CN1308704A

CN1308704A - 延长钻柱长度的方法、钻柱元件和连接件

Info

Publication number: CN1308704A
Application number: CN99808245A
Authority: CN
Inventors: 彼得·霍夫曼
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-08-15
Also published as: PE20000487A1; EP1102912A1; WO2000001919A1; US6241033B1; AU5073999A

Abstract

本发明涉及一种延长钻柱长度的方法。它还涉及一种钻柱元件和一种连接件。本发明进一步涉及一种轴杆和一种钻柱。该轴杆元件包括一个具有一前端和一后端的细长轴;一个位于该轴的前端和后端之间的轴环,位于后端和轴环之间的至少一部分轴可容纳在冲击锤中,并至少在其一部分长度上具有非圆形的横截面;以及位于该轴的前端和后端的连接机构,以使该钻柱元件能够首尾相连地与一类似钻柱元件相连。

Description

延长钻柱长度的方法、钻柱元件和连接件

本发明涉及钻探技术。更具体地说，本发明涉及一种延长钻柱长度的方法。本发明还涉及一种钻柱元件和一种连接件。本发明进一步涉及一种轴杆和一种钻柱。

在顶部冲击锤钻探技术中，为了在地面上钻孔，采用了使钻柱转动并向其施加轴向冲击力的冲击锤。

该钻柱包括安装在冲击锤中的第一部件，首尾相连的一个或多个延伸杆与该第一部件相连。在钻柱的前端设有钻头。

第一部件通常包括一个细长的轴，该轴具有一前端和一后端。位于前端和后端之间的轴上设有环形轴环。位于后端和轴环之间的轴的至少一部分的横截面是非圆形的，以便当轴的后端部分位于冲击锤中时，冲击锤能够与非圆形部分啮合，以驱动钻柱旋转并能够向轴的后端施加轴向冲击负载。第一部件前端的结构应可与钻柱的最后延伸杆的后端相连。在下文中，将这种第一部件称为“轴杆”。

当钻孔过程继续进行并且钻柱伸入地下更深处时，必须定期延长钻柱的长度。这可以通过使轴杆的前端与最后一个延伸杆的后端分离、并将另一个延伸杆的前端连接到最后一个延伸杆的后端以及将其后端连接到轴杆的前端上来实现。

这一过程的一个缺点是比较浪费时间。另一个缺点是，在某些应用场合下，例如在回采式钻孔中，空间受到限制，这就使在轴杆和已经事先连接到轴杆上的延伸杆之间的位置处连接新的延伸杆变得非常困难。

本发明的目的是提供一种发明人认为至少能够减轻这些问题的装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种延长钻柱长度的方法，该钻柱包括一个轴杆，该轴杆的后端位于冲击锤内，该方法包括以下步骤：

使轴杆和冲击锤脱离连接；

将一后接轴杆安装在冲击锤中；以及

将所述后接轴杆的前端连接到前一轴杆的后端。

应该理解，与冲击锤分离的轴杆仍保持与钻头或钻柱的剩余部分相连并由此形成钻柱的一个元件。

可以按照需要多次重复这一过程，每一次，后接轴杆的前端均与前一轴杆的后端相连。

以这种方式，通过利用开始时作为轴杆、后来作为延伸杆的钻柱元件来延长钻柱。

在本发明的一个实施例中，将后接轴杆的前端连接到前一轴杆的后端的步骤包括将一设置在后接轴杆的前端并与之成一体的连接件与前一轴杆的后端驱动啮合在一起。

在本发明的另一个实施例中，通过置于轴杆之间的一连接件使后接轴杆的前端驱动连接到前一轴杆的后端。

根据本发明的另一方面，提供了一种钻柱元件，它包括：

一个具有前端和后端的细长轴；

一个位于该轴的前端和后端之间的轴环，位于后端和轴环之间的至少一部分轴可容纳在冲击锤中，并至少在其一部分长度上具有非圆形的横截面；以及

位于该轴的前端和后端的连接机构，以使钻柱元件能够首尾相连地连接在一类似钻柱元件上。

在本发明的一个实施例中，连接机构被构造成通过具有置于钻柱元件间的互补连接机构的一连接件使位于一个钻柱元件的轴的前端处的连接机构与另一钻柱元件的轴的后端处的连接机构相连。

连接机构可以采用锥形端部的形式。

至少一个锥形端部可在其至少一部分长度上具有非圆形的横截面。

在本发明的另一实施例中，连接机构可在形状上互补，以便位于所述轴前端的连接机构可与一类似钻柱元件的轴后端的互补连接机构可释放地驱动相连。

一个连接机构可采用锥形端部的形式，另一个连接机构可采用互补套管的形式。

锥形端部通常位于轴的后端，互补套管则位于轴的前端。

锥形端部和套管可在其至少一部分长度上具有互补的非圆形横截面。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于可驱动地将上述一对钻柱元件连接在一起的连接件，它限定了一对由一冲洗通道互连的相对设置的锥形套管，至少一个锥形套管在其至少一部分长度上具有非圆形的横截面。

每个套管可具有至少一个平直表面。

根据本发明的又一方面，提供了一种适于用在上述方法中的轴杆，该轴杆在其后端具有连接装置，通过该连接装置可将该轴杆连接到另一类似轴杆的前端。

该连接装置可在轴杆的后端包括一个锥体。

在本发明的一个实施例中，轴杆的前端限定了一个互补的锥形套管，另一类似轴杆的锥形后端以锥形锁紧方式容纳在其中。

在本发明的另一实施例中，轴杆的前端可以是锥形的。因此，这种轴杆的前端可通过一个连接件与一类似轴杆的后端相连，所述连接件具有一对相对设置的互补锥形套管，一个轴杆的前端和另一轴杆的后端可以以锥形锁紧方式容纳在所述锥形套管内。

轴杆的锥形端部或每一锥形端部可在其至少一部分长度上具有非圆形的横截面。

根据本发明的另一方面，提供了一种钻柱，它包括上述类型的轴杆、钻柱元件和连接件中的至少一个。

下面参照附图，以实施例的方式对本发明进行进一步的详细描述。

在附图中，

图1表示采用根据本发明的钻柱元件钻出的钻孔的示意性截面图；

图2表示处于钻孔的较后阶段的与图1相似的视图；

图3表示本发明所述的钻柱元件的侧视图，该钻柱元件构成了图1和图2所示钻柱的一部分；

图4表示图3所示钻柱元件的纵向截面图；

图5表示本发明所述的另一钻柱元件的分解侧视图，它带有根据本发明的连接件，从而可使钻柱元件能够与另一相似的钻柱元件相连；

图6至图8分别表示与图3至图5相似的本发明中另一钻柱元件的视图；及

图9表示了图6所示的钻柱元件的端部视图。

在附图1和2中，参考标号10总体上表示本发明的钻柱。参考标号12总体上表示用于顶部钻进的冲击锤。

钻柱10包括一个呈轴杆14形式的第一钻柱元件、一个在其后端与轴杆14前端相连的延伸杆16和一个与延伸杆16前端相连的钻头18。

现在参见图3和图4，钻柱元件或轴杆14包括一前端20和一后端22。在后端22和前端20之间的位置上设有一个环形轴环24。通常，轴环24比前端20更靠近后端22。如下文将详细描述的那样，轴环24限定了一个被冲击锤12抵压的环形台肩26。

轴杆14的后端部分带有一个锥体28，并且通常以参考标号30表示的位于锥体28和台肩26之间的轴杆部分具有非圆形截面，尤其可采用六角形截面。

轴杆14的前端部分制成套管部件32的形式，它限定了与锥体28互补的锥形套管34，以可使一类似轴杆14的锥形部分28以锥形锁紧方式***套管34中。

延伸杆16具有一个后端部分和一个锥形前端部分，该后端部分是锥形的，以使其能够锁紧***在套管34中，而前端部分上可锁紧安装有锥形钻头18。

冲洗通道35延伸穿过每一钻柱元件，以便通过钻柱输送冲洗介质，从而能连续冲洗钻出的钻孔。

使用时，为了钻出钻孔36，例如在回采式钻孔中，钻头18安装在延伸杆16的前端部分，且延伸杆16的后端部分安装在套管34中。轴杆14安装在冲击锤12上，以使冲击锤与部件30和台肩26啮合。操作冲击锤并驱动钻头10转动，同时向后端22施加轴向冲击负载。同时，沿箭头38(图1和2)所示方向推动冲击锤12。转动、轴向加载和轴向冲击加载作用的结合会使钻头18钻进岩石中而形成钻孔36。

随着钻孔36深度的增加，轴杆14的前端部分随钻头18和延伸杆16进入钻孔36。最终，冲击锤12和钻孔36的井口周围的岩石之间的工作间隙达到预定的最小工作间隙，在此阶段，为了继续钻进，必须延长钻柱的长度。这可以通过使冲击锤12与轴杆14分离而得以实现。一个与轴杆14大致相同的后接轴杆40(图2)通过将轴杆40的套管34定位于轴杆14的锥体28上的方式而与轴杆14相连，以使轴杆14、40以锥形锁紧方式相互连接。随后，使轴杆40的后端部分设置在冲击锤12中从而可以以上述方式继续进行钻进。

这一过程可重复进行，直到钻孔36达到预定的深度。

为了从钻孔36中抽出钻柱10，应使冲击锤12与轴杆40的后端分离，从钻孔中抽出钻柱10的剩余部分，并且当钻柱已抽出足够长时，最后端的轴杆与钻柱脱离。随后，继续抽出钻柱10并且使最后端的轴杆脱离连接。使最后端的轴杆与钻柱的脱离操作是通过手工或借助“敲落工具”(未示出)完成的。

现在参见图5，其中，参考标号50总体上表示根据本发明采用轴杆形式的另一种钻柱元件，如果不另作说明，那么上文采用的相同参考标号表示相同的部件。轴杆50和轴杆14的主要差别在于，就轴杆50而言，其前端部分是锥形的，如参考标号52所示。为了将轴杆50的前端与一类似轴杆50的后端相连，采用了这样一种连接件，其限定了能够以锥形锁紧方式***其中的锥形套管56。连接件54还限定了一种可与轴杆或延伸杆后端相连的互补连接结构。在图示的实施例中，互补连接结构采用的形式为锥形套管58，它与锥形套管56相对设置且其结构可使锥体28以锥形锁紧方式容纳在其内部。轴杆50将以与轴杆14大致相同的方式使用。但是，应该理解，在本发明的实施例中，在无需使用延伸杆16的情况下，钻头18可以直接安装在前端部分52。因此，除了钻头18以外，整个钻柱10都能够由一个或多个轴杆50组成。

现在参见图6、7和9，其中参考标号70总体上表示根据本发明采用轴杆形式的另一种钻柱元件，如果不另作说明，图3和4中的相同参考标号用于表示相同的部件。

轴杆70和轴杆14间的主要差别在于，就轴杆70而言，在锥体28上和轴杆70内分别设有互补平面72、74。这使锥体28和套管34具有非圆形截面，以使当一个轴杆70的锥体28容纳在另一轴杆70的套管34内时，通过锥体和套管34的锥形部分以及它们的非圆截面，轴杆能够以锥形锁紧方式连接在一起，并避免了轴杆70之间的相对转动。

同样，现在参见图8，其中参考标号80总体上表示根据本发明采用轴杆形式的另一种钻柱元件，如果不另作说明，图5中采用的相同参考标号用于表示相同的部件。

在本发明的这一实施例中，锥体28、52分别设有平面72、82。同样，套管56、58分别设有互补的平面84、86，当连接件54安装在轴杆80上时，可防止轴杆80和连接件54之间的相对转动。

发明人相信本发明与现有技术相比，特别是在诸如回采式钻孔等受约束区域的情况下能更容易和更快速地延长钻柱的长度，从而能够提高生产率。

Claims

1.一种延长钻柱长度的方法，所述钻柱包括一轴杆，该轴杆的后端位于冲击锤内，该方法包括以下步骤：

使轴杆和冲击锤分离；

将一后接轴杆安装在冲击锤中；及

使所述后接轴杆的前端连接到前一轴杆的后端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将后接轴杆的前端连接到前一轴杆的后端的步骤包括将一设置在后接轴杆的前端并与之成一体的连接件与前一轴杆的后端驱动啮合在一起。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括通过置于轴杆之间的连接件使后接轴杆的前端驱动连接到前一轴杆的后端。

4.一种钻柱元件，它包括：

一个具有一前端和一后端的细长轴；

位于该轴的前端和后端的连接机构，以使该钻柱元件能够首尾相连地连接在一类似钻柱元件上。

5.如权利要求4所述的钻柱元件，其特征在于，所述连接机构采用锥形端部的形式。

6.如权利要求5所述的钻柱元件，其特征在于，至少一个锥形端部在其至少一部分长度上具有非圆形的横截面。

7.如权利要求4所述的钻柱元件，其特征在于，连接机构在形状上互补，以便位于所述轴前端的连接机构可与一类似钻柱元件的轴后端的互补连接机构可释放地驱动相连。

8.如权利要求7所述的钻柱元件，其特征在于，一个连接机构采用锥形端部的形式，另一个连接机构采用互补套管的形式。

9.如权利要求8所述的钻柱元件，其特征在于，锥形端部位于轴的后端，互补的套管位于轴的前端。

10.如权利要求8或9所述的钻柱元件，其特征在于，锥形端部和套管在其至少一部分上具有互补的非圆形横截面。

11.一种用于将权利要求6所述的一对钻柱元件驱动连接在一起的连接件，它限定了一对由一冲洗通道互连的相对设置的锥形套管，至少一个锥形套管在其至少一部分长度上具有非圆形的横截面。

12.如权利要求11所述的连接件，其特征在于，每个套管具有至少一个平直表面。

13.一种适用于权利要求1所述方法的轴杆，该轴杆在其后端具有连接装置，通过该连接装置，它能够连接到另一类似轴杆的前端。

14.如权利要求13所述的轴杆，其特征在于，所述连接装置在轴杆的后端包括一个锥体。

15.如权利要求13或14所述的轴杆，其特征在于，轴杆的前端限定了一个互补的锥形套管，另一类似轴杆的锥形后端以锥形锁紧方式容纳在其中。

16.如权利要求13或14所述的轴杆，其特征在于，轴杆的前端是锥形的。

17.一种钻柱，它包括如权利要求4至10中任一项所述的钻柱元件、如权利要求11或12所述的连接件、以及如权利要求13至16中任一项所述的轴杆中的至少一个。