[发明专利]用于操纵钻柱部件的设备和方法以及钻岩机

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于操纵钻岩机中的钻柱部件的操纵设备。本发明还涉及相应的方法以及装备有这种操纵设备的钻岩机。

背景技术

用于勘探目的的岩芯钻进通常利用钻岩机执行，其中钻柱部件定位在活动钻柱位置中，借助于绞车被提升或降下到钻孔中。绞车绳索借助于提升柱塞附接至最上部钻柱部件。由于岩芯钻进的目的在于收集待研究的岩石的钻探出的岩芯，因此这是与管状钻柱部件有关的问题。在钻柱被提升时，为了更换钻头上述操作频繁地发生，管状钻柱被逐个单元地提升，在此单个管借助于钻岩机的与下部管保持器配合的转子设备彼此分离。

目前通过操作员手动地执行从管状钻柱取走管的最终松开操作，其中，该操纵包括最终的旋拧分开、将管提升并引导至管库的区域。

在降低钻柱的过程中，工序颠倒，使得管形式的新的钻柱部件被连续地提升到其与钻柱对齐并且由操作员旋拧在一起的位置。这些工序对操作员非常紧张并且因此给操作员带来不可忽视的提升和碰撞损伤的风险。

岩芯钻进常常执行到较大深度，例如，执行一千米和两千米之间的钻探深度。由于钻头受到磨损，因此必须相对频繁地进行更换，这导致必须从钻孔取出整个钻柱、将钻柱分开地安装到钻柱部件中、取走磨损的钻头并用新的钻头替换，由此钻柱能够被再次降低到孔中。于是，钻探另外的深度，直至不得不再次更换钻头等为止。在钻探过程中，冲水旋转接头连接至钻柱的上端部，用于提供用于将已经通过钻探被移除的钻屑运走的冲洗流体。

发明内容

本发明的目的是提供上述类型的设备，其中，根据上文的问题被处理并且至少部分地被解决。这通过权利要求1的特征部分的特征相对于根据上文的操纵设备得以实现。

通过能够摆动的夹具单元，使得能够在第一位置中将夹具单元布置成使待彼此连接的钻柱部件的端部部分活动地对齐。因此实现了在待连接和分离的钻柱部件之间的作为整体的充分的对齐的可能性，由于这确保了在旋拧操作过程中充分地操纵钻柱部件而同时避免了由于错误的旋紧尝试而导致的螺纹损坏，因此是十分有利的。同样重要的是，分离操作以对齐和受控的方式实现。

通过夹具单元的摆动至第二位置的能力，实现了在该第二位置的夹具单元将能够在该位置以相应的方式接合处于输送位置的钻柱部件的端部部分，以在将提升柱塞或冲水旋转接头（在钻柱的当前最后的钻柱部件的情形下）旋拧到被夹持的钻柱部件中或从被夹持的钻柱部件旋拧出之前的提供对齐。夹具单元因此具有与在输送位置将提升柱塞和冲水旋转接头分别附接到钻柱部件上有关的进一步的重要功能。

夹具单元优选地能够在最优选地与钻机中的钻柱轴线平行的平面中摆动。

在优选的方面中，夹具单元包括旋转装置，以便在所述第一位置和所述第二位置旋转来自以下组中的部件中的至少任意一个：第二钻柱部件、提升柱塞和冲水旋转接头。在此，紧固功能以优选的方式与用于两个位置的对齐功能结合，以便将各个部件与同样被夹持的（第一）钻柱部件旋拧在一起以及将各个部件从该同样被夹持的（第一）钻柱部件旋拧分开。

旋转装置最优选地包括旋转夹持单元，用于同时夹持并旋转以下部件中的任意一个：第二钻柱部件的所述端部部分、所述提升柱塞以及所述冲水旋转接头。

优选地，旋转装置的操作是被控制用于所有旋拧的力矩，使得能够在对螺纹造成损坏之前中断旋拧到一起的错误尝试。这能够通过力矩限制器实现，力矩限制器布置为监测数圈（例如2-4圈）的旋转，在该过程中，正常的无瑕疵的旋拧操作或者已知的低至一般的力矩水平占绝大多数。在旋拧确定角度（例如2×360°-4×360°）的过程中力矩增加到确定水平的情况下，旋拧到一起的尝试被中断并且将在重新设定之后做出新的尝试。简单的力矩防限制器能够为本身已知的方式，例如包括与转子装置相关的液压力矩防限制器。

优选的是，夹具单元顺序地设置有用于夹持第一钻柱部件的所述端部部分的第一夹具组和第二夹具组，以便与旋转夹持单元一起能够夹持以下部件中的任意一个：第二钻柱部件的所述端部部分、所述提升柱塞以及所述冲水旋转接头。

这些夹具按顺序或分开地操纵，这给设备带来灵活性。在此优选地，夹具单元设置有第二夹具组，以便在第二位置中夹持所述提升柱塞、所述冲水龙旋转接头中的至少任意一个并使其与钻柱部件的所述端部部分对齐。