钻柱分离装置、包括分离装置的钻井系统和系统的应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于钻柱的分离装置（10），该装置在纵向方向（X）上包括：用于固定在钻柱的钻杆上的第一结构（11）；用于支撑钻凿用切削工具并且相对第一结构平移活动的第二结构（12）；和在所述第一结构与第二结构之间的推力器组件。推力器组件适于在第二结构（12）上施加推力，以使所述第二结构与所述第一结构分离，对于第二结构相对第一结构的任何位置，所述推力都是恒定的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于钻柱的分离装置、包括该类分离装置的钻井系统和该类系统的应用。
技术介绍
该类分离装置的应用是在钻井、如用于生产石油的井中。在该应用中，分离装置位于例如井底，在切削工具与钻柱的钻杆之间。在钻井过程中，操作者例如操纵在井ロ的刹把，以控制钻柱的下降。承靠于井底地质构造上的切削工具则只承受钻柱钻杆重量的ー很小部分。但是，当切削工具碰击到硬度远高于地质构造普通硬度的岩石吋，则它经受沿纵向方向朝向井ロ的非常大的反作用力。这些极端反作用力的重复导致切削工具的磨损。然而更换切削工具是耗时和非常昂贵的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免切削工具承受沿钻井纵向方向的大的反作用力。根据本专利技术的ー实施方式的用于钻柱的分离装置在纵向方向上包括ー用于固定在钻柱的钻杆上的第一结构；一用于支撑钻凿用的切削工具的第二结构，所述第二结构能相对第一结构沿纵向方向平移活动；所述分离装置的特征在于其另外包括在第一结构与第二结构之间的推力器组件，所述推力器组件适于在所述第二组件上施加推力，以使所述第二结构与所述第一结构分离，所述推力对于第二结构相对第一结构的任何位置都是基本恒定的。由于这些设置，分离装置在受到高于推力的反作用カ时缩回。因此，切削工具朝分离装置的方向移动，稍微离开井底，切削工具与地质构造之间的接触减小，和对切削工具的反作用カ减小。这样，通过分离装置自动调节地质构造对切削工具的反作用力。切削工具不再承受重复的极端反作用力，因此磨损减慢。另外，分离装置具有过滤来自钻柱向切削工具的、和相反地来自切削工具向钻柱的振动的作用。则钻柱和整个钻井系统承受较小的干扰振动，这还有利于钻井控制。另外，由于分离装置的推力在第二结构在第一位置与第二位置之间相对第一结构的大移动行程上都是恒定的，因而分离装置具有的内在刚度非常低。因此，通过分离装置悬挂的切削工具的重量本身不会导致放大钻井系统振动的共振模式。在根据本专利技术的用于钻柱的分离装置的不同实施方式中，必要时可以另外采用以下设置中的ー个和/或另ー个一第二结构被引导相对第一结构沿纵向方向平移，并且推力器组件包括至少一具有弹性构件和输出臂的平衡机构，弹性构件产生与弹性构件的压缩成正比的弹性力，输出臂与所述弹性构件连接，并且输出臂能够围绕输出轴枢转；和至少ー在所述输出臂与所述第二结构之间的连接部件，用以将所述推力沿纵向方向施加给所述第二结构，所述连接部件包括轮，该轮铰接以相对输出臂转动、离开所述输出轴，并承靠在与第二结构连接并与纵向方向基本垂直 的连接表面上；一平衡机构另外包括—根据弹性构件的压缩可移动的活动构件；—围绕输入轴转动铰接的输入臂,输入臂包括与活动构件的表面接触的端部分，所述输入臂相对垂直于所述纵向方向的方向倾斜第一角度；—与所述输入臂连在一起的输入齿轮；和—与输出臂连在一起并与所述输入齿轮哨合的输出齿轮,并且输出臂相对纵向方向倾斜第二角度，所述第二角度等于所述第一角度的两倍；一活动构件沿纵向方向可平移移动，并且能按照相对所述纵向方向的倾角倾动；ー输入和输出齿轮具有角扇形件的形状，以减小平衡机构的尺寸；一推力器组件包括第一和第二平衡机构，每个平衡机构包括一输出轴，这些输出轴在纵向方向上相对于彼此错开地布置，以减小所述输出轴之间的垂直于所述纵向方向的径向距离，和以减小与推力器组件的垂直于纵向方向的径向尺寸；—第一和第二平衡机构的输入齿轮相互哨合；一推力器组件包括多个模块，所述多个模块彼此相继地沿纵向方向安装在第一结构与第二结构之间，每个模块在所述第二结构上提供一部分推力，以使所述多个模块的推力部分的总和等于该推力器组件的推力；一多个模块相同，每个模块提供的推力部分相同；一推力器组件包括至少ー个沿纵向方向穿过所有模块的拉杆，其适于使模块与第一结构连在一起，并且每个模块包括至少ー个用于接受所述推力部分的推杆，一模块的推杆用于推动下ー模块的推杆或者以所述推力推动第二结构；ー每个模块包括一膨胀部件，其适于使模块与同第一结构连在一起的外管相联接;一在每个推杆与下一推杆之间安置一弾性元件；ー每个模块包括一内管部分和围绕内管部分的一外管部分，其中-外管部分彼此相继地联接并联接到所述第一结构；-内管部分彼此相继地联接并联接到所述第二结构；和-每个模块将所述推力部分提供给所述模块的内管部分；—推力器组件容置于径向地延伸在内管与外管之间的环形空间中，内管用于使至少一流体引导在所述内管内，外管与第一结构相联接，外管包围所述推力器组件；一所述推力器组件的一些元件彼此通过套箍、然后在套箍后通过销接相联在一起进行组装，以便能够抵抗施加在被组装的这些元件上的机械应カ。本专利技术还涉及包括上述分离装置的钻井系统，该钻井系统另外包括一包括至少ー个钻杆的钻柱，所述钻柱与分离装置的第一结构连接；一用于钻凿地质构造的切削工具，切削工具与分离装置的第二结构连接；和—在钻井井ロ的钻柱保持装置，其适于控制钻柱在钻井中的上升和下降。在根据本专利技术的钻井系统的不同实施方式中，必要时可以另外使用以下设置中的ー个和/或另ー个一分离装置包括至少ー个移动传感器，用以确定第二结构相对第一结构的位置，并且该钻井系统包括传输部件，用以将所述位置传输给保持装置以控制钻柱的保持力；一如果位置指示第二结构在第一结构附近，则增加钻柱的保持力，如果位置指示第二结构远离第一结构，则减小钻柱的保持力。本专利技术还涉及上述钻井系统的应用，其中一确定钻柱的保持力，使所述保持力保持恒定；一钻进地质构造一段预定距离，所述预定距离小于分离装置的行程；一測量与切削工具为钻进所述预定距离的角转动相对应的角度；和 一通过预定距离与测得的角度之比，来确定对于所述地质构造的每转的切削深度。可选地，本专利技术涉及上述钻井系统的应用，其中；一确定钻柱的保持力，使所述保持力保持恒定；ー以切削工具的预定转动角度钻凿地质构造；一測量对应于切削工具的为以所述预定转动角度钻凿的前进量的距离，所述距离是分离装置的第一结构和第二结构之间的距离；和一通过测得的距离与预定转动角度之比，来确定对于所述地质构造的每转的切削深度。由于这些设置，可以利用直接测得的井底信息来确定每转的切削深度。则非常准确地确定每转的切削深度。在使用根据本专利技术的钻井系统的不同实施方式中，必要时可以另外使用以下设置中的ー个和/或另ー个一保持カ为零；和一每转的切削深度允许通过切削工具的切削模型确定井底岩石強度。本专利技术还涉及分离装置。文献FR-2814449描述了载荷移动装置，如用于搬运桩子或板桩。但是，该类装置只能补偿载荷重量，即沿竖直方向的力。本专利技术的目的在于能够补偿沿任何方向的力。根据本专利技术ー实施方式的分离装置在纵向方向上包括ー用于固定在钻柱的钻杆上的第一结构；一用干支撑钻凿用的切削工具的第二结构，所述第二结构是活动的和被引导相对第一结构沿纵向方向平移；一在所述第一结构与第二结构之间的推力器组件，所述推力器组件适于在所述第ニ结构上施加推力，以使所述第二结构与所述第一结构分离，对于第二结构相对第一结构的任何位置，所述推力基本恒定；一推力器组件包括至少ー个具有弹性构件和输出臂的平衡机构，弾性构件产生与弹性构件的压缩成正比的弾性力，输出臂与所述弹性构件连接，并且输出臂能够围绕输出轴枢转；分离装置的特征在于，推力器组件包括输出臂与第二结构之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.20 FR 10503721.用于钻柱的分离装置(10)，所述分离装置在纵向方向(X)上包括 一第一结构(11)，其用于固定至钻柱的钻杆； 一第二结构(12)，其用干支撑钻凿用的切削工具，所述第二结构(12)能沿所述纵向方向(X)相对所述第一结构(11)平移活动； 所述分离装置的特征在干，该分离装置另外还包括在所述第一结构与所述第二结构之间的推力器组件，所述推力器组件适于在所述第二结构(12)上施加推力，以使所述第二结构与所述第一结构分离，对于所述第二结构相对所述第一结构的任何位置，所述推力都是基本恒定的。2.如权利要求I所述的分离装置，其中，所述第二结构(12)被引导沿所述纵向方向(X)相对所述第一结构(11)平移，并且所述推力器组件包括 一至少一平衡机构(20)，其包括弹性构件(21、22)和输出臂(31)，所述弹性构件(21、22)产生与所述弹性构件的压缩(X)成正比的弾性力，所述输出臂(31)连接至所述弹性构件(21、22)并且适于围绕输出轴(2も)枢转；和 一至少ー在所述输出臂(31)与所述第二结构(12)之间的连接部件，用以将所述推力沿所述纵向方向(X)施加给所述第二结构(12)，所述连接部件包括轮(312)，所述轮铰接以相对所述输出臂(31)转动、离开所述输出轴()并承靠在连接表面上，所述连接表面连接至所述第二结构(12)和基本垂直于所述纵向方向(X)。3.如权利要求2所述的分离装置，其中，所述平衡机构(20)另外还包括 一活动构件(23、24)，其能根据所述弹性构件的压缩(X)移动； 一输入臂(25 )，其被铰接以围绕输入轴(25,)转动，并且该输入臂包括与所述活动构件(23,24)的表面接触的端部分，所述输入臂(25)相对垂直于所述纵向方向(X)的方向倾斜第一角度； ー输入齿轮(27)，其与所述输入臂(25)连在一起；和 ー输出齿轮(29)，其与所述输出臂(31)连在一起并与所述输入齿轮(27)相啮合，所述输出臂(31)相对所述纵向方向(X)倾斜第二角度，所述第二角度等于所述第一角度的两倍。4.如权利要求3所述的分离装置，其中，所述活动构件(23)能沿所述纵向方向(X)平移移动，和适于按照相对所述纵向方向的倾角倾动。5.如权利要求3所述的分离装置，其中，所述输入齿轮(27)和所述输出齿轮(29)具有角扇形件的形状，以减小所述平衡机构的尺寸。6.如权利要求2所述的分离装置，其中，所述推力器组件包括第一和第二平衡机构(20a、20b),姆个平衡机构包括一输出轴,所述输出轴(29^3(^)相对于彼此在纵向方向(X)上以错开的方式布置，以减小所述输出轴之间的垂直于所述纵向方向的径向距离，和以减小所述推力器组件的垂直于所述纵向方向的径向尺寸。7.如权利要求6和3所述的分离装置，其中，所述第一和第二平衡机构(20a、20b)的输入齿轮(27、28)相互啮合。8.如权利要求I所述的分离装置，其中，所述推力器组件包括多个模块(13)，所述多个模块彼此相继地沿纵向方向安装在所述第一结构(11)与所述第二结构(12)之间，每个模块(13)提供一推力部分到所述第二结构(12)上，以使所述多个模块(13)的推力部分的总和等于所述推力器组件的所述推力。9.如权利要求8所述的分离装置，其中，所述多个模块(13)是相同的，每个模块提供一相同的推力部分。10.如权利要求8所述的分离装置，其中，所述推力器组件包括至少ー个拉杆(14)，所述至少一个拉杆沿所述纵向方向(X)穿过所有模块和...

【专利技术属性】
技术研发人员：让马克·洛里奥，克里斯蒂安·萨莱斯，
申请(专利权)人：让马克·洛里奥，克里斯蒂安·萨莱斯，
类型：
国别省市：