[发明专利]在地层内产生井眼的钻井装置

说明书

本发明涉及一种在地层内产生井眼的钻井装置。

这种装置或机器已由现有技术公开了。在这里，撞锤大多直接与钻头连在一起，从而通过驱动介质将冲击能传给潜入井眼中的撞锤并由撞锤传递给井眼底部，从而尽量使连接钻杆不受冲击能的影响。钻头通过连接钻杆与设置在井眼外的驱动装置如旋转式驱动装置相连，从而装在钻头上的撞锤总是在新的井眼底部位置上掘进。主要在坚固的岩石中用所谈到的装置进行钻井。

这种钻井技术对实践生产越来越重要，这是因为：一方面，井眼质量可以较好且可以近似准确地保持钻井方向，另一方面，根据在井眼中所采取的消音方式，不对外界产生严重影响地且明显更好地满足了环境要求如消除了噪音烦扰。

在这种装置中，在井眼底部被锤松的或被掘下的石料从井眼中被排出是根据所谓的“气升式掘进法”在空心连接钻杆中实现的，其中在井眼中存在液柱且作为冲洗流体地将空气吹入在钻头上方的钻杆中，从而通过在连接钻杆中上升的空气使连接钻杆内的液柱在地面和井眼之间产生压差，所述压差引起连接钻杆内的流动速度且掘进石料以该流速经连接钻杆被排出。

在锤击钻设地层井眼时，用于排出松动材料的连接钻杆内径必须具有某个与向上输送总量匹配的最小值。与单纯的回转钻井相比，被冲松动的碎石料尺寸也比较大。

驱动位于连接钻杆下端的撞锤的驱动液是由在连接钻杆上端的适当的旋转接头通过一个设在连接钻杆内或成型于连接钻杆上的供应管供给撞锤的。

在连接钻杆直径象上述那样必须较大的情况下，在密封旋转接头时出现了问题。

液压驱动或气压驱动的撞锤在约为50巴-150巴的压力下工作。显然，在这种要求高压和大直径的气升式掘进法中，无法在迄今装在固定旋转接头和转动连接钻杆间的过渡区关键位置上的单级密封件中获得经济的使用寿命。

从GB-A 2231601中已知了一种在水中预钻一孔的装置，其中连接钻杆转向交变地被驱动。一个在上部区域包围连接钻杆的周围并且和连接钻杆的流入开口连通的腔室用来输入冲洗介质至钻杆的下部。为了密封该腔室和连接钻杆的连接区域要求设置一个花费大的旋转密封结构。

本发明的目的是这样改进一种旋转变换地工作装置，从而可以取消一种花费大的旋转密封结构并且使该装置即使在高压情况下也可以长期不需维修地工作。

此目的是通过这种地层井眼钻井装置完成的，它具有：一个布置在待钻井井眼上方的且带有一个旋转式驱动装置的驱动部，所述的旋转驱动装置旋转方向交变地以一个有限的转角驱动连接钻杆，一个与旋转式驱动装置连接的且可以沉入地层井眼中的空心连接钻杆，其中可以通过连接钻杆内腔并通过与其上端相连的排出管将废料输出钻井外；一个用于输入冲洗介质的第一供应管，第一供应管一直通到一个连接钻杆内腔的输入口且它与连接钻杆内腔相通；第二供应管，可以通过第二供应管将驱动设置在钻头上的掘进工具处于压力下的的工作液供给在连接钻杆的下端的钻头，其中，第二供应管具有一个柔性区，在可能出现转向交变运动的情况下，所述柔性区可以实现第二供应管与一个处于压力下的工作液的供应装置的连接。

在按本发明所述的装置中，旋转驱动头使连接钻杆交变地绕一个限定转角来回转动。连接钻杆和钻头在每次转动时必须交叠的角度是由在钻头相同半径上的撞锤数目决定的。当如在同一半径上有两个撞锤时，180度的交叠角就足够了；但是，连接钻杆绕一个大于上述充分角度的角度转动是有利的。

此实施例的优点在于：为了使连接钻杆有可能转动，无需在高压工作液输入管道中设置易磨损的旋转密封件。输入管道与供应管之间的接头例如可以通过柔性的输入管道实现，其长度是这样确定的，即它可以追随必需的角度交叠。通过由交变工作方式决定的限定转角，工作液输入管道可以与供应管紧固连接。这样可以省去了用于工作液的带有其上作用有密封件的相对转动表面的原旋转接头。

如权利要求2所述的本发明装置方案是特别有利的，其中用于将压缩空气输入连接钻杆内以便向上排出废料的供应管具有一个柔性区，此柔性区可以作交变的限定转动，这是因为通过此方案也可以节省为此所需的转动密封件。

在这个意义上，优选这样一个设计方案，除了权利要求1、2的特征外，它还有权利要求3的特征，因为在此方案中，完全可以省去易受磨损的且成本昂贵地制成的具有相应的密封件的回转接头。

在如权利要求4所述的一个本发明装置的方案中，一个或两个输入管道被设计成柔性软管。

但根据权利要求5，输入管道可在整个连接钻杆长度范围内刚性设计且它被设置在连接钻杆上且只有一个由此继续的短的管段是柔性的。