钻井设备和操作钻井设备的方法.pdf

本发明涉及钻井设备和操作钻井设备的方法，该钻井设备带有井架、在井架上被引导的用于驱动钻杆的钻头驱动器以及用于进行传动的位于钻头驱动器与钻杆之间的传动装置。根据本发明，为了使传动比反向，传动装置以可脱离接合且可反向的方式放置于钻头驱动器上。

1.  一种钻井设备，其具有：
井架，
钻头驱动器，其在所述井架上被引导，用于驱动钻杆，和
传动装置，其位于所述钻头驱动器与所述钻杆之间，用于进行传动，
其中，为了使传动比反向，所述传动装置以可脱离接合且可反向的方式放置于所述钻头驱动器上。

2.  如权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述传动装置具有驱动单元和从动单元，所述驱动单元具有用于连接到所述钻头驱动器上的第一连接装置，所述从动单元具有用于连接到所述钻杆上的第二连接装置，用于连接到所述钻头驱动器上的所述第一连接装置和所述第二连接装置具有基本相同的构造。

3.  如权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述传动装置具有环形构造。

4.  如权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述传动装置可通过凸缘连接到所述钻头驱动器上。

5.  如权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述传动装置可通过万向接头连接到所述钻头驱动器上。

6.  如权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述钻头驱动器位于在所述井架上被引导的第一滑块上。

7.  如权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述传动装置位于在所述井架上被引导的第二滑块上。

8.  如权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，在所述传动装置与所述钻杆之间存在至少一个万向接头。

9.  如权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述传动装置具有齿轮箱，所述齿轮箱带有基本相同地构造而成的两个凸缘连接。

10.  一种用于操作尤其如权利要求1所述的钻井设备的方法，所述钻井设备具有井架、在所述井架上被引导的用于驱动钻杆的钻头驱动器和用于进行传动的位于所述钻头驱动器与所述钻杆之间的传动装置，其中，为了使传动比反向，所述传动装置可与所述钻井驱动器脱离接合，并且所述传动装置反向以及在反向状态下重新连接到所述钻头驱动器上。

钻井设备和操作钻井设备的方法
技术领域
本发明涉及一种钻井设备，其带有井架或钻塔、用于驱动钻杆的在所述井架或钻塔上被引导的钻头驱动器以及用于进行传动的位于钻头驱动器与钻杆之间的传动装置。
背景技术
通常，这种钻井设备执行不同的钻井方法，或者在复杂的钻井过程期间对钻头或钻杆的转速和/或转矩分别有不同的需求。
一种满足这些不同需求的可能性包括使用不同的钻井设备。然而，由于例如连续钻井步骤必须使用不同的钻井设备，故在复杂的钻井过程中将产生相当大的花费。
因此，例如对于已知的钻井设备，可调节或控制钻头驱动器的转速。从而，即使对于单一钻井设备，也可在钻杆或钻头上分别实现不同的转速和转矩。然而，这受到马达和复杂控制的相对较高的构造费用的不利影响。从而，这种钻井设备涉及相当高的制造成本和维修成本。JP8-226372描述了具有可调节的钻头驱动器的钻井设备。JP07-076984描述了具有两种速度的液压马达的使用和马达的液压驱动从串联到并联的附加改变。
作为替代，提出了具有可换档传动装置的钻井设备。所述传动装置通常具有相对复杂的构造。具有在钻头驱动器与钻杆之间的可调节传动比的钻井设备例如通过JP 2002-97882已知。为了在钻杆上提供不同的转速和扭矩，所述说明书建议提供可根据需要使用的两种不同的传动比级别。
允许调节钻杆转速的已知钻井设备具有复杂的驱动器或复杂的传动装置。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供一种钻井设备和钻井方法，其允许在钻井设备具有非常简单且低维护结构的情况下容易地调节钻杆的转速。
根据本发明，由于传动装置可为了使传动比反向而脱离接合，并且以可反向的方式放置于钻头驱动器上，故实现本发明的目的。
为了调节钻杆的转速并且因此调节连接于其上的钻头的转速，传动装置与钻头驱动器脱离接合，并且反向以及在反向状态下再次连接到钻头驱动器上。
因此，在第一状态下连接到钻头驱动器上的传动装置输入在第二、反向状态下用于连接到钻杆上。同时，在第一状态下连接到钻杆上的传动装置输出在第二、反向状态下连接到钻头驱动器上。
为此目的，传动装置输入和传动装置输出设计成使得它们可在任何情况下均连接于钻头驱动器和钻杆上。
因此，根据本发明的钻井设备能够简单地提供两种不同的传动比以及因此提供两种不同的钻杆转速。
传动装置可具有相对简单的构造。特别地，传动装置可以是不可换档的传动装置，这是钻井设备的根本常识。此外，也不需要适应钻井过程的钻头驱动器，并且不对液压联接做任何修改。钻头驱动器可以是只提供单一转速的马达，也就是说，该钻头驱动器在转速方面不必是分别可控或可调的。
本发明钻井设备的特别优选实施例的特征在于，该传动装置具有驱动单元和从动单元，该驱动单元带有用于连接到钻头驱动器的第一连接装置，该从动单元带有用于连接到钻杆的第二连接装置，第一连接装置和第二连接装置具有基本相同的构造。
特别地，驱动单元可以是轴，其放置于传动装置输入处并且可称为主动轴。为了连接到钻头驱动器，特别是连接到钻头驱动器的输出轴(还可称为马达输出轴)，第一连接装置设置在驱动单元上。所述连接装置可确定地、不确定地或一体化地分别连接到钻头驱动器或马达输出轴和传动装置上。特别优选的是，钻头驱动器与传动装置之间的连接可例如经由齿式连接或键槽式连接通过确定接合实现。
在传动装置输出处，传动装置具有从动单元，该从动单元也可构造为轴，并且也可称为从动轴。该从动单元可通过第二连接装置连接到钻杆。
从根本上说，第一连接装置和第二连接装置可具有不同的构造，例如在传动装置反向之后，为了分别连接到钻头驱动器或钻杆上，该第一连接装置和第二连接装置由在任何情况下均适用的适配器所替换或者具有该适配器。然而，第一连接装置和第二连接装置特别优选地具有基本相同的构造。因此，在反向状态下，传动装置可以以非常简单的方式再次连接到钻头驱动器和钻杆上。从动单元连接到钻头驱动器上，驱动单元连接到钻杆上。
根据本发明的实施例，传动装置具有环形构造。这应理解为特别意味着驱动单元和从动单元被构造为至少部分空心的轴。环形传动装置提供如下优点，即由于在任何情况下马达输出轴和钻杆均可引入空心轴中，故它们可以特别容易地连接到传动装置上。例如由当前技术可知，通过合适的连接装置，特别是可脱离接合的联接器，套装轴被连接起来以进行旋转。
本发明的特别优选实施例涉及传动装置可利用凸缘连接到钻头驱动器上。由于采用凸缘连接，故确保传动装置可与钻头驱动器脱离接合而不存在很大的费用。为了能够在反向状态下也使传动装置通过凸缘连接到钻头驱动器上，特别优选地在传动装置输入和传动装置输出处设置基本相同的凸缘。当传动装置被安装时，位于钻杆一侧的凸缘在任何情况下均不产生作用。
为了补偿钻头驱动器与传动装置之间的角位移，特别优选的是，传动装置可通过万向接头连接到钻头驱动器上。由于位于钻头驱动器与传动装置之间的万向接头，故可桥接马达输出轴和驱动单元(特别是主动轴)的纵向轴线之间的角度。
根据本发明的优选改进，钻头驱动器位于在井架上被引导的第一滑块上。为了钻头和钻杆的轴向的进给或前进，钻头驱动器和传动装置在井架上轴向位移，以便对于轴向进给根本上不需要伸缩杆。
在本发明的特别优选实施例中，传动装置位于在井架上被引导的第二滑块上。这种布置允许传动装置特别轻松地完成反向。为此，提出了如下动作过程。最初，钻头驱动器与传动装置之间的连接脱离，并且钻杆从传动装置上移开。然后，第二滑块轴向地固定于井架上，并且带有钻头驱动器的第一滑块远离第二滑块轴向移动。随后传动装置反向。然后，带有钻头驱动器的第一滑块再次朝向传动装置轴向移动，以连接至处于反向状态的传动装置上。
特别有利的是，传动装置以旋转的方式放置于第二滑块上，以便允许传动装置在不脱离第二滑块的情况下轻松完成反向。因此，传动装置重量在反向期间还由第二滑块承担，并且能够使操作员执行传动比调整而不需要花费很大的力气。此外，在这个方面有利的是，第二滑块具有制动器，用于轴向地固定于井架上。
本发明的进一步改进是至少一个万向接头设置在传动装置与钻杆之间。在钻杆通过自身的导杆在井架上被引导时，该万向接头特别有利。该万向接头允许补偿传动装置从动单元和钻杆的纵向轴线之间的角位移。
特别优选地，钻头驱动器在第一滑块上被引导，传动装置在第二滑块上被引导，钻杆在井架上被引导。由于两个滑块和导杆，上述的使传动装置反向的方法可非常容易实现。在传动装置反向期间，钻头驱动器和钻杆可保持在井架上。有利的是，在该实施例中设置两个万向接头，其分别位于钻头驱动器与传动装置之间或传动装置与钻杆之间。
根据本发明，有利的是，传动装置具有带有两个基本相同地构造而成的凸缘连接的齿轮箱。因此，在启动状态和反向状态下，传动装置可连接到钻头驱动器上而不需要适配器。
用于操作钻井设备的本发明的方法的特征在于，传动装置与钻头驱动器脱离接合以使传动比反向，并且该传动装置反向以及在反向状态下重新连接到钻头驱动器上。该方法能够以特别省时、廉价的方式例如为了适应不同的钻井过程而改变传动比。该方法还可避免钻井设备的复杂转换，甚至避免利用不同的钻井设备更换该钻井设备。
附图说明
下面结合附图进一步示范性地说明本发明，在附图中：
图1表示带有钻头驱动器和传动装置的钻井设备，该传动装置具有高速的变速装置。
图2表示钻头驱动器的实施例，其为了增大扭矩而通过凸缘直接连接到传动装置上。
图3表示图2的传动装置，其另外具有在传动装置输出处的万向接头。
图4表示钻头驱动器的实施例，其带有传动装置和在传动装置输入处的万向接头，该传动装置具有高速的变速装置。
图5表示图4所示的传动装置，其另外具有在传动装置输出处的万向接头。
具体实施方式
图1示出了本发明的钻井设备1，其带有钻塔或井架20、钻头驱动器22和传动装置40。钻井设备1具有车辆10，该车辆10包括下底盘12和以旋转的方式铰接至下底盘上的上底盘14。井架20可枢转地放置在上底盘14上。通过枢转缸18，井架20可从基本垂直的操作位置枢转到基本水平的运送位置。在上底盘14的后部放置有容纳缆绳17的绞盘15，该缆绳17通向位于井架上部的导轮。井架20还具有井架头部24。在井架20的操作位置处，井架20被放置于车辆10前部的前方。在井架的前侧，即远离车辆10的一侧，井架20具有引导装置26，第一滑块30可沿着所述井架20在该引导装置上被引导。该引导装置26具有在井架前部侧向布置的两个导轨。第一滑块30具有四个引导爪32，在任何情况下，两个引导爪32可与导轨滑动地接合。在第一滑块30上设置有进给驱动器34，其用于沿井架20移动第一滑块30。为此，在井架20上放置两个固定链38。进给驱动器34连接为与两个主动小齿轮一起旋转，这两个主动小齿轮连接到固定链38上，以便在操作进给驱动器34时，所述进给驱动器34与第一滑块30一起沿着固定链38移动。
第一滑块30也具有用于旋转地驱动钻杆的钻头驱动器22。因此，该钻头驱动器22还可称为旋转驱动器。钻杆例如可以是方钻杆或者在所谓的凯氏钻井期间用于支撑钻头或钻孔的钻井管。在钻头驱动器22的下方通过第一万向接头42利用凸缘连接有传动装置40，该传动装置40可提高速度和降低扭矩。在此实施例中，钻井设备1例如适合于需要高速的位移或CSV钻井操作。
传动装置40位于也可沿井架20被引导的自身的第二滑块46上。传动装置40的下方利用凸缘连接有用于接收钻杆的第二万向接头44。
根据本发明，传动装置40以可脱离接合且可逆的方式放置于钻头驱动器22上，用于使传动比反向。为了引导和/或锁定钻杆，导杆50位于传动装置30和第二万向接头44下方。所述导杆固定于井架20上。
图2示出了本发明的传动装置40的实施例。传动装置40如图示地放置，以便获得低速传动，从而使得扭矩增加。高转矩是例如凯氏钻井所必需的。传动装置40不通过万向接头直接连接到钻头驱动器22上。为此，容纳传动装置40的齿轮箱通过凸缘连接到第一滑块30上。钻头驱动器22和传动装置40互相接合式地旋转。为此，钻头驱动器22的马达输出轴通过联接器连接到构造为空心轴的传动装置40的驱动单元上。在传动装置40的与钻头驱动器22相对的末端处，钻杆可以以将扭矩传递至传动装置40的方式连接到传动装置40上。
图3示出了图2所示的带有钻头驱动器22的传动装置40，并且在传动装置40下方增加了第二万向接头44。该第二万向接头44用于接收钻杆。
图4示出了高速传动的传动装置40，即传动装置40导致了速度增加和扭矩下降。第一万向接头42放置于传动装置40与钻头驱动器22之间。传动装置40放置于在井架20上被引导的第二滑块46上。类似于第一滑块30，第二滑块46沿同一引导装置26被引导。
图5示出了图4的布置，并且在传动装置40下方增加了第二万向接头44。