應凹槽12內。
該鉆頭周邊有一些通道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鉆進頭內部形成的腔室15內，該腔室15又與貫穿鉆頭的一中心孔16相通。端盤7的桿8也有一中心孔17，該中心孔17至少與一個出現(xiàn)在端盤端面上的傾斜空氣通道18相通。
在開始工作時，鉆頭處于圖2所示狀態(tài)，由于鉆頭上的端盤7的端面上設置有一定數(shù)量的球齒鉆頭19，而且鉆頭只有一個暴露的周邊表面，因此，鉆進頭可以放置在地面上與地面接觸，并被同時錘打及轉動以使鉆頭進入地下。當鉆頭進入地下后，各扇形體前肩部上的另一些球齒鉆頭開始挖掘地面，結果使各扇形體隨著鉆頭的轉動而轉動，直到進入圖3所示位置，進而鉆出一個直徑過大的井以允許襯管在鉆井時跟在鉆頭后面進入鉆井。在鉆井工作結束后，鉆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(tài)，從而允許鉆頭從套管內退出。
在鉆井階段，通入鉆井裝置驅動其錘的壓縮空氣在鉆頭外面轉向，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桿8的孔及鉆頭的孔16向上吹出。
權利要求
1.一種鉆井裝置包括一個鉆進頭，及一個置于該鉆進頭端部的鉆頭裝置，該鉆頭裝置包括至少兩個置于繞鉆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，并可從一非工作位置，在該位置這些扇形體處于所述鉆進頭外徑的限制范圍內，轉到一工作位置，在該位置，這些扇形體超出鉆進頭外徑同樣角度。
2.如權利要求1所述的鉆井裝置，其特征在于設置有三個扇形體，每個都是可轉動地安裝，并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所述的鉆井裝置，其特征在于所述鉆進頭有一平的垂直于所述鉆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，所述鉆進頭上還有一用于接收一端盤的桿的中心孔，該桿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所述的鉆井裝置，其特征在于所述用于接收所述銷的孔裝有一種由低摩擦系數(shù)材料作的襯套。
5.如權利要求3或4所述的鉆井裝置，其特征在于所述端盤上的所述桿與所述鉆進頭上的所述孔滑動配合，并由穿過所述鉆進頭上一橫孔并安裝在所述桿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鉆井裝置，其特征在于所述端盤上的所述桿及所述鉆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鉆井裝置，其特征在于所述鉆進頭有一中心孔，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所述的鉆井裝置，其特征在于所述鉆進頭有一些其數(shù)量與所述凹槽數(shù)量相對應的通道，這些通道將所述凹槽與所述鉆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鉆井裝置，其特征在于所述端盤上的所述桿有一中心孔，該中心孔從桿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鉆井裝置，其特征在于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鉆井裝置，其特征在于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所述的鉆井裝置，其特征在于所述切割件是球齒鉆頭。
13.一種基本上如前面結合附圖所描述的鉆井裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在一導向套管引導下鉆及鉸一地面孔的鉆井裝置。本發(fā)明的目的是提供一種相對簡單且不昂貴的鉆井裝置,該鉆井裝置可以鉆出一普通的孔并最后可從套管內抽出。本發(fā)明的結構包括一鉆進頭及設置在該鉆進頭端部的鉆頭裝置,這些鉆頭裝置包括至少兩個扇形體,這些扇形體置于在鉆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,可從處于鉆進頭外徑邊界內的非工作位置轉到超出鉆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(yōu)先權日1996年9月4日
發(fā)明者邁克爾·法里哈姆 申請人:布洛克英國有限公司