用于将钻杆移至和移出操作位置的钻杆处理系统

申请号 CN201480071823.1 申请日 2014-12-29 公开(公告)号 CN105874152A 公开(公告)日 2016-08-17
申请人 长年TM公司; 发明人 C·A·莱特; A·C·W·马卡姆;
摘要 本 发明 提供了一种用于将 钻杆 接纳在操作 位置 的 钻头 组件。所述钻头组件具有卡盘和 支架 ,所述支架被配置成在第一位置和第二位置之间移动。在所述第一位置,所述卡盘的所述纵向轴线基本上平行于钻桅的所述纵向轴线。在所述第二位置,所述卡盘的所述纵向轴线基本上垂直于所述钻桅的所述纵向轴线。从所述第一位置,所述支架被配置成相对于所述横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达所述第二位置,其中枢转移动受到限制,直至轴向移动完成。本发明还公开了具有此类钻头组件的钻杆处理系统,以及使用此类钻头组件的方法。
权利要求

1.一种用于将钻杆固定在操作位置钻头组件,所述钻杆具有纵向轴线,所述钻头组件能操作地联接到钻桅,所述钻桅具有纵向轴线,所述钻头组件包括:
支架,所述支架被配置成相对于所述钻桅的纵向轴线和基本上垂直于所述钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动;以及
由所述支架能操作地支承的卡盘,所述卡盘具有纵向轴线并且限定开口,所述开口被配置以牢固地接纳所述钻柱的一部分,使得所述钻杆的纵向轴线与所述卡盘的纵向轴线基本上轴向对准,
其中所述支架被配置成在第一位置和第二位置之间移动,
其中在所述第一位置,所述卡盘的纵向轴线基本上平行于所述钻桅的纵向轴线,其中从所述第一位置,所述支架被配置成相对于所述横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达所述第二位置,
其中在所述第二位置,所述卡盘的纵向轴线基本上垂直于所述钻桅的纵向轴线,并且其中当所述支架在所述第一位置和所述第二位置之间移动期间,所述支架的枢转移动受到限制,直至相对于所述横向轴线的轴向移动完成。
2.根据权利要求1所述的钻头组件,其中从所述第二位置,所述支架被配置成相对于所述横向轴线按序枢转以及随后轴向移动以返回所述第一位置。
3.根据权利要求2所述的钻头组件,其中在所述支架从所述第二位置向所述第一位置移动期间,所述支架相对于所述横向轴线的轴向移动受到限制,直至所述支架相对于所述横向轴线的枢转移动完成。
4.根据权利要求1所述的钻头组件,其中在所述第二位置,所述支架与所述钻桅相对于所述横向轴线轴向间隔开。
5.根据权利要求1所述的钻头组件,还包括多个传感器,其中所述多个传感器中的至少一个传感器被配置成检测所述支架相对于所述横向轴线的轴向移动的完成,并且其中所述多个传感器中的至少一个传感器被配置成检测所述支架相对于所述横向轴线的枢转移动的完成。
6.根据权利要求5所述的钻头组件,其中所述多个传感器包括多个接近开关
7.根据权利要求5所述的钻头组件,其中所述至少一个驱动组件包括至少一个液压驱动组件,并且其中所述多个传感器包括多个液压顺序
8.根据权利要求7所述的钻头组件,还包括能操作地联接到所述支架并且被定位成与所述多个液压顺序阀连通的第一液压缸,所述液压缸具有基本上平行于所述横向轴线的纵向轴线,其中所述液压缸的激活被配置成实现所述支架相对于所述横向轴线的轴向移动。
9.根据权利要求8所述的钻头组件,还包括能操作地联接到所述支架并且被定位成与所述多个液压顺序阀连通的第二液压缸,其中所述液压缸的激活被配置成实现所述支架相对于所述横向轴线的枢转移动。
10.根据权利要求1所述的钻头组件,还包括能操作地联接到所述支架的多个间隔导杆,所述多个导杆中的每个导杆具有基本上平行于所述横向轴线的纵向轴线,其中所述支架被配置成沿所述多个导杆相对于所述横向轴线移动,并且其中所述多个导杆被配置成在所述支架相对于所述横向轴线的轴向和枢转移动期间支承所述支架。
11.一种钻杆处理系统,包括:
被配置成接合钻杆的加载装置,所述钻杆具有纵向轴线,其中在所述加载装置和所述钻杆之间接合时,所述钻杆的纵向轴线基本上平行于平移轴线;
具有纵向轴线的钻桅;以及
钻头组件,所述钻头组件被配置以将来自所述加载装置的所述钻杆接纳在操作位置,所述钻头组件能操作地联接到所述钻桅,所述钻头组件包括:
支架,所述支架被配置成相对于所述钻桅的纵向轴线和基本上垂直于所述钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动;以及
由所述支架能操作地支承的卡盘,所述卡盘具有纵向轴线并且限定开口,所述开口被配置以接纳所述钻杆的一部分,使得所述钻杆的纵向轴线与所述卡盘的纵向轴线基本上轴向对准,
其中所述支架被配置成在第一位置和第二位置之间移动,其中在所述第一位置,所述卡盘的纵向轴线基本上平行于所述钻桅的纵向轴线,其中从所述第一位置,所述支架被配置成相对于所述横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达所述第二位置,并且其中在所述第二位置,所述卡盘的纵向轴线基本上垂直于所述钻桅的纵向轴线,
其中当所述支架处于所述第二位置时,所述卡盘的纵向轴线与所述平移轴线和所述钻杆的纵向轴线基本上轴向对准,并且
其中在所述钻头组件的所述支架从所述第一位置向所述第二位置移动期间,所述支架的枢转移动受到限制,直至相对于所述横向轴线的轴向移动完成。
12.根据权利要求11所述的钻杆处理系统,其中所述加载装置被配置成允许所述钻杆相对于所述平移轴线移动,但限制所述钻杆相对于所述平移轴线旋转。
13.根据权利要求12所述的钻杆处理系统,其中所述加载装置包括:
具有至少一个平辊的基座组件,每个水平辊具有相应的纵向轴线,其中每个水平辊的纵向轴线基本上垂直于所述平移轴线;
固定到基座组件的支承组件,所述支承组件具有至少一个支承辊,所述至少一个支承辊中的每个支承辊具有相应的纵向轴线,其中每个支承辊的纵向轴线基本上垂直于所述平移轴线和每个相应水平辊的纵向轴线;以及
与所述支承组件相对于横向轴线间隔开的夹持组件,所述横向轴线基本上平行于每个相应水平辊的纵向轴线,所述夹持组件具有至少一个夹持辊,所述夹持辊被配置成相对于所述横向轴线在打开位置和接合位置之间移动,
其中所述近侧辊、所述远侧辊、所述支承辊和所述夹持辊配合以限定接纳空间,所述接纳空间被配置以接纳所述钻杆的至少一部分,并且
其中在所述夹持辊的所述接合位置,所述水平辊、所述支承辊和所述夹持辊被定位成与所述钻杆接合。
14.根据权利要求12所述的钻杆处理系统,其中所述加载装置包括:
第一基座组件;
第二基座组件,所述第一基座组件与所述第二基座组件相对于所述平移轴线间隔开;
夹持组件,包括:
框架,所述框架牢固地联接到并且定位在所述第一基座组件和所述第二基座组件之间,所述框架具有与所述平移轴线基本上轴向对准的纵向轴线;
滑架,所述滑架能操作地联接到框架并且被配置成相对于框架的纵向轴线选择性移动;
支承在所述滑架上的副组件,所述副组件限定被配置以接纳钻杆的一部分的中心空间,其中所述副组件能选择性地调节以将所述钻杆牢固地接合在操作位置;
第一轴,所述第一轴由所述框架支承并且被取向成基本上垂直于所述平移轴线;
第二轴,所述第二轴由所述框架支承并且被取向成基本上垂直于所述平移轴线;以及链条,所述链条被定位在所述第一轴和所述第二轴上方并且限定链环,所述链条牢固地联接到所述滑架,
其中所述链条能操作地联接到所述第一轴,使得:
所述第一轴在第一方向上的旋转使所述链环在对应方向上推进,并且使所述滑架相对于所述平移轴线朝向所述第二轴推进,并且
所述第一轴在相反的第二方向上的旋转使所述链环在对应方向上推进,并且使所述滑架相对于所述平移轴线朝向所述第一轴推进。
15.根据权利要求12所述的钻杆处理系统,其中所述加载装置包括:
第一基座组件;
第二基座组件,所述第一基座组件与所述第二基座组件相对于所述平移轴线间隔开;
支承平台,所述支承平台在所述第一基座组件和所述第二基座组件之间延伸并且与之联接,所述支承平台具有基本上平行于所述平移轴线的纵向轴线,所述支承平台被配置为当所述钻杆相对于所述平移轴线移动时支承所述钻杆的至少一部分;以及驱动组件,包括:
至少一个驱动辊,每个驱动辊具有相应的纵向轴线,其中每个驱动辊的纵向轴线基本上垂直于所述平移轴线,并且其中每个驱动辊被配置成围绕其纵向轴线旋转;
至少一个驱动组件,每个驱动组件被定位成与相应的驱动辊能操作连通,其中每个驱动组件被配置成选择性激活以选择性地旋转相应的驱动辊;以及
至少一个导向辊,每个导向辊具有相应的纵向轴线,其中每个导向辊的纵向轴线基本上垂直于所述平移轴线并且基本上平行于每个相应驱动辊的纵向轴线,其中所述至少一个驱动辊和所述至少一个导向辊配合以限定接纳空间,所述接纳空间被配置以接纳所述钻杆的至少一部分,
其中所述至少一个驱动辊和所述至少一个导向辊能被配置成在所述钻杆的至少一部分被接纳在所述接纳空间内时与所述钻杆接合,并且
其中当所述钻杆的至少一部分被接纳在所述接纳空间内时,所述至少一个驱动辊在第一方向上的旋转能被配置以朝向所述钻头组件推进所述钻杆。
16.根据权利要求12所述的钻杆处理系统,其中所述钻头组件还包括齿轮箱部分以及跨展所述钻头组件的所述齿轮箱部分和所述卡盘之间的头部主轴,其中所述钻杆处理系统还包括用于接纳所述钻杆的钻杆接纳组件,所述钻杆接纳组件具有纵向轴线并且被配置成定位在所述钻头组件的所述头部主轴内,使得所述钻杆接纳组件的纵向轴线与所述头部主轴的纵向轴线基本上对准,所述钻杆接纳组件包括:
细长轴,所述细长轴具有第一末端、相对的第二末端、内表面和外表面,所述细长轴的所述内表面限定在所述细长轴的所述第一末端和所述第二末端之间延伸的孔,所述细长轴的所述第一末端限定与所述孔连通的第一开口,所述细长轴的所述第二末端被配置成接纳在所述钻头组件的所述卡盘内;
接纳元件,所述接纳元件被配置成能操作地联接到所述钻头组件的所述齿轮箱部分,所述接纳元件具有第一末端、相对的内表面和外表面,所述接纳元件的所述内表面限定在所述接纳元件的所述第一末端和所述第二末端之间延伸的孔,所述接纳元件的所述第一末端限定与所述孔连通的第一开口,所述接纳元件的所述第二末端限定与所述孔连通的第二开口,其中所述接纳元件的所述内表面的至少一部分从所述第一开口朝向所述第二开口移动时向内渐缩,并且其中所述接纳元件的所述第二末端能操作地联接到所述细长轴的所述第一末端,使得所述接纳元件的所述第二开口与所述细长轴的所述第一开口基本上对准并且连通;
其中,在所述钻杆从所述接纳元件的所述第一开口朝向所述细长轴的所述第二末端推进时,所述接纳元件的所述内表面和所述细长轴的所述内表面被配置成配合以将所述钻杆导向到所需取向,在所述取向所述钻杆的纵向轴线基本上平行于所述头部主轴的纵向轴线。
17.根据权利要求16所述的钻杆处理系统,其中所述钻杆接纳组件还包括平板组件,所述平板组件包括:
第一平板,所述第一平板被配置成与所述钻头的所述头部主轴的所述外表面周向接合;
第二平板,所述第二平板被配置成周向接合邻近所述接纳元件的所述第二末端的所述接纳元件所述外表面的一部分;以及
装置,所述装置用于将所述第一平板牢固地联接到所述第二平板,从而使所述接纳元件稳定。
18.根据权利要求16所述的钻杆处理系统,其中所述钻杆接纳组件还包括多个隔离物,每个隔离物被配置成周向围绕所述细长轴的所述外表面的一部分,并且保持所述细长轴的所述外表面与所述头部主轴的内表面之间的间距。
19.一种钻井方法,包括:
将钻杆与加载装置接合,所述钻杆具有纵向轴线,其中在所述加载装置和所述钻杆之间接合时,所述钻杆的纵向轴线基本上平行于平移轴线,其中所述加载装置被配置成允许所述钻杆相对于所述平移轴线移动,但限制所述钻杆相对于所述平移轴线旋转;
使钻头组件的支架在第一位置和第二位置之间移动,所述支架被配置成相对于钻桅的纵向轴线和基本上垂直于所述钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动,所述钻头组件还包括由所述支架能操作地支承的卡盘,所述卡盘具有纵向轴线并且限定开口,其中在所述第一位置,所述卡盘的纵向轴线基本上平行于所述钻桅的纵向轴线,其中从所述第一位置,所述支架被配置成相对于所述横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达所述第二位置,其中在所述第二位置,所述卡盘的纵向轴线基本上垂直于所述钻桅的纵向轴线,其中当所述支架处于所述第二位置时,所述卡盘的纵向轴线与所述平移轴线和所述钻杆的纵向轴线基本上轴向对准,并且其中在所述钻头组件的所述支架从所述第一位置向所述第二位置移动期间,所述支架的枢转移动受到限制,直至相对于所述横向轴线的轴向移动完成;以及使所述钻杆相对于所述平移轴线推进,使得所述钻杆的一部分被接纳在所述钻头组件的卡盘内。

说明书全文

用于将钻杆移至和移出操作位置的钻杆处理系统

[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本申请要求提交于2013年12月30日的美国临时专利申请No.61/921,830以及提交于2014年9月19日的美国临时专利申请No.62/052,712的优先权,所述申请的每一者据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及用于将钻杆固定在操作位置以进行钻井和杆处理操作的钻头组件。本发明另外涉及当钻杆被固定到钻头组件后用于接合钻杆的加载装置。

背景技术

[0004] 在钻井操作之前,必须将钻杆固定在钻头组件的卡盘中。常规地,工人用手在允许卡盘螺纹接合钻杆的位置支承、提升和/或旋转钻杆。通常,工人将主线起重机插头旋入新杆上。当起重机提升杆时,工人将新杆的一端导向到孔中的前一个杆上方,并且手动旋转卡盘以接合钻杆的螺纹。随后重新定位并旋转卡盘以将足够扭矩施加于杆来形成接合部。理想的是,工人将钻杆稳定,使得钻杆不随卡盘旋转而是在卡盘内轴向推进。然而,在实施过程中,支承钻杆的工人常常无法防止钻杆旋转,并且工人还经常无法保持钻杆与卡盘对准。这些问题造成在将钻杆与卡盘接合的过程中效率低下并且经常导致工人受伤。
[0005] 解决这些问题的一些常规尝试包括浮动装置,诸如花键/弹簧组件,以及液压浮动装置,诸如进料气缸。这两种尝试均允许在旋转期间的轴向平移。然而,花键式浮动装置昂贵并且笨重,并且可增加钻头组件的总体长度。在旋入和/或旋出接合部之前施加压缩这些浮动装置的弹簧所需的并不总是实际可行的。此外,由于钻杆并不总是被取向成与进料汽缸平行,因此并非总能使用液压浮动装置。
[0006] 另外,由于常规杆加载器和杆圆盘传送带/储料容器的复杂性,这些杆加载器和杆圆盘传送带/储料容器无法以经济有效的方式改装到现有钻井系统。此外,这些现有产品仅适用于特定的钻头和/或钻桅几何形状。
[0007] 因此,在相关技术中,需要在钻杆接合部的旋入和旋出期间减少手动钻杆处理的装置和系统。在相关技术中,还需要提高钻杆处理中的人类工程学、安全性和生产效率的装置和系统。

发明内容

[0008] 本文描述的是用于将钻杆固定在操作位置的钻头组件。钻杆可具有纵向轴线,并且钻头组件可操作地联接到钻桅。钻桅可具有纵向轴线。钻头组件可具有支架,该支架被配置成相对于钻桅的纵向轴线和基本上垂直于钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动。钻头组件也可具有由支架可操作地支承的卡盘。卡盘可具有纵向轴线并且限定开口。卡盘的开口可被配置以牢固地接纳钻柱的一部分,使得钻杆的纵向轴线与卡盘的纵向轴线基本上轴向对准。支架可被配置成在第一位置和第二位置之间移动。在第一位置,卡盘的纵向轴线可基本上平行于钻桅的纵向轴线。支架可被配置成相对于横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达第二位置。在第二位置中,卡盘的纵向轴线可基本上平行于钻井地层的表面。当钻孔为基本上竖直(其纵向轴线基本上平行于钻桅的纵向轴线)时,可以设想的是,在第二位置中,卡盘的纵向轴线可基本上垂直于钻桅的纵向轴线(以及钻孔的纵向轴线)。当钻孔相对于钻桅的纵向轴线成度时,可以设想的是,卡盘的纵向轴线可被定位成相对于钻孔的纵向轴线成对应的锐角。在支架在第一位置和第二位置之间移动期间,支架的枢转移动可受到限制,直至相对于横向轴线的轴向移动完成。
[0009] 另外描述的是用于接合相对于平移轴线移动的钻杆的加载装置。加载装置可具有基座组件,该组件具有至少一个近侧辊和至少一个远侧辊。至少一个近侧辊可与至少一个远侧辊间隔开。近侧辊和远侧辊可具有相应的纵向轴线,并且至少一个近侧辊的纵向轴线可基本上平行于至少一个远侧辊的纵向轴线。近侧辊和远侧辊的纵向轴线可基本上垂直于平移轴线。加载装置也可具有固定到基座组件的支承组件。支承组件可具有至少一个支承辊,并且所述至少一个支承辊中的每个支承辊可具有相应的纵向轴线。至少两个支承辊的纵向轴线可基本上平行。至少两个支承辊的纵向轴线可基本上垂直于平移轴线及近侧辊和远侧辊的纵向轴线。加载装置也可具有与相对于横向轴线的支承组件间隔开的夹持组件。横向轴线可基本上平行于近侧辊和远侧辊的纵向轴线。夹持组件可具有至少一个夹持辊,该夹持辊被配置成相对于横向轴线在打开位置和接合位置之间移动。近侧辊、远侧辊、支承辊和夹持辊可配合以限定接纳空间。接纳空间可被配置成接纳钻杆的至少一部分。在夹持辊的接合位置中,近侧辊、远侧辊、支承辊和夹持辊可被定位成与钻杆接合。
[0010] 作为另外一种选择,在另外的方面,加载装置可具有一对间隔开的基座组件(第一基座组件和第二基座组件)和一个夹持组件。第一基座组件和第二基座组件可相对于平移轴线间隔开。加载装置可具有框架,该框架牢固地联接到并且定位在第一基座组件和第二基座组件之间,使得框架的纵向轴线与平移轴线基本上轴向对准。滑架可操作地联接到框架,使得滑架被配置成相对于平移轴线沿框架的长度选择性地移动。滑架可支承副组件,该副组件限定用于接纳钻杆一部分的中心空间。副组件可被选择性地调节以牢固地接合钻杆。框架可具有基本上沿框架的长度延伸的中心开口。可提供第一轴和第二轴,其中第一轴和第二轴由框架支承。可在第一轴和第二轴、框架以及第一基座组件和第二基座组件的交界面处提供轴承座。第一轴和第二轴可由框架支承,使得这两个轴被取向成基本上垂直于平移轴线(并且彼此平行)。可在两个轴上方安置链条,从而形成包含第一轴和第二轴两者的闭链环。链条可操作地联接到第一轴,使得第一轴在第一方向上的旋转使链环在对应方向上推进,并且使滑架相对于平移轴线朝向第二轴(和第二基座组件)推进。链条也可操作地联接到第一轴,使得第一轴在相反的第二方向上的旋转使链环在对应方向上推进,并且使滑架相对于平移轴线朝向第一轴(和第一基座组件)推进。第一轴可操作地联接到轮子,该轮子被配置成相对于旋转轴线旋转并且被配置以将旋转运动选择性地赋予第一轴。
[0011] 另外,描述了用于使钻杆相对于平移轴线选择性地移动的加载装置。加载装置可与钻头组件间隔开,并且具有第一基座组件、第二基座组件、支承平台和驱动组件。第二基座组件可相对于平移轴线与第一基座组件间隔开。支承平台可在第一基座组件和第二基座组件之间延伸并且联接到第一基座组件和第二基座组件。支承平台可具有基本上平行于平移轴线的纵向轴线并且被配置以在钻杆相对于平移轴线移动时支承钻杆的至少一部分。钻井组件可具有至少一个驱动辊、至少一个驱动组件(例如,液压驱动组件)和至少一个导向辊。每个驱动辊可具有相应的纵向轴线,并且每个驱动辊的纵向轴线可基本上垂直于平移轴线。每个驱动辊可被配置成围绕其纵向轴线旋转。每个驱动组件可被定位成与相应的驱动辊操作连通,并且可被配置成选择性激活以选择性地旋转相应的驱动辊。每个导向辊可具有相应的纵向轴线,并且每个导向辊的纵向轴线可基本上垂直于平移轴线并且基本上平行于每个相应的驱动辊的纵向轴线。至少一个驱动辊和至少一个导向辊可配合以限定被配置以接纳钻杆的至少一部分的接纳空间。至少一个驱动辊和至少一个导向辊可被配置成在钻杆的至少一部分被接纳在接纳空间内时与钻杆接合。当钻杆的至少一部分被接纳在接纳空间内时,至少一个驱动辊在第一方向上的旋转可被配置以朝钻头组件的方向推进钻杆。
[0012] 另外描述了包括加载装置、钻桅和钻头组件的钻杆处理系统。在加载装置与钻杆之间接合时,钻杆的纵向轴线可基本上平行于平移轴线。加载装置可被配置以允许钻杆相对于平移轴线移动但限制钻杆相对于平移轴线旋转。钻头组件可操作地联接到钻桅并且被配置以将来自加载装置的钻杆接纳在操作位置。
[0013] 另外描述了使用本发明所公开的钻杆处理系统所进行的钻井方法。钻杆可与加载装置接合,并且钻头组件的支架可在第一位置和第二位置之间移动。钻杆可被相对于平移轴线推进,使得钻杆的一部分牢固地旋入方钻杆上,该方钻杆被定位在操作位置的钻头组件的卡盘开口中。
[0014] 作为另外一种选择,钻杆可被直接插入卡盘的头部主轴中。例如,可提供如本文所公开的钻杆接纳组件来接纳钻杆。钻杆接纳组件可具有纵向轴线并且被配置成定位在钻头的头部主轴内,使得钻杆接纳组件的纵向轴线与头部主轴的纵向轴线基本上对准。头部主轴可跨展在钻头的齿轮箱部分与卡盘部分之间。钻杆接纳组件可具有细长轴和接纳元件。细长轴可具有第一末端、相对的第二末端、内表面和外表面。细长轴的内表面可限定在细长轴的第一末端和第二末端之间延伸的孔。细长轴的第一末端可限定与孔连通的第一开口。
细长轴的第二末端可被配置以接纳在钻头的卡盘部分内。接纳元件可被配置以操作联接到钻头的齿轮箱部分,并且具有第一末端、相对的内表面和外表面。细长轴的内表面可限定在接纳元件的第一末端和第二末端之间延伸的孔。接纳元件的第一末端可限定与孔连通的第一开口。接纳元件的第二末端可限定与孔连通的第二开口。接纳元件的内表面的至少一部分可从第一开口朝向第二开口移动时向内渐缩。接纳元件的第二末端可操作地联接到细长轴的第一末端,使得接纳元件的第二开口与细长轴的第一开口基本上对准并且连通。在钻杆从接纳元件的第一开口朝向细长轴的第二末端推进时,接纳元件和细长轴的内表面可被配置成配合以将钻杆导向到所需取向,在所述取向钻杆的纵向轴线基本上平行于头部主轴的纵向轴线。
[0015] 本发明的其他优点将在下面部分地阐明,而且将部分地从该描述中显而易见,或可以通过本发明的实践而获知。通过在所附权利要求中特别指出的要素和组合,可实现和获得本发明的优点。应当理解,上述一般描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的,而不是对如受权利要求所保护的本发明进行限制。附图说明
[0016] 本发明的优选实施例的这些和其他特征在参照附图的详细描述中将变得更加显而易见,其中:
[0017] 图1示出了如本文所公开的示例性加载装置的透视图。
[0018] 图2示出了图1的加载装置的夹持组件的分解图。
[0019] 图3示出了如本文所公开的示例性加载装置的前透视图。
[0020] 图4示出了如本文所公开的示例性钻头组件的透视图。
[0021] 图5示出了图4的钻头组件的顶部透视图。
[0022] 图6A示出了如本文所公开的示例性钻头组件的前透视图。图6B为图6A的钻头组件的后透视图。
[0023] 图7示出了如本文所公开的示例性钻头组件的透视图,其时支架在第一位置和第二位置之间移动。
[0024] 图8A-8F示出了如本文所公开的在将钻杆固定到钻头组件期间钻头组件相对于加载装置的按序移动。图8A示出了在钻头组件相对于钻桅的纵向轴线移动之前的钻头组件。图8B示出了在钻头组件相对于钻桅的纵向轴线移动使得钻头组件被定位成紧邻钻井地层后,处于第一位置的钻头组件。图8C示出了在钻头组件相对于横向轴线(垂直于钻桅的纵向轴线)轴向以及随后枢转移动后,处于第二位置的钻头组件。如图所示,在第二位置,钻头组件可接纳由加载装置支承的钻杆。图8D示出了在钻杆与钻头组件之间接合后钻头组件相对于钻桅的纵向轴线的轴向移动。图8E示出了在钻头组件相对于横向轴线枢转以及随后轴向移动使得钻杆基本上平行于钻桅的纵向轴线后的钻头组件。图8F示出了在钻杆朝向钻井地层轴向推进后处于钻井位置的钻头组件。
[0025] 图9为如本文所公开的钻杆处理系统的右侧透视图,该系统包括加载装置和钻头组件。如图所示,加载装置可在钻杆和钻头组件之间的接合期间支承钻杆。
[0026] 图10为图9的钻杆处理系统的左侧透视图。
[0027] 图11A示出了如本文所公开的另一个示例性加载装置的透视图。图11B示出了图11A的加载装置的基座组件和夹持组件的局部分解图。图11C示出了图11A的加载装置的滑架和副组件的局部分解图。
[0028] 图12B示出了沿图12B的线12A-12A截取的图11A-11C的加载装置的第一轴和链节之间的交界面的分离顶部透视图。图12B示出了图11A-11C的加载装置的侧透视图。
[0029] 图13A-13D示出了被定位在钻头的头部主轴内的示例性钻杆接纳组件的纵向剖视图。如图所示,钻杆接纳组件的接纳元件可具有锥形内表面,该内表面与细长轴配合以将钻杆引导到所需取向,在所述取向钻杆的纵向轴线基本上平行于头部主轴的纵向轴线。图13A-13D中示出的示例性钻杆接纳组件被配置以接纳逐渐增大的钻杆,其中图13A示出用于接纳相对小的钻杆的钻杆接纳组件,并且图13D示出用于接纳相对大的钻杆的钻杆接纳组件。
[0030] 图14示出了如本文所公开的示例性加载装置的透视图。
[0031] 图15为透视图,图中示出了相对于如本文所公开的示例性加载装置的示例性控制组件的位置。

具体实施方式

[0032] 通过参照以下详细说明、实例、附图和权利要求及其以上和以下的说明可更加容易地理解本发明。然而,在公开并描述本发明装置、系统和/或方法之前,应当理解,除非另有指明,本发明并不局限于所公开的具体装置、系统和/或方法,因为此类具体装置、系统和/或方法理所当然可能会发生变化。也应当了解本文所用的术语仅是为了描述特定方面,而不旨在进行限制。
[0033] 本发明的以下描述被提供为以当前熟知的最佳实施例实现本发明的教导。为此,相关领域的技术人员将认识和理解,可在本文描述的本发明的各个方面作出许多更改,同时仍能获得本发明的有益效果。还显而易见的是,可以通过选择本发明的一些特征而不利用其他特征来获得本发明的一些所需的有益效果。因此,本领域的技术人员将认识到,对本发明做出的许多修改和调整是可能的,并且在某些情况下甚至是期望的,并构成本发明的一部分。因此,以下描述被提供为本发明的原理的示例性说明而并非限制本发明。
[0034] 如全文所用,除非上下文清楚地另外指明,单数形式的“一个”、“一种”以及“所述”包括复数涵义。因此,例如,提及“辊”可包括两个或更多个此类的辊,除非上下文另有指示。
[0035] 范围在本文中可被表达为始于“约”某一特定值和/或止于“约”另一特定值。当表达此类范围时,另一方面包括从一个特定值和/或至另一特定值。类似地,当采用先行词“约”将数值表达为近似值时,应当理解,该具体值也构成了另一个方面。还应理解,每个范围的端值相对于另一个端值,还是不取决于另一个端值来说,都是有意义的。
[0036] 如本文所用,术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生,并且所述描述包括其中发生所述事件或情况的实例和其中不发生所述事件或情况的实例。
[0037] 如本文所用的单词“或”意指特定列表中的任意一个成员,并且还包括该列表成员的任意组合。
[0038] 参照图1-15,本文所描述的是用于将钻杆12定位在操作位置的钻杆处理系统150。在示例性方面,钻杆处理系统150可包括加载装置70、170、370,钻桅16和钻头组件10。钻桅
16和钻杆12可具有相应的纵向轴线18,14。如本文进一步所公开,可以设想的是,钻杆处理系统150可基本上消除对钻杆处理系统的操作员和要从钻头组件10加载或卸载的钻杆之间的直接接触的需要。另外可以设想的是,钻杆处理系统150可如当前的钻孔加载和卸载方法一样快速地操作,同时降低成本。
[0039] 钻头组件
[0040] 在示例性方面,并且参照图4-10和图13A-13D,钻头组件10可用于将钻杆12固定在操作位置。在这些方面,钻头组件10可操作地联接到钻桅16。可以设想的是,钻头组件10可包括如在本领域中已知的电机和齿轮箱。在示例性方面,可以设想的是,本发明所公开的钻头组件10可改装和/或添加到现有钻孔系统,诸如并且不限于由BOART LONGYEAR(犹他州的TM TM南约旦)制造的LF  90D表面取芯钻井系统(LF  90D Surface Coring Drill system)。
[0041] 在一个方面,钻头组件10可包括支架20、由支架可操作支承的卡盘30和齿轮箱部分36。在该方面,可以设想的是,支架20可被操作地配置成相对于钻桅16的纵向轴线18移动。另外可以设想的是,支架20可被操作地配置成相对于基本上垂直于钻桅16的纵向轴线18的横向轴线19移动。在示例性方面,支架20可被操作地配置成相对于横向轴线19和钻桅
16的纵向轴线18两者移动。任选地,在示例性方面,卡盘可为NITRO CHUCKTM(犹他州南约旦的BOART LONGYEAR公司(BOART LONGYEAR,South Jordan,Utah))卡盘。然而,可以设想的是,卡盘30可为任何常规卡盘,该卡盘被配置成夹住钻轴并且随头部主轴旋转,如在本领域中已知。
[0042] 在另一方面,卡盘30可具有纵向轴线32并且限定开口34。任选地,在该方面,卡盘30的开口34可被配置以牢固地接纳方钻杆的一部分,如在本领域中已知。可以设想的是,方钻杆可被配置成与钻杆12的一部分接合,使得钻杆12的纵向轴线14与卡盘30的纵向轴线32基本上轴向对准。
[0043] 任选地,可以设想的是,钻杆12可被定位在卡盘30内而无需方钻杆,如在本领域中已知。在这些方面,并且参照图13A-13D,可以设想的是,钻头组件10可包括头部主轴35,该头部主轴跨展在钻头组件10的齿轮箱部分36和卡盘部分30之间。在示例性方面,可提供用于接纳钻杆12的钻杆接纳组件500。在这些方面,并且参照图13A-13D,钻杆接纳组件500可具有纵向轴线502并且被配置成定位在钻头10的头部主轴35内,使得钻杆接纳组件的纵向轴线与头部主轴的纵向轴线基本上对准。
[0044] 在一个方面,钻杆接纳组件500可包括细长轴510,该细长轴具有第一末端512、相对的第二末端514、内表面516和外表面518。在该方面,细长轴510的内表面516可限定在细长轴510的第一末端512和第二末端514之间延伸的孔520。可以设想的是,细长轴510的第一末端512可限定与孔520连通的第一开口522。另外可以设想的是,细长轴510的第二末端514可被配置成接纳在钻头10的卡盘部分30内。
[0045] 在另一方面,钻杆接纳组件500可包括接纳元件530,该接纳元件被配置成操作地联接到钻头10的齿轮箱部分36。在该方面,接纳元件530可具有第一末端532、相对的第二末端534、内表面536和外表面538。接纳元件530的内表面536可限定在接纳元件的第一末端532和第二末端534之间延伸的孔540。接纳元件530的第一末端532可限定与孔540连通的第一开口542。接纳元件530的第二末端534可限定与孔540连通的第二开口544。可以设想的是,接纳元件530的内表面536的至少一部分可从第一开口542朝向第二开口544移动时向内渐缩。在示例性方面,接纳元件530的内表面536的至少一部分可相对于钻杆接纳元件500的纵向轴线502成一角度,该角度在从约10度至约45度的范围内并且更优选地为约15度。因此,接纳元件530的内表面536可被配置成在将钻杆12插入接纳元件530的第一开口542中的期间提供介于约20度和约90度之间的宽容度。可以设想的是,该宽容度可允许接纳宽泛范围的钻杆,所述钻杆并未与接纳元件530的第一开口542轴向对准。另外可以设想的是,接纳元件530的第二末端534可操作地联接到细长轴510的第一末端512,使得接纳元件530的第二开口544与细长轴的第一开口522基本上对准并且连通。
[0046] 在示例性方面,在钻杆10从接纳元件530的第一开口542朝向细长轴510的第二末端514推进时,接纳元件内表面536和细长轴的内表面516可被配置成配合以将钻杆导向到所需取向,在所述取向钻杆12的纵向轴线基本上平行于头部主轴的纵向轴线。在这些方面,可以设想的是,钻杆12的纵向轴线也可与如本文进一步所公开的加载装置的平移轴线15基本上平行(或对准)。不同于已知的钻头,本发明所公开的钻杆接纳组件500可接纳处于所需取向的钻杆而无需旋入接合部以将钻杆传递到钻孔组件。在使用本发明所公开的钻杆接纳组件500期间,仅需要钻杆的轴向推进(即,推动)就可将钻杆正确定位在组件500内。
[0047] 任选地,在另外的方面,钻杆接纳组件500还可包括平板组件550。在这些方面,平板组件550可包括第一平板552和第二平板554,该第一平板被配置成与钻头10的头部主轴35的外表面周向接合,该第二平板被配置成周向接合靠近接纳元件的第二末端534的接纳元件530的外表面538的一部分。在另一方面,平板组件550还可包括用于将第一平板552牢固联接到第二平板554以使接纳元件稳定的装置。在示例性方面,用于将第一平板牢固地联接到第二平板的装置可包括至少一个固件,该紧固件被配置成将第一平板552牢固地联接到第二平板554。在这些方面,可以设想的是,所述至少一个紧固件可包括多个紧固件。另外可以设想的是,所述至少一个紧固件的每个紧固件可包括如在本领域中已知的任何常规紧固件,包括例如并且不限于螺栓、螺钉、销等等。在另外的方面,可以设想的是,用于将第一平板牢固地联接到第二平板的装置可包括如在本领域中已知的扣环。在这些方面,扣环可被配置成与第二平板554的内部部分可操作接合,使得扣环被定位在第二平板与接纳元件530的外表面538之间。
[0048] 任选地,在另外的方面,钻杆接纳组件500还可包括多个隔离物560。在这些方面,所述多个隔离物中的每个隔离物560可被配置成周向围绕细长轴510的外表面518的一部分,并且保持细长轴的外表面与头部主轴的内表面之间的间距。
[0049] 在示例性方面,可以设想的是,细长轴510的内表面516的至少一部分可被配置成与钻杆12的一部分接合,以支承钻杆与接纳组件500的纵向轴线502(并因此与卡盘30的纵向轴线)对准。在操作中,钻杆12可插入接纳元件530的第一开口542中并且随后相对于接纳元件500的纵向轴线502推进,使得钻杆被接纳在接纳元件的第二开口544中并且随后穿过细长轴510的第一开口522轴向推进,直至钻杆穿过细长轴的第二开口524。如上进一步所述,可以设想的是,接纳元件530的向内渐缩的轮廓可适应接纳以宽泛范围角度定位的钻杆,并且随后在钻杆朝向细长轴的第二开口524推进时帮助建立钻杆与接纳组件500的纵向轴线502的对准。另外可以设想的是,接纳元件530的向内渐缩的轮廓可用于多种操作条件,包括例如并且不限于当将钻头向下送入定位于底脚夹持件内的钻杆上方期间或将钻杆添加到主轴期间发生偏斜时。在示例性方面,可以设想的是,接纳元件530和细长轴510可被配置成在钻杆12被充分定位在卡盘30的夹具内之前,防止钻杆与卡盘之间接触。
[0050] 在示例性方面,可以设想的是,细长轴510可具有基本上恒定的内径(由内表面516限定)和基本上恒定的外径(由外表面518限定)。
[0051] 任选地,可以设想的是,接纳组件500的接纳元件530可以选择性地从接纳组件的头部主轴35和细长轴510上拆卸。另外可以设想的是,每个细长轴510可以选择性地从钻头10移除。在其他示例性方面,可以设想的是,每个相应的接纳元件530可被配置成可操作地连接到对应的细长轴510。因此,在这些方面,可以设想的是,对于给定钻杆12而言,可选择合适尺寸的细长轴510和对应的接纳元件530以与钻头10一起使用,从而允许如本文所公开的钻杆推进。图13A-13D示出了各种钻杆被推进至合适尺寸的细长轴及其互补接纳元件内的情况。如可以理解的,随着被插入钻头10内的钻杆12的直径增大,细长轴510的内径和接纳元件530的至少最小内径也增大,而间隔物560(取决于钻杆的直径,不一定使用间隔物)的尺寸缩小。
[0052] 在另外的方面,支架20可被配置成在第一位置和第二位置之间移动。如图8A-8B所示,在第一位置,可以设想的是,卡盘30的纵向轴线32可基本上平行于钻桅16的纵向轴线18。从第一位置,支架20可被配置成相对于横向轴线19按序轴向以及随后枢转(或作为另外一种选择,按序枢转以及随后轴向)移动,以到达第二位置。如图8C所示,在第二位置,可以设想的是,卡盘30的纵向轴线32可基本上垂直于钻桅16的纵向轴线18。任选地,在第二位置中,支架20可与钻桅16相对于横向轴线19轴向间隔开。从第二位置,支架20可被配置成相对于横向轴线19按序枢转以及随后轴向(或作为另外一种选择,按序轴向以及随后枢转)移动,以返回到第一位置。然而,根据钻杆的长度,应当理解,可能有必要先将支架20相对于钻桅16的纵向轴线18轴向提升,然后再将支架相对于横向轴线19按序枢转以及随后轴向移动。
[0053] 在示例性方面,支架20在第一位置和第二位置之间移动期间,支架的枢转移动可受到限制,直至相对于横向轴线19的轴向移动完成。另外可以设想的是,支架20相对于横向轴线19的轴向移动可受到限制,直至支架相对于横向轴线的枢转移动完成。因此,可以设想的是,在使用中,在支架相对于横向轴线19倾斜期间,例如当其在支架从第二位置移动到第一位置期间发生倾斜时,支架20(以及因此卡盘30)将不轴向偏移。相似地,可以设想的是,在使用中,当支架相对于横向轴线19轴向偏移时,例如当其从第一位置轴向偏移到第二位置时,支架20(以及因此卡盘30)将不倾斜。可以设想的是,通过在倾斜发生之前要求完全轴向偏移和/或在轴向偏移发生之前要求完全倾斜,与常规钻头组件相关的许多安全隐患可得以避免。
[0054] 在另一方面,钻头组件10可包括多个传感器40。在该方面,多个传感器中的至少一个传感器40可被配置成检测支架20相对于横向轴线19的轴向移动完成。可以设想的是,多个传感器中的至少一个传感器40可被配置成检测支架20相对于横向轴线19的枢转移动完成。任选地,在一个示例性方面,多个传感器40可包括以中继配置可操作地联接的多个接近开关。然而,可以设想的是,任何常规位置传感器,诸如并且不限于电位置传感器、可编程逻辑控制器(PLC)等等,均可使用。
[0055] 在另一个示例性方面,多个传感器40可任选地包括多个液压顺序阀。在该方面,钻头组件10还可包括第一液压缸50,该液压缸可操作地联接到支架并且被定位成与多个液压顺序阀连通。可以设想的是,第一液压缸50可任选地具有基本上与横向轴线平行的纵向轴线。另外可以设想的是,第一液压缸50的激活可被配置成实现支架20相对于横向轴线19的轴向移动。在另外的方面,钻头组件10还可包括第二液压缸52,该液压缸可操作地联接到支架20并且被定位成与多个液压顺序阀连通。在该方面,可以设想的是,第二液压缸52的激活可被配置成实现支架20相对于横向轴线19的枢转移动。在使用中,可以设想的是,在必要时可将油在第一液压缸50和第二液压缸52之间转移,以实现支架20和卡盘30的倾斜和偏移。
[0056] 在示例性方面,多个传感器40以及第一液压缸50和第二液压缸52可被定位成与如本文进一步所述的控制组件120可操作连通。任选地,可以设想的是,支架从第一位置按序轴向以及随后枢转移动到第二位置可通过控制组件120操作员的单个动作而实现。另外可以设想的是,支架从第二位置按序枢转以及随后轴向移动到第一位置可通过控制组件操作员的单个动作而实现。例如,可以设想的是,控制组件120可包括第一杠杆(或其他使用者输入装置),该杠杆可被激活以实现支架从如本文所公开的第一位置移动到第二位置,以及第二杠杆(或其他使用者输入装置),该杠杆可被激活以实现支架从如本文所公开的第二位置移动到第一位置。作为另外一种选择,可以设想的是,可使用具有两个或更多个操作位置的单个杠杆(或其他使用者输入装置)实现围绕第一位置和第二位置的移动以及在第一位置和第二位置之间的移动,其中一个操作位置实现从第一位置到第二位置的移动并且第二操作位置实现从第二位置到第一位置的移动。另外,控制组件120可包括一个或更多个另外的使用者输入装置,用于实现支架相对于钻桅16的纵向轴线18的移动。在操作中,控制组件120可与多个传感器40和液压缸50、52连通以确保在支架相对于横向轴线的枢转移动开始之前完成支架相对于横向轴线的轴向移动,以及在支架相对于横向轴线的轴向移动开始之前完成支架相对于横向轴线的枢转移动。例如,当控制组件120引导多个传感器将支架从第一位置移至第二位置时,控制组件可致动第一液压缸以实现支架相对于横向轴线的轴向移动。当多个传感器的一个传感器检测到支架相对于横向轴线的轴向移动已完成时,传感器和/或控制组件可实现第二液压缸(例如,以中继配置)的顺序致动,从而实现支架相对于横向轴线的枢转移动;然而,控制组件与多个传感器配合以防止支架在完成轴向移动之前即开始枢转移动。多个传感器中的一个传感器还可确定支架的枢转移动何时完成,从而确认支架定位在第二位置。相似地,当控制组件120引导多个传感器将支架从第二位置移至第一位置时,控制组件可致动第二液压缸以实现支架相对于横向轴线的枢转移动。当多个传感器的一个传感器检测到支架相对于横向轴线的枢转移动已完成时,传感器和/或控制组件可实现第一液压缸(例如,以中继配置)的顺序致动,从而实现支架相对于横向轴线的轴向移动;然而,控制组件与多个传感器配合以防止支架在完成枢转移动之前即开始轴向移动。
多个传感器中的一个传感器还可确定支架的轴向移动何时完成,从而确认支架的定位已返回第一位置。
[0057] 在另外的方面,钻头组件10还可包括可操作地联接到支架20的多个间隔导杆60。在该方面,多个导杆中的每个导杆60可具有基本上平行于横向轴线19的纵向轴线。可以设想的是,支架20可被配置成沿多个导杆60相对于横向轴线19移动。另外可以设想的是,多个导杆60可被配置成在支架相对于横向轴线19的轴向和枢转移动期间支承支架20。在支架20倾斜期间或倾斜之后,可以设想的是,多个间隔导杆60必须完全支承住支架20,然后才允许钻头组件10相对于横向轴线19轴向偏移。
[0058] 加载装置
[0059] 在示例性方面,并且参照图1-3和图8A-10,加载装置70可用于在钻杆12相对于平移轴线15移动时接合该钻杆。在这些方面,加载装置70可任选地包括基座组件80、支承组件90和夹持组件100。
[0060] 在一个方面,加载装置70的基座组件80可包括至少一个平辊。可以设想的是,至少一个水平辊可包括单个水平辊。任选地,在另一方面,至少一个水平辊可包括至少一个近侧辊82和至少一个远侧辊86。在该方面,至少一个近侧辊82可与至少一个远侧辊86间隔开。可以设想的是,近侧辊82可具有纵向轴线84并且远侧辊86可具有纵向轴线88。另外可以设想的是,至少一个近侧辊82的纵向轴线84可基本上平行于至少一个远侧辊86的纵向轴线
88。还可以设想的是,近侧辊82的纵向轴线84和远侧辊86的纵向轴线88可基本上垂直于平移轴线15。
[0061] 在另一方面,加载装置70的支承组件90可固定到基座组件80。在该方面,支承组件90可包括至少一个支承辊92。任选地,至少一个支承辊92可包括多个支承辊。可以设想的是,至少一个支承辊中的每个支承辊92可具有相应的纵向轴线94。另外可以设想的是,至少一个支承辊92的纵向轴线94可基本上平行。还可以设想的是,至少一个支承辊92的纵向轴线94可基本上垂直于平移轴线15以及近侧辊82的纵向轴线84和远侧辊86的纵向轴线88。
[0062] 在另外的方面,加载装置70的夹持组件100可与支承组件90相对于横向轴线72间隔开。在该方面,横向轴线72可任选地基本上平行于近侧辊82的纵向轴线84和远侧辊86的纵向轴线88。可以设想的是,夹持组件100可具有至少一个夹持辊102,该夹持辊被配置成在打开位置和接合位置之间相对于横向轴线72移动。另外可以设想的是,至少一个夹持辊102可具有纵向轴线104,该纵向轴线基本上平行于至少一个支承辊92的纵向轴线94。任选地,在一些方面,至少一个夹持辊102可包括多个夹持辊。在示例性方面,可以设想的是,每个夹持辊102可包含挠性材料,该挠性材料被配置成也提供用于与钻杆摩擦接合的表面。任选地,在这些方面,夹持辊102可包含甲酸酯。在一个示例性方面,夹持辊102可包含化物,该碳化物被配置成摩擦接合钻杆同时又尽量降低对钻杆的损坏。在另外的示例性方面,夹持辊102可包含氨基甲酸酯和碳化物。
[0063] 在示例性方面,水平辊82、水平辊86、支承辊92和夹持辊102可配合以限定接纳空间74。在这些方面,接纳空间74可被配置以接纳钻杆12的至少一部分。可以设想的是,在夹持辊102的接合位置中,水平辊82、水平辊86、支承辊92和夹持辊102可被定位成与钻杆12接合。另外可以设想的是,在至少一个夹持辊102的接合位置,水平辊82、水平辊86、支承辊92和夹持辊102可被配置成允许钻杆12相对于平移轴线15轴向移动但限制钻杆相对于平移轴线旋转。
[0064] 在另外的方面,加载装置70还可包括杠杆112。在该方面,杠杆112可具有固定到基座组件80的杠杆支承件114以及联接到杠杆112和至少一个夹持辊102的联接元件116。可以设想的是,联接元件116可以枢转地联接到杠杆支承件114。另外可以设想的是,联接元件116可被配置成相对于杠杆支承件114枢转移动。在示例性方面,可以设想的是,联接元件
116的选择性枢转移动可实现夹持辊102相对于横向轴线72移动。在示例性方面,可以设想的是,杠杆支承件114和支承组件90中的至少一者的位置可相对于横向轴线72选择性地调节。任选地,在示例性方面,加载装置70可包括用于驱动杠杆112的装置。在这些方面,用于驱动杠杆112的装置可被配置成使杠杆选择性地移动,从而实现联接元件116和/或夹持辊
102的移动。在其他示例性方面,加载装置70可包括用于驱动至少一个支承辊92的装置。在这些方面,用于驱动至少一个支承辊92的装置可被配置成使至少一个支承辊选择性地旋转。还可以设想的是,加载装置70还可包括用于调节支承组件90相对于横向轴线72的轴向位置的装置和/或用于调节夹持组件100相对于横向轴线72的轴向位置的装置。可以设想的是,用于驱动杠杆112的装置、用于驱动至少一个支承辊92的装置、用于调节支承组件90的轴向位置的装置以及用于调节夹持组件100的轴向位置的装置可包括任何常规电机,该电机可操作地联接到常规电源,包括例如并且不限于液压电源或电子电源。
[0065] 在另外的示例性方面,杠杆112可具有纵向轴线113。在这些方面,在至少一个夹持辊102的打开位置,杠杆的纵向轴线113可基本上平行于横向轴线72。在另外的方面,可以设想的是,在向杠杆112施加向下的力时至少一个夹持辊102可从打开位置移至接合位置。另外可以设想的是,在至少一个夹持辊102的接合位置,杠杆112的纵向轴线113可相对于横向轴线72向下成角度。在示例性方面,加载装置70可包括用于驱动至少一个夹持辊102的装置。在该方面,用于驱动至少一个夹持辊102的装置可被配置成使至少一个夹持辊102选择性地旋转。可以设想的是,用于驱动至少一个夹持辊102的装置可包括任何常规电机,该电机可操作地联接到常规电源,包括例如并且不限于液压电源或电子电源。
[0066] 在另一方面,加载装置70的基座组件80还可包括横杆85。在该方面,可以设想的是,基座组件80的近侧辊82和远侧辊86可被定位在横杆85的相对侧上。任选地,另外可以设想的是,基座组件80还可包括固定到横杆85的多个支腿87。
[0067] 任选地,在另外的方面,夹持组件100的至少一个夹持辊102可包括单个夹持辊。在该方面,可以设想的是,支承组件90的至少一个支承辊92可包括两个支承辊。另外可以设想的是,单个夹持辊102可基本上相对于平移轴线15在两个支承辊92之间轴向居中。
[0068] 在另外的示例性方面,可以设想的是,基座组件80的近侧辊82和远侧辊86可被定位在基本上相同高度处。在又一些示例性方面,可以设想的是,支承辊92和夹持辊102可被定位在基本上相同高度处。
[0069] 在其他示例性方面,可以设想的是,基座组件80的高度可使用常规装置选择性地调节。在一个非限制性例子中,支腿87可包括第一支腿部分和第二支腿部分,其中第二支腿部分被配置成相对于第一支腿部分伸缩移动,并且每个支腿部分限定多个轴向间隔开口用于接纳定拉销(或其他紧固件)以采用本领域中已知的方式将第二支腿部分相对于第一支腿部分锁定。
[0070] 参见图11A-12B,在可选的示例性方面,夹持/加载装置170可具有一对间隔的基座组件(第一基座组件180a和第二基座组件180b)和夹持组件200。在示例性方面,第一基座组件180a和第二基座组件180b可相对于平移轴线15间隔开。
[0071] 在另外的方面,加载装置170可具有框架202,该框架牢固地联接到并且定位在第一基座组件180a和第二基座组件180b之间,使得框架的纵向轴线与平移轴线15基本上轴向对准。在另外的方面,加载装置170还可包滑架204,该滑架可操作地联接到框架202,使得滑架被配置成沿框架的长度相对于平移轴线15选择性移动。在这些方面,滑架204可支承副组件206,该副组件限定用于接纳钻杆一部分的中心空间208,并且滑架的至少一部分可由框架202支承和/或接合。可以设想的是,副组件206的中心空间208的尺寸可以选择性地调节以将钻杆牢固地接合在操作位置。例如,在一个方面,副组件206可包括限定中心空间208的第一壁和第二壁,其中第一壁可使用常规装置相对于第二壁选择性地移动,从而选择性地调节中心空间208的宽度。任选地,在一些方面,框架202可包括第一导205a和第二导块205b,其被配置以接纳钻杆的一部分。在这些方面,可以设想的是,第一导块205a可被定位成邻近框架202的第一末端(邻近第一基座组件180a),同时第二导块205b可被定位成邻近框架的第二末端(邻近第二基座组件180b)。因此,可以设想的是,副组件206可相对于平移轴线15定位在第一导块205a和第二导块205b之间。另外可以设想的是,第一导块205a和第二导块205b可与副组件206基本上轴向对准。
[0072] 任选地,在一些方面,框架202可具有中心开口203,该中心开口基本上沿框架的长度在第一基座组件180a和第二基座组件180b之间延伸。在一个方面,加载装置170可包括第一轴212a和第二轴212b,其中第一轴212a和第二轴212b由框架202支承。在该方面,可以设想的是,第一轴212a和第二轴212b可任选地为完全键控驱动轴(MCMASTER CARR),其限定键槽,该键槽允许如本文进一步所公开的链轮和/或轮子驱动。任选地,框架可包括可操作地联接到第一轴212a的至少一个轴承以及可操作地联接到第二轴212b的至少一个轴承。可以设想的是,第一基座组件180a可任选地包括可操作地联接到第一轴212a的轴承。另外可以设想的是,第二基座组件180b可任选地包括可操作地联接到第二轴212b的轴承。第一轴212a和第二轴212b可由框架202支承,使得轴被取向成基本上垂直于平移轴线15(并且彼此平行)。在示例性方面,加载装置170还可包括定位在两个轴212a,212b上方的链条210,从而形成包含第一轴和第二轴的闭链环,并且链环的第一部分可穿过中心开口203牢固地联接到滑架204。任选地,链环210的相对第二部分可包括止动元件211。在操作中,可以设想的是,止动元件211可防止链环210超过预定旋转位置旋转,诸如并且不限于与滑架204和框架的第一末端或第二末端(如,第一导块或第二导块)之间的接触部分相对应的旋转位置。在示例性方面,链条210可操作地联接到第一轴212a,使得第一轴在第一方向上的旋转使链环在对应方向上推进,并且使滑架204相对于平移轴线15朝向第二轴212b(和第二基座组件
180b)推进。可以设想的是,链条210也可操作地联接到第一轴212a,使得第一轴在相反第二方向上的旋转使链环在对应方向上推进,并且使滑架204相对于平移轴线15朝向第一轴(和第一基座组件180a)推进。任选地,可以设想的是,加载装置170可包括链轮以将第一轴212a可操作地联接到链条210。在另外的方面,第一轴212a可操作地联接到轮子214,该轮子被配置成相对于旋转轴线215旋转并且被配置以将旋转运动选择性地赋予第一轴,从而使得链条210在所需方向上推进。
[0073] 任选地,在示例性方面,框架202可通过至少一个紧固件可操作地固定到第一基座组件180a和第二基座组件180b。在这些方面,可以设想的是,紧固件可以选择性地被移除以允许拆卸和运输夹持组件200的各个部件。另外可以设想的是,紧固件可以选择性地定位以允许有效组装夹持组件200。
[0074] 任选地,在示例性方面,第一基座组件180a可包括横杆185a并且第二基座组件180b可包括横杆185b。在这些方面,可以设想的是,第一基座组件180a可包括从横杆185a向下延伸的多个支腿187a,并且第二基座组件180b可包括从横杆185b向下延伸的多个支腿
187b。任选地,可以设想的是,横杆185a和横杆185b可被配置成与框架202的相应末端部分接合,如图11A所示。在另外的方面,第一基座组件180a可任选地包括臂188,该臂从基座组件向外延伸并且限定用于接纳第一轴212a的至少一部分的凹口189。
[0075] 在其他示例性方面,可以设想的是,第一基座组件180a和第二基座组件180b的高度可使用常规装置可选择性地调节。在一个非限制性例子中,支腿187a可包括第一支腿部分和第二支腿部分,其中第二支腿部分被配置成相对于第一支腿部分伸缩移动,并且每个支腿部分限定用于接纳锁定拉销(或其他紧固件)的多个轴向间隔开口以采用本领域中已知的方式将第二支腿部分相对于第一支腿部分锁定。
[0076] 参见图14-15,在可选的示例性方面,加载装置370可具有一对间隔的基座组件(第一基座组件380和第二基座组件390)和驱动组件410。在示例性方面,第一基座组件380和第二基座组件390可相对于平移轴线15间隔开。可以设想的是,加载装置370可与钻头组件间隔开。在使用中,加载装置370可以选择性地使钻杆12相对于平移轴线15移动。在示例性方面,当加载装置370用于将钻杆12加载到如本文所公开的头部主轴500中时,可以设想的是,加载装置370不必抵靠钻杆12施加并且保持扭矩。
[0077] 在一个方面,并且参照图14,加载装置370可包括第一基座组件380和第二基座组件390。在该方面,第一基座组件380可相对于平移轴线15与第二基座组件390间隔开。
[0078] 在另一方面,并且参照图14,加载装置370可包括在第一基座组件380和第二基座组件390之间延伸并且与之联接的支承平台400。在该方面,支承平台200可具有基本上平行于平移轴线15的纵向轴线202。在示例性方面,支承平台200可被配置成在钻杆12相对于平移轴线15移动时支承钻杆的至少一部分。
[0079] 在另外方面,并且参照图14,加载装置370可包括驱动组件410。在该方面,驱动组件410可包括至少一个驱动辊412。每个驱动辊412可具有相应的纵向轴线414。任选地,在示例性方面,每个驱动辊412的纵向轴线414可基本上垂直于平移轴线15。在操作中,每个驱动辊412可被配置成围绕其纵向轴线414旋转。在示例性方面,可以设想的是,每个驱动辊412可包含挠性材料,该挠性材料被配置成也提供用于与钻杆摩擦接合的表面。任选地,在这些方面,驱动辊412可包含氨基甲酸酯。在一个示例性方面,驱动辊412可包含碳化物,该碳化物被配置成摩擦接合钻杆同时将对钻杆的损坏降到最低。在另外的示例性方面,驱动辊412可包含氨基甲酸酯和碳化物。
[0080] 在另外的方面,并且参照图14,驱动组件410还可包括至少一个驱动组件415。在该方面,每个驱动组件415可被定位成与相应驱动辊412可操作连通。可以设想的是,每个驱动组件415可被配置成选择性激活以使相应驱动辊412选择性地旋转。在示例性方面,每个驱动组件415可为液压驱动组件。然而,可以设想的是,驱动组件415可为任何常规类型的驱动组件,诸如并且不限于电驱动组件、气动式驱动组件、或人工驱动的驱动组件。
[0081] 在又一方面,并且参照图14,驱动组件410还可包括至少一个导向辊420。在该方面,每个导向辊可具有相应的纵向轴线422。任选地,在示例性方面,每个导向辊420的纵向轴线422可基本上垂直于平移轴线15并且基本上平行于每个相应驱动辊412的纵向轴线414。在另外的方面,至少一个驱动辊412和至少一个导向辊420可配合以限定接纳空间425。
在该方面,接纳空间425可被配置以接纳钻杆12的至少一部分。
[0082] 在使用中,至少一个驱动辊412和至少一个导向辊420可被配置成在钻杆12的至少一部分被接纳在接纳空间425内时与钻杆接合。当钻杆12的至少一部分被接纳在接纳空间425内时,至少一个驱动辊412在第一方向上的旋转可被配置以相对于平移轴线15朝向钻头组件推进钻杆。在另外的方面,可以设想的是,至少一个驱动辊412在与第一方向相对的第二方向上的旋转可被配置成使钻杆12相对于平移轴线15远离钻头组件移动(诸如以使钻杆从钻头组件回缩)。
[0083] 可以设想的是,加载装置370还可任选地包括用于调节至少一个驱动辊412相对于横向轴线的轴向位置,所述横向轴线垂直于至少一个驱动辊的纵向轴线414以及平移轴线15。另外可以设想的是,加载装置370还可任选地包括用于调节至少一个导向辊420相对于横向轴线的轴向位置。可以设想的是,用于调节至少一个驱动辊412的轴向位置的装置以及用于调节至少一个导向辊420的轴向位置的装置可包括任何常规电机,该电机可操作地联接到常规电源,包括例如并且不限于液压电源或电子电源。
[0084] 任选地,在示例性方面,并且如图14所示,加载组件370还可包括固定到第一基座组件380和第二基座组件390的至少一者的至少一个筛网430。在这些方面,可以设想的是,筛网可固定到第一基座组件380和/或第二基座组件390以遮护加载组件370的操作员不与定位在支承平台400或接纳空间425内的钻杆12接触。
[0085] 任选地,在示例性方面,支承平台400可通过至少一个紧固件可操作地固定到第一基座组件380和第二基座组件390。在这些方面,可以设想的是,紧固件可以选择性地被移除以允许拆卸和运输加载组件370的各个部件。另外可以设想的是,紧固件可以选择性地定位以允许有效组装加载组件370。在示例性方面,支承平台400可任选地可折叠或以其他方式可伸缩以允许拆卸和运输支承平台。任选地,在这些方面,支承平台400可限定与支承平台的折叠位置相对应的至少一个接缝。任选地,至少一个接缝可包括相对于支承平台400的纵向轴线402间隔开的多个接缝。
[0086] 任选地,在示例性方面,第一基座组件380可包括横杆385并且第二基座组件390可包括横杆395。在这些方面,可以设想的是,第一基座组件380可包括从横杆385向下延伸的多个支腿387,并且第二基座组件390可包括从横杆385向下延伸的多个支腿397。任选地,可以设想的是,横杆385和395可被配置成与支承平台400的相应末端部分接合,如图15所示。
[0087] 在一些示例性方面,并且如图14所示,第一基座组件380和第二基座组件390可设置有相应托架,该托架被配置成与基座组件的间隔支腿对387接合,使得每个托架的一部分以选定距离远离基座组件侧向延伸。在这些方面,可以设想的是,从基座组件延伸的托架的部分可配合以在岩心筒组件包含岩心样本的情况下从钻孔收回岩心筒组件时支承岩心筒组件。
[0088] 在其他示例性方面,可以设想的是,第一基座组件380和第二基座组件390的高度可使用常规装置可选择性地调节。在一个非限制性例子中,支腿387可包括第一支腿部分和第二支腿部分,其中第二支腿部分被配置成相对于第一支腿部分伸缩移动,并且每个支腿部分限定多个轴向间隔开口用于接纳锁定拉销(或其他紧固件)以采用本领域中已知的方式将第二支腿部分相对于第一支腿部分锁定。
[0089] 钻杆处理系统
[0090] 在加载装置70、170、370与钻杆12之间接合时,可以设想的是,钻杆的纵向轴线14可基本上平行于平移轴线15。如本文所公开,可以设想的是,加载装置70、170、370可被配置成允许钻杆12相对于平移轴线15移动但限制钻杆相对于平移轴线旋转。在使用中,钻头组件10可被配置以将来自加载装置70的钻杆12接纳在操作位置。
[0091] 在示例性方面,钻杆处理系统150可包括控制组件120,该控制组件被配置成允许使用者控制钻头组件10和加载装置70、170、370中的至少一者。在这些方面,可以设想的是,控制组件120可被定位成与钻头组件10和加载装置70、170、370中的至少一者可操作连通。在一些方面,控制组件120可被定位成与钻头组件10和加载装置70、170、370两者可操作连通。在一个示例性方面,控制组件120可被定位成与支架20可操作连通以实现如本文所公开的支架的移动。在另一个示例性方面,控制组件120可被定位成与下列中的至少一者可操作连通:用于驱动杠杆112的装置,用于在相对方向上选择性驱动至少一个支承辊92的装置,用于在相对方向上选择性驱动至少一个夹持辊102的装置,用于调节支承组件90相对于横向轴线72的轴向位置的装置,用于调节夹持组件100相对于横向轴线72的轴向位置的装置,用于调节至少一个驱动辊相对于横向轴线的轴向位置的装置,该横向轴线基本上垂直于驱动辊的纵向轴线414并且垂直于平移轴线15,用于调节至少一个导向辊相对于横向轴线的轴向位置的装置,以及驱动组件415。可以设想的是,控制组件120可被配置成允许选择性控制这些各种控制装置。如图15所示,在示例性方面,控制组件可包括控制面板122,该控制面板被配置成相对于控制组件120的其余部分选择性枢转移动。在这些方面,控制组件120可包括如本领域中已知的枢转连接124以允许控制面板的选择性移动。可以设想的是,控制面板122的选择性枢转移动可允许钻头组件10的操作员将其身体取向于最佳位置以既能接触控制面板122又可观察正在进行的操作的进度。
[0092] 另外,如本文进一步所公开,可以设想的是,控制组件150可被配置成与多个传感器配合以控制如本文所公开的钻头组件的支架的按序轴向和枢转移动。
[0093] 可以设想的是,控制组件120可包括常规计算机,该计算机具有可互相操作通信的存储器和处理器。另外可以设想的是,计算机可具有任何常规的用户界面。还可以设想的是,计算机可被定位成使用任何常规通信装置(包括有线通信装置和无线通信装置两者)与钻头组件10和/或加载装置70、170操作性通信。
[0094] 在另外的方面,钻杆处理系统150可任选地包括如本领域中已知的起重机。在另外的方面,钻杆处理系统150可包括底脚夹持件,如本领域中已知,以用于防止钻杆在钻孔内轴向和枢转移动。在又一些方面,钻杆处理系统150可任选地包括如本领域中常规已知的方钻杆。在这些方面,可以设想的是,本文所公开的加载装置70可用于使钻轴朝向和远离如本文进一步所公开的方钻杆而平移。
[0095] 一般钻井方法
[0096] 在示例性方面,钻井方法可包括将钻杆与加载装置接合。在这些方面,钻井方法还可包括使钻头组件的支架在第一位置和第二位置之间移动。可以设想的是,钻井方法还可包括使钻杆相对于平移轴线推进,使得钻杆的一部分牢固地旋入定位在钻头组件的卡盘开口内的方钻杆的末端上。更具体地讲,可以设想的是,可用卡盘夹住方钻杆,并且方钻杆的外螺纹可暴露于钻头组件下方,从而允许在方钻杆的螺纹与新钻杆之间接合(使得新钻杆被定位在操作位置)。
[0097] 在其他示例性方面,钻井方法不需要使用方钻杆。在这些方面,钻井方法可包括将钻杆与如本文所公开的加载装置接合。在这些方面,钻井方法还可包括使钻头组件的支架在第一位置和第二位置之间移动。可以设想的是,钻井方法还可包括使钻杆相对于平移轴线推进,使得在不使用方钻杆的情况下将钻杆的一部分牢固地被接纳在卡盘的向内渐缩的头部主轴内。
[0098] 下面描述了用于添加钻杆、从钻孔中起出钻杆以及将钻杆深入钻孔内的示例性方法。可以设想的是,相对于使用已知钻井系统进行的常规缆操作,使用本发明所公开的钻杆处理系统进行的钢缆操作可基本上不变。
[0099] 添加钻杆的示例性方法(利用方钻杆)
[0100] 在示例性应用中,可在钻井操作过程中将钻杆添加至钻柱。在一个方面,钻头组件可继续钻井操作(旋转和进给),直至钻孔接近其行程的底部,在此刻可闭合底脚夹持件来固定钻柱以便形成接合部。如果需要,钻头组件的齿轮偏移可根据需要进行调节以形成接合部。在钻头旋转时,可在方钻杆的底部形成接合部。随后可调节钻头组件的齿轮偏移以使齿轮从用于形成接合部的位置偏移。可向上送入钻头以使钻杆的内螺纹与外螺纹脱离接合。随后可如本文所公开的使钻头侧向偏移,使得钻头与夹持轴线基本上侧向对准。在完成侧向偏移之后,钻头可根据需要倾斜,使得钻头的角度取向与加载装置平移轴线的角度取向基本上匹配,并且可根据需要向下送入钻头以用于与平移轴线轴向对准。
[0101] 在此刻,工人可向加载装置中添加杆,使得杆与平移轴线基本上对准。随后可操作夹持组件以夹住杆并且随后使杆沿平移轴线朝向方钻杆轴向推进。
[0102] 在轴向推进杆之后,钻头可旋转以在方钻杆与新杆之间形成接合部。任选地,在一些方面,在卡盘打开时,可操作夹持组件以使接合的杆元件沿平移轴线推进,直至杆元件被定位在头部主轴内。在这些方面,可以设想的是,夹持组件可使杆元件脱离接合,并且随后可闭合卡盘以夹住杆元件。
[0103] 随后可向上送入钻头以适应接合的杆元件(方钻杆和新杆)的轴向长度。随后可倾斜钻头,使得杆元件与钻桅基本上平行。最终,钻头可侧向偏移,使得接合的杆元件与钻柱的中心线基本上对准。随后可向下送入钻头以使杆元件的螺纹与已定位在钻孔内并且固定在底脚夹持件中的钻杆接合。可旋转钻头以在新杆和底脚夹持件中的杆之间形成接合部。最终,可打开底脚夹持件以允许接合的杆元件轴向移动。
[0104] 将杆起出钻孔的示例性方法(利用方钻杆)
[0105] 在另外的示例性应用中,本发明所公开的钻杆处理系统可用于将钻杆起出钻孔。任选地,在这些应用中,可旋转钻杆处理系统的起重机以向钻杆起重索提供张力。可打开卡盘和底脚夹持件以允许钻杆的轴向移动。随后可根据需要拉动起重机以从孔中移出钻杆,使得钻杆被定位在底脚夹持件上方。可闭合底脚夹持件以将钻杆固定在适用于将钻杆与钻柱的邻接杆元件之间的接合部断开的位置。随后可送入钻头,使得卡盘被定位在底脚夹持件上方。对于6m钻杆而言,可以设想的是,卡盘应当定位在底脚夹持件上方约2.5m。随后可在钻杆上闭合卡盘,并且可旋转钻头,从而将钻杆的最下暴露的接合部断开。
[0106] 随后可向上送入钻头以使钻杆的内螺纹与外螺纹脱离接合。随后可如本文所公开的使钻头侧向偏移,使得钻头与夹持轴线基本上侧向对准。在完成侧向偏移之后,可根据需要倾斜钻头(通常,向上)直至钻头的角度取向基本上匹配加载装置的平移轴线的角度取向。随后可向下送入钻头以使钻头与加载装置的平移轴线基本上对准。
[0107] 加载装置随后可接合如本文所公开的钻杆,并且可打开钻头的卡盘以允许钻杆的轴向移动。可根据需要操作加载装置以使钻杆沿平移轴线远离头部主轴平移。在钻杆退出钻头之后,可将卡盘闭合以夹住方钻杆,并且可旋转钻头以旋出和/或脱离接合方钻杆处的接合部。加载装置可继续使钻杆沿平移轴线平移,使得箱和销脱离接合。
[0108] 随后可从加载装置中移出杆。在杆从加载装置中移出期间,可向上送入钻头以使钻头与夹持组件保持距离。随后可向下倾斜钻头,直至头部与钻桅基本上平行。在钻头倾斜后,可如本文所公开使钻头侧向偏移,使得钻头与钻柱的中心线基本上对准。随后可向下送入钻头以将正被添加的杆的螺纹与底脚夹持件中的杆接合。随后可旋转钻头以在正被添加的杆与底脚夹持件中的杆之间形成接合部。
[0109] 将杆下入钻孔中的示例性方法(利用方钻杆)
[0110] 在示例性应用中,本文所公开的钻杆处理系统可用于将钻杆下入钻孔中。最初,底脚夹持件可闭合以将钻柱固定在适当位置用于形成断缝。可闭合卡盘以夹住方钻杆。钻头的齿轮可根据需要偏移以准备好钻头用于形成断缝。随后可旋转钻头以在方钻杆的底部形成断缝。随后可将钻头偏移出其断裂形成条件。可向上送入钻头以使箱和销脱离接合。随后可使钻头侧向偏移以与加载装置的平移轴线基本上对准。随后可倾斜钻头以与加载装置的平移轴线的角度取向基本上对准。随后可向下送入钻头,使得卡盘与加载装置的平移轴线基本上轴向对准。
[0111] 助手随后可将钻杆定位在加载装置的接纳通道内,使得杆与平移轴线基本上对准。随后可操作加载装置以夹住钻杆并且使钻杆沿平移轴线朝向方钻杆平移。随后可旋转钻头以在新钻杆和方钻杆之间形成接合部。随后可打开卡盘,并且可操作加载装置以进一步将钻杆(和接合的方钻杆)推进到钻头的主轴内。
[0112] 随后可闭合卡盘以夹住接合的钻杆。随后可向上送入钻头以适应钻杆和方钻杆的合并轴向长度。随后可倾斜钻头,使得钻杆和方钻杆与钻桅基本上平行。在钻头的倾斜完成之后,可侧向偏移钻头,使得钻头与钻柱的中心线基本上对准。随后可向下送入钻头以将新杆的螺纹与定位在底脚夹持件内的钻杆元件接合。随后可旋转钻头以在新杆和底脚夹持件中的杆元件之间形成接合部。
[0113] 在新杆和现有钻柱之间的接合部形成之后,可拉动和/或旋转起重机以向钻井钢缆提供张力。随后可打开卡盘和底脚夹持件以允许杆移动。随后可向下送入钻头至其行程底部,并且可将起重机降低以将钻柱(包括新接合的钻杆)推进到钻孔内。
[0114] 将杆起出钻孔的示例性方法(不用方钻杆)
[0115] 在另外的示例性应用中,本发明所公开的钻杆处理系统可用于在不使用方钻杆或起重机的情况下将钻杆起出钻孔。在钻孔中的钻杆的顶部位于底脚夹持件上方(如,对于6米钻杆而言,在底脚夹持件上方约1米处)时,可在底脚夹持件上方的钻杆上闭合卡盘。随后,可打开卡盘以允许钻杆的轴向移动。钻头随后可向上送入钻杆(如,对于六米钻杆而言,向上在约3米处)以将钻杆的选定距离(如,对于六米钻杆而言,钻杆的下一个3米)拉出钻孔。可闭合底脚夹持件以将钻杆固定在适用于将钻杆与钻柱的邻接杆元件之间的接合部断开的位置。随后可打开卡盘,并且钻头随后可向下送入卡盘,使得卡盘围绕要从钻孔移出的最底下的钻杆而定位。随后可闭合卡盘,并且可打开底脚夹持件。随后钻头可根据需要向上送入钻杆,并且随后可再次闭合底脚夹持件。在卡盘和底脚夹持件闭合的情况下,可旋转钻头从而将钻杆的最底下暴露的接合部断开。
[0116] 随后可向上送入钻头以使钻杆的内螺纹与外螺纹脱离接合。在一些应用中,该向上送入钻头的动作可将箱和销分开。随后可如本文所公开使钻头侧向偏移,使得钻头与夹持轴线基本上侧向对准,该夹持轴线通常对应于加载装置的中心线。在完成侧向偏移之后,可根据需要倾斜钻头(通常,向上)直至钻头的角度取向基本上匹配加载装置的平移轴线的角度取向。随后可向下送入钻头以使钻头与加载装置的平移轴线基本上对准。
[0117] 加载装置随后可接合如本文所公开的钻杆,并且可打开钻头的卡盘以允许钻杆的轴向移动。加载装置可根据需要操作以使钻杆沿平移轴线平移并且将钻杆拉出卡盘的头部主轴。在钻杆退出钻头之后,加载装置的操作员可从加载装置中移出杆。在一些应用中,如果箱和销之前未脱离接合,加载装置可继续使钻杆沿平移轴线平移,使得箱和销脱离接合。
[0118] 在将杆从加载装置中移出期间,可向上送入钻头以使钻头与加载装置保持距离。随后可向下倾斜钻头,直至头部与钻桅基本上平行。在钻头倾斜后,可如本文所公开使钻头侧向偏移,使得钻头与钻柱的中心线基本上对准。随后可向下送入钻头以将正被添加的杆与底脚夹持件中的杆接合。随后可旋转钻头以在正被添加的杆与底脚夹持件中的杆之间形成接合部。
[0119] 将杆下入钻孔中的示例性方法(不用方钻杆)
[0120] 在其他示例性应用中,本发明所公开的钻杆处理系统可用于在不使用方钻杆或起重机的情况下将钻杆下入钻孔中。在钻孔中的第一钻杆的顶部位于底脚夹持件上方(如,对于6米钻杆而言,在底脚夹持件上方约1米处)并且钻头在其行程底部时,可闭合底脚夹持件以固定第一钻杆。随后,可打开卡盘以允许第一钻杆从底脚夹持件悬置。随后可向上送入钻头以允许从头部主轴移出钻杆。为了将头部主轴与加载装置中的新杆对准,可如本文所公开将钻头侧向偏移、向上倾斜再向下送入。可闭合加载装置的辊以夹住第二钻杆,并且可选择性地旋转辊以将钻杆推入头部主轴中。随后可闭合卡盘以夹住第二钻杆。可如本文所公开将钻头向上送入,向下倾斜,侧向偏移,再向下送入以将第一钻杆和第二钻杆的螺纹对准。可将钻头操作地联接到“接通/断开”开关,并且在“接通/断开”开关激活时,钻头可实现第一钻杆和第二钻杆的旋转并且施加足够扭矩以在第一钻杆和第二钻杆之间形成接合部。随后可打开底脚夹持件,并且钻头可将第一(较低)钻杆送入钻孔中。随后可闭合底脚夹持件以将钻柱固定在适当位置。随后,可打开卡盘以允许钻柱从底脚夹持件悬置。可向上送入钻头,并且可闭合卡盘以夹住第二(较高)钻杆的顶部。随后可打开底脚夹持件,并且可向下送入钻头以使钻柱降低到钻孔中。
[0121] 示例性方面
[0122] 在一个示例性方面,提供了用于将钻杆固定在操作位置的钻头组件,钻杆具有纵向轴线,钻头组件可操作地联接到钻桅,钻桅具有纵向轴线,钻头组件包括:支架,该支架被配置成相对于钻桅的纵向轴线和基本上垂直于钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动;以及由支架可操作地支承的卡盘,该卡盘具有纵向轴线并且限定开口,开口被配置以牢固地接纳方钻杆的一部分,方钻杆被配置成与钻杆接合,使得钻杆的纵向轴线与卡盘的纵向轴线基本上轴向对准,其中支架被配置成在第一位置和第二位置之间移动,其中在第一位置,卡盘的纵向轴线基本上平行于钻桅的纵向轴线,其中从第一位置,支架被配置成相对于横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达第二位置,并且其中在第二位置,卡盘的纵向轴线基本上平行于钻井地层的表面。
[0123] 在另一示例性方面,在支架在第一位置和第二位置之间移动期间,支架的枢转移动受到限制,直至支架相对于横向轴线的轴向移动完成。
[0124] 在另一示例性方面,从第二位置,支架被配置成相对于横向轴线按序枢转以及随后轴向移动以返回到第一位置。
[0125] 在另一示例性方面,在支架从第二位置向第一位置移动期间,支架相对于横向轴线的轴向移动受到限制,直至支架相对于横向轴线的枢转移动完成。
[0126] 在另一示例性方面,在第二位置,支架与钻桅相对于横向轴线轴向间隔开。
[0127] 在另一示例性方面,钻头组件还包括多个传感器,其中多个传感器中的至少一个传感器被配置成检测支架相对于横向轴线的轴向移动的完成,并且其中多个传感器中的至少一个传感器被配置成检测支架相对于横向轴线的枢转移动的完成。
[0128] 在另一示例性方面,多个传感器包括多个接近开关
[0129] 在另一示例性方面,至少一个驱动组件包括至少一个液压驱动组件,并且多个传感器包括多个液压顺序阀。
[0130] 在另一示例性方面,钻头组件还包括可操作地联接到支架并且被定位成与多个液压顺序阀连通的第一液压缸,该液压缸具有基本上平行于横向轴线的纵向轴线,其中液压缸的激活被配置成实现支架相对于横向轴线的轴向移动。
[0131] 在另一示例性方面,钻头组件还包括可操作地联接到支架并且被定位成与多个液压顺序阀连通的第二液压缸,其中液压缸的激活被配置成实现支架相对于横向轴线的枢转移动。
[0132] 在另一示例性方面,钻头组件还包括可操作地联接到支架的多个间隔导杆,多个导杆中的每个导杆具有基本上平行于横向轴线的纵向轴线,其中支架被配置成沿多个导杆相对于横向轴线移动,并且其中多个导杆被配置成在支架相对于横向轴线轴向和枢转移动期间支承支架。
[0133] 在另外的示例性方面,公开了钻杆处理系统,该钻杆处理系统包括:被配置成接合钻杆的加载装置,该钻杆具有纵向轴线,其中在加载装置和钻杆之间接合时,钻杆的纵向轴线基本上平行于平移轴线;具有纵向轴线的钻桅;以及被配置以将来自加载装置的钻杆接纳在操作位置的钻头组件,该钻头组件可操作地联接到钻桅,该钻头组件包括:支架,该支架被配置成相对于钻桅的纵向轴线和基本上垂直于钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动;以及由支架可操作地支承的卡盘,卡盘具有纵向轴线并且限定开口,开口被配置成接纳钻杆的一部分,使得钻杆的纵向轴线与卡盘的纵向轴线基本上轴向对准,其中支架被配置成在第一位置和第二位置之间移动,其中在第一位置,卡盘的纵向轴线基本上平行于钻桅的纵向轴线,其中从第一位置,支架被配置成相对于横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达第二位置,并且其中在第二位置,卡盘的纵向轴线基本上垂直于钻桅的纵向轴线,并且其中当支架处于第二位置时,卡盘的纵向轴线与平移轴线和钻杆的纵向轴线基本上轴向对准。
[0134] 在另一示例性方面,在钻头组件的支架从第一位置向第二位置移动期间,支架的枢转移动受到限制,直至相对于横向轴线的轴向移动完成。
[0135] 在另一示例性方面,加载装置被配置成允许钻杆相对于平移轴线的移动,但限制钻杆相对于平移轴线旋转。
[0136] 在另一示例性方面,加载装置包括:具有至少一个水平辊的基座组件,每个水平辊具有相应的纵向轴线,其中每个水平辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线;固定到基座组件的支承组件,该支承组件具有至少一个支承辊,该至少一个支承辊中的每个支承辊具有相应的纵向轴线,其中每个支承辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线和每个相应水平辊的纵向轴线;以及与支承组件相对于横向轴线间隔开的夹持组件,横向轴线基本上平行于每个相应水平辊的纵向轴线,夹持组件具有至少一个夹持辊,夹持辊被配置成相对于横向轴线在打开位置和接合位置之间移动,其中近侧辊、远侧辊、支承辊和夹持辊配合以限定接纳空间,接纳空间被配置以接纳钻杆的至少一部分,并且其中在夹持辊的接合位置,水平辊、支承辊和夹持辊被定位成与钻杆接合。
[0137] 在另一示例性方面,加载装置包括:第一基座组件;第二基座组件,所述第一基座组件与所述第二基座组件相对于所述平移轴线间隔开;夹持组件,包括:框架,该框架牢固地联接到并且定位在第一基座组件和第二基座组件之间,该框架具有与平移轴线基本上轴向对准的纵向轴线;滑架,该滑架可操作地联接到框架并且被配置成相对于框架的纵向轴线选择性移动;支承在滑架上的副组件,该副组件限定被配置以接纳钻杆的一部分的中心空间,其中副组件可选择性地调节以将钻杆牢固地接合在操作位置;第一轴,该第一轴由框架支承并且被取向成基本上垂直于平移轴线;第二轴,该第二轴由框架支承并且被取向成基本上垂直于平移轴线;以及链条,该链条被定位在第一轴和第二轴上方并且限定链环,该链条被牢固地联接到滑架,其中链条可操作地联接到第一轴,使得:第一轴在第一方向上的旋转使链环在对应方向上推进并且使滑架相对于平移轴线朝向第二轴推进,并且第一轴在相反的第二方向上的旋转使链环在对应方向上推进并且使滑架相对于平移轴线朝向第一轴推进。
[0138] 在另一示例性方面,加载装置可包括:第一基座组件;第二基座组件,第一基座组件与第二基座组件相对于平移轴线间隔开;支承平台,该支承平台在第一基座组件和第二基座组件之间延伸并且与之联接,支承平台具有基本上平行于平移轴线的纵向轴线,支承平台被配置为当钻杆相对于平移轴线移动时支承钻杆的至少一部分;和驱动组件,包括:至少一个驱动辊,每个驱动辊具有相应的纵向轴线,其中每个驱动辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线,并且其中每个驱动辊被配置成围绕其纵向轴线旋转;至少一个驱动组件,每个驱动组件被定位成与相应的驱动辊可操作连通,其中每个驱动组件被配置成选择性激活以选择性地旋转相应的驱动辊;和至少一个导向辊,每个导向辊具有相应的纵向轴线,其中每个导向辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线并且基本上平行于每个相应驱动辊的纵向轴线,其中至少一个驱动辊和至少一个导向辊配合以限定接纳空间,该接纳空间被配置以接纳钻杆的至少一部分,其中至少一个驱动辊和至少一个导向辊被配置成当钻杆的至少一部分被接纳在接纳空间内时与钻杆接合,并且其中当钻杆的至少一部分被接纳在接纳空间内时,至少一个驱动辊在第一方向上的旋转被配置以使钻杆朝向钻头组件推进。
[0139] 在另一示例性方面,钻头组件还包括齿轮箱部分以及跨展在钻头组件的齿轮箱部分和卡盘之间的头部主轴,并且钻杆处理系统还包括用于接纳钻杆的钻杆接纳组件,该钻杆接纳组件具有纵向轴线并且被配置成定位在钻头组件的头部主轴内,使得钻杆接纳组件的纵向轴线与头部主轴的纵向轴线基本上对准,该钻杆接纳组件包括:具有第一末端、相对的第二末端、内表面和外表面的细长轴,细长轴的内表面限定在细长轴的第一末端和第二末端之间延伸的孔,细长轴的第一末端限定与孔连通的第一开口,细长轴的第二末端被配置成接纳在钻头组件的卡盘内;接纳元件,该接纳元件被配置成可操作地联接到钻头组件的齿轮箱部分,接纳元件具有第一末端、相对的内表面和外表面,接纳元件的内表面限定在接纳元件的第一末端和第二末端之间延伸的孔,接纳元件的第一末端限定与孔连通的第一开口,接纳元件的第二末端限定与孔连通的第二开口,其中接纳元件的内表面的至少一部分从第一开口朝向第二开口移动时向内渐缩,并且其中接纳元件的第二末端可操作地联接到细长轴的第一末端,使得接纳元件的第二开口与细长轴的第一开口基本上对准并且连通;其中,在钻杆从接纳元件的第一开口朝向细长轴的第二末端推进时,接纳元件的内表面和细长轴的内表面被配置成配合以将钻杆导向到所需取向,在所述取向钻杆的纵向轴线基本上平行于头部主轴的纵向轴线。
[0140] 在另一示例性方面,钻杆接纳组件还包括平板组件,该平板组件包括:第一平板,该第一平板被配置成与钻头的头部主轴的外表面周向接合;第二平板,该第二平板被配置成周向接合邻近接纳元件的第二末端的接纳元件外表面的一部分;以及用于将第一平板牢固地联接到第二平板从而使接纳元件稳定的装置。
[0141] 在另一示例性方面,钻杆接纳组件还包括多个隔离物,每个隔离物被配置成周向围绕细长轴的外表面的一部分,并且保持细长轴的外表面与头部主轴的内表面之间的间距。
[0142] 在其他示例性方面,提供了用于接合相对于平移轴线移动的钻杆的加载装置,加载装置包括:具有至少一个水平辊的基座组件,至少一个水平辊中的每个水平辊具有相应的纵向轴线,其中至少一个水平辊中的每个水平辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线;固定到基座组件的支承组件,该支承组件具有至少一个支承辊,该至少一个支承辊中的每个支承辊具有相应的纵向轴线,其中至少一个支承辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线以及至少一个水平辊中的每个水平辊的纵向轴线;以及与支承组件相对于横向轴线间隔开的夹持组件,横向轴线基本上平行于至少一个水平辊中的每个水平辊的纵向轴线,夹持组件具有至少一个夹持辊,该夹持辊被配置成相对于横向轴线在打开位置和接合位置之间移动,其中水平辊、支承辊和夹持辊配合以限定接纳空间,接纳空间被配置以接纳钻杆的至少一部分,并且其中在夹持辊的接合位置,水平辊、支承辊和夹持辊被定位成与钻杆接合。
[0143] 在另一示例性方面,在该至少一个夹持辊的接合位置,水平辊、支承辊和夹持辊被配置成允许钻杆相对于平移轴线移动但限制钻杆相对于平移轴线旋转。
[0144] 在另一示例性方面,加载装置还包括杠杆,杠杆具有杠杆臂、固定到基座组件的杠杆支承件和联接到杠杆臂和至少一个夹持辊的联接元件,联接元件枢转地联接到杠杆支承件,其中联接元件被配置成相对于杠杆支承件枢转移动。
[0145] 在另一示例性方面,联接元件的选择性枢转移动使夹持辊相对于横向轴线移动。
[0146] 在另一示例性方面,基座组件还包括横杆,并且其中近侧辊和远侧辊被定位在横杆的相对侧上。
[0147] 在另一示例性方面,基座组件还包括固定到横杆的多个支腿。
[0148] 在另一示例性方面,夹持组件的至少一个夹持辊包括单个夹持辊,其中支承组件的至少一个支承辊包括两个支承辊,并且其中单个夹持辊基本上相对于平移轴线在两个支承辊之间轴向居中。
[0149] 在另一示例性方面,杠杆支承件和支承组件中的至少一者可相对于横向轴线选择性地调节。
[0150] 在另一示例性方面,杠杆臂具有纵向轴线,并且其中在至少一个夹持辊的打开位置,杠杆臂的纵向轴线基本上平行于横向轴线。
[0151] 在另一示例性方面,在向杠杆臂施加朝下的力时至少一个夹持辊可从打开位置移至接合位置。
[0152] 在另一示例性方面,在至少一个夹持辊的接合位置,杠杆臂的纵向轴线相对于横向轴线向下成角度。
[0153] 在另一示例性方面,近侧辊和远侧辊被定位在基本上相同的高度处。
[0154] 在另一示例性方面,支承辊和夹持辊被定位在基本上相同的高度处。
[0155] 在另一示例性方面,基座组件的高度可以选择性地调节。
[0156] 在另外的示例性方面,钻杆处理系统包括:被配置成接合钻杆的加载装置,该钻杆具有纵向轴线,其中在加载装置和钻杆之间接合时,钻杆的纵向轴线基本上平行于平移轴线;具有纵向轴线的钻桅;以及被配置以将来自加载装置的钻杆接纳在操作位置的钻头组件,钻头组件可操作地联接到钻桅,该钻头组件包括:支架,该支架被配置成相对于钻桅的纵向轴线和基本上垂直于钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动;以及由支架可操作地支承的卡盘,该卡盘具有纵向轴线并且限定开口,开口被配置以牢固地接纳方钻杆的一部分,方钻杆被配置成与钻杆的一部分接合,使得钻杆的纵向轴线与卡盘的纵向轴线基本上轴向对准,其中支架被配置成在第一位置和第二位置之间移动,其中在第一位置,卡盘的纵向轴线基本上平行于钻桅的纵向轴线,其中从第一位置,支架被配置成相对于横向轴线按序轴向和随后枢转移动以到达第二位置,并且其中在第二位置,卡盘的纵向轴线基本上垂直于钻桅的纵向轴线,并且其中当支架处于第二位置时,卡盘的纵向轴线与平移轴线和钻杆的纵向轴线基本上轴向对准。
[0157] 在另一方面,加载装置被配置成允许钻杆相对于平移轴线移动,但限制钻杆相对于平移轴线旋转。
[0158] 在另外的示例性方面,钻井方法包括:将钻杆与加载装置接合,钻杆具有纵向轴线,其中在加载装置和钻杆之间接合时,钻杆的纵向轴线基本上平行于平移轴线,其中加载装置被配置成允许钻杆相对于平移轴线移动,但限制钻杆相对于平移轴线旋转;使钻头组件的支架在第一位置和第二位置之间移动,支架被配置成相对于钻桅的纵向轴线和基本上垂直于钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动,钻头组件还包括由支架可操作地支承的卡盘,卡盘具有纵向轴线并且限定开口,其中在第一位置,卡盘的纵向轴线基本上平行于钻桅的纵向轴线,其中从第一位置,支架被配置成相对于横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达第二位置,其中在第二位置,卡盘的纵向轴线基本上垂直于钻桅的纵向轴线,并且其中当支架处于第二位置时,卡盘的纵向轴线与平移轴线以及钻杆的纵向轴线基本上轴向对准;使钻杆相对于平移轴线推进,使得钻杆的一部分牢固地定位在钻头组件的卡盘开口内。
[0159] 在示例性方面,在钻头组件的支架从第一位置向第二位置移动期间,支架的枢转移动受到限制,直至相对于横向轴线的轴向移动完成。
[0160] 在又一些示例性方面,提供了用于接合相对于平移轴线移动的钻杆的加载装置。在这些方面,加载装置包括:第一基座组件;第二基座组件,第一基座组件与第二基座组件相对于平移轴线间隔开;夹持组件,包括:框架,该框架牢固地联接到并且定位在第一基座组件和第二基座组件之间,该框架具有与平移轴线基本上轴向对准的纵向轴线;滑架,该滑架可操作地联接到框架并且被配置成相对于框架的纵向轴线选择性移动;支承在滑架上的副组件,该副组件限定被配置以接纳钻杆一部分的中心空间,其中副组件可选择性地调节以将钻杆牢固地接合在操作位置;第一轴,该第一轴由第一基座组件支承并且被取向成基本上垂直于平移轴线;第二轴,该第二轴由第二基座组件支承并且被取向成基本上垂直于平移轴线;以及链条,该链条被定位在第一轴和第二轴上方并且限定链环,该链条被牢固地联接到滑架,其中链条可操作地联接到第一轴,使得:第一轴在第一方向上的旋转使链环在对应方向上推进并且使滑架相对于平移轴线朝向第二轴推进,并且第一轴在相反的第二方向上的旋转使链环在对应方向上推进并且使滑架相对于平移轴线朝向第一轴推进。
[0161] 在又一些示例性方面,公开了用于使钻杆相对于平移轴线选择性移动的加载装置,该加载装置与钻头组件间隔开并且包括:第一基座组件;第二基座组件,第一基座组件与第二基座组件相对于平移轴线间隔开;支承平台,该支承平台在第一基座组件和第二基座组件之间延伸并且与之联接,支承平台具有基本上平行于平移轴线的纵向轴线,支承平台被配置为当钻杆相对于平移轴线移动时支承钻杆的至少一部分;和驱动组件,包括:至少一个驱动辊,每个驱动辊具有相应的纵向轴线,其中每个驱动辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线,并且其中每个驱动辊被配置成围绕其纵向轴线旋转;至少一个驱动组件,每个驱动组件被定位成与相应的驱动辊可操作连通,其中每个驱动组件被配置成选择性激活以选择性地旋转相应的驱动辊;和至少一个导向辊,每个导向辊具有相应的纵向轴线,其中每个导向辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线并且基本上平行于每个相应驱动辊的纵向轴线,其中至少一个驱动辊和至少一个导向辊配合以限定接纳空间,该接纳空间被配置以接纳钻杆的至少一部分,其中至少一个驱动辊和至少一个导向辊被配置成当钻杆的至少一部分被接纳在接纳空间内时与钻杆接合,并且其中当钻杆的至少一部分被接纳在接纳空间内时,至少一个驱动辊在第一方向上的旋转被配置以使钻杆朝向钻头组件推进。
[0162] 在又一些示例性方面,公开了钻杆处理系统,包括:加载装置,该加载装置被配置成使钻杆相对于平移轴线选择性移动,钻杆具有纵向轴线,其中在加载装置和钻杆之间接合时,钻杆的纵向轴线基本上平行于平移轴线,其中加载装置被配置成允许钻杆相对于平移轴线移动,但限制钻杆相对于平移轴线旋转;具有纵向轴线的钻桅;以及被配置以将来自加载装置的钻杆接纳在操作位置的钻头组件,该钻头组件可操作地联接到钻桅,该钻头组件包括:支架,该支架被配置成相对于钻桅的纵向轴线和基本上垂直于钻桅的纵向轴线的横向轴线两者移动;以及由支架可操作地支承的卡盘,该卡盘具有纵向轴线和主轴,主轴具有内表面、第一末端部分、相对第二末端部分和在第一末端部分和第二末端部分之间延伸的轴,第一末端部分限定第一开口,第二末端部分限定第二开口,主轴被配置成通过第一开口和第二开口牢固地接纳钻杆的一部分,使得钻杆的纵向轴线与卡盘的纵向轴线基本上轴向对准,其中主轴的第一末端部分的内表面的至少一部分相对于卡盘的纵向轴线从第一开口朝向轴移动时向内渐缩,其中支架被配置成在第一位置和第二位置之间移动,其中在第一位置,卡盘的纵向轴线基本上平行于钻桅的纵向轴线,其中从第一位置,支架被配置成相对于横向轴线按序轴向以及随后枢转移动以到达第二位置,并且其中在第二位置,卡盘的纵向轴线基本上垂直于钻桅的纵向轴线,并且其中当支架处于第二位置时,卡盘的纵向轴线与平移轴线和钻杆的纵向轴线基本上轴向对准。
[0163] 在另外的示例性方面,加载装置可包括:第一基座组件;第二基座组件,第一基座组件与第二基座组件相对于平移轴线间隔开;支承平台,该支承平台在第一基座组件和第二基座组件之间延伸并且与之联接,支承平台具有基本上平行于平移轴线的纵向轴线,支承平台被配置为当钻杆相对于平移轴线移动时支承钻杆的至少一部分;和驱动组件,包括:至少一个驱动辊,每个驱动辊具有相应的纵向轴线,其中每个驱动辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线,并且其中每个驱动辊被配置成围绕其纵向轴线旋转;至少一个驱动组件,每个驱动组件被定位成与相应的驱动辊可操作连通,其中每个驱动组件被配置成选择性激活以选择性地旋转相应的驱动辊;和至少一个导向辊,每个导向辊具有相应的纵向轴线,其中每个导向辊的纵向轴线基本上垂直于平移轴线并且基本上平行于每个相应驱动辊的纵向轴线,其中至少一个驱动辊和至少一个导向辊配合以限定接纳空间,该接纳空间被配置以接纳钻杆的至少一部分,其中至少一个驱动辊和至少一个导向辊被配置成当钻杆的至少一部分被接纳在接纳空间内时与钻杆接合,并且其中当钻杆的至少一部分被接纳在接纳空间内时,至少一个驱动辊在第一方向上的旋转被配置以使钻杆朝向钻头组件推进。
[0164] 在另外的示例性方面,公开了用于接纳钻杆的钻杆接纳组件,钻杆接纳组件具有纵向轴线并且被配置成定位在钻头的头部主轴内,使得钻杆接纳组件的纵向轴线与头部主轴的纵向轴线基本上对准,头部主轴跨展在钻头的齿轮箱部分和卡盘部分之间,钻杆接纳组件包括:细长轴,该细长轴具有第一末端、相对的第二末端、内表面和外表面,细长轴的内表面限定在细长轴的第一末端和第二末端之间延伸的孔,细长轴的第一末端限定与孔连通的第一开口,细长轴的第二末端被配置成接纳在钻头的卡盘部分内;接纳元件,该接纳元件被配置成可操作地联接到钻头的齿轮箱部分,该接纳元件具有第一末端、相对内表面和外表面,接纳元件的内表面限定在接纳元件的第一末端和第二末端之间延伸的孔,接纳元件的第一末端限定与孔连通的第一开口,接纳元件的第二末端限定与孔连通的第二开口,其中接纳元件的内表面的至少一部分从第一开口朝向第二开口移动时向内渐缩,并且其中接纳元件的第二末端可操作地联接到细长轴的第一末端,使得接纳元件的第二开口与细长轴的第一开口基本上对准并且连通;其中,在钻杆从接纳元件的第一开口朝向细长轴的第二末端推进时,接纳元件的内表面和细长轴的内表面被配置成配合以将钻杆导向到所需取向,在所述取向钻杆的纵向轴线基本上平行于头部主轴的纵向轴线。
[0165] 在其他示例性方面,钻杆接纳组件还包括平板组件,其中平板组件包括:第一平板,该第一平板被配置成与钻头的头部主轴的外表面周向接合;第二平板,该第二平板被配置成周向接合邻近接纳元件的第二末端的接纳元件外表面的一部分;以及用于将第一平板牢固地联接到第二平板从而使接纳元件稳定的装置。
[0166] 在另外的示例性方面,钻杆接纳组件还包括多个隔离物,每个隔离物被配置成周向围绕细长轴的外表面的一部分,并且保持细长轴的外表面与头部主轴的内表面之间的间距。
[0167] 虽然本发明的数个实施例已在前文的说明书中所公开,但本领域的技术人员应当理解,本发明所属的许多修改和其他实施例将被想到,其具有在前述描述和相关附图中呈现的教导的有益效果。因此,应当理解,本发明不限于上文所公开的具体实施例,并且许多修改形式和其他实施例旨在被涵盖于所附权利要求书的范围内。此外,虽然本文采用了特定的术语,以及以下的权利要求也采用了特定的术语,它们仅仅用于一般性和描述性的意义,而不是为了限制所述发明的目的,也不是为了限制以下的权利要求的目的。
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