[发明专利]钻机和钻孔方法

权利要求书

1.一种地面钻机，包括：

机架，所述机架包括上向钻孔端和下向钻孔端；

钻杆驱动单元，所述钻杆驱动单元能够移动地安装在所述机架上，所述钻杆驱动单元被构造成将钻杆螺纹连接到钻柱；

钻杆装载臂，所述钻杆装载臂被构造成将钻杆从钻杆盒移动成与所述钻杆驱动单元对齐，并且当将所述钻杆螺纹连接到所述驱动单元时，所述钻杆装载臂固定所述钻杆；

钳夹组件，所述钳夹组件在下向钻孔端处连接到所述机架，所述钳夹组件包括下钳夹装置，所述下钳夹装置被构造成当被启动时支撑钻柱的重量并防止所述钻柱旋转；和

控制系统，所述控制系统被构造成防止所述下钳夹装置松开，直到所述钻杆驱动单元将预定水平的转矩施加到所述钻杆为止。

2.根据权利要求1所述的地面钻机，其中，所述钳夹组件包括上钳夹装置，所述上钳夹装置被构造成相对于所述下钳夹装置旋转。

3.根据权利要求1所述的地面钻机，还包括：

转矩传感器，所述转矩传感器被构造成估算钻杆与钻柱之间的转矩。

4.根据权利要求3所述的地面钻机，其中，所述转矩传感器被构造成测量施加在所述钻杆驱动单元与钻杆之间的转矩。

5.根据权利要求1所述的地面钻机，其中，所述控制系统被构造成根据由所述钻杆驱动单元持续设定的时间间隔施加的转矩来确定是否施加所述预定水平的转矩。

6.根据权利要求1所述的地面钻机，其中，所述控制系统被构造成根据所述机架的取向选择性地使使用者控制的钳夹装置释放装置禁用或启用。

7.根据权利要求6所述的地面钻机，其中，所述使用者控制的钳夹装置释放装置是钳夹装置释放按钮。

8.根据权利要求1所述的地面钻机，其中，所述控制系统进一步被构造成当所述钻杆驱动单元将预定水平的转矩施加到所述钻杆时自动释放所述下钳夹装置。

9.根据权利要求1所述的地面钻机，其中，所述控制系统根据测量参量来确定预定水平的转矩施加到所述钻杆，所述参量与所述钻柱的上向钻孔端与所述钻杆的下向钻孔端之间的连接部处的转矩相关。

10.根据权利要求9所述的地面钻机，其中，与所述钻柱的上向钻孔端与所述钻杆的下向钻孔端之间的连接部处的转矩相关的所述参量是钻杆驱动系统中的液压压力。

11.根据权利要求9所述的地面钻机，其中，与所述钻柱的上向钻孔端与所述钻杆的下向钻孔端之间的连接部处的转矩相关的所述参量是所述钻杆驱动系统的转速的减速度。

12.一种将钻杆连接到钻柱的方法，包括以下步骤：

夹持步骤，包括将钻柱的上向钻孔端夹持在钳夹装置中，其中所述夹持步骤限制所述钻柱的旋转运动和所述钻柱的横向运动；

装载步骤，包括使用装载臂将钻杆移动成与驱动单元对齐；

第一螺纹连接步骤，包括在所述钻杆固定在所述装载臂中时，将所述驱动单元螺纹连接到所述钻杆；

第二螺纹连接步骤，包括通过使用所述驱动单元使所述钻杆旋转而将钻杆的下向钻孔端螺纹连接到所述钻柱的上向钻孔端；

确定步骤，包括确定所述钻柱的上向钻孔端与所述钻杆的下向钻孔端之间的连接部处的转矩；以及

启用步骤，包括在确定所述确定的转矩超过阈值转矩时使所述钳夹装置与所述钻柱的所述上向钻孔端分离。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述确定步骤与所述螺纹连接步骤同时进行。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述确定步骤包括：

在施加到所述钻杆的转矩超过阈值水平时螺纹连接持续设定的时间间隔。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一螺纹连接步骤包括：

在所述钻杆通过所述装载臂以小于所述阈值转矩的转矩被固定时，通过所述驱动单元旋转所述钻杆。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述确定步骤包括：

测量与所述钻柱的上向钻孔端和所述钻杆的下向钻孔端之间的连接部处的转矩相关的参量。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，与所述钻柱的上向钻孔端和所述钻杆的下向钻孔端之间的连接部处的转矩相关的所述参量是所述钻杆螺纹连接旋转的减速度。