用于操控在地面中钻孔的钻孔装置方向的方法 |
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| 申请号 | CN201480050864.2 | 申请日 | 2014-08-05 | 公开(公告)号 | CN105531439A | 公开(公告)日 | 2016-04-27 |
| 申请人 | 吉欧奈克斯公司; | 发明人 | 基姆·尤瓦尼; | ||||
| 摘要 | 一种用于控制钻孔装置方向的方法，钻孔装置在地面中钻孔，可锤击且旋转 钻头 (3)用作钻孔头，钻孔装置包括在钻头(3)后方与钻头(3)联接的锤击装置(2)以及与钻头潜在关联的钻臂，其中锤击装置的后部(15)或者钻臂位于钻孔中或 覆盖 钻孔的 套管 (1)内的自由空间中，使得存在用于后部(15)在钻孔的半径方向中移动的空间，并且使得在进行钻孔期间钻头(3)在地面中的 位置 根据从位置 传感器 接收到的地面数据来观察， 位置传感器 指示钻头(3)的位置，其特征在于，在该方法中，通过组织支持件通过仅调整上述后部(15)相对于进行钻孔的中心线(C)的位置来控制进行钻孔的方向，支持件偏离中心线(C)或者位于中心线(C)上，对于上述后部(15)借助于位于钻孔中或者处于套管(1)的内表面的支持部件(5，5′，7)在钻孔装置的馈送端处调整支持件，其中，仅为钻头(3)和锤击装置相对于上述中心线(C)形成方向 角 (α)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于控制钻孔装置的方向的方法，所述钻孔装置在地面中进行钻孔，其中可锤击且旋转钻头(3)用作钻孔头，所述钻孔装置包括在所述钻头(3)后方与所述钻头(3)联接的锤击装置(2)以及与钻头潜在关联的钻臂，其中所述锤击装置的后部(15)或者钻臂位于钻孔中或者覆盖所述钻孔的所述套管(1)内的自由空间中，使得存在用于所述后部(15)在所述钻孔的半径方向中移动的空间，并且使得在进行钻孔期间所述钻头(3)在地面中的位置根据从位置传感器接收到的地面数据来观察，所述位置传感器指示所述钻头(3)的位置，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 用于操控在地面中钻孔的钻孔装置方向的方法技术领域[0001] 本发明涉及用于操控在地面中钻孔的钻孔装置方向的方法，其中可锤击且旋转钻头用作钻孔钻头，钻孔装置包括在钻头后方与钻头联接的锤击装置以及与可属于钻头的钻臂，其中锤击装置的后部或者钻臂位于钻孔中或者覆盖钻孔的套管内的自由空间中，使得上述后部具有空间以在钻孔的半径方向中移动，并且在进行钻孔期间钻头在地面中的位置根据从位置传感器接收到的地面数据来观察，该位置传感器指示钻头的位置。 背景技术[0002] 通过EP 0369030公开文献已知道作为钻孔装置方向的控制方法的解决方案，在该解决方案中，钻孔装置的前端被形成为两个接连的圆柱单元，这些单元彼此连接使得其形成小角度。这些单元可因为接头构造而通过动力单元(例如液压缸)的帮助在期望方向中弯曲，使得整个单元在该方向中开始转动。 [0003] 上述方法的缺陷是其主要适用于控制在软土地面中进行钻孔的钻孔方向。前端的圆柱部可转向以仅在足够使得该部分可相对于后一部分转向的地面中进行控制。在岩石孔中，这种转向仅在孔具有明显大于所需圆柱部的较大直径的情况下通过钻头进行钻孔才成功，控制所需的是与直径有关的。此外，该方法需要液压管件或者可引导至转孔头的电缆以及与转向有关的动力单元。而且，需要观察钻孔头的位置，使得可对准转孔头。 [0004] 还通过US 20070187150、US 6808027和US 4319649的公开文献知道用于控制钻孔装置的方向的方法。在这些公开文献中，钻孔装置是在地面中钻孔的切割钻孔装置，通过切割钻孔装置向下转孔并且冲击被引导至钻头。例如，遇到的石头可能导致钻孔装置的角度偏差。钻杆被支承在孔壁的多个位置处，但是相对于钻杆的中心线在控制方向的帮助下，钻头在头部的定向不以转向为目的，换言之不在这些方向之间产生角度。但是，钻头向一旁移动，而且钻杆借助于若干接连的、可调整的支持部件而向一旁移动。 发明内容[0005] 为了消除上述方法的缺陷，提出了一种用于钻孔装置的新颖的钻孔装置方向的控制方法，该钻孔装置包括在钻头后方的锤击装置以及潜在属于钻头的钻臂，其中锤击装置的后部或者钻臂位于钻孔中。通过本发明，相对于现有技术实现了重大改进并且本发明的特征在于根据本发明的方法，在该方法中通过组织支持件通过仅调整后部相对于进行钻孔的中心线的位置来控制进行钻孔的方向，支持件偏离中心线或者位于中心线上，对于上述后部借助于通过使用钻孔或者套管的内表面的支持部件在钻孔装置的馈送端处调整支持件，其中，仅为钻头和锤击装置相对于上述中心线形成方向角，并且在支持部件的前侧上形成被引导至钻头的冲击，以及冲击在钻头的方向α中被引导至被钻孔的地面。 [0006] 根据本发明的方法的优势在于其适用于地面钻孔，并且当可在钻孔装置内部进行钻头的对准以及稍微转向至相对于钻头的偏离角度时，用于在岩石中钻孔。钻孔装置的钻头正好位于正确的钻孔头部处并且仅稍微转向，位于钻头方法的冲击锤和潜在钻臂处于套管内或在岩石孔中的自由空间中。可为冲击锤的后部或钻臂容易地设置支持部件，借助于支持部件，后部可保持在进行钻孔的中心线上或者从中心线偏离的角位置中。冲击锤经常以有效的锤击方向锤击钻头而不会损失，即使钻头相对于钻孔的中心线转向。 [0007] 在本发明的实施方法的最大优势中，钻孔头部不包括与控制相关的动力单元，也不包括在钻孔装置的馈送端处进行与对准有关的功能的管件或缆线，在地面表面通过钻杆的轴向移动并且借助于旋转或者仅通过使用旋转，可旋转钻杆和/或套管。附图说明 [0008] 在下文中，通过参考附图更详细地描述本发明，在附图中： [0009] 图1示出了钻孔装置的侧视图。 [0010] 图2示出了图1中的线A-A所取的截面。 [0011] 图3示出了图2中的线B-B所取的截面。 [0012] 图4示出了替代钻孔装置的截面和侧视图。 [0013] 图5示出了来自图4的截面和来自线B-B的截面。 [0014] 图6示出了图4的线A-A所取的截面。 [0015] 图7示出了置于岩石钻孔上的支持部件。 [0016] 图8示出了图7的线D-D所取的支持部件的截面图。 具体实施方式[0017] 图1示出了作为示例的设有套管1的钻孔装置，该钻孔装置包括钻头3及其后方的冲击锤2，钻杆9从其开端以这样的方式被引导至冲击锤2的后部15(换言之钻孔的馈送部)，即，被加压的空气沿着用于冲击锤2的钻杆9流动并且沿着用于冲击锤和用于钻头3的钻杆进行旋转运动。在冲击锤2的钻杆9与后部15的交叉处具有支持部件5、7，通过支持部件，在套管1内调整钻杆9的位置和冲击锤2的后端。 [0018] 图2示出了支持部件的结构，该结构包括第一支持部件5，第一支持部件5在钻孔期间沿着套管1在套管1内移动，并且位于套管1内且在套管内旋转。第一支持部件5包括翼部13，在使用套管的情况下借助于翼部第一支持部件5位于套管1上，在不使用套管1的情况下第一支持部件位于岩石孔上并且在孔的内表面上滑动。第一支持部件5还包括偏离中心的孔，第二可旋转部7处于该孔内并且该部件的旋转可借助于肩部布置10被锁定至第一支持部件5。图3示出了当第二支持部件7相对于第一支持部件5在轴向方向中移动时，如何借助于肩部布置10进行锁定。冲击锤2和钻头3经过钻杆9的旋转通过属于第二支持部件7的孔16来进行，通过该孔，钻杆9被引导至冲击锤2。 [0019] 在图2和图3的实施方法中，钻杆9经常旋转一个支持部件7，并且另一支持部件7对于第一支持部件5存在两个锁定位置。借助于第二支持部件7的轴向移动(其移动可通过拉动和/或推动钻杆9而产生)，第二支持部件被打开并且从锁定肩部10被锁定，在借助于钻杆9的旋转且借助于在旋转之后的轴向移动，第二支持部件7能够被锁定到第一支持部件5中根据图2所示的位置中，或者锁定到从其转向180°的位置。如果钻孔被拉回以便在支持部件的位置处产生轴向移动并且使得多个钻头/一个钻头3不会被同时拉动，那么在轴向方向中在处于锁定位置的定向钻头和扩孔钻头之间可存在所需的滑动距离，或者在定向钻头与冲击锤2之间可存在相应的滑动距离。 [0020] 在根据图2的位置中，孔16在套管1中处于偏离中心处。在从其转动180°的位置中，孔16位于套管1的中心处。当钻杆9经过孔16接近冲击锤2的后部15时，冲击锤2的后部将类似地在套管1中处于偏离中心处，或者其将恰好位于套管1的中心处。在该实施例中，当孔16的位置移动到套管1的中心时来控制钻孔，在这种情况下无需任何控制动作就可进行钻孔并且在这种情况下以线性方式进行钻孔；或者当孔16的位置相对于套管1移动到偏离中心时控制钻孔，在这种情况下钻孔与直线方向偏离角度α的量。 [0021] 在图2所示的情况中，以上描述了第一支持部件5在钻孔过程中旋转并且不能被锁定为不可旋转。当需要控制钻孔方向时，孔16必须相对于套管1定位成偏离中心，例如图2中所示，并且在该位置中，第二支持部件7必须被锁定至第一支持部件5。借助于钻杆9的旋转，支持部件5和7均旋转，并且孔16开始以圆周轨道旋转，并且类似地冲击锤2的后部15开始以圆周轨道旋转。当孔16定位在相对于中心线C的相对区域中时，如果借助于钻杆9旋转减速或者冲击锤的冲击提高，钻孔装置开始在期望方向中转向，在该方向中期望钻孔转向(在图1中钻孔向上转动)。 [0022] 钻孔的控制需要知晓钻头相对于期望钻孔线的位置，并且需要知晓在需要转向的情况下，钻孔方向应该转向的方向0-360°。除此之外，需要知晓孔16何时位于相对于钻孔的中心线C的角域中，钻杆9的旋转必须减速或者冲击必须提高。通过将已知定位设备和发射器放置在钻头部处并且通过位于地面的接收器的帮助接收发射器发送的位置数据，通过已知的方法能够找到钻头的地下位置。相同的设备和发射器也可指示孔16的每个角位置。在该实施方法中，冲击锤2位于钻头部处。可替换的实施方式也可以是钻杆9传递来自开端的冲击，在这种情况下，例如在钻头3后方具有钻臂，钻臂的后端借助于支持部件来控制。 [0023] 在图4中示出了第一支持部件5，对于该支持部件，环4焊接在套管1内，在钻孔过程中环精确地处于第一支持部件5的位置处。在环4的内表面上形成有向内引导的脊11，如果上述支持部件5在轴向方向上移动使得其翼部13在脊10后面移动，那么通过脊能够阻止第一支持部件5的旋转。存在于第一支持部件中且用于第二支持部件7的孔相对于套管1定位成偏离中心。在第一支持部件5与第二支持部件7之间存在通过它们的相互轴向移动而打开/关闭的锁定件。图5和图6示出了这些锁定件10和11。图5还示出了锁定件12，其中通过首先稍微拉动钻杆9，支持部件7将借助于锁定件12而具有与套筒部6的旋转连接，套筒部以其他方式被调整以在支持部件7的内孔中自由地旋转。在图5中还示出了弹簧元件8，其附接至钻杆9的端部并且允许钻杆9与套筒部6之间的微小角度差并且同时传递旋转移动。 [0024] 图6示出了锁定件10和11，它们均可通过将钻杆9拉回而打开，并且通过将钻杆9拉动并旋转直至肩部彼此碰撞用于传递旋转能量而关闭。锁定件10、11、12也可以是反向平行的，通过向后拉动套管1来打开它们。 [0025] 例如通过将套管旋转到这样的角位置中借助于离心支持来控制图4至图6的钻孔装置，使得根据图6的孔16的中心且同时冲击锤2的后部15的中心以及套筒部6的中心均恰好关于方向校正处于偏离中心的角位置，套筒部6在支持部件7内处于自由旋转位置，并且当翼部13位于套管的内表面的肩部11后方时，第一支持部件5相对于套管1被锁定为不可旋转。 [0026] 部分通过将第二支持部件7从图6中的位置旋转180°来直接进行钻孔，在这种情况下，套筒部6移动以在套管1的中心线C上旋转。 [0027] 在一个实施方式中，图2和图6的支持部件例如通过将其焊接至套管1而附接，其中在钻孔过程中支持部件不旋转。孔16位于支持部件5内部的位置可被设置为通过在支持部件5内旋转第二支持部件7而偏离中心。在这种情况下，可通过旋转套管1直至孔16位于期望角位置而将孔16的位置调整为各种旋转角度。 [0028] 在图7和图8中示出了轮18，轮18通过接头19附接并且被调整至第一支持部件5′的翼部，当支持部件5′和7顺时针旋转并且将支持部件5′锁定为不可旋转但使得支持部件5′可在岩石孔中容易地行进时，轮被按压在岩石孔17的内表面上。当支持部件7，5′在箭头方向逆时针旋转时，轮18停止被按压抵靠孔17的表面，并且借助于钻杆9，支持部件5′可逆时针旋转到期望的新的角位置中。然后，仅通过钻杆的旋转来调整控制。 [0029] 通过根据本发明的方法，能够控制钻孔在各个方向中引导，并且在钻孔过程中，当钻孔装置的后部偏离钻孔的中心线并且冲击方向处于期望角域中时，还通过改变旋转速度或冲击锤的冲击能量来引导钻孔。通过将钻孔头的后部的中心移动远离钻孔装置的中心线、通过将冲击方向偏离钻孔装置的中心线来改变钻孔方向。 [0030] 在钻孔装置的钻头部分可对该方法进行改变。当冲击锤从钻孔方向转向少许，那么附接至冲击锤的定向钻头通常与其一起转向，并且冲击表面不会产生问题，但是如果定向钻头和冲击锤之间存在角度差，那么冲击表面可能例如为具有大半径的球面。在用于传递冲击且拉动套管的环肩部可能附接至定向钻头的情况下，该肩部或其相反表面不转向，并且在这些情况下也可使用具有曲线形式的冲击表面。 [0031] 尽管实施例仅局限在冲击锤的后部或者钻臂仅通过离心原理来移动，但是后部的移动也可以通过许多其它机械方式来进行，例如在楔形件的帮助下通过支持上述后部、或者通过钻杆或套管的轴向移动和/或在楔形件将后部移动到期望的偏离位置时通过钻杆和套管的旋转来移动楔形件。 |
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