專利名稱：將切削裝置送入及送出一臺(tái)地面鉆機(jī)的工具的制作方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為1994年6月15日，申請(qǐng)?zhí)枮?4190858.5，名稱為“地面鉆機(jī)切削裝置的就地更換系統(tǒng)”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及一種將切削裝置送入及送出一臺(tái)地區(qū)鉆機(jī)的工具，具體說(shuō)，它(并非專門(mén)地)可用于一種系統(tǒng)中，采用該系統(tǒng)可以對(duì)鉆頭和/或芯樣鉆機(jī)的擴(kuò)孔鉆就地進(jìn)行更換。
在地面鉆進(jìn)過(guò)程中，一般將一付鉆頭以可拆卸方式裝配在地面鉆機(jī)鉆桿組的下端，轉(zhuǎn)動(dòng)該鉆桿組即可用鉆頭在地層中鉆出一個(gè)孔眼，擴(kuò)孔鉆一般連接在鉆桿組的下端與鉆頭的中間，它可以對(duì)所鉆出的孔眼進(jìn)行擴(kuò)孔，使之具有圓形壁面，鉆桿組是通過(guò)將若干根獨(dú)立的鉆桿螺接在一起而構(gòu)成的，鉆桿的長(zhǎng)度通常是固定的，一般為1.5，3，或6米，隨著鉆機(jī)不斷進(jìn)入地層，將附加的鉆桿陸續(xù)螺接到鉆桿組的上端。
在鉆孔過(guò)程中，由于鉆頭的磨損或地層的變化，必須對(duì)鉆頭或擴(kuò)孔鉆進(jìn)行更換，當(dāng)然鉆頭的更換次數(shù)(通常至少為6次)要高于擴(kuò)孔鉆的更換次數(shù)。
為了更換鉆頭或擴(kuò)孔鉆，必須將鉆桿一根根地拉出來(lái)，致使整個(gè)鉆桿組都被抽出地面，將鉆頭更換后再將鉆桿組組裝好，即把鉆桿一根根地放入地層，以便繼續(xù)鉆進(jìn)。更換鉆頭/擴(kuò)孔鉆時(shí)，需要將鉆桿組全部拉出，拆卸后再重新組裝，這一過(guò)程十分緩慢并耗費(fèi)資金，隨著井孔深度的增加以及鉆桿組的增長(zhǎng)，其花費(fèi)也不斷提高。
至今，人們?yōu)榱丝朔鲜鋈秉c(diǎn)，已經(jīng)作了種種的嘗試，例如采用可回收的鉆頭來(lái)進(jìn)行連接，即將鉆頭以可釋放的方式連接在鉆桿組的下端，在更換時(shí)，通過(guò)鉆桿組即可將之拆下并收回，而鉆桿組則原地不動(dòng)。這樣就避免了將鉆桿組從井孔中撤出的要求。但是由于種種原因，這些嘗試并未獲得商業(yè)上的成功，這些原因包括其設(shè)計(jì)及應(yīng)用極其復(fù)雜，從而導(dǎo)致了大量方式的失誤和/或使制造或在作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行維修的花費(fèi)很大；由于鉆井液體及雜質(zhì)對(duì)鉆頭部件的沾附而易于阻塞卡住鉆頭部件；與鉆桿組結(jié)合時(shí)，鉆頭部件不能很好地對(duì)齊；由于鉆頭固定在鉆桿組的內(nèi)筒中，使芯樣的直徑減?。淮┩嘎式档?；以及鉆頭單個(gè)部件的破碎。
本發(fā)明的目的在于提供一種可以傳送切削裝置的工具，它可以將鉆頭及擴(kuò)孔鉆送入地面鉆機(jī)中，并將之從中取出，以便對(duì)該切削裝置進(jìn)行就地更換。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)提供了一種工具，它可以將切削裝置送入一臺(tái)地面鉆機(jī)，并將之從中取出，以便對(duì)該切削裝置進(jìn)行就地更換，其中所述的切削裝置是由若干個(gè)部件構(gòu)成的，所述的地面鉆機(jī)具有一種支承裝置，在切削位置上，該裝置可以對(duì)切削裝置進(jìn)行支承。所述的工具包括可以放置上述部件的運(yùn)送裝置，它可以將所述的部件送入或送出地面鉆，當(dāng)所述的工具穿過(guò)地面鉆機(jī)中的某一預(yù)定位置時(shí)，該工具能夠使所述的部件相對(duì)所述的工具滑動(dòng)，使所述部件的一端沿所述工具的橫向伸展，并與所述的支承裝置相接合，并被保持在所述的切削位置。
所述的運(yùn)送裝置最好包括一個(gè)吊架，所述的部件以一定的圓周向間隙排列在吊架周圍，當(dāng)所述的工具經(jīng)過(guò)所述的預(yù)定位置時(shí)，該吊架可相對(duì)于所述工具的一部分滑動(dòng)，借助于該吊架與該工具的一部分之間的相對(duì)滑動(dòng)，部件的一端可沿所述工具的橫向伸展，以便與所述的支承裝置相對(duì)結(jié)合。
所述工具的尺寸最好能夠穿過(guò)地面鉆機(jī)，以便將所述的部件送入及送出所述的元件，所述的工具可以在一種安裝模式與一種回收模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在安裝模式中，部件被放置在所述的運(yùn)送裝置上，以便將之裝入所述的元件中，而在回收模式中，所述的運(yùn)送裝置不帶部件，以便對(duì)先前安裝在所述元件中的部件進(jìn)行回收，所述的工具具有一個(gè)結(jié)合裝置，以便與一個(gè)保持在地面鉆機(jī)中的長(zhǎng)套結(jié)合，所述的長(zhǎng)套可以在一個(gè)安裝位置與一個(gè)回收位置之間移動(dòng)，在安裝位置上，所述的部件被保持在一個(gè)切削位置，位于所述長(zhǎng)套與地面鉆機(jī)的內(nèi)周面之間，而在回收位置上，所述卡套則收回，以便將所述的部件從所述卡套與地面鉆機(jī)的內(nèi)周面之間釋放出來(lái)，當(dāng)所述的工具降入鉆機(jī)中時(shí)，所述的結(jié)合裝置可以與所述的卡套相結(jié)合，以便將該卡套送到其安裝位置，而且當(dāng)所述工具向上移動(dòng)時(shí)，它可以與所述的卡套相結(jié)合，以便將該卡套送到其回收位置。
所述的工具最好還具有這樣一種尺寸，以致當(dāng)所述的結(jié)合裝置與所述卡套相結(jié)合時(shí)，所述工具的一部分可以穿過(guò)并超越所述卡套的下端部，這樣，在使用過(guò)程中，借助于卡套安裝在切削位置上并保持在所述元件中的部件，便可以通過(guò)將所述的工具放置在其回收模式上而得到回收，此時(shí)應(yīng)降下所述的工具，使之進(jìn)入鉆機(jī)中的某一位置，在該位置上，所述工具的所述部分延伸超越了卡套的下端，而且所述的結(jié)合裝置與卡套結(jié)合在一起，隨后，再向上提拉所述工具，使卡套移至所述的回收位置，在該位置上，所述的部件可以落到所述的運(yùn)送裝置上，當(dāng)將所述工具從鉆機(jī)中抽出時(shí)，即可將它們回收。
通過(guò)將工具轉(zhuǎn)換到其安裝模式，可以對(duì)一組新的部件進(jìn)行安置。此時(shí)，應(yīng)將所述工具降入鉆機(jī)中，使所述工具的所述部分能超越所述卡套的下端，并使結(jié)合裝置與卡套相結(jié)合，此時(shí)再進(jìn)一步下移所述的工具，使之將所述的卡套送至其安裝位置，在該位置上，卡套將所述的部件固定在所述的支承元件中，并將這些部件保持在卡套與所述元件之間的所述切削位置上，隨后，即可撤出工具，鉆進(jìn)即可開(kāi)始。
所述的結(jié)合裝置最好包括一個(gè)可以咬合所述卡套的安裝擋塊裝置和一個(gè)回收擋塊裝置，當(dāng)所述工具處于安裝模式時(shí)，該安裝擋塊裝置是可操作的，而回收擋塊裝置則不可操作，而當(dāng)所述工具處于回收模式時(shí)，安裝擋塊裝置及回收擋塊裝置都是可操作的，這樣，當(dāng)所述工具被放入鉆機(jī)中時(shí)，所述的安裝擋塊裝置便可與卡套相結(jié)合，而當(dāng)將工具上拉第一距離時(shí)，卡套也被上拉，所述的回收擋塊裝置便與所述套筒相結(jié)合，如果上拉工具，使之超過(guò)上述第一距離時(shí)，即可使所述的回收擋塊裝置自動(dòng)從所述的卡套中解脫出來(lái)。
所述的工具最好包括一個(gè)模式選擇裝置，以便使所述的工具可以在其安裝模式與回收模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該裝置包括一個(gè)以可滑動(dòng)及可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述工具主體部上的選擇套筒，該套筒帶有安裝孔眼及回收孔眼，所述的安裝擋塊裝置及回收擋塊裝置可以分別穿過(guò)這些孔眼而伸出，其中所述的選擇套筒可以從相當(dāng)于安裝模式的第一位置轉(zhuǎn)至相當(dāng)于回收模式的第二位置，在安裝模式中，所述的安裝孔眼疊置于所述安裝擋塊裝置的上方，而所述的回收孔眼則相對(duì)所述的回收孔眼錯(cuò)開(kāi)一定角度，在回收模式中，所述的安裝孔眼以及回收孔眼分別疊置于其安裝擋塊裝置及回收擋塊裝置的上方。
所述的吊架最好包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的干體，當(dāng)被放置到所述的工具上時(shí)，所述的部件沿周向被支承在干體的周圍，所述的主體部帶有一條滑道，所述的干體可在該滑道中滑動(dòng)。
所述的工具最好還包括一個(gè)偏壓裝置，以便將所述的運(yùn)送裝置壓向一收縮位置，在該位置上，所述的干體縮入所述的主體部?jī)?nèi)，還包括一個(gè)用于可釋放地將所述運(yùn)送裝置頂著所述的偏壓裝置鎖定在一延伸位置上的可釋放鎖定裝置，當(dāng)被放進(jìn)地面鉆機(jī)中，所述的工具與所述的卡套相結(jié)合之后，該裝置可以釋放開(kāi)來(lái)，所述的吊架被所述的偏壓裝置移向所述的收縮位置，而且每個(gè)部件的一端都伸出所述工具的周邊之外，從而可以與所述的支承裝置相結(jié)合，以便將之固定在所述的切削位置。
所述的可釋放鎖定裝置最好還包括一個(gè)或多個(gè)可動(dòng)銷，以便將所述的偏壓裝置維持在一種壓縮狀態(tài)，每個(gè)銷子的一端都與所述選擇套筒的內(nèi)周面相靠接，而所述選擇套筒的二內(nèi)周面上設(shè)有一個(gè)凹槽，當(dāng)它移動(dòng)穿過(guò)所述銷子的一端時(shí)，該凹槽可使所述的銷子，從一個(gè)固定所述偏壓裝置的位置縮回，從而釋放所述的偏壓裝置。
所述的安裝擋塊最好放置在所述的主體部與選擇套筒之間，當(dāng)安裝擋塊與卡套結(jié)合時(shí)，該安裝擋塊對(duì)所述的選擇套筒施力，使之相對(duì)主體部滑動(dòng)，這樣，所述的凹槽便越過(guò)銷子，將所述的可釋放鎖定裝置松開(kāi)。
所述的細(xì)長(zhǎng)的干體在離所述主體部的遠(yuǎn)端以一個(gè)止動(dòng)器終結(jié)，當(dāng)所述部件被放置在運(yùn)送裝置上時(shí)，每個(gè)部件的第二端都緊靠在該止動(dòng)器上。
所述的吊架最好包括若干條凹槽，它們位于所述的主體部，每個(gè)凹槽的上端都帶有一個(gè)通向主體部外表面的斜面，選擇套筒帶有多個(gè)孔眼，無(wú)論在安裝模式還是回收模式，這些孔眼都通過(guò)每個(gè)孔眼的下端所設(shè)置的沿徑向向內(nèi)延伸的唇部將與所述的部件下端靠接，這樣，當(dāng)所述的安裝擋塊裝置在安裝模式中使卡套與工具相結(jié)合時(shí)，選擇套筒可以相對(duì)工具主體滑動(dòng)，從而使所述的唇部推動(dòng)所述的部件，并使該部件的上端沿所述的斜面滑動(dòng)，沿橫向越過(guò)工具，并與支承裝置及卡套相結(jié)合。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述的支承裝置包括若干個(gè)切口，它們沿徑向分布在所述元件的周圍，所述部件的一個(gè)切削面可穿過(guò)該切口而伸出，以便對(duì)地面進(jìn)行切削。
在該實(shí)施例中，所述的切削裝置最好是一個(gè)由若干個(gè)部件構(gòu)成的擴(kuò)孔鉆。
所述的工具最好還包括一個(gè)傳送套筒，它可裝放所述的工具，當(dāng)所述的工具被下降穿過(guò)地面鉆機(jī)時(shí)，它可防止所述的結(jié)合裝置與所述的內(nèi)周壁相接觸，直至所述的工具抵達(dá)地面鉆機(jī)中的搭接環(huán)，所述套筒的外直徑小于地面鉆機(jī)的內(nèi)直徑，而內(nèi)直徑卻大于所述搭接環(huán)的內(nèi)直徑，這樣，當(dāng)?shù)诌_(dá)所述的搭接環(huán)時(shí)，所述的傳送套筒便被所述的搭接環(huán)阻止進(jìn)一步下降，而所述的工具則可以穿過(guò)該傳送套筒及搭接環(huán)，使結(jié)合裝置可以與卡套結(jié)合在一起。
現(xiàn)在將參照附圖以舉例的方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。附圖中

圖1是放置在一臺(tái)地面鉆機(jī)中的該系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；圖2是在圖1所示的系統(tǒng)中采用的一個(gè)工具的側(cè)視圖；圖3是圖2所示的工具的縱剖圖；圖4A是圖2及3所示的工具中一個(gè)選擇器套筒的側(cè)視圖；圖4B是圖4A所示的套筒的一個(gè)端視圖；圖4C是圖4A所示的套筒的另一個(gè)端視圖；圖4D是沿圖4A B-B線作的剖視圖；圖4E是沿圖1A C-C線作的剖視圖；圖4F是沿圖4A A-A線作的剖視圖；圖4G是沿圖4A D-D線作的剖視圖；圖5A是在圖1所示的系統(tǒng)中采用的一個(gè)卡套的側(cè)視圖；圖5B是圖5A所示的卡套的一端視圖；圖5C是圖5A所示的卡套的另一端視圖；圖6A是用于圖1所示系統(tǒng)中的一個(gè)元件的縱剖圖；圖6B是圖6A所示元件的一端視圖；圖6C是圖6A所示元件的另一端視圖；圖6D是圖6A所示元件的下部視圖；圖7A是圖1所示系統(tǒng)中采用的一個(gè)鉆頭部件的側(cè)視圖；圖7B是圖7A所示的鉆頭部件的頂視圖；圖7C是圖7A及7B中所示的鉆頭部件的端視圖；圖8A是圖1所示的系統(tǒng)中采用的一個(gè)鎖定夾的頂視圖；圖8B是圖8A所示鎖定夾的側(cè)視圖；圖9是本系統(tǒng)下端部的放大局部剖面圖；圖10是在鉆井模式中鉆機(jī)一端的剖視圖，其中的鉆頭部件被卡套鎖定在切削位置；圖11是圖10中所示的鉆桿組的視圖，只不過(guò)其鉆桿組被從所鉆井眼的底部向上拉起；圖12是在本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中采用的一個(gè)工具的剖視圖；圖13是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中采用的一個(gè)擴(kuò)孔鉆部件的頂視圖；圖14是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的局部剖視圖，其中的擴(kuò)孔鉆部件處于其切削位置上；圖15是圖1所示系統(tǒng)中使用的傳送套筒的側(cè)視圖；圖16是圖1所示系統(tǒng)中使用的傳送套筒自重的側(cè)視圖。
圖1描述了系統(tǒng)10的第一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)可用于地面鉆機(jī)12的鉆頭這類切削裝置的就地更換。鉆機(jī)12包括若干根內(nèi)聯(lián)的鉆桿14，它們組合在一起構(gòu)成了一個(gè)鉆桿組。在最下方的鉆桿14的自由端，螺接著一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)孔鉆16，其作用是使所鉆的孔具有一個(gè)圓周形的孔壁。
該系統(tǒng)10包括若干個(gè)分立的但又相互作用的組件，它們包括一個(gè)圓筒狀的元件，其呈連接在鉆機(jī)12下端的驅(qū)動(dòng)分件(drive sub)18，還包括一個(gè)安裝及回收用的工具20，它的尺寸適合于穿行于鉆機(jī)12中，以便將鉆頭部件22(見(jiàn)圖7A、7B及9)運(yùn)送至驅(qū)動(dòng)件18或者從該處運(yùn)走，還包括一個(gè)大致呈圓筒形的卡套24，該卡套被保持在元件18內(nèi)，可在一安裝位置與一回收位置之間滑動(dòng)，在安裝位置上，該卡盤(pán)將鉆頭部件22夾持在驅(qū)動(dòng)件18內(nèi)，而在回收位置上，該卡套24則縮回，允許鉆頭部件22疊放在工具20中，以便從鉆機(jī)12中撤出。
參照?qǐng)D6A和6D，可以看出在驅(qū)動(dòng)件18下端28的內(nèi)周壁26處，設(shè)有支座30，以便放置鉆頭部件22。支座30包括一個(gè)臺(tái)階32，它環(huán)繞著內(nèi)表面26呈圓周形延伸，在其下游方向，設(shè)有一系列錐形及平坦的表面和凹槽58，凹槽位于這些表面中最下方的表面上。具體說(shuō)，朝臺(tái)階32的下游方向，各表面的排列順序是這樣的表面34自驅(qū)動(dòng)件18的中心縱軸線36向外擴(kuò)出；表面38平行于軸線36延伸；表面40朝軸線36縮進(jìn)；表面42自軸線36向外擴(kuò)出；表面44平行于軸線36延伸；表面46朝軸線36縮進(jìn)；表面48自軸線36向外擴(kuò)出并一直延伸至驅(qū)動(dòng)件18的縱向末端50。與表面48相連接的是一表面52，它向軸線36及末端50向外擴(kuò)出，一直通向驅(qū)動(dòng)件18的外周面54。
在表面46上設(shè)有若干推進(jìn)凸塊56，在推進(jìn)凸塊56的附近形成凹槽58，在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭部件22的下端置于槽中，從圖6B中可以很清楚地看出，推進(jìn)凸塊56的寬度在朝著軸線36的徑向上是漸縮的。一對(duì)相互對(duì)置的溝槽60平行于軸線36延伸，它們是用機(jī)加工的方式在驅(qū)動(dòng)件18各端的內(nèi)在壁26上制出的。在每條溝槽60的上端部64內(nèi)都插有一個(gè)鎖定夾62(參照附圖8A及8B)。每個(gè)鎖定夾的下端部都具有一個(gè)朝內(nèi)壁26漸縮的表面65，在與內(nèi)壁26相對(duì)置的一個(gè)表面上，該鎖定夾的上端部附圖處連接著一個(gè)彈簧夾66。
如結(jié)合附圖7A及7B所描述的那樣，鉆頭部件22的形狀適宜與推進(jìn)部18的支座30相咬合。鉆頭部件包括一干體68和位于該干體68下端部的冠狀體70，其作用是咬住并切削地面。冠狀體70一般包括一個(gè)鉆石及金屬的基體。在使用過(guò)程中，隨著冠狀體與大地接觸的表面72的不斷磨損，新的鉆石層將會(huì)出現(xiàn)，以便切削。
鉆頭部件22的側(cè)面74(圖7B最上部所示)面對(duì)著驅(qū)動(dòng)件18的內(nèi)表面26。干體68的側(cè)面74依次包括下述表面首先是冠狀體70(在圖7A中為便于參照，軸線36以虛線的形式的示出)；表面76朝軸線36縮進(jìn)；表面77平行于軸線36延伸；表面78自軸線36向外擴(kuò)出；表面80朝軸線36縮進(jìn)，水準(zhǔn)面82平行于軸線36延伸；表面84自軸線36向外擴(kuò)出；表面86朝軸線36縮進(jìn)；表面88平行于軸線36延伸。在表面88之后便是一個(gè)突起的臺(tái)階90，它直通一個(gè)朝軸線36縮進(jìn)的表面92，該表面又一直延伸至干體68的末端94。
干體68的另一面96包括下列平面，它們自末端94至冠狀體70依次是朝軸線36縮進(jìn)的表面98；平行于軸線36延伸的水準(zhǔn)表面100；朝軸線36縮進(jìn)的表面102；以及平行于軸線36延伸的水準(zhǔn)面104。
如圖7C所清楚顯示的，冠狀體70的形狀為一環(huán)狀的一段扇形，它具有內(nèi)、外弧面106和108，弧面108的長(zhǎng)度大于弧面106的長(zhǎng)度。在冠狀體70與切削面72相對(duì)置的面上具有下列平面，它們自外表面108至外表面106依次是平行于切削面72的表面110；朝切削面72傾斜并終止于干體68的鄰近表面76的表面112；自切削面72向外擴(kuò)張并終止于弧面106的表面114。表面112與76構(gòu)成一V形的凹槽116，它能夠與驅(qū)動(dòng)件18的輔助裝置48及52相接觸(圖10)。
參照?qǐng)D2～4F，工具20包括一個(gè)主體部118，一個(gè)選擇器套筒120以可滑動(dòng)和可旋轉(zhuǎn)的方式置于其上。主體118的上端112帶有一個(gè)螺紋，以便連接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)纜繩適配器124。在主體118的端部122處，加工了一對(duì)相互對(duì)置的縱向凹槽(未示出)，以便一圓環(huán)126進(jìn)行滑動(dòng)。該環(huán)的內(nèi)周面上設(shè)有一對(duì)突起部(未示出)，它們插在凹槽中，以便于環(huán)126沿主體118的縱向滑動(dòng)。一個(gè)彈簧128放置在纜繩適配器124與環(huán)126之間，其作用是將環(huán)126及套筒120壓離端部122。一個(gè)突起130位于環(huán)126靠近套筒120的一端，以便與設(shè)置在套筒120鄰近端的二條模式選擇器凹槽132、134中的一條相咬合。
主體118具有一內(nèi)腔室136，它裝有一對(duì)安裝擋塊138。銷140穿過(guò)二塊擋塊138的一端并將主體118裝配在套筒120上。銷140被放置在主體118的一條縱向溝槽(未示出)以及套筒120的一條橫向延伸的溝槽142中。銷140的各端安置在槽142外周形成的唇部143上。這樣便構(gòu)成了主體部118與套筒120之間的連接，使套筒能相對(duì)于主體118縱向滑動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)。
第二根銷144平行于銷140延伸，并且被安置在主體118的一條縱向溝槽148中。彈簧150將檔塊138的對(duì)置端連接到銷144上。彈簧150壓迫擋塊138，使之沿主體118的橫向伸展，并且穿過(guò)套筒120上切出的孔眼或溝槽139(參見(jiàn)圖4A、4D)，每個(gè)擋塊138都帶有一個(gè)承壓面152，以便與卡套24相接。
一對(duì)與插入擋塊138相似的收回?fù)鯄K154也設(shè)置在工具20上，它位于擋塊138的與端部122相對(duì)那一側(cè)。但是，該收回?fù)鯄K154卻位于一個(gè)與插入擋塊138所在的平面相垂直的平面內(nèi)，此外，該回收擋塊的朝向也與插入擋塊138相反。也就是說(shuō)，回收擋塊154的端部156受一彈簧的偏壓(未示出)，使之沿主體118的橫向伸出并穿過(guò)套筒120上的孔眼或溝槽155(圖4A、4E)，其另一端158則被一根橫穿主體118的銷160固定住，支承面162位于回收擋塊154的端部156，以便與卡套24相接。
從圖4D及4E可以明顯看出，安裝擋塊溝槽139比回收擋塊溝槽155更寬。
在回收擋塊154附近，主體118具有一矩形腔室164。一個(gè)孔眼168沿縱向穿過(guò)腔室164的一端166，并與圓形溝槽170相通。溝槽170穿過(guò)主體118錐臺(tái)形的端部172。腔室164，孔眼168以及溝槽170共同構(gòu)成了吊架176的滑道174，在吊架176上裝有鉆頭部件22。
吊架176包括一根中心桿178，從其一端同軸延伸出一根帶螺紋的桿180，在另一端，該桿終止于一個(gè)擋塊182。桿180穿過(guò)溝槽170及孔眼168而進(jìn)入腔室164。桿178靠近桿168的一端以可滑動(dòng)的方式裝配在溝槽170中。一彈簧184放置在桿180上，它位于擰在桿180上的張力調(diào)節(jié)螺母186與腔室164的端部166之間。螺母186的二個(gè)端面188和190都呈錐形或被斜切，以便使其厚度沿徑向自螺母168的中心向外漸減。
在主體118的溝槽192中，分別放有一對(duì)鎖定銷(未示出)。這二個(gè)銷借助套筒120而被保持在其相應(yīng)的溝槽192中，它們還有一個(gè)端部，借助于套筒120的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該端部可以選擇性地伸進(jìn)凹槽164中或者從槽中退出。參照?qǐng)D4F，套筒120的內(nèi)周壁194帶有一個(gè)圓形的槽196。如果套筒20定位之后，溝槽196蓋住槽192，銷的端部便可以從腔室164中退出，使彈簧184得以伸展。然而，如果套筒120被定位之后，溝槽196并沒(méi)蓋住槽192，由于銷與壁194的接觸，使銷的端部被迫伸入腔室164中。在這種情況下，銷緊靠著螺母186，而螺母又使彈簧184處于壓縮狀態(tài)。
當(dāng)安裝工具20以便裝配鉆頭部件22時(shí)，這些部件借助于連接在擋塊182上的冠狀體70而環(huán)繞著桿178沿徑向放置。每個(gè)鉆頭部件22的表面98都靠在相對(duì)于主體118來(lái)說(shuō)錐臺(tái)端部172直徑較大的一端。一根彈性條帶198將鉆頭部件22壓在各自相應(yīng)的表面82上，從而將這些鉆頭部件保持在吊架176中。
在套筒120的外面表上設(shè)有若干個(gè)隆起部200，它們平行于套筒120的長(zhǎng)度延伸，這些隆起部200均勻地間隔開(kāi)來(lái)，相鄰的隆起部之間構(gòu)成了一些淺槽202，當(dāng)工具20通過(guò)鉆機(jī)12被放下時(shí)，流體可以流過(guò)這些淺槽。
在系統(tǒng)10中設(shè)有卡套24(參照附圖5A-5C)，其作用是抗抵住彈性條帶198的偏壓而使鉆頭部件22膨脹，并將該鉆頭部件22緊靠著驅(qū)動(dòng)件18的內(nèi)表面而固定在其切削或鉆進(jìn)位置中。
卡套24呈圓筒形，一對(duì)相互對(duì)置的尖部206從其上游端204伸出，每個(gè)尖部的側(cè)邊都沿下游方向急驟傾斜，直至平坦部208，該部將二尖部206隔離開(kāi)來(lái)。一對(duì)縱向延伸的導(dǎo)軌210從卡套24的外周面212突起。該導(dǎo)軌210插入驅(qū)動(dòng)件18的溝槽60中。一對(duì)相互對(duì)置的呈縱向延伸溝槽214(僅示出一個(gè))狀的止動(dòng)裝置設(shè)置在卡套24上，它可以與收回?fù)鯄K154相咬合，每個(gè)溝槽214的上游端都是傾斜的，即朝著上游的方向傾向卡套24的內(nèi)表面。套筒24上與尖端206相對(duì)的一端設(shè)有若干條縱向延伸的鍵槽218，相鄰的鍵槽218之間被突緣220隔開(kāi)。沿著卡套24內(nèi)表面的整個(gè)長(zhǎng)度加工有水槽222，該水槽為鉆頭冷卻潤(rùn)滑以及沖洗用水提供了一個(gè)通路。
用于更換擴(kuò)孔鉆部件(參見(jiàn)圖13及14)的器具20′，(圖12)其結(jié)構(gòu)及功能都相當(dāng)于更換鉆頭部件22的器具20。所以在描述工具20時(shí)所采用的一些標(biāo)號(hào)也用來(lái)表示工具20′類似的部件，一個(gè)纜繩適配器124′旋擰在工具20′的上端部122，彈簧128′介于纜繩適配器124′與環(huán)126′之間。如同工具20一樣，借助于一個(gè)可與套筒120′上端的切槽(未示出)相咬合的突起部130，環(huán)126′可以沿工具20′的縱向滑動(dòng)。安裝及回收擋塊138′及154′與工具20的配置相同。工具20′與20之間的基本區(qū)別是吊架176′包括若干切口227，它們沿徑向成形于主體118′的下端部附圖。每個(gè)切口的上端都帶有一斜臺(tái)228，它直通主體118′的外表面。此外，套筒120′還設(shè)有若干個(gè)孔眼230，它們疊置在切口227的上方。在每個(gè)孔眼230下端處都設(shè)有一個(gè)沿徑向朝向中心的唇部232。
工具20與224之間的另一個(gè)區(qū)別是用來(lái)放置安裝及回收擋塊的銷件的溝槽其長(zhǎng)度不同。具體說(shuō)，工具20′的溝槽(例如槽148′)比工具20中相應(yīng)的溝槽長(zhǎng)很多。
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)調(diào)連接器234連接在工具224的下端，以便與工具20的纜繩適配器124相連。這種連接可以使工具20與20′相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)擴(kuò)孔鉆部件226被裝進(jìn)鉆機(jī)12中或者從中收回時(shí)，它都被保持在切口227中。擴(kuò)孔鉆部件226的形狀為帶有傾斜側(cè)面的矩形棱臺(tái)形。每個(gè)部件226都被放置在一個(gè)矩形的板面236上。直立的唇部238及240分別橫過(guò)板236的上游端及下游端延伸。唇部240及板236的上游端都是傾斜的，從而沿上游方向相互會(huì)合。
部件226借助于橡膠帶242及244而保持在切口227中，橡膠帶在部件226的端部附近將板236包住。
一個(gè)作為輔助驅(qū)動(dòng)件18′的筒狀元件被擰在鉆機(jī)上，其作用是將擴(kuò)孔鉆部件226保持在一個(gè)切削位置上，輔助驅(qū)動(dòng)件18′設(shè)有支承裝置，它包括一個(gè)從驅(qū)動(dòng)件18′的內(nèi)周壁向內(nèi)突起的突臺(tái)32′以及具有傾斜邊緣248的切口246(僅示出一個(gè))，以便放置鉆頭部件226。在驅(qū)動(dòng)件18的內(nèi)表面。每個(gè)切口246的下游端附近，都切有一個(gè)凹槽250，以便容納唇部238。
輔助卡套24′與輔助驅(qū)動(dòng)件18保持在一起，以便在切削位置上將部件226握持住。而在更換時(shí)則松開(kāi)部件226?？ㄌ?4′大致與卡套24相同，只是它不包括卡套24中的鍵槽218和突緣220。工具20′的作用是使卡套24′在一安裝位置與一回收位置之間滑動(dòng)。在安裝位置時(shí)，卡盤(pán)24′將切削位置上的部件226定位并將之握持住。而在回收位置時(shí)，卡套24′被回縮并放開(kāi)部件，使之借助于彈性帶242及244而回落到工具226中。
現(xiàn)再參照?qǐng)D1，該實(shí)施例中的地面鉆12是一個(gè)芯樣鉆機(jī)，例如由LONGYEAR制造的那類鉆機(jī)。芯樣鉆機(jī)一般包括一個(gè)接縫環(huán)(Land-ing ring)252，它位于鉆機(jī)12的下端部。該接縫環(huán)252的作用是阻擋住傳統(tǒng)的芯樣筒體254(參見(jiàn)圖10及11)的通路。芯樣筒體254的頂部靠在接縫環(huán)252上。防止該芯樣筒體254從鉆機(jī)12中掉出。該芯樣筒體254是用來(lái)收集和保存所鉆地層的芯樣的。一旦芯樣筒體被裝滿，鉆機(jī)即停止，將鉆機(jī)從所鉆孔眼的底部提起，斷開(kāi)芯樣，再通過(guò)一根纜繩256將芯樣筒體從鉆機(jī)12中提出。
如果該系統(tǒng)10僅用來(lái)就地?fù)Q下一個(gè)鉆頭，那么將一個(gè)螺紋連接著擴(kuò)孔鉆16的驅(qū)動(dòng)件18替換傳統(tǒng)的芯樣鉆頭(未示出)。在該系統(tǒng)10也用來(lái)就地更換擴(kuò)孔鉆的情況下，就用驅(qū)動(dòng)件18′來(lái)拆換標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)孔鉆16?？ㄌ?4和/或24′總是被保持在其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)件18及18′內(nèi)。工具20及20′被放下并從鉆機(jī)12中收回，以便分別用來(lái)安裝和回收鉆頭部件22及226。當(dāng)工具20及20′被取出之后，標(biāo)準(zhǔn)芯樣筒體254便可放進(jìn)鉆機(jī)下方，它穿過(guò)卡套24及24′，以便接受一個(gè)芯樣。
該系統(tǒng)10的操作方法將結(jié)合鉆頭部件的更換過(guò)程進(jìn)行介紹。
將驅(qū)動(dòng)件18擰緊在一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)芯樣鉆機(jī)的擴(kuò)孔鉆16上。將工具20調(diào)整到安裝模式，即相對(duì)于環(huán)126旋轉(zhuǎn)套筒120，使突緣130與安裝模式選擇器的凹槽132相咬合，吊架176從主體118中伸出，壓縮彈簧184，該彈簧被一鎖定銷(未示出)保持在壓縮狀態(tài)，銷的端部伸進(jìn)腔室164中。在這種結(jié)構(gòu)形式中，安裝擋塊138從套筒120的溝槽139中橫向伸出。然而，回收擋塊154并不與溝槽155對(duì)齊，因此在套筒120中處于被壓縮狀態(tài)。將鉆頭部件22放進(jìn)吊架176中，并用彈性條帶198固定之，該條帶與每一個(gè)鉆頭部件22的表面82相接觸，各鉆頭部件的冠狀體70抵靠擋塊182。再將卡套24放進(jìn)驅(qū)動(dòng)件18中，借助于唇部62使之位于支承元件30的上方。放置卡套24時(shí)應(yīng)使其尖部206指向上游方向，卡套24的導(dǎo)軌210插進(jìn)溝槽60內(nèi)，以便使卡套24沿驅(qū)動(dòng)件18的內(nèi)側(cè)滑動(dòng)。
工具20經(jīng)由纜繩適配器124而連接在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)纜繩過(guò)調(diào)部(over-shot)上，并被插進(jìn)傳送套筒260中(如圖15所示)，該套筒壓住安裝擋塊138。然后，將傳送套筒260連同工具20一起穿過(guò)鉆機(jī)12的中心放下，傳送套筒自身重量262(參照?qǐng)D16)可以加在套筒260的上端，以便提高工具20的下降率。與接縫環(huán)252的抵靠阻止傳送套筒260的下降，但是工具20的外直徑要小于環(huán)252的內(nèi)直徑，所以工具20仍然會(huì)繼續(xù)下降，當(dāng)工具穿過(guò)接縫環(huán)252時(shí)，在彈簧150的作用下安裝擋塊138受到偏壓，便從套筒120上的溝槽139中伸出。擋塊138的支承面152與尖部206接觸，使工具20旋轉(zhuǎn)，直至支承面152靠在尖部206之間的平臺(tái)208上。工具20的旋轉(zhuǎn)可以確保鉆頭部件22與驅(qū)動(dòng)件18的凹槽56以及卡套24的鍵槽218的對(duì)齊。
借助于尖部206的碰撞，擋塊138被后推一小段距離，這引起了套筒120的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。這一運(yùn)動(dòng)使凹槽196位于溝槽192的上方，從而使位于其中的銷(未示出)從腔室164中退出，使彈簧184伸長(zhǎng)。這同時(shí)也使吊架176退回至主體118中。每個(gè)鉆頭部件的表面98都沿截錐端172滑動(dòng)，即沿主體118的橫向延伸，并與內(nèi)壁22相接觸(圖9)。隨著工具120續(xù)續(xù)它的下降。干體部68的臺(tái)階90與驅(qū)動(dòng)件18上的平臺(tái)32相咬合。
工具120的連續(xù)下移，借助于支承在平臺(tái)208上的安裝擋塊138使卡套24也向下移動(dòng)，當(dāng)每個(gè)鉆頭部件的臺(tái)階90與平臺(tái)32相接觸時(shí)，鉆頭部件22的進(jìn)一步下移就被阻止?？ㄌ?4會(huì)集鉆頭部件的背面96，并且使鉆頭部件22抵住彈性條帶198的偏壓沿徑向向外膨脹，使這些鉆頭部件固定于各自的凹槽58中?？ㄌ?4繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)。直至抵達(dá)其安裝位置。此時(shí)，其鍵槽218滑過(guò)鉆頭部件22而將這些鉆頭部件保持在驅(qū)動(dòng)件18內(nèi)，彈性條帶198位于一腔室內(nèi)，該腔室位于驅(qū)動(dòng)件18的表面44與鉆頭部件22的表面82之間。
然后，工具20經(jīng)由纜繩256被撤向接縫環(huán)252上。通過(guò)環(huán)252而向后拉，安裝擋塊138在接縫環(huán)上被壓縮，工具20再重新進(jìn)入傳送套筒260中，二者一起被從鉆機(jī)12中全部拉出。
位于驅(qū)動(dòng)件18附近的鉆頭部件22組成一個(gè)可切削地面的鉆頭，通過(guò)纜繩256可以將標(biāo)準(zhǔn)芯樣筒體254送下鉆機(jī)12，以便去裝載一個(gè)鉆出的芯樣?？ㄌ?4的尺寸應(yīng)允許芯樣筒體254(圖10、11)穿過(guò)。
使鉆頭部件22保持在驅(qū)動(dòng)件18與卡套24之間，從而組成了一個(gè)鉆頭，將鉆機(jī)12降至所鉆孔眼的底部，使之旋轉(zhuǎn)，重新開(kāi)始鉆進(jìn)。參見(jiàn)圖10，當(dāng)鉆頭冠狀物70到達(dá)孔眼的底部，鉆頭部件22被向后滑動(dòng)，使鉆頭部件22的表面34、48和52與鉆頭部件的表面86，112及114相互承靠。在這一模式中(鉆井模式)，臺(tái)階90在平臺(tái)32上方一段距離。鉆頭部件的滑動(dòng)是借助了鉆頭部件的表面77和88以及驅(qū)動(dòng)件的表面38而實(shí)現(xiàn)的。所有這些表面都是與軸線36平行延伸的。
鉆頭部件22以及驅(qū)動(dòng)件18上的各個(gè)表面的排布方式，將鉆頭的重量和鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)力傳遞到驅(qū)動(dòng)分件18上而且隨著每個(gè)鉆頭部件最上部的內(nèi)側(cè)邊緣被迫稍向內(nèi)靠壓到卡套24的外周壁212上，這一作用也通過(guò)一種夾持力而將卡套24鎖定。
在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭部件22與驅(qū)動(dòng)件分18之間力的傳遞情況也示于圖10中，以下特作敘述。箭頭A表示在鉆井過(guò)程中，鉆具組一部分重量從鉆頭冠狀物70至驅(qū)動(dòng)件18的傳遞方向。這一作用力朝向驅(qū)動(dòng)件18的縱向，并且施加至表面48和52。如圖10中箭頭F所示，鉆具組的剩余重量通過(guò)每個(gè)鉆頭部件的表面86傳遞給每個(gè)鍵槽的表面34。這一作用力同樣引起鉆頭部件22向內(nèi)的徑向移動(dòng)，從而對(duì)卡套24提供了一個(gè)鉆井過(guò)程中所需的夾持作用力。
作用于冠狀體70的表面108上的外部徑向的作用力通過(guò)表面52而被轉(zhuǎn)移給驅(qū)動(dòng)件，如箭頭B所示，這些作用力同樣也被驅(qū)動(dòng)件18的表面52和48所承受。作用于鉆頭冠狀體70以及驅(qū)動(dòng)塊56上的內(nèi)部徑向的作用力則經(jīng)由表面48而被傳遞給驅(qū)動(dòng)件，如箭頭C所示。
在巖芯斷開(kāi)過(guò)程中(圖11)，當(dāng)鉆機(jī)12從鉆孔的底部提出之后，鉆頭部件相對(duì)于驅(qū)動(dòng)件18滑動(dòng)，直至臺(tái)階90與平臺(tái)32咬合，驅(qū)動(dòng)件的表面40及46分別與鉆頭部件的表面84及78的相抵靠。芯樣筒體254同樣也施加一作用力給鉆頭部件22的表面102，這一作用力沿對(duì)角線的方向，偏向孔眼的底部從鉆頭部件22傳向驅(qū)動(dòng)件18，力的傳遞是在相應(yīng)的表面對(duì)77與46，84與40之間進(jìn)行的，如箭頭D，E及G所示。
鉆頭部件22與驅(qū)動(dòng)件18的表面78及46之間都存在一定間隙(圖10)，在巖芯破碎過(guò)程中，當(dāng)芯樣筒體254對(duì)鉆頭部件22施加一作用力時(shí)，這一間隙允許鉆頭部件22沿徑向向外彎曲。這樣，在巖芯破碎過(guò)程中便使鉆頭部件沿徑向從軸線36向外分散開(kāi)，同時(shí)可以讓芯樣從以傳統(tǒng)的方法，經(jīng)由一個(gè)芯樣筒體提升器(未示出)鉆出的巖石構(gòu)形斷開(kāi)。
在鉆井過(guò)程中，如上所述，由于每個(gè)鉆頭部件的上端最內(nèi)側(cè)邊緣都是受力稍微向內(nèi)擠向卡套24的外周壁212，至使卡套24能夠借助于一個(gè)夾持力而將鉆頭部件22固定住。
旋轉(zhuǎn)動(dòng)力是從驅(qū)動(dòng)件18經(jīng)由推進(jìn)突塊56而傳給鉆頭部件22的。
鉆頭的潤(rùn)滑及冷卻是以傳統(tǒng)方式進(jìn)行的。將流體泵入鉆機(jī)12，并經(jīng)過(guò)卡套24的內(nèi)部水道222進(jìn)行導(dǎo)引，流體可以流至鉆頭冠狀體70處。但是，在鉆頭冠狀體70處的冷卻與標(biāo)準(zhǔn)鉆頭相比，卻存在很大不同。在本發(fā)明的系統(tǒng)10中，借助于相鄰鉆頭部件22之間的間隙，自然而然地提供了一種極寬的水道。
對(duì)于傳統(tǒng)的鉆頭來(lái)說(shuō)，在其冠狀體中僅開(kāi)有比較窄的通道或溝槽以供潤(rùn)滑液或冷卻液的流通。而本發(fā)明實(shí)施例中的鉆頭部件之間的間隙則比標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的水道寬度提高300％～600％，而其鉆頭冠狀體70的表面積卻有實(shí)質(zhì)性的減小。這是與鉆頭基質(zhì)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐相反的。可以相信，本發(fā)明的鉆頭部件的排列方式具有更高的切削效率。因?yàn)樗睦鋮s，雜質(zhì)的沖洗，以及潤(rùn)滑都具有更高的效率，而且泵的壓力也較低，由于鉆機(jī)重量集中于一個(gè)更小的切削區(qū)域，該冠狀物的設(shè)計(jì)也提供了一個(gè)更高的穿透力。相鄰的鉆頭部件之間所具有的附加寬度的水道也克服了鉆頭水道被堵塞以及由于鉆頭冠狀體的毛刺或鉆井切出的雜質(zhì)而引起的循環(huán)不良。
為了收回或放置鉆頭部件22，起初應(yīng)將鉆機(jī)12稍稍提離井底一段距離，以便將芯樣自巖石構(gòu)形264斷開(kāi)。然后利用傳統(tǒng)的方法即可用纜繩256將芯樣筒體254從鉆機(jī)中取出。
利用套筒120的一個(gè)反向擰轉(zhuǎn)可以使工具20被放置在回收模式中，即使回收槽134與突起部130相咬合，這樣，溝槽155便與回收擋塊154對(duì)齊，后者此時(shí)充分脹開(kāi)，而且伸出套筒120的表面之外，將工具20插進(jìn)傳遞套筒260中，并且通過(guò)鉆機(jī)12送下。當(dāng)?shù)诌_(dá)接縫環(huán)252時(shí)，套筒260的下降被停止，但工具20繼續(xù)穿過(guò)接縫環(huán)252，將收回及安裝擋塊138，154暴露出來(lái)，使之與鉆機(jī)12的內(nèi)周壁相接觸。
隨后，工具20即進(jìn)入卡套24中，此時(shí)，通過(guò)與卡套24的內(nèi)周壁的接觸，使收回?fù)鯄K被壓縮。安裝擋塊138與尖部206相接觸，使工具產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以便與驅(qū)動(dòng)件18適當(dāng)對(duì)齊。安裝擋塊138底部位于平臺(tái)208之上，收回?fù)鯄K154發(fā)生膨脹，進(jìn)入卡套24中的溝槽214中，吊架176處于延伸位置，彈簧184的壓縮，通過(guò)裝在凹槽192中的鎖定銷(未示出)將螺母186鎖住，使之無(wú)法作直線移動(dòng)。吊架176都位于鉆頭部件22的中心，而擋塊182伸過(guò)鉆頭冠狀體70。當(dāng)工具20通過(guò)一根纜繩256而被提起一段短距離時(shí)，收回?fù)鯄K154將卡套24拉回，卡套沿驅(qū)動(dòng)件18內(nèi)的溝槽60滑動(dòng)。同時(shí)，鉆頭部件22被松開(kāi)由于彈性條帶198的收縮使其落在吊架176中。當(dāng)進(jìn)一步向上拉動(dòng)工具20時(shí)，收回?fù)鯄K154受到夾持件62上錐形表面65的壓力而從卡套24中自動(dòng)解脫。
隨著工具的繼續(xù)上移，它將離開(kāi)卡套24，收回?fù)鯄K及安裝擋塊都將與鉆機(jī)12的內(nèi)周壁相接觸。當(dāng)?shù)诌_(dá)接縫環(huán)252時(shí)，安裝擋塊抵抗著彈簧150的壓力而被壓縮，從而穿過(guò)環(huán)252，為了壓縮收回?fù)鯄K154，表面162連同接縫環(huán)252的下端面都被制成傾斜的，當(dāng)收回?fù)鯄K與接縫環(huán)接合時(shí)，收回?fù)鯄K施加向上的力將致使被壓縮穿過(guò)接縫環(huán)252。
然后工具20重新進(jìn)入傳送套筒260，并與之一起被拉至地面?？梢詫@頭部件22從吊架176中取出，并裝入新的鉆頭，以便裝入驅(qū)動(dòng)件18。
借助于擴(kuò)孔鉆工具20′，輔助驅(qū)動(dòng)件18′以及輔助卡套24′對(duì)擴(kuò)孔部件226進(jìn)行原地更換，基本上與上述對(duì)鉆頭部件22的描述相同，二者唯一的不同是吊架176′的操作方式，參照?qǐng)D2，擴(kuò)孔鉆部件226被放在吊架176的凹槽227中，當(dāng)安裝擋塊138碰到卡套24′的尖部時(shí)，套筒120′被迫向后，即朝向上游方向。這樣，套筒120′上的唇部232便與平板236的唇部238抵靠，從而引起擴(kuò)孔部件226沿斜面228滑動(dòng)，使唇部240沿套筒120′外表面的橫向伸出。這樣，唇部240便與平臺(tái)32′接觸，阻止擴(kuò)孔鉆部件226的進(jìn)一步下移。擴(kuò)孔部件的收回與鉆頭部件的方法相同。
如果希望在鉆機(jī)12包括可更換擴(kuò)孔鉆部件，用驅(qū)動(dòng)件18′對(duì)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔器16進(jìn)行更換。典型地，通過(guò)將工具20′的纜繩過(guò)調(diào)器234與工具20的纜繩適配器124相連接，可與鉆頭部件22同時(shí)更換擴(kuò)孔鉆部件226。這可以使工具20與20′相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。雖然擴(kuò)孔鉆部件與鉆頭部件的更換是可以同時(shí)發(fā)生的，擴(kuò)孔鉆部件的更換并不象鉆頭部件那樣頻繁，當(dāng)擴(kuò)孔鉆部件不被更換時(shí)，工具20′便留在安裝模式，也不將擴(kuò)孔鉆部件226放進(jìn)吊架176′中即可。
從以上的描述可以清楚的看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)和效益。最重要的一點(diǎn)是，本發(fā)明不需將鉆桿組從井孔中撤出，即可非常容易和迅速的更換鉆頭及擴(kuò)孔鉆，從而節(jié)省了時(shí)間提高了效率，同時(shí)也降低了鉆井成本。這種更換鉆頭的簡(jiǎn)易性同時(shí)也便于根據(jù)各種不同地層結(jié)構(gòu)來(lái)更換鉆頭，從而依照各種地層的情況選用硬度及特性更為適當(dāng)?shù)你@頭，就此而言，如果不是依照碰到的地層情況來(lái)具體選用鉆頭，鉆入地層深度不足一米，鉆頭就將完全磨損。此外，與驅(qū)動(dòng)件的鍵槽相結(jié)合的鉆頭所具有的獨(dú)特形狀和構(gòu)造，以及卡套所具有的構(gòu)形可以使下述功能得以實(shí)現(xiàn)1、鉆頭部件及驅(qū)動(dòng)件的錐形表面可以將鉆頭冠狀體在鉆桿組提起以便將芯樣斷開(kāi)及收回時(shí)所受到的負(fù)荷力均勻地傳過(guò)驅(qū)動(dòng)件18，從而消除鉆頭部件22被折斷的可能性。
2、與推進(jìn)凸塊56以及卡套24相接合的鉆頭部件22側(cè)面74的各個(gè)表面，可以將鉆井過(guò)程中鉆桿組的重量以及轉(zhuǎn)動(dòng)力矩均勻地傳遞給整個(gè)驅(qū)動(dòng)件組件。
3、當(dāng)鉆井作業(yè)從其鉆井模式改變成斷芯模式時(shí)，驅(qū)動(dòng)件18以及鉆頭部件的表面可以使鉆頭部件在驅(qū)動(dòng)件18與卡套24之間滑動(dòng)，這樣便可以在安裝及回收過(guò)程中為鉆頭部件的方便快速(snap-over)的鎖定及開(kāi)鎖作好準(zhǔn)備。
4、驅(qū)動(dòng)件18以及鉆頭冠狀體70基座的諸表面對(duì)鉆井過(guò)程中鉆頭冠狀體經(jīng)受的內(nèi)/外徑向作用力可提供一個(gè)反作用力。
5、鉆頭部件在驅(qū)動(dòng)件當(dāng)中的滑動(dòng)非緊密配合可以便于其插入及收回。這同時(shí)也就避免了鉆井流體或切削物對(duì)部件的玷污而引起的一些問(wèn)題。
6、用傾斜的接合表面代替紋螺，可以使每個(gè)鉆頭部件22的整個(gè)長(zhǎng)度都獲得最大的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了一種非常堅(jiān)固而簡(jiǎn)單的鉆頭部件設(shè)計(jì)。
7、根據(jù)驅(qū)動(dòng)件18的設(shè)計(jì)，當(dāng)鉆機(jī)被從井孔的底部提起或與井底接觸時(shí)而產(chǎn)生的前后運(yùn)動(dòng)，將自動(dòng)連續(xù)地清潔(defouls)該鉆頭部件。同時(shí)也將自動(dòng)地消除在某些鉆井過(guò)程中由一些污物之類的東西所造成的鉆頭部件的堵塞。
8、在鉆井模式中，鉆頭部件的表面與鍵槽之間的相互作用還可以自動(dòng)在鉆頭冠狀體70與孔底接觸的瞬間，將卡套24鎖住，以及在鉆桿被提升離孔進(jìn)底的瞬間，將卡套松開(kāi)。
權(quán)利要求
1.一種可以將切削裝置送入及送出一臺(tái)地面鉆機(jī)的工具，它可以就地更換所述的切削裝置，該切削工具是由若干個(gè)部件組成的，所述的鉆機(jī)具有支承裝置，以便在切削位置上對(duì)所述的切削裝置進(jìn)行支承，所述的工具包括用來(lái)放置上述部件的運(yùn)送裝置，以便將所述的部件送入及送出地面鉆機(jī)，當(dāng)所述的工具穿過(guò)鉆機(jī)內(nèi)某一預(yù)定位置時(shí)，該工具可以使所述的部件相對(duì)于工具進(jìn)行滑動(dòng)，從而使該部件的一端沿工具的橫向擴(kuò)展，并與上述支承裝置相結(jié)合，并且被保持在其切削位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的工具，其中所述的運(yùn)送裝置包括一個(gè)吊架，所述的部件環(huán)繞著吊架沿圓周向間隔排列，當(dāng)所述的工具穿過(guò)上述預(yù)定位置時(shí)，所述的吊架可以相對(duì)于工具的一部分滑動(dòng)，借助于吊架與所述工具的所述部分之間的相對(duì)滑動(dòng)，部件的一端沿工具的橫向擴(kuò)展，以便與所述的支承裝置相結(jié)合。
3.如權(quán)利要求2所述的一種系統(tǒng)，其中所述的工具的尺寸可以使之穿過(guò)地面鉆機(jī)，以便將所述的部件送入及送出所述的元件，所述的工具可以在一個(gè)安裝模式與一個(gè)回收模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在安裝模式中，部件被放置在所述的傳送裝置上，以便將其安置在所述的元件上，而在回收模式中，所述的運(yùn)送裝置不攜帶部件，以便對(duì)先前安裝在所述元件中的部件進(jìn)行回收，所述的工具帶有結(jié)合裝置，以便與保持在地面鉆機(jī)中的一個(gè)卡套相結(jié)合，該卡套可以在一個(gè)安裝位置與一個(gè)回收位置之間移動(dòng)，在安裝位置上，部件被保持在一個(gè)切削位置，并位于所述的卡套與地面鉆機(jī)的內(nèi)周面之間，而在回收位置上，該卡套被縮回，以便將所述的部件從所述卡套與地面鉆機(jī)的內(nèi)周面之間松開(kāi)，當(dāng)所述的工具被放入鉆機(jī)中時(shí)，所述的結(jié)合裝置可以與所述的卡套結(jié)合，以便將所述卡套送至其安裝位置，而且當(dāng)所述的工具上移時(shí)，它還可以與所述的卡套相結(jié)合，以便將該卡套送至其回收位置。
4.如權(quán)利要求3所述的工具，其中該工具還具有這樣的尺寸，即當(dāng)所述的結(jié)合裝置與所述卡套相結(jié)合時(shí)，所述工具的一部分還可以穿出所述卡套的下端部，在使用過(guò)程中，如果將工具轉(zhuǎn)換到回收模式，而且降下所述的工具，使之進(jìn)入鉆機(jī)的某一位置，在該位置上，所述工具的所述部分可以穿出所述卡套的下端部，并且使所述的結(jié)合裝置與該卡套相結(jié)合，然后向上拉該工具，將卡套送至所述的回收位置，在此處，所述的部件便落回到所述的運(yùn)送裝置上，將所述的工具從鉆機(jī)中撤出，即可將安裝在切削位置并被卡套保持在所述元件中的部件收回；并且如果將工具轉(zhuǎn)換到安裝模式，并將之放入鉆機(jī)中，使之到達(dá)某一位置，在該位置所述工具的所述部分可以穿出卡套的下端部，并且使結(jié)合裝置與卡套相結(jié)合，再進(jìn)一步下移所述的工具，將所述的卡套移至其安裝位置，此時(shí)，卡套便將所述的部件固定在所述的支承裝置中，并將該部件保持在卡套與所述元件之間的切削位置上，這樣一組新的部件便被安裝完畢，然后將所述的工具拉出，鉆進(jìn)可繼續(xù)進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述的結(jié)合裝置包括安裝擋塊裝置及回收擋塊裝置，以便與卡套相結(jié)合，當(dāng)工具處于安裝模式時(shí)，所述的安裝擋塊裝置是可操作的，而回收擋塊裝置是不可操作的，當(dāng)工具處于回收模式時(shí)，安裝擋塊裝置及回收擋塊裝置都是可操作的，這樣，當(dāng)所述的工具被放入鉆機(jī)中時(shí)，安裝擋塊裝置可以與卡套相結(jié)合，而當(dāng)工具被上拉第一距離時(shí)，所述的回收擋塊裝置便可與所述的套筒相結(jié)合以將卡套上拉，當(dāng)所述的工具向上穿過(guò)所述的第一距離時(shí)，所述的回收擋塊裝置便可自動(dòng)從卡套中解脫出來(lái)。
6.如權(quán)利要求5所述的工具，其中所述的工具還包括模式選擇裝置，以便使該工具可以在其安裝模式與回收模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該裝置包括一個(gè)以可滑動(dòng)及可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述工具主體部上的選擇套筒，該套筒帶有安裝孔眼及回收孔眼，所述的安裝擋塊裝置及回收檔塊裝置分別可穿過(guò)這些孔眼而伸出，所述的選擇套筒可以從相當(dāng)于安裝模式的第一位置轉(zhuǎn)至相當(dāng)于回收模式的第二位置，在安裝模式中，所述的安裝孔眼疊置于所述安裝擋塊裝置的上方，而所述的回收孔眼則相對(duì)于所述的回收擋塊裝置錯(cuò)開(kāi)一定角度，在回收模式中，所述的安裝孔眼以及回收孔眼分別疊置于安裝擋塊裝置及回收擋塊裝置的上方。
7.如權(quán)利要求6所述的工具，其中所述的吊架裝置包括一根細(xì)長(zhǎng)的干體，當(dāng)被放置到所述的工具上時(shí)，所述的部件沿周向被支承在干體的周圍，所述的主體部帶有一條滑道，所述的干體可在該滑道中滑動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的工具，其中它還包括一個(gè)偏壓裝置，以便將所述的運(yùn)送裝置壓向一收縮位置，在該位置上，所述的干體縮入所述的主體部?jī)?nèi)，它還包括一個(gè)頂著所述的偏壓裝置用來(lái)可釋放地鎖定所述運(yùn)送裝置于一延伸位置的可釋放鎖定裝置，當(dāng)被放進(jìn)地面鉆機(jī)中，所述的工具與所述的卡套相結(jié)合之后，該裝置可以釋放所述的吊架被所述的偏壓裝置壓向所述的收縮位置，而且每個(gè)部件的一端都伸出所述工具的周邊之外，從而可以與所述的支承裝置相結(jié)合，以便將之固定在所述的切削位置。
9.如權(quán)利要求8所述的工具，其中所述的可釋放性鎖定裝置還包括一個(gè)或多個(gè)可動(dòng)銷，以便將所述的偏壓裝置維持在一種壓縮狀態(tài)，每個(gè)銷的一端貼靠所述的選擇套筒的內(nèi)周面，而所述的選擇套筒的內(nèi)周面上設(shè)有一個(gè)凹槽，當(dāng)它移動(dòng)通過(guò)銷子的一端時(shí)，該凹槽可使所述的銷子從一個(gè)固定所述偏壓裝置的位置縮回，從而將所述的偏壓裝置松開(kāi)。
10.如權(quán)利要求9所述的工具，其中所述的安裝擋塊放置在所述的主體部與選擇套筒之間，當(dāng)安裝擋塊與卡套結(jié)合時(shí)，該安裝擋塊對(duì)所述的套筒施力，使之相對(duì)主體部滑動(dòng)，這樣，所述的凹槽便越過(guò)銷子，將所述的可釋放性鎖定裝置松開(kāi)。
11.如權(quán)利要求10所述的工具，其中所述的細(xì)長(zhǎng)的干體以一個(gè)止動(dòng)器終結(jié)于主體部的遠(yuǎn)端，當(dāng)所述部件被放置在運(yùn)送裝置上時(shí)，每個(gè)部件的第二端都緊靠在該止動(dòng)器上。
12.如權(quán)利要求6所述的工具，其中所述的吊架包括若干條凹槽，它們位于所述的主體部，每個(gè)凹槽的上端部都帶有一個(gè)通向主體部外表面的斜面，選擇套筒帶有多個(gè)孔眼，該孔眼在安裝和回收方式都疊置于所述部件，這些孔眼都通過(guò)每個(gè)孔眼下端所設(shè)置的沿徑向向內(nèi)延伸的唇部抵靠所述的部件的下端，這樣，當(dāng)所述的安裝擋塊裝置在安裝模式中使卡套與工具相結(jié)合時(shí)，選擇套筒可以相對(duì)工具主體滑動(dòng)，從而使所述的唇部推動(dòng)所述的部件，并使該部件的上端沿所述的斜面滑動(dòng)，沿橫向越過(guò)工具，并與支承裝置及卡套相結(jié)合。
13.如權(quán)利要求12所述的工具，其中所述的支承裝置包括若干個(gè)切口，它們沿徑向分布在所述元件的周圍，所述部件的一個(gè)切削面可穿過(guò)該切口而伸出，以便對(duì)地面進(jìn)行切削。
14.如權(quán)利要求13所述的工具，其中所述的切削裝置是一個(gè)由若干個(gè)部件組成的擴(kuò)孔鉆。
15.如權(quán)利要求5所述的工具，其中它還包括一個(gè)傳送套筒，它可容納所述的工具，當(dāng)所述的工具被下降穿過(guò)地面鉆機(jī)時(shí)，它可防止所述的結(jié)合裝置與所述的內(nèi)周壁相接觸，直至所述的工具抵達(dá)地面鉆機(jī)中的搭接環(huán)，所述套筒的外直徑小于地面鉆機(jī)的內(nèi)直徑，而內(nèi)直徑卻大于所述搭接環(huán)的內(nèi)直徑，這樣，當(dāng)?shù)诌_(dá)所述的搭接環(huán)時(shí)，所述的傳送套筒便被所述的搭接環(huán)阻止進(jìn)一步下降，而所述的工具則可以穿過(guò)該傳送套筒及搭接環(huán)，使結(jié)合裝置可以與卡套結(jié)合在一起。
全文摘要
一種可以將切削裝置送入及送出一臺(tái)地面鉆機(jī)的工具，它可以就地更換所述的切削裝置，該切削工具是由若干個(gè)部件組成的，所述的鉆機(jī)具有支承裝置，以便在切削位置上對(duì)所述的切削裝置進(jìn)行支承，所述的工具包括用來(lái)放置上述部件的運(yùn)送裝置，以便將所述的部件送入及送出地面鉆機(jī)，當(dāng)所述的工具穿過(guò)鉆機(jī)內(nèi)某一預(yù)定位置時(shí)，該工具可以使所述的部件相對(duì)于工具進(jìn)行滑動(dòng)，從而使該部件的一端沿工具的橫向擴(kuò)展，并與上述支承裝置相結(jié)合，并且被保持在其切削位置上。
文檔編號(hào)E21B11/00GK1121555SQ95108609
公開(kāi)日1996年5月1日 申請(qǐng)日期1995年7月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月16日
發(fā)明者加文·T·麥克勞德, 馬修·V·伊根 申請(qǐng)人:唐·霍爾技術(shù)公司