水平定向的钻井系统技术方案

本公开提供了一种钻井机构造以及相关的方法，其避免了钻井泥浆污染流动通过钻井机的驱动系统的液压流体。所公开的系统和方法提供了一种很少需要维护的钻井泥浆抗污染系统以及能够很快且容易地执行维护的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水平定向的钻井系统本申请于2012年10月3日作为PCT国际专利申请提交，并要求2011年10月3日提交的美国临时专利申请No.61/542,577的优先权，该美国专利申请的公开内容在此通过引用全部并入本文中。
本公开提供了一种用于定向钻井(directionaldrilling)的设备和方法。
技术介绍
用于地下打孔的定向钻孔机以及钻孔方法是已知的。一般的定向钻孔机通常构造成驱使一系列端到端连结的钻杆进入地下以形成钻柱。钻柱的端部处是旋转的钻井工具。一般的，由泥浆马达或轴向旋转的钻柱本身驱动钻井工具的旋转。在钻孔操作过程中，能够使用各种技术和构造来操纵钻柱。需要对定向钻孔机、用于这种机械的钻柱以及定向钻井的方法进行改进。
技术实现思路
本公开提供了一种钻井机构造以及有关方法，其避免了钻井泥浆污染流动通过钻井机的驱动系统的液压流体。所公开的系统和方法提供了一种很少需要维护的钻井泥浆抗污染系统以及能够很快且容易地执行维护的系统。附图说明图1是根据本公开的钻井机的部分的剖视图；图2是图1的钻井机的驱动装置的放大视图，示意性地图示了液压回路和钻井泥浆；图3是图2的一部分的放大视图；图4示出了包含本公开的特征的钻井机；图5A为本公开的第一替代实施例；图5B是图5A的一部分的放大视图；图6A为本公开的第二替代实施例；图6B是图6A的一部分的放大视图；图7A为本公开的第三替代实施例；以及图7B是图7A的一部分的放大视图。具体实施方式能够利用本专利技术的各方面的机器例如可以为图4所示的机器，其主要用于水平面钻孔，其中，该孔以一般从水平方向测量10度到30度之间的一角度进入地下。然而，应当认识到，本专利技术并不限于此构造，其也可以应用于构造成竖直钻孔的钻井机，其一般包括相同的基本机械元件。钻井机的基本元件包括底盘，在一些实施例中，该底盘可移动地支撑在轮或轨上。该底盘支撑钻柱驱动装置10和装卸机构(breakoutmechanism)12。钻柱驱动装置10构造成使钻柱14绕着钻井轴线旋转，并通过沿着机架16纵向地移动来推送和拉出钻柱14。钻柱14由任意数量的单个钻杆构成，这些钻杆已被端到端地连接。通过控制俯仰或倾斜机构(例如，液压缸)能够调节钻柱驱动装置10相对于地面的角度。也就是说，该俯仰或倾斜控制机构能够用于在钻柱14被引入地下时控制钻柱14的竖直朝向。钻杆装载装置300构造成在钻柱驱动装置和钻杆储存单元之间传送钻杆。在所示实施例中，钻柱驱动装置10构造成向着装卸机构12被驱动以将钻柱14的一部分推送入地下，以及远离装卸机构12被驱动以将钻柱14的一部分从地下拉出。在该推送和拉出过程中，钻柱驱动装置10还能够使钻柱14绕着其纵向轴线旋转。在所示实施例中，钻柱驱动装置10包括与机架16相接合的滑架18。该滑架18支撑钻柱驱动装置10，并使钻柱驱动装置10相对于滑架18沿着轴向方向移动。在所示实施例中，滑架18包括驱动滑架18沿着机架16移动的两个液压马达20，22。装卸机构12构造成在添加或移除钻柱的部分(钻杆)时将钻柱14保持在适当位置。在添加钻杆的过程中，装卸机构12固定钻柱14的上端，同时钻杆装载装置将要被添加至钻柱14的钻杆与钻柱驱动装置10和钻柱14的上端对齐。对于没有杆装载机构的机器，钻杆用一替代方法保持对齐。一旦新添加的杆的下端被固定到钻柱的上端，装卸机构12释放钻柱14，允许钻柱驱动装置10旋转并推动钻柱14进一步进入地下。在钻杆移除过程中，装卸机构12固定钻柱14的上端，同时要被移除的钻杆从钻柱14卸下，并被钻杆装载装置从钻柱14不与钻柱14对齐地传送。对于没有杆装载机构的机器，钻杆用一替代方法保持对齐。一旦杆被移除，钻柱驱动装置10向下移动到钻柱14的上端并与其连接。装卸机构12然后释放钻柱14的端部，从而允许钻柱驱动装置旋转并进一步从地下拉出钻柱14。本公开结合了对于钻井系统特别有益的钻井机的特征，该钻井系统中钻柱为双管、管路或杆构造，该构造中具有外部构件和内部构件。外部构件被称为外壳或外杆或外管，而内部构件被称为内杆或内管。在本文中，钻井系统将被称为双杆系统。然而，应当认识到本公开的特征也能够用于单杆机中。参见图2，本专利技术的钻柱驱动装置10包括内杆驱动装置和外杆驱动装置两者，其中该内杆驱动装置具有用于旋转双杆钻柱的内杆的内杆驱动转轴24(内杆驱动轴)，该外杆驱动装置具有用于旋转双杆钻柱的外杆的外杆驱动转轴26(外杆驱动轴)。钻柱驱动装置10还包括补偿器装置28，该补偿器装置用于使内杆驱动转轴相对于外杆驱动转轴伸张或伸出一距离，该距离足以确保整个系统正常运行，下面将进行详细描述。钻柱驱动装置10包括外杆驱动变速箱30，其支撑两个液压马达32和34、外杆驱动轴26、外杆主驱动轴(headshaft)36和一组齿轮38和40。这些部件构造成通过一装置向外杆驱动转轴26提供旋转驱动扭矩，其中该装置包括连接至适配器42的主驱动轴36，并包括构造成螺纹联接在钻柱的钻杆的外部构件的端部的外杆驱动转轴26。钻柱驱动装置10还包括联接至内部主驱动轴46的内杆驱动马达44，其中内部主驱动轴46联接至内部驱动轴24，使得内部驱动轴24能够使用图3详细示出的部件滑动。内部主驱动轴包括内部驱动管48，该内部驱动管48具有与内部驱动轴24的非圆形部分23协作的非圆形内部轮廓。该构造允许内部驱动管25向内部驱动轴提供旋转驱动扭矩，同时允许内部驱动轴沿纵向方向滑动。在所示实施例中，内部主驱动轴46由焊接到一起的三个分开的部件构成。驱动套管47在一端焊接至内部驱动管48。驱动套管47包括构造成与内杆驱动马达44的驱动轴80相配合的驱动联轴器。在相反的端部焊接至内部驱动管48的密封适配器套管49包括构造成与可替换的密封适配器59相配合的螺纹内径或带螺纹的内径。通过这样的构造，内部驱动轴24能够相对于外部驱动轴26沿纵向方向滑动。在所示实施例中，内部驱动轴24部分地容纳在构造成旋转的主驱动轴36内。钻井泥浆经由钻井泥浆给送界面50供给至钻柱，该给送界面50安装到外部轴26的井下端。应该理解密封钻井泥浆以防止钻井机的部件污染是挑战性的，对于上述的其中内部驱动轴相对于外部驱动轴纵向移动的双杆系统特别是挑战性的。与造成磨蚀的钻井泥浆接触的密封件易于受到严重的磨损。本专利技术结合了几个相关方面的机械构造，其被发现可以减小密封件磨损率、延长密封件的期望使用寿命、提供用于替换密封件的方便的方法并最小化密封件失效的影响。图3示出了主密封系统91的位置，在该位置，期望加压的钻井泥浆位于空腔54中，期望油位于空腔60中。参见图2，示出了用于影响内部驱动轴的纵向移动的液压回路28。在所示实施例中，该回路包括机械地联接至液压泵78的液压马达79。液压马达79与机器的其余部分的液压回路77流体联接，而由于储存器29本身为变速箱，液压泵78仅与变速箱流体联接，其中液压回路77包括泵75和流体储存器73。在钻杆添加过程和钻杆移除过程两者期间，内杆驱动轴24相对于外杆驱动轴纵向地移动，以露出内杆的独立部分之间的连结部。当主机的液压回路77致使马达79旋转时，发生该移动。这种控制可以通过很多种方式实现，在所示实施例中，方向控制阀(未示出)将油从泵75导向马达79。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井机，包括：液压驱动系统；由所述液压驱动系统驱动的外部驱动轴，该外部驱动轴构造成使钻柱的外钻杆旋转；由所述液压驱动系统驱动的内部驱动轴，该内部驱动轴构造成使钻柱的内钻杆旋转；安装到所述外部驱动轴的钻井泥浆给送界面单元，该钻井泥浆给送界面单元构造成将钻井泥浆导向所述钻柱中；密封装置，该密封装置构造成防止钻井泥浆污染所述液压驱动系统中的液压流体，所述密封装置包括：密封件，该密封件包括泥浆界面和压力补偿界面；液压流体端口，该液压流体端口从所述泥浆给送界面穿过所述外部驱动轴的一部分延伸至所述压力补偿界面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.03 US 61/542,5771.一种钻井机，包括：液压驱动系统；由所述液压驱动系统驱动的外部驱动轴，该外部驱动轴构造成使钻柱的外钻杆旋转；由所述液压驱动系统驱动的内部驱动轴，该内部驱动轴构造成使钻柱的内钻杆旋转；安装到所述外部驱动轴的钻井泥浆给送界面单元，该钻井泥浆给送界面单元构造成将钻井泥浆导向所述钻柱中；密封装置，该密封装置构造成防止钻井泥浆污染所述液压驱动系统中的液压流体，所述密封装置包括：第一径向密封件，该第一径向密封件包括泥浆界面和压力补偿界面；液压流体端口，该液压流体端口从所述钻井泥浆给送界面单元穿过所述外部驱动轴的一部分延伸至所述压力补偿界面；以及位于所述钻井泥浆给送界面单元和所述外部驱动轴之间的辅助的径向密封件，该辅助的径向密封件构造成防止泥浆从所述钻井泥浆给送界面单元流出到所述液压驱动系统外部的环境中，其中，来自液压泵的液压流体被提供至所述辅助的径向密封件，以提供与所述径向密封件的泥浆界面相对的背压，其中，提供至所述辅助的径向密封件的液压流体中的压力等于或大于提供至所述第一径向密封件的液压流体界面的液压流体中的压力。2.根据权利要求1所述的钻井机，还包括：压力补偿器，该压力补偿器与所述液压流体端口流体连通，并构造成控制所述压力补偿界面处的液压压力，其中，所述压力补偿器构造成基于泥浆压力来改变所述液压压力，并构造成使所述液压压力保持在大于所述泥浆压力的水平。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·D·范咨，克林特·M·雷克，
申请(专利权)人：维米尔制造公司，
类型：发明
国别省市：美国;US