钻探装置和用于将钻杆元件拧紧到钻探装置的方法制造方法及图纸

钻探装置和用于将钻杆元件拧紧到钻探装置的方法。钻探装置具有转动地驱动钻杆元件且可沿导向件线性调节的钻头驱动器；线性调节钻头驱动器的定位装置；用于接收和保持至少带第一螺纹区域的第一钻杆元件的接收部分；布置在钻头驱动器上用于保持至少带第二螺纹区域的第二钻杆元件的夹紧装置；控制单元，通过其可致动钻头驱动器和定位装置以将两个区域拧紧在一起。通过距离测量装置可将钻头驱动器沿导向件的调节距离作为实际值检测。通过控制单元可检测钻头驱动器在拧紧期间的旋转速度，考虑到预定螺纹常数可将调节距离确定为标称值。由控制单元执行标称值和实际值的比较，可确定差值。钻头驱动器和/或定位装置可由控制单元根据确定的差值调节。

【技术实现步骤摘要】
钻探装置和用于将钻杆元件拧紧到钻探装置的方法
本专利技术涉及一种钻探装置，其具有驱动器，该驱动器设计成用于以转动方式驱动钻杆元件并且沿着引导件、特别是栓柱线性地可调节；用于钻头驱动器的线性调节的定位装置；用于接收并保持至少带有第一螺纹区域的第一钻杆元件的接收部分；夹紧装置，其布置在钻头驱动器上，用于保持至少带有第二螺纹区域的第二钻杆元件，第二螺纹区域可拧紧以配合到第一螺纹区域；和控制单元，根据权利要求1的前序部分，钻头驱动器和定位装置可通过控制单元被致动以便将第一螺纹区域和第二螺纹区域拧紧在一起。本专利技术还涉及一种用于将钻杆元件拧紧到钻探装置上的方法，钻探装置具有钻头驱动器，其以转动方式驱动钻杆元件并且沿着引导件（特别是栓柱）线性地位移；用于钻头驱动器的线性调节的定位装置；接收和保持至少带有第一螺纹区域的第一钻杆元件的接收部分；布置在钻头驱动器上并且保持至少带有第二螺纹区域的第二钻杆元件的夹紧装置，其中，为了拧紧，第二钻杆元件通过钻头驱动器旋转；和控制单元，根据权利要求7的前序部分，通过控制单元以受控的方式致动钻头驱动器和定位装置，其中第一螺纹区域和第二螺纹区域拧紧在一起。
技术介绍
为了产生带有更大钻探深度的钻探，需要钻杆由若干钻杆元件组成。一个钻杆元件的长度近似对应于钻探装置的栓柱的高度。借助于钻头驱动器，首先将第一钻杆元件夹紧并以旋转的方式引入地面。随后，将也可称为旋转驱动头的钻头驱动器重置并设有新的钻杆元件。它在其下侧具有螺纹区域，其可被拧紧从而配合到钻杆元件已经钻下的端部处的匹配螺纹区域中。之后，可执行进一步的钻探步骤。当产生例如带有相对较大的钻探深度的水、燃气或石油钻探时，可能需要以这种方式组成多个钻杆元件。相反地，在完成钻探时，钻杆元件也可从地面再次收回，并且可释放拧紧连接。当借助于拧紧结合两个钻杆元件时，钻头驱动器产生用于拧紧过程的旋转运动。同时，钻头驱动器必须相应地沿着轴向方向上的轨迹。从US2008/0093088A1已知的是，根据转动速度和螺距确定钻头驱动器在拧紧期间的进给运动。然而，当将钻杆元件拧紧在一起时，当拧紧螺纹接合时并不总是很明显。例如，在拧紧运动开始时可能发生空转，在此期间两个相对的螺纹区域尚未接合，且因此不发生轴向运动。如果钻头驱动器早在空转期间轴向位移，这可导致螺纹圈上的过度载荷并增加摩擦磨损以及增加拧紧所需的力。如果螺纹过早接合，也会出现相应的载荷，使得钻头驱动器滞后于实际的拧紧运动。为了避免过度载荷，US2008/0093088A1教导了提供带有钻头驱动器的钻杆的绳悬架且测量悬置的载荷。如果超过预定的极限载荷，则钻头驱动器的转动速度会相应地改变，直到极限载荷再次欠载。对于实际操作而言，其中存在带有脏螺纹区域的钻杆元件或者在使用过的钻杆元件的情况下会出现变形的螺纹区域，所以限制载荷必须设定得相对高。因此，也在这些已知的自动拧紧方法中，螺纹的载荷和应力也相对高。这导致钻杆元件的磨损增加和使用寿命降低。可以从WO2013/081467A1中获得用于自动拧紧钻杆元件的类似方法和装置。在这种已知的方法中，也检测轴向重力并且因此检测轴向载荷并且用于控制拧紧运动。此外，从US5,321,506已知用于预安装钻杆元件的方法，其中将螺纹套筒拧紧到钻杆元件的螺纹区域上。然而，拧紧运动不是在钻探装置上执行，而是在水平位置的组装装置中执行。这样做时，可通过使用相机和视频处理器来进行位置测量。
技术实现思路
本专利技术基于提供用于将钻杆元件拧紧在一起的钻探装置和方法的目的，可利用其以有效且特别温和的方式建立或释放钻杆元件之间的拧紧连接。该目的一方面通过具有权利要求1的特征的钻探装置并且另一方面通过具有权利要求7的特征的方法来实现。本专利技术的优选实施例在相应的从属权利要求中陈述。根据本专利技术的钻探装置的特征在于设置了距离测量装置，通过其可将钻头驱动器沿着引导件的调节距离作为实际值检测，其中通过控制单元可检测在拧紧期间钻头驱动器的旋转速度，并且考虑到预定的螺纹常数，可将调节距离确定为标称值，其中通过控制单元可执行标称值和实际值的比较，并且可确定差值，并且其中钻头驱动器和/或定位装置可由控制单元根据所确定的差值调节。本专利技术的基本思想在于，基于拧紧期间的调节距离执行拧紧运动的控制。一方面，理论调节距离根据钻头驱动器的旋转速度来确定，即特别是拧紧期间的转数以及预定的螺纹常数。通过这种方式，可以确定钻头驱动器必须覆盖哪个理论调节距离，以便在拧紧期间精确地跟随轴向进给运动。该计算出的调整距离作为标称值存储在控制单元中。同时，通过距离测量装置将钻头驱动器在拧紧期间的实际位移距离检测为实际值。在控制单元中执行标称值和实际值的比较，根据情况得出其差值。根据此差值，可进行钻头驱动器和/或定位装置的复位，直到实际值近似标称值或与其对应。以这种方式，可在不对钻杆元件的螺纹区域的精密螺纹圈施加过大的轴向力的情况下实现温和的拧紧（即拧紧连接的建立或释放）。因此，减少了摩擦磨损，防止损坏并且增加了钻杆元件的使用寿命。总而言之，此外也实现了钻探装置在拧紧期间的温和且节能的操作。钻探装置可为运载车辆上的固定钻机或移动式钻探装置。基本上，作为用于钻头驱动器位移的定位装置，可使用任何适当的装置，例如链式或者轴式驱动器。根据本专利技术的实施例，特别优选的是，定位装置具有至少一个定位缸和/或绳索绞盘。一个或若干定位缸可为液压缸，其特别是布置在用于钻头驱动器的位移的栓柱上。本专利技术的有利的进一步发展在于螺纹常数包括螺距或导程。借助于这种螺纹值可确定单次旋转导致哪些轴向位移。因此，根据给定时间间隔内的旋转速度或转动速度，可容易地计算轴向调节距离。根据本专利技术的钻探装置的有利的变体在于，控制单元具有用于输入数据的输入站，特别是螺纹常数。输入站可具有惯常的人机界面，特别是输入终端或触摸屏。对于输入站具有显示器是特别有利的，在显示器上可显示可能的螺纹常数。惯常用于钻杆的螺纹类型和螺纹尺寸可存储在控制单元的适当数据存储器中。这些选项可显示在显示器上，使得操作员仅需要关于可能的螺纹常数做出选择。本专利技术的另一个优选实施例可看出，提供了用于自动检测螺纹常数的装置。为此目的，例如在钻杆元件上可设有基于查询的数据存储器，例如RFID芯片，其由钻探装置上对应查询装置读出。替代地或附加地，也可设有检测螺纹区域并确定相关螺纹常数的相机系统。借助于输入站也可输入任何其他数据，例如进给运动和钻探速度等的操作数据。此外，钻探装置在拧紧期间也具有过载保护基本上是可能的，在这种情况下，在钻头驱动器或定位装置上检测到轴向载荷。如果超过极限载荷，则拧紧过程可减慢，或者优选地终止。因此，载荷的检测代表了安全措施，然而其并未用于管理拧紧过程。根据本专利技术的方法的特征在于，提供距离测量装置，借助于距离测量装置，在拧紧期间钻头驱动器沿着引导件的调节距离作为实际值检测，其中通过控制单元在拧紧期间检测钻头驱动器的旋转速度，并且在考虑到预定螺纹常数的情况下将调节距离确定为标称值，其中由控制单元将标称值与实际值进行比较并且确定差值并且其中钻头驱动器和/或定位装置根据所确定的差值由控制单元调节。根据本专利技术的方法特别是利用上文描述的钻探装置来实现。由此可实现预先描述的优点。本专利技术的优选方法变体在于，调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钻探装置，其具有：‑ 钻头驱动器，其设计成用于以转动方式驱动钻杆元件并且沿着引导件，特别是栓柱，线性地可调节，‑ 用于所述钻头驱动器的线性调节的定位装置，‑ 用于接收和保持至少带有第一螺纹区域的第一钻杆元件的接收部分，‑ 夹紧装置，其布置在所述钻头驱动器上，用于保持至少带有第二螺纹区域的第二钻杆元件，所述第二螺纹区域可被拧紧以便配合到所述第一螺纹区域，以及‑ 控制单元，通过所述控制单元可致动所述钻头驱动器和所述定位装置，以便将所述第一螺纹区域和所述第二螺纹区域拧紧在一起，其中，‑ 提供距离测量装置，通过所述距离测量装置可将钻头驱动器沿着所述引导件的调节距离作为实际值被检测，‑ 通过所述控制单元可检测在拧紧期间所述钻头驱动器的旋转速度，并且在考虑预定螺纹常数的情况下，可将调节距离确定为标称值，‑ 通过所述控制单元可执行标称值和实际值的比较，并且可确定差值，以及‑ 所述钻头驱动器和/或所述定位装置可由所述控制单元根据所确定的差值调节。

【技术特征摘要】
2017.05.18 EP 17171659.01.钻探装置，其具有：-钻头驱动器，其设计成用于以转动方式驱动钻杆元件并且沿着引导件，特别是栓柱，线性地可调节，-用于所述钻头驱动器的线性调节的定位装置，-用于接收和保持至少带有第一螺纹区域的第一钻杆元件的接收部分，-夹紧装置，其布置在所述钻头驱动器上，用于保持至少带有第二螺纹区域的第二钻杆元件，所述第二螺纹区域可被拧紧以便配合到所述第一螺纹区域，以及-控制单元，通过所述控制单元可致动所述钻头驱动器和所述定位装置，以便将所述第一螺纹区域和所述第二螺纹区域拧紧在一起，其中，-提供距离测量装置，通过所述距离测量装置可将钻头驱动器沿着所述引导件的调节距离作为实际值被检测，-通过所述控制单元可检测在拧紧期间所述钻头驱动器的旋转速度，并且在考虑预定螺纹常数的情况下，可将调节距离确定为标称值，-通过所述控制单元可执行标称值和实际值的比较，并且可确定差值，以及-所述钻头驱动器和/或所述定位装置可由所述控制单元根据所确定的差值调节。2.根据权利要求1所述的钻探装置，其特征在于，所述定位装置具有至少一个定位缸和/或绳索绞盘。3.根据权利要求1所述的钻探装置，其特征在于，所述螺纹常数包括螺距或导程。4.根据权利要求1所述的钻探装置，其特征在于，所述控制单元具有用于输入数据，特别是螺纹常数，的输入站。5.根据权利要求4所述的钻探装置，其特征在于，所述输入站具有显示器，在所述显示器上可示出可能的螺纹常数。6.根据权利要求1所述的钻探装置，其特征在于，提供了用于自动检测螺纹常数的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S沙伊普，R沃尔夫，
申请(专利权)人：普拉克拉钻井技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE