[发明专利]水平定向的钻井系统

说明书

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。

技术领域

本公开提供了一种用于定向钻井(directional drilling)的设备和方法。

背景技术

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。

发明内容

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

能够利用本发明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，本发明并不限于此构造，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(break out mechanism)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。