[发明专利]用于钻探系统的竖井扩大布置

说明书

本发明提供了一种用于钻探系统的竖井扩大布置，所述竖井扩大布置包含：空心柱体，其接近所述钻探系统的下端；第一切割头，其可旋转地装配到所述空心柱体，并且设置第一驱动构件来使所述第一切割头相对于所述空心柱体旋转，以便向下钻出孔，所述孔的直径基本上对应于所述第一切割头的直径；以及钻探头布置，其装配到所述柱体的可操作下端，所述钻探头布置终止于第二切割头中，以在所述钻探系统进行向下钻探时钻出引导孔。在一个实施方案中，所述第一切割头包含带有翼状布置的支撑主体，所述支撑主体可旋转地装配到所述柱体，所述翼状布置包含从所述支撑主体延伸的多个翼部，各翼部配备或包含多个第一切割元件。

发明领域

本发明涉及钻探系统(或钻机，或机器)，特别地，在一个版本中，涉及盲井钻探系统。笼统地说，钻探系统包含地上支撑钻机布置、中间工作平台布置以及最底下的竖井扩大与钻探布置。钻探系统可用于通过在地面开始岩石钻探和垂直地向下钻探预定距离而钻出基本上垂直孔或竖井。特别地，本发明可使用反井钻探或盲孔技术实施。

发明背景

传统的反井钻探从垂直向下钻进导向孔(通常使用定向钻井系统)开始。导向孔是使用钻井单元在地面钻进，包含装配在一起的多个钻杆的孔隙钻柱从所述地面向下延伸。利用具有用于高力矩应用的标准螺纹的管，将用于钻进导向孔的牙轮钻头装配到钻柱的最底下钻杆。在导向孔已突破较低位面之后，移除牙轮钻头并换上包含多个铣刀(cutter)的铰刀头。铰刀头进行旋转并朝着表面安装式钻井单元撤回，以便在泥土和岩石中切出较大孔或升道。钻屑由于重力而不受控制地落到孔底部的腔室中，使用装载机将钻屑从腔室移除。

另一方，盲孔钻探包含钻进超大导向孔。超大导向孔可在单个步骤中钻进，或更一般地，通过首先钻进(例如)最初400mm导向孔、接着随后将其扩大以界定3m超大导向孔而钻进。这个过程是本领域中熟知的。切割头(cutting head)接着被安装在钻出的超大导向孔上方，以使得钻进可向下进行。接着将钻屑从超大导向孔冲出。这一特定技术并不经常使用，这是因为堵塞导向孔并在孔底部产生泥涌的风险相对较高。

没有已知的钻探系统能够钻探相对较大的孔(优选地，具有8米与15米之间的直径，但有可能更大)，并且不必使用(例如)反循环将钻屑冲掉，钻屑可从钻探系统上移除。

存在许多相关现有技术文件，所述文件包含公布的PCT专利申请no.WO9320325，其公开了下绞孔设备，所述下绞孔设备具有在钻出孔中支撑下绞孔设备的上部稳定器，和为下绞孔设备提供额外支撑的下部稳定器。

美国专利no.3,965,995公开了用于钻探大直径盲孔的机器，所述机器包含安装于机器的下端、关于水平管转支撑件旋转的切割轮。定位于切割机轮上方的抓持器组合件将机器紧靠隧道壁紧固。美国专利no.4,646,853公开了基本上类似的机器。

上文所列出和描述的现有技术文件仅选择了不同程度地公开下绞孔的宽泛概念的已知文件。然而，所述现有技术文件全部易于遭受以下缺点：

1.所述文件均未公开用于从绞孔设备上方移出绞孔钻屑的易于实施的布置，即，使得钻屑退出钻出孔的顶部。

2.所述文件均未公开使得能够安全、高效且经济地钻出相对较大的孔(具有8米和15米之间的直径)的抓持布置。

3.所述文件均未公开可缩放设备，其能够修改单个绞孔或钻探设备，从而钻探具有变化直径的竖井。

4.所述文件均未公开钻透硬质岩石的能力，从而带来特定困难。目前，硬质岩石钻探涉及使用爆炸推进顺序，这是本发明要特别避免的。

本发明的目标是提供钻探系统或钻机以解决现有钻探布置中普遍存在的以上缺点。在一个实施方案中，目标是提供可实现极准确的定向钻井的盲井钻探系统和避免必须钻出初始导向孔，如传统上所进行的。

发明概述

根据本发明，提供一种用于钻探系统的竖井扩大布置，所述竖井扩大布置包含：