CN104870742B - 用于操纵钻柱的钻柱部件的装置、用于操纵钻柱部件的方法以及凿岩钻机 - Google Patents

Abstract

一种用于凿岩钻机(1)的操纵装置(5)，所述操纵装置(5)用于操纵钻柱的钻柱部件，其中所述操纵装置包括直线引导件(6)、可沿直线引导件(6)移位的滑块(7)、以及由滑块支承的夹持装置(8)，所述夹持装置(8)可在凿岩钻机内的钻柱位置与凿岩钻机外的递送位置之间移位。夹持装置由可以绕第一旋转轴线(V1)转动的方式被驱动的转动臂支承。所述转动臂(21)可以相对于滑块(7)绕第二旋转轴线(V2)转动的方式被驱动。转动臂支承件(22)和转动臂(21)可以绕第三旋转轴线(V3)转动的方式被驱动以便使夹持装置(8)转动至钻柱位置。本发明还涉及一种方法以及凿岩钻机。

Description

用于操纵钻柱的钻柱部件的装置、用于操纵钻柱部件的方法以及凿岩 钻机

技术领域

本发明涉及一种用于凿岩钻机的操纵装置，所述操纵装置用于操纵钻柱的钻柱部件，其中用于夹持钻柱部件的夹持装置可在凿岩钻机内的钻柱位置与所述凿岩钻机外的递送位置之间移位。本发明还涉及一种方法和一种凿岩钻机。

背景技术

在用于例如勘探钻井的长的钻孔的钻探期间，消耗了大量时间以用于在钻探期间在钻柱后来被加长时操纵钻柱部件、以及用于更换钻头——这由于在钻探期间钻头的不间断的磨损而必须定期被执行。

已经提出不同的建议以促进这种操纵，其中之一是早先从AU-B-64377/96中已经知晓的用于凿岩钻机的操纵装置，其中钻柱部件被置于呈单向套筒形式的支承装置中以用于钻柱部件在水平位置与竖直位置之间的转移。这种已知的装置未提供钻柱部件的稳定的操纵。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种开头所述的装置，该装置允许对钻柱部件的灵活且仍然安全的操纵。

就根据上文所述的操纵装置而言，此目的在以下情况下得以实现，即，所述操纵装置包括布置成与进给梁相连且与进给梁平行的直线引导件，以及可沿直线引导件移位的滑块，夹持装置由转动臂支承，转动臂又由滑块支承，带有被支承的夹持装置的转动臂可借助于第一旋转体以相对于连接至滑块的转动臂支承件绕第一旋转轴线转动的方式被驱动，所述第一旋转轴线平行于由夹持装置夹持的钻柱部件的轴线且与该轴线相距一段距离转动臂支承件、并且由此带有被支承的夹持装置的转动臂、可借助于第二旋转体以相对于所述滑块绕第二旋转轴线转动的方式被驱动，所述第二旋转轴线与直线引导件以及与第一旋转轴线形成角度，并且所述转动臂支承件、并且由此带有被支承的夹持装置的转动臂、可借助于第三旋转体以绕与直线引导件平行的第三旋转轴线转动的方式被驱动，以用于将夹持装置转动至钻柱位置。

在此提出一种灵活的操纵装置，由于具有轴向上分隔开的夹持器对的夹持装置的结构与通过三个特别定位的旋转体提供的较大的控制可能性的组合，所述操纵装置一方面能够执行将钻柱部件精确地转移至钻柱位置。通过使转动臂绕第一旋转轴线转动，夹持装置可以例如旋转进入至钻柱位置中以及从所述钻柱位置中旋转出来。这还导致：夹持装置可以被微调以便夹持处于与精确的递送位置稍稍偏离的位置处的钻柱。根据本发明，用于钻柱部件的转动的旋转半径也可以被调节例如以适应所应用的不同尺寸的进给梁。

转动的能力与可沿直线引导件移位的滑块的组合允许递送位置可以沿竖直方向容易地改变以用于自由地定位具有不同尺寸和高度的匣仓，且使得即使具有多个水平高度的匣仓也可以用于本发明。

“递送位置”在此是指待由夹持装置夹持的钻柱部件的位置(拾取位置)，以及待由夹持装置释放钻柱部件的位置(释放位置)。这通常可以是匣仓中的限定的位置，但是也可以是用于被夹持或释放的钻柱部件的另外的特定的位置。

优选地，直线引导件是可以附接至进给梁的单独的单元。在此，直线引导件可以设置为用于标准的钻机而无需改变进给梁等。直线引导件也可以被应用于现有的钻机而无需对其进行较大的修改。但是，应当注意的是：可以在本发明的范围内可以将直线引导件与进给梁构造成一个单元。

第三旋转轴线优选地定位在直线引导件与位于进给梁上的用于直线引导件的紧固点之间，其中绕平行于直线引导件的第三旋转轴线转动的能力还包括以转动的方式驱动直线引导件。这使得操纵装置可具有大的运动范围且允许支承滑块的部件与第三旋转轴线定位在滑块与夹持装置之间的情况相比而言具有更高程度的刚度。

特别优选的是：沿被夹持的钻柱部件的轴向方向观察，所述夹持装置被支承成能够以可沿转动臂轴向移位的方式被驱动。这在沿待被夹持的钻柱部件的轴向方向定位夹持装置方面提供了优势。特别是在与沿直线引导件的可移位性相结合的情况下。此外，沿转动臂的可移位性使得调节用于在进给梁的不同的倾斜度中并且因此在直线引导件的不同的倾斜度中的钻探操作的递送位置的可能性增加。这种沿着转动臂的可移位性借助于液压缸以适当的方式实现。

用于第二旋转体的支承件以适当的方式刚性地连接至滑块。进一步优选的是：从第一旋转体突出的第一退出轴刚性地连接至转动臂，且从第二旋转体突出的第二退出轴刚性地连接至第一旋转体的主体部分。这允许有稳定且紧凑的结构。

优选的是：第二旋转轴线与直线引导件且与第一旋转轴线基本形成直角。

直线引导件优选地包括呈链传动或液压缸形式的用于滑块的直线驱动装置。

操纵装置优选地还包括具有用于支承钻柱部件的支承构件的匣仓。这些单元可以以有利的方式相互旋转以实现其运动形式的共同调节。所述匣仓以适当的方式可移位地连接至所述凿岩钻机，这对于适应于进给梁的已有的倾斜度是有利的。特别地，匣仓可沿与容纳在匣仓中的钻柱部件的轴向方向平行的方向移位。

匣仓优选地在多个高度(level)包括呈部件托架形式的支承构件，其中在一个高度上的部件托架可被去除以允许接近位于下方高度上的钻柱部件。

所述支承构件以适当的方式布置成用于在相同高度上接收多个钻柱部件，其中所述支承构件可被调节为在处于所述夹持装置的拾取位置时向所述递送位置倾斜且在处于所述夹持装置的释放位置时自所述递送位置倾斜。

所述夹持装置优选地具有相对于钻柱部件的长度的较大的轴向延伸度且优选地包括至少两个轴向间隔开的夹持器对，以便因最小的晃动趋势而实现对钻柱部件的稳定的夹持。

本发明还涉及一种用于操纵凿岩钻机的钻柱的钻柱部件的方法，其中所述方法包括：使滑块沿被布置成与所述进给梁平行的直线引导件移位，利用由所述滑块支承的夹持装置夹持钻柱部件，以及使所述夹持装置在凿岩钻机内的钻柱位置与凿岩钻机外的递送位置之间移位。所述方法还包括：使支承所述夹持装置的转动臂相对于连接至所述滑块的转动臂支承件绕第一旋转轴线转动，所述第一旋转轴线平行于由夹持装置夹持的钻柱部件的轴线且与该轴线相距一段距离，使所述转动臂支承件、并且由此使带有被支承的夹持装置的所述转动臂、相对于所述滑块绕第二旋转轴线转动，所述第二旋转轴线与直线引导件以及与第一旋转轴线形成角度，以及使所述转动臂支承件、并且由此使带有被支承的夹持装置的转动臂、绕平行于直线引导件的第三旋转轴线转动，以便使所述夹持装置转动至钻柱位置。

通过此方法，实现了与本发明的装置相关的优点相对应的优点。

与根据上文的从属装置的特征相对应的特征可与本发明方法相结合而应用并导致相对应的优点。

本发明还涉及一种具有可沿进给梁移位的旋转体且包括本发明的操纵装置的凿岩钻机。

下面将通过实施方式并参考附图更详细地描述本发明。

附图说明

在附图中：

图1示出装备有用于凿岩机的进给梁以及用于操纵钻柱部件的装置用的直线引导件的凿岩钻机，

图2以较大的比例示出与进给梁分离的图1中的用于操纵钻柱部件的装置，

图3以较大比例示出用于操纵钻柱部件的装置的细节的放大图，

图4示出处另一位置的于图2的装置；

图5示意性示出根据本发明的方法的序列的方块图；以及

图6a、6b、6c和6d示意性示出在方法序列期间所述装置的运动。

具体实施方式

图1示意性示出凿岩钻机1，其装备有进给梁2，支承凿岩机4的(凿岩机)滑块3可在所述进给梁2上往复移动。在进给梁2上紧固有用于操纵钻柱部件的装置5，所述用于操纵钻柱部件的装置5包括直线引导件6，带有夹持装置8的(操纵)滑块7可在所述直线引导件6上往复移动。

用于操纵钻柱部件的装置5被布置成操纵存储于凿岩钻机附近的用于钻柱部件的匣仓(未示出)中的钻柱部件并且将钻柱部件相继定位在凿岩机4的钻柱位置。用于操纵钻柱部件的装置5还被布置成在钻柱从钻孔中被取出时，例如在需要更换钻头时，将钻柱部件从钻柱位置相继移除且将其放置于所述匣仓中。

在图2中示出直线引导件6以及可往复移动的滑块7，夹持装置8附接于滑块7上，所述夹持装置8包括两个当沿被夹持的钻柱部件的轴向方向观察时轴向上分隔开的夹持器对9。同样沿被夹持的钻柱部件的轴向方向观察，所述夹持装置8被支承为可沿着转动臂21轴向地移位。转动臂21连接至转动臂紧固器22且又借助于第一旋转体11能够和被支承的夹持装置8一起以绕第一旋转轴线V1相对于滑块7转动的方式被驱动，所述第一旋转轴线V1平行于被夹持装置夹持的钻柱部件(未示出)的轴线A并与所述轴线A相距一段距离。

通过此以转动的方式被驱动的能力，夹持装置的位置可以例如在夹持钻柱部件之前被横向地微调以便弥补与期望的递送位置的无意的偏离。

带有被支承的夹持装置8的转动臂21可通过第二旋转体12以相对于支承件23和滑块7绕第二旋转轴线V2转动的方式被驱动，所述第二旋转轴线V2与直线引导件6以及与第一旋转轴线V1形成角度。这种可转动性导致如下结果：转动臂21可以从平行于直线引导件6的位置转动至用于在转动臂21与直线引导件6之间形成角度的位置。

转动臂支承件22、并且由此带有被支承的夹持装置8的转动臂21、可进一步借助于第三旋转体15以绕与直线引导件6平行的第三旋转轴线V3转动的方式被驱动，以便使夹持装置转动至钻柱位置。

在这种情况下，第三旋转轴线V3定位在直线引导件6与位于进给梁2上的用于直线引导件6的紧固点之间，从而绕平行于直线引导件6的第三旋转轴线V3转动驱动的能力还包括转动驱动直线引导件6。用于操纵钻柱部件的装置5因此在这种情况下越过第一支承件13和第二支承件14被紧固至进给梁2。带有被支承的滑块7(以及由该滑块承载的部件)的直线引导件6可相对于支承件13和14转动且可通过第三旋转体15绕第三旋转轴线V3转动至进给梁。

夹持装置8还提供用于被夹持的钻柱部件的轴向止挡件10。

在示出的实施方式中，第一旋转轴线V1垂直于第二旋转轴线V2，所述第二旋转轴线V2又垂直于第三旋转轴线V3。但是，第二旋转轴线V2定位成与第一旋转轴线V1或与第三旋转轴线V3相距一段距离且并不与此二者相交。

滑块7还装备有安全制动器16，所述安全制动器16与制动梁17共同操作，所述制动梁17沿着直线引导件6布置且在每一侧上设置有制动表面。在示出的示例中，安全制动器16是通常被锁定的夹紧制动器，所述夹紧制动器在未被加载的情况下夹紧在制动梁17上，使得带有相关联的夹持装置8的滑块7相对于直线引导件被锁定以用于防止带有夹持装置——该夹持装置可能带有被夹持的沉重的钻柱部件——的滑块掉落至最低位置，在这种情况下可能发生操作员和附近的可能的其他人员受到伤害的严重的风险。

滑块7还具有用于与驱动链共同操作的其他装置，该驱动链用虚线以18表示。

此驱动链由驱动器装置19——部分地示出于图2中——驱动以用于滑块7沿直线引导件6的往复运动。驱动链被定位成环形使得驱动链通过传动装置20以及定位在直线引导件6的下部处的未示出的可自由旋转的链轮与驱动器装置19共同操作，如图2所示。

在图3中，出于清晰的目的，以较大的比例且以稍微变化的透视角度示出滑块7的布置。在此滑块已经被置于靠近第一支承件13的上部位置。液压缸48沿着转动臂21布置以用于往复地驱动夹持装置8。

图4示出装置5，其中转动臂21围绕轴线V2向下转动，使得转动臂21连同夹持装置8处于水平位置，该水平位置通常适于夹持钻柱部件。由于滑块7可以沿直线引导件6上下移位，且夹持装置可沿着转动臂21移位，夹持装置可被竖向地以及纵向地调节以便被恰当地定位至待被夹持的钻柱部件。此外，围绕轴线V1的可转动性使得在需要的情况下可以横向地调节。

图5示出根据本发明的用于操纵且在此情况下夹持钻柱部件并将其定位至钻柱位置的方法的序列的方块图，其中：

位置41表示序列的开始。

位置42表示通过使转动臂旋转且可能地使转动臂上的夹持装置轴向地移位，使具有张开的夹持器对的夹持装置与匣仓中递送位置处的钻柱部件对齐。

位置43表示通过使带有被支承的夹持装置的滑块的转动臂向下转动和/或移位，夹持装置被向下置于夹持器对的夹持位置。参见图6a。

位置44表示夹持装置的夹持器对被置于夹持钻柱部件。

位置45表示具有已夹持的夹持装置的滑块向上移位，转动臂向上转动至基本平行于直线引导件的位置。参见图6b。现在转动臂被转动成使得夹持装置的方向改变大约180°。参见图6c。

位置46表示第三旋转体被致动以用于将钻柱部件转动至钻柱位置。参见图6d。

位置47表示通过致动凿岩钻机的旋转体、打开夹持器对、将夹持装置从钻柱部件中除去而将该钻柱部件与属于钻柱的一部件螺纹连接在一起，且随即结束所述序列。

在某些情况下，不同的转动运动可以交叉且以逆序进行，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。在某些情况下，钻柱部件需要被轴向地移位且在位置44的序列步骤的范围内被重新夹持，以便确保钻柱部件的端部抵接与夹持装置相关联的端部止挡件。

本发明可以在所附权利要求的范围内变化。旋转体可以以不同的方式且以除附图中所示之外的其他的相互角度布置。

可以使用用于定位、夹持钻柱部件以及在钻机和匣仓中的钻柱位置之间转移钻柱部件的自动控制装置对根据本发明的装置进行补充。

参考图6a，操纵装置5适当地包括具有用于钻柱部件100的支承构件98的匣仓99。匣仓以适当的方式可移位地连接至凿岩钻机以便利于在进给梁的不同角度位置下的定位。特别地，匣仓可沿与容纳在匣仓中的钻柱部件的轴向方向平行的方向以适当的方式移位。此外，优选的是匣仓在多个高度包括呈部件托架形式的支承构件98，并且在一个高度上的部件托架可以被去除以便接近下方高度上的钻柱部件，其中适当地，所述支承构件被布置为用于在相同高度上接收多个钻柱部件，其中所述支承构件可被调节为在处于所述夹持装置的拾取位置时朝向所述递送位置倾斜且在处于所述夹持装置的释放位置时自所述递送位置倾斜。

Claims (23)

1.用于凿岩钻机(1)的操纵装置(5)，所述操纵装置(5)用于操纵钻柱的钻柱部件，所述钻柱能够由能够沿所述凿岩钻机的进给梁(2)移位的旋转体(4)驱动，其中用于夹持钻柱部件的夹持装置(8)能够在所述凿岩钻机内的钻柱位置与所述凿岩钻机外的递送位置之间移位，

其特征在于，

-所述操纵装置包括布置成与所述进给梁(2)相连且与所述进给梁(2)平行的直线引导件(6)、以及能够沿所述直线引导件(6)移位的滑块(7)，

-所述夹持装置(8)由转动臂(21)支承，所述转动臂(21)又由所述滑块支承，

-带有被支承的夹持装置的所述转动臂能够借助于第一旋转体(11)被相对于连接至所述滑块的转动臂支承件(22)绕第一旋转轴线(V1)转动驱动，所述第一旋转轴线(V1)平行于由所述夹持装置夹持的钻柱部件的轴线(A)且与所述轴线(A)相距一段距离，

-所述转动臂支承件(22)、以及由此带有被支承的夹持装置(8)的所述转动臂(21)能够借助于第二旋转体(12)以相对于所述滑块(7)绕第二旋转轴线(V2)转动的方式被驱动，所述第二旋转轴线(V2)与所述直线引导件(6)以及与所述第一旋转轴线(V1)形成角度，并且

-所述转动臂支承件(22)、以及由此带有被支承的夹持装置(8)的所述转动臂(21)能够借助于第三旋转体(15)以绕与所述直线引导件平行的第三旋转轴线(V3)转动的方式被驱动，以便使所述夹持装置(8)转动至所述钻柱位置。

2.根据权利要求1所述的操纵装置，其特征在于，所述直线引导件(6)是能够被紧固至所述进给梁(2)的单独的单元。

3.根据权利要求2所述的操纵装置，其特征在于，所述第三旋转轴线(V3)定位于所述直线引导件(6)与位于所述进给梁上的用于所述直线引导件(6)的紧固点之间，从而绕与所述直线引导件平行的所述第三旋转轴线(V3)的可转动驱动性能还包括以转动的方式驱动所述直线引导件(6)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的操纵装置，其特征在于，沿被夹持的钻柱部件的轴向方向观察，所述夹持装置(8)被支承成能够以可沿所述转动臂(21)轴向地移位的方式被驱动。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的操纵装置，其特征在于，用于所述第二旋转体的支承件刚性地连接至所述滑块(7)。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的操纵装置，其特征在于，

-从所述第一旋转体(11)突出的第一退出轴刚性地连接至所述转动臂(21)，且

-从所述第二旋转体(12)突出的第二退出轴刚性地连接至所述第一旋转体(11)的主体部分。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的操纵装置，其特征在于，所述第二旋转轴线(V2)基本垂直于所述直线引导件(6)以及所述第一旋转轴线(V1)。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的操纵装置，其特征在于，所述直线引导件(6)包括用于所述滑块(7)的直线驱动装置。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的操纵装置，其特征在于，所述操纵装置还包括具有用于钻柱部件的支承构件的匣仓。

10.根据权利要求9所述的操纵装置，其特征在于，所述匣仓能够以可移位的方式连接至所述凿岩钻机。

11.根据权利要求10所述的操纵装置，其特征在于，所述匣仓能够沿与被容纳在所述匣仓中的钻柱部件的轴向方向平行的方向移位。

12.根据权利要求9所述的操纵装置，其特征在于，所述匣仓在多个高度包括呈部件托架形式的支承装置且在一个高度上的所述部件托架能够被去除以用于接近在下方高度上的钻柱部件。

13.根据权利要求12所述的操纵装置，其特征在于，所述支承装置适于在相同高度上接收多个钻柱部件，其中所述支承装置能够被调节为在处于所述夹持装置的拾取位置时朝向所述递送位置倾斜且在处于所述夹持装置的释放位置时自所述递送位置倾斜。

14.根据权利要求1-3中任一项所述的操纵装置，其特征在于，沿被夹持的钻柱部件的轴向方向观察，所述夹持装置(8)包括至少两个轴向上分隔开的夹持器对(9)。

15.用于操纵凿岩钻机(1)的钻柱的钻柱部件的方法，所述钻柱能够由能够沿所述凿岩钻机的进给梁(2)移位的旋转体(4)驱动，其中所述方法包括：

-使滑块(7)沿被布置成与所述进给梁平行的直线引导件(6)移位，

-利用由所述滑块支承的夹持装置(8)夹持钻柱部件，以及

-使所述夹持装置(8)在所述凿岩钻机内的钻柱位置与所述凿岩钻机外的递送位置之间移位，

其中所述方法还包括：

-使支承所述夹持装置(8)的转动臂相对于连接至所述滑块的转动臂支承件(22)绕第一旋转轴线(V1)转动，所述第一旋转轴线(V1)平行于由所述夹持装置夹持的钻柱部件的轴线(A)且与所述轴线(A)相距一段距离，

-使所述转动臂支承件(22)、并由此使带有被支承的夹持装置的所述转动臂相对于所述滑块绕第二旋转轴线(V2)转动，所述第二旋转轴线(V2)与所述直线引导件(6)以及与所述第一旋转轴线(V1)形成角度，以及

-使所述转动臂支承件(22)、并由此使带有被支承的夹持装置的所述转动臂绕平行于所述直线引导件的第三旋转轴线(V3)转动，以便使所述夹持装置(8)转动至所述钻柱位置。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，绕平行于所述直线引导件的所述第三旋转轴线(V3)的转动驱动还包括转动驱动所述直线引导件(6)。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，沿被夹持的钻柱部件的轴向方向观察，所述夹持装置(8)沿着所述转动臂(21)轴向地移位。

18.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述第二旋转轴线(V2)基本垂直于所述直线引导件(6)以及所述第一旋转轴线(V1)。

19.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，连接至所述凿岩钻机的匣仓相对于所述凿岩钻机移位。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述匣仓沿与被容纳在所述匣仓中的钻柱部件的轴向方向平行的方向移位。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在多个高度布置所述匣仓中的呈部件托架形式的支承装置，其中将在一个高度上的所述部件托架去除以便接近在下方高度上的钻柱部件。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述支承装置适于在相同高度上接收多个钻柱部件，其中所述支承装置被调节为在处于所述夹持装置的拾取位置时朝向所述递送位置倾斜且在处于所述夹持装置的释放位置时自所述递送位置倾斜。

23.具有能够沿进给梁移位的旋转体的凿岩钻机，其特征在于，所述凿岩钻机包括根据权利要求1-14中任一项所述的操纵装置。