[发明专利]半自动钻杆处理设备和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种钻杆处理设备和方法，更具体地，涉及一种用于钻机类型的半自动钻杆处理设备和方法，该钻机为包括主绞盘和带有适配器的牵引插塞(haul plug)，该牵引插塞用于组装或拆卸钻柱，以及在钻杆堆垛平台(或类似的地方)和钻机之间运载钻杆。

本发明还涉及一种手持式牵引插塞旋转器(haul plug spinner)与牵引插塞的结合件，该结合件可在这种半自动钻杆处理设备上使用。

本发明也涉及一种钻杆处理系统，该系统包括所论述的钻杆处理设备，以及手持式牵引插塞旋转器与牵引插塞的结合件。

背景技术

岩石钻探工艺中，例如金刚石钻研，钻头安装在钻柱底部，该钻柱由部分钻杆或部分通过螺纹连接结合的管子组成。钻机通常配备有桅杆以支撑和引导用于钻孔的工具，当钻机运行时，桅杆确定钻柱中心线。钻机进一步配备有上下移动钻柱所用的牵制/进给系统和旋转单元，该旋转单元通常包括连接到该进给系统的头顶驱动装置，或夹头驱动装置。

岩石钻探的主要操作是处理钻柱杆，即在桅杆和杆堆垛架之间的输送柱杆、处理水平平台或某种类型的货栈，以及从钻柱添加或移除钻杆(这种操作通常被称为“解扣”)，在此，钻柱一次一节地在钻机的桅杆中组装/拆卸。这些都是劳动密集型操作，且非常容易发生人工事故。

钻杆具有螺纹销端(或阳端)和相反的螺纹箱形端(threaded box end)(或阴端)，且钻杆常常从该螺纹箱形端处抬升。钻杆一般以纵向多层布置的方式被堆垛在平台上，其中钻杆的螺纹箱形端对准靠近钻机(即面向钻机)的平台端。

在金刚石钻研中，紧固在绞缆端的牵引插塞和主绞盘通常用于在钻探操作期间组装和拆卸钻杆，并将这些钻杆单独地从它们的堆垛位置运载到桅杆，反之亦然。牵引插塞为实心金属圆柱形元件，其一端具有连接起吊缆的装置，比如吊环或凸耳，而相对的另一端(通过阴螺纹端)用于可释放地连接各种适配器，这取决于这些杆的直径。适配器通常依次为圆柱形金属元件，具有用于分别拧入钻杆的螺纹箱形端和牵引插塞的螺纹端。尽管在组装和拆卸钻柱时也用到了诸如钻杆旋转器之类的钻杆机械装置，但通常情况下仍是通过手动将牵引插塞拧紧在钻杆上或从钻杆上拧出牵引插塞。

钻杆是非常重的元件，并且它们的端部是锋利的，所以需要使用特别的技术来防止操作者在处理这些杆时受伤。为避免在堆垛位置和桅杆之间单独运载这些杆时的人力操作，机械旋转夹臂被开发以用于夹紧和移动钻杆。然而，这些自动的杆处理设备由复杂的机构构成，且它们中的许多并非独立的单元，而是由钻机特别适配或集成的，这需要对这些待安装的机构进行大量的改进。另外，它们中的许多明显比上面描述的手动装置更慢，因为它们之中几乎没有充分地利用适配器提供的牵引插塞和主绞盘的速度和简单性，所以它们几乎很少被使用到。

发明目的

本发明的目的在于提供一种半自动钻杆处理设备，其中上面提到的问题已列出，并且半自动钻杆处理设备至少部分地解决了上面提到的问题。

在此方面，本发明的第一目的在于提供一种半自动钻杆处理设备，以适用于与具有主绞盘和牵引插塞的钻机一起使用，其用于垂直地组装和拆卸钻柱并在桅杆上抬升或降低钻杆，其中该设备的运行简单、安全、快速且经济，而且装配也简单经济。

此外，本发明的设备最好还可以作为独立的(即，无所依附的或者独立自治的)单元进行运输和安装，而不需要对钻机进行任何的改装。需要注意的是，尽管该设备也能够安装在任何与钻杆起重平台足够相邻的结构上，但是该设备最好可以安装在钻杆起重平台上。

此外，本发明的目的在于，半自动钻杆处理装置能够同时与头顶驱动的钻机和夹头驱动的钻机两者一起使用，并且良好地适于在倾斜孔以及垂直孔两者中的解扣操作。

本发明的另一目的在于提供一种手持式牵引插塞旋转器与牵引插塞的结合件，通过该结合件消除了在钻杆上拧紧牵引插塞或从钻杆上拧下牵引插塞的手工操作，尤其是当在桅杆上抬升或降低钻杆的时候，以及特别是用于与诸如上面提到的半自动钻杆处理设备一起使用的情况，另外在没有自动机械设备可用时钻柱的组装/拆卸的情况下，通过该结合件消除了在钻杆上拧紧牵引插塞或从钻杆上拧下牵引插塞的手工操作；这使得这个方法能够以最少的人力安全且连续地将牵引插塞紧固到钻杆上。

本发明另外的目的在于提供一种钻杆处理系统，该系统包括上面提到的半自动钻杆处理设备以及上面提到的手持式牵引插塞旋转器与牵引插塞结合件。