水平定向的钻井系统的制作方法
【专利摘要】本公开提供了一种钻井机构造以及相关的方法，其避免了钻井泥浆污染流动通过钻井机的驱动系统的液压流体。所公开的系统和方法提供了一种很少需要维护的钻井泥浆抗污染系统以及能够很快且容易地执行维护的系统。
【专利说明】水平定向的钻井系统
[0001]本申请于2012年10月3日作为PCT国际专利申请提交，并要求2011年10月3日提交的美国临时专利申请N0.61/542，577的优先权，该美国专利申请的公开内容在此通过引用全部并入本文中。
【技术领域】
[0002]本公开提供了一种用于定向钻井(directional drilling)的设备和方法。
【背景技术】
[0003]用于地下打孔的定向钻孔机以及钻孔方法是已知的。一般的定向钻孔机通常构造成驱使一系列端到端连结的钻杆进入地下以形成钻柱。钻柱的端部处是旋转的钻井工具。一般的，由泥浆马达或轴向旋转的钻柱本身驱动钻井工具的旋转。在钻孔操作过程中，能够使用各种技术和构造来操纵钻柱。需要对定向钻孔机、用于这种机械的钻柱以及定向钻井的方法进行改进。
【发明内容】
[0004]本公开提供了一种钻井机构造以及有关方法，其避免了钻井泥浆污染流动通过钻井机的驱动系统的液压流体。所公开的系统和方法提供了一种很少需要维护的钻井泥浆抗污染系统以及能够很快且容易地执行维护的系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1是根据本公开的钻井机的部分的剖视图；
[0006]图2是图1的钻井机的驱动装置的放大视图，示意性地图示了液压回路和钻井泥浆；
[0007]图3是图2的一部分的放大视图；
[0008]图4示出了包含本公开的特征的钻井机；
[0009]图5A为本公开的第一替代实施例；
[0010]图5B是图5A的一部分的放大视图；
[0011]图6A为本公开的第二替代实施例；
[0012]图6B是图6A的一部分的放大视图；
[0013]图7A为本公开的第三替代实施例；以及
[0014]图7B是图7A的一部分的放大视图。
【具体实施方式】
[0015]能够利用本发明的各方面的机器例如可以为图4所示的机器，其主要用于水平面钻孔，其中，该孔以一般从水平方向测量10度到30度之间的一角度进入地下。然而，应当认识到，本发明并不限于此构造，其也可以应用于构造成竖直钻孔的钻井机，其一般包括相同的基本机械元件。
[0016]钻井机的基本元件包括底盘，在一些实施例中，该底盘可移动地支撑在轮或轨上。该底盘支撑钻柱驱动装置10和装卸机构(break out mechanism) 12。
[0017]钻柱驱动装置10构造成使钻柱14绕着钻井轴线旋转，并通过沿着机架16纵向地移动来推送和拉出钻柱14。钻柱14由任意数量的单个钻杆构成，这些钻杆已被端到端地连接。通过控制俯仰或倾斜机构(例如，液压缸)能够调节钻柱驱动装置10相对于地面的角度。也就是说，该俯仰或倾斜控制机构能够用于在钻柱14被引入地下时控制钻柱14的竖直朝向。钻杆装载装置300构造成在钻柱驱动装置和钻杆储存单元之间传送钻杆。
[0018]在所示实施例中，钻柱驱动单元10构造成向着装卸机构12被驱动以将钻柱14的一部分推送入地下，以及远离装卸机构12被驱动以将钻柱14的一部分从地下拉出。在该推送和拉出过程中，驱动单元10还能够使钻柱14绕着其纵向轴线旋转。在所示实施例中，钻柱驱动装置10包括与机架16相接合的滑架18。该滑架18支撑驱动单元10，并使驱动单元10相对于框架18沿着轴向方向移动。在所示实施例中，滑架18包括驱动滑架18沿着机架16移动的两个液压马达20，22。
[0019]装卸机构12构造成在添加或移除钻柱的部分(钻杆)时将钻柱14保持在适当位置。在添加钻杆的过程中，装卸机构12固定钻柱14的上端，同时钻杆装载装置将要被添加至钻柱14的钻杆与驱动单元10和钻柱14的上端对齐。对于没有杆装载机构的机器，钻杆用一替代方法保持对齐。一旦新添加的杆的下端被固定到钻柱的上端，装卸机构12释放钻柱14,允许驱动单元10旋转并推动钻柱14进一步进入地下。
[0020]在钻杆移除过程中，装卸机构12固定钻柱14的上端，同时要被移除的钻杆从钻柱14卸下，并被钻杆装载装置从钻柱14不与钻柱14对齐地传送。对于没有杆装载机构的机器，钻杆用一替代方法保持对齐。一旦杆被移除，驱动单元10向下移动到钻柱14的上端并与其连接。装卸机构12然后释放钻柱14的端部，从而允许驱动单元旋转并进一步从地下拉出钻柱14。
[0021]本公开结合了对于钻井系统特别有益的钻井机的特征，该钻井系统中钻柱为双管、管路或杆构造，该构造中具有外部构件和内部构件。外部构件被称为外壳或外杆或外管，而内部构件被称为内杆或内管。在本文中，钻井系统将被称为双杆系统。然而，应当认识到本公开的特征也能够用于单杆机中。
[0022]参见图2，本发明的钻杆驱动单元10包括内杆驱动装置和外杆驱动装置两者，其中该内杆驱动装置具有用于旋转双杆钻柱的内杆的内杆驱动转轴24(内杆驱动轴)，该外杆驱动装置具有用于旋转双杆钻柱的外杆的外杆驱动转轴26 (外杆驱动轴)。杆驱动单元10还包括补偿器装置28，该补偿器装置用于使内杆驱动转轴相对于外杆驱动转轴伸张或伸出一距离，该距离足以确保整个系统正常运行，下面将进行详细描述。
[0023]驱动单元10包括外杆驱动变速箱30，其支撑两个液压马达32和34、外杆驱动轴
26、外杆主驱动轴(head shaft) 36和一组齿轮38和40。这些部件构造成通过一装置向外杆驱动转轴26提供旋转驱动扭矩，其中该装置包括连接至适配器42的主驱动轴36，并包括构造成螺纹联接在钻柱的钻杆的外部构件的端部的外杆驱动转轴26。
[0024]钻杆驱动单元10还包括联接至内部主驱动轴46的内杆驱动马达44，其中内部主驱动轴46联接至内部驱动轴24，使得内部驱动轴24能够使用图3详细示出的部件滑动。内部主驱动轴包括内部驱动管48，该内部驱动管48具有与内部驱动轴24的非圆形部分23协作的非圆形内部轮廓。该构造允许内部驱动管25向内部驱动轴提供旋转驱动扭矩，同时允许内部驱动轴沿纵向方向滑动。在所示实施例中，内部主驱动轴46由焊接到一起的三个分开的部件构成。驱动套管47在一端焊接至内部驱动管48。驱动套管47包括构造成与内杆驱动马达44的驱动轴80相配合的驱动联轴器。在相反的端部焊接至内部驱动管48的密封适配器套管49包括构造成与可替换的密封适配器59相配合的螺纹内径或带螺纹的内径。通过这样的构造，内部驱动轴24能够相对于外部驱动轴26沿纵向方向滑动。在所示实施例中，内部驱动轴24部分地容纳在构造成旋转的主驱动轴36内。钻井泥浆经由钻井泥浆给送界面50供给至钻柱，该给送界面50安装到外部轴26的井下端。
[0025]应该理解密封钻井泥浆以防止钻井机的部件污染是挑战性的，对于上述的其中内部驱动轴相对于外部驱动轴纵向移动的双杆系统特别是挑战性的。与造成磨蚀的钻井泥浆接触的密封件易于受到严重的磨损。本发明结合了几个相关方面的机械构造，其被发现可以减小密封件磨损率、延长密封件的期望使用寿命、提供用于替换密封件的方便的方法并最小化密封件失效的影响。
[0026]图3示出了主密封系统91的位置，在该位置，期望加压的钻井泥浆位于空腔54中，期望油位于空腔60中。
[0027]参见图2，示出了用于影响内部驱动轴的纵向移动的液压回路28。在所示实施例中，该回路包括机械地联接至液压泵78的液压马达79。液压马达79与机器的其余部分的液压回路77流体联接，而由于储存器29本身为变速箱，液压泵78仅与变速箱流体联接，其中液压回路77包括泵75和流体储存器73。
[0028]在钻杆添加过程和钻杆移除过程两者期间，内杆驱动轴24相对于外杆驱动轴纵向地移动，以露出内杆的独立部分之间的连结部。当主机的液压回路77致使马达79旋转时，发生该移动。这种控制可以通过很多种方式实现，在所示实施例中，方向控制阀(未示出)将油从泵75导向马达79。当致使马达79旋转时，其驱动液压泵78，液压泵78将油从变速箱或油箱29中抽出，将油导向位于内部主驱动轴46内部的空腔45，致使内杆驱动轴24纵向移动。该液压回路构造成防止钻井机的液压系统的大范围的污染，如果空腔54中的泥浆经过主密封系统91泄露到空腔60会导致该污染。通过利用分开的液体储存器并通过马达79和泵78之间的机械驱动连接，避免了钻井机的液压系统的污染。也就是说，动力通过机械驱动连接传递，其中没有流体从液压回路28传递至机器的其余部分的液压回路77。
[0029]除了产生使内部驱动轴伸张或伸出的压力外，液压回路28也提供油以确保增压装置68的持续注油。该系统设计成提供流向靠近每个密封件的空腔的加压油的油源，其中所述每个密封件都与钻井泥浆流体接触且能够经受较高的相对运动速率。该系统设计成使得这些空腔中的液压压力等于或大于泥浆压力。
[0030]与钻井流体流体接触的所述密封件在图3中示出，包括90b、90c和90e。靠近这些密封件的设置成容纳加压油的所述空腔包括66c、66b和66a。加压油容纳在一侧由上述密封件且相反侧由密封件90a、90d和90f限定的这些空腔中。因此，空腔66c —侧由密封件90a且相反侧由密封件90b限定。这两个密封件可以是相同的部件，或者它们可以是不同类型的密封件。在优选实施例中，成对的密封件采用相同的部件，以减少不同维护部件的数量。密封件90a在一侧接触钻井流体，同时它在另一侧与加压油接触。已经研制了专门用于优化密封性能的密封设计，其描述在美国专利US6，382，634以及美国公开专利申请US2011/0127725中，这两篇美国专利通过引用并入本文中。其它的两个空腔66b和66a同样地被密封件限定。运行中泥浆中的压力会非常不可预测且迅速地变化。本系统所提供的构造，即使在泥浆压力突然地增大时，也能使靠近密封件的空腔中的液压压力保持在大于泥浆压力的水平。
[0031]在所示实施例中，该增压器为被动的，它不依赖于主动控制系统(例如，测量泥浆压力并控制阀或泵以维持一定的压力差)。在所示实施例中，该系统是瞬时系统，这体现在，泥浆压力的增加导致液压流体压力的直接增加。在所示实施例中，增压装置68包括第一通路70，该第一通路与容纳泥浆的空间72流体连通；和第二通路74，该第二通路与容纳液压流体的空间76流体连通。
[0032]在所示实施例中，第二通路74与控制阀94和泵78流体连通，所述控制阀94和泵78用于增加空间45中的流体的体积，以在构建钻柱或拆卸钻柱的过程期间使内部驱动装置相对于外部驱动装置伸张或伸出。在所示实施例中，被动的增压装置68构造成无论该主动流体控制部件是关，如在一般钻井(例如，推进和旋转钻杆)期间，还是开，如在构建和拆卸钻柱期间使内杆驱动装置伸张或伸出或缩回时，所述被动的增压装置68都工作。
[0033]第一通路70通向缸装置的第一部分72,该第一部分具有有第一面积的活塞面,第二通路74通向缸装置的第二部分76，该第二部分具有第二面积。第一通路70也与泥浆泵82流体连通，该泥浆泵82经由钻井泥浆界面50中的空间将泥浆供至钻柱。靠近第一部分72的活塞的面积大于靠近第二区域76的活塞的面积，这将导致第二部分76中的压力大于第一部分72中的压力。活塞的第一面积与第二面积的比值与缸装置的两部分之间的压力差成正比。因此，空间54中的泥浆压力增加(峰值)将会相应地导致空间66a、66b和66c中的相应的液压压力增加(峰值)。
[0034]在一个实施例中，所述钻井机包括:液压驱动系统；由所述液压驱动系统驱动的外部驱动轴，该外部驱动轴构造成使钻柱的外钻杆旋转，由所述液压驱动系统驱动的内部驱动轴，该内部驱动轴构造成使钻柱的内钻杆旋转，安装到所述外部驱动轴的钻井泥浆给送界面单元，其构造成将钻井泥浆导向所述钻柱内，密封装置，构造成防止钻井泥浆污染液压驱动系统中的液压流体，所述密封装置包括:密封件66a，该密封件包括泥浆界面(密封件的左表面)和压力补偿界面(密封件的右表面)；液压流体端口 84，其从泥浆给送界面穿过所述外部驱动轴的一部分延伸至所述压力补偿界面。
[0035]在一些实施例中，所述钻井机还包括压力补偿器68，该压力补偿器与液压流体端口 84流体连通，并构造成控制压力补偿界面处的液压压力，其中，所述压力补偿器构造成基于所述泥浆压力来改变所述液压压力，并构造成使所述液压压力保持在大于所述泥浆压力的水平。在一些实施例中，所述压力补偿器包括腔室，该腔室在活塞86的第一侧72具有泥浆，在活塞的第二侧76具有液压流体。一些实施例还包括监测活塞的位置的位置传感器。此外，在一些具有活塞86的实施例中，活塞包括位于活塞中的泄露通道88。泄露通道88构造成排出任何流体，否则该任何流体将经过活塞86的环状密封件泄露。
[0036]在泥浆给送界面的所示实施例中，转座50包括位于泥浆给送端口的任一侧的两个间隔开的径向泥浆给送界面密封装置，第一装置包括密封件90a和90b，第二装置包括密封件90c和90d。每个径向的泥浆给送界面密封装置包括泥浆界面(面向泥浆的表面)和压力补偿界面(与面向泥浆的表面相反的表面)。从泥浆给送界面穿过外部驱动轴的一部分延伸的液压流体端口 84也为两个间隔开的径向泥浆给送界面密封件的压力补偿界面提供液压压力。
[0037]本公开还提供了一种钻井的方法。在所示实施例中，该方法包括以下步骤:利用液压驱动系统驱使双杆钻柱进入地下；利用泥浆给送系统通过钻柱向井下给送钻井泥浆；设置第一径向密封件以阻止钻井泥浆从泥浆给送系统流出，并设置与所述第一径向密封件相邻的第二径向密封件以阻止液压流体从所述液压驱动系统流出；将所述第一径向密封件和第二径向密封件之间的空腔加压至大于或等于所述钻井泥浆的压力的压力。
[0038]在一些实施例中，对所述空腔加压的步骤包括向所述空腔提供压力补偿液压流体。此外，一些方法包含监测压力补偿液压流体的流动以确定第一或第二径向密封件中的任一个是否已经失效。所述密封件设计成防止流动，因此如果出现流动，那么所述密封件可能已经失效。在这样的实施例中，通过监测在钻井泥浆和液压流体之间作为界面的活塞86的位置，能够监测所述流动，其中所述活塞为增压器68的部分或零件。
[0039]上述系统能够容易且快速地维护。由于内杆的速度远大于外杆的速度，因此密封件90e和90f持续地经受很大的速度差。无论什么情况下钻孔操作沿着偏斜的路径行进，内杆将以全速旋转，而外杆将被保持在固定位置，并被定向以控制偏斜孔的方向。在此操作期间，密封件90e和90f经受的相对旋转达到最大值，其中这些密封件的磨损率同样也将是最最大值，而在密封件90a、90b、90c和90d处没有相对运动。
[0040]不论何时钻孔操作沿着直的路径行进，内杆将以全速旋转，而外杆低速旋转。在此操作期间，密封件90e和90f处所经受的相对旋转小于最大值,但是仍然很大,而密封件90a、90b、90c、和90d处的相对旋转很小或最小。
[0041]密封件90a、90b、90c和90d在倒划井眼过程期间将经受最大的相对旋转，在倒划井眼过程中由于外杆用于向倒划器(backreamer)传递动力，因此外杆以全速旋转。
[0042]这些操作特性的结果是，密封件90e和90f预期需要最频繁的更换，因为它们在相对于彼此旋转的结构(例如，主驱动轴36和密封适配器套管49)之间作为界面。密封件90e和90f在本文中也被称为主密封件。密封件90a、90b、90c和90d也预期需要更换。本发明的一个优点是这些密封件的可达性。
[0043]适配器42能够从主驱动轴36移除以接近密封件90e和90f。于是能够接近可替换的密封适配器59。通过拧松与密封适配器套管49的螺纹连接，密封适配器59能够从内部驱动主驱动轴46移除。一旦可替换的密封适配器59被移除，就能够维护密封件90e和90f。可替换的密封适配器59包括位于其内径上的密封件，该密封件在之前的说明书中没有描述过。这些密封件在其纵向滑动时靠在内部驱动轴24上进行密封或密封在内部驱动轴24上。这些密封件不经受任何的相对旋转运动，仅经受滑动运动(轴向移动)，因此它们不会受到明显的磨损。然而，这些密封件也能够被替换。一旦相应或适当的零件被维护后，该装置能够方便地被一起放回。
[0044]为了接近密封件90a、90b、90c和90d，转座50能够滑动离开适配器42以露出这些密封件。
[0045]本发明的另一个方面是其对维护机器的后勤保障的影响很有益。密封件90a、90b、90c、90d、90e和90f在所示实施例中都构造为相同的零件。从保持供应维修零件的方面来看，对所有这些不同的密封位置采用相同的零件是有利的。应当认识到，主密封件90e和90f可以是径向密封件或其它类型的密封件，例如机械面密封件可以用作主密封件以防止泥浆污染液压流体。
[0046]参见图5A-7B，示出了替代实施例。在这些实施例中，泥浆给送界面或泥浆给送界面单元(转座)示出为在外管驱动马达的井上侧连接至内杆。在这些实施例中，内杆包括将压力补偿液压流体提供至密封装置的液压油端口。这些实施例大致相似。
[0047]图5A示出的实施例中，泥浆给送界面或泥浆给送界面单元100连接在内轴和朝向井下方向穿过内轴的油端口端周围。
[0048]图6A与图5A大致相似，不过在其所示的实施例中，泥浆给送界面或泥浆给送界面单元102连接在内部驱动轴的端部处，并相比图2中的实施例包括更少的径向密封件。在所示实施例中，钻井泥浆将轴向地通过驱动内杆旋转的马达给送。
[0049]图7A所示的实施例中，密封件允许内杆纵向移动，该密封件与仅经受旋转的主密封件分开。主密封件(与图3的密封件90e和90f相似)抵靠可替换的密封适配器密封或密封在可替换的密封适配器上。在所示实施例中，可替换的密封适配器包括:其内径的非圆形的部分，该部分与内部驱动构件的非圆形截面的外径部分配合，使得密封适配器与所述内部驱动构件一起旋转；内孔，该内孔具有凹槽以支撑经受纵向移动的密封件；和用于泥浆主密封件的外部密封直径。
[0050]上述说明、示例和数据提供了制造和使用本发明的成果的完整描述。由于在不背离本发明精髓和范围的情况下可以形成本发明的很多实施例，因此本发明限于所附权利要求中。
【权利要求】
1.一种钻井机,包括: 液压驱动系统； 由所述液压驱动系统驱动的外部驱动轴，该外部驱动轴构造成使钻柱的外钻杆旋转；由所述液压驱动系统驱动的内部驱动轴，该内部驱动轴构造成使钻柱的内钻杆旋转；安装到所述外部驱动轴的钻井泥浆给送界面单元，该钻井泥浆给送界面单元构造成将钻井泥浆导向所述钻柱中； 密封装置，该密封装置构造成防止钻井泥浆污染所述液压驱动系统中的液压流体，所述密封装置包括: 密封件，该密封件包括泥浆界面和压力补偿界面； 液压流体端口，该液压流体端口从所述泥浆给送界面穿过所述外部驱动轴的一部分延伸至所述压力补偿界面。
2.根据权利要求1所述的钻井机，还包括: 压力补偿器，该压力补偿器与所述液压流体端口流体连通，并构造成控制所述压力补偿界面处的液压压力，其中，所述压力补偿器构造成基于泥浆压力来改变所述液压压力，并构造成使所述液压压力保持在大于所述泥浆压力的水平。
3.根据权利要求2所述的钻井机，其中，所述压力补偿器包括腔室，该腔室在活塞的第一侧具有泥浆，且在活 塞的第二侧具有液压流体。
4.根据权利要求3所述的钻井机，还包括:位置传感器，该位置传感器监测所述活塞的位置。
5.根据权利要求2所述的钻井机，其中，所述活塞包括位于该活塞中的泄露通道。
6.根据权利要求1所述的钻井机，其中，所述密封件为径向密封件。
7.根据权利要求1所述的钻井机，其中，所述内部驱动轴相对于所述外部驱动轴伸张或伸出。
8.根据权利要求1所述的钻井机，其中，所述液压系统包括构造成驱动所述外部驱动轴旋转的外部驱动轴液压马达，其中所述钻井泥浆给送界面单元在所述外部驱动轴液压马达的井下侧安装至所述外部驱动轴。
9.根据权利要求1所述的钻井机，其中，所述泥浆给送界面包括位于泥浆给送端口的任一侧的两个间隔开的径向泥浆给送界面密封件，其中每个径向泥浆给送界面密封件包括泥浆界面和压力补偿界面，其中从所述泥浆给送界面穿过所述外部驱动轴的一部分延伸的液压流体端口也为所述两个间隔开的径向泥浆给送界面密封件的压力补偿界面提供液压压力。
10.一种钻井的方法，包括: 利用液压驱动系统驱动双杆钻柱进入地下； 利用泥浆给送系统通过所述钻柱向井下给送钻井泥浆； 设置第一径向密封件以阻止钻井泥浆从所述泥浆给送系统流出，并设置与所述第一径向密封件相邻的第二径向密封件以阻止液压流体从所述液压驱动系统流出； 将所述第一径向密封件和所述第二径向密封件之间的空腔加压至大于或等于所述钻井泥浆的压力的压力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，对所述空腔加压的步骤包括向所述空腔提供压力补偿液压流体。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，压力补偿液压流体的流动被监测以确定所述第一径向密封件或第二径向密封件中的任一个是否已经失效。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，监测压力补偿液压流体的流动包括监测在钻井泥浆与液压流体之间作为界面的活塞的位置，其中所述活塞为增压器的部件或部分。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述活塞包括环状的密封件，该环状的密封件防止所述活塞的第一侧的钻井泥浆污染所述活塞的第二侧的压力补偿液压流体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，穿过所述环状的密封件的钻井泥浆通过所述活塞中的排出通道被导向，以防止所述钻井泥浆污染所述液压流体。
16.一种双杆钻井驱动装置，包括: 由第一液压马达驱动的外部驱动轴，该外部驱动轴构造成使钻柱的外钻杆旋转；位于由第二液压马达旋转的套管内的内部驱动轴，其中该驱动轴构造成相对于所述套管轴向滑动并与所述套管一起旋转； 液压泵，该液压泵构造成驱使液压流体进入所述套管中，以使所述内部驱动轴相对于所述套管伸张或伸出； 安装到所述外部驱动轴的钻井泥浆给送界面单元，该钻井泥浆给送界面单元构造成将钻井泥浆导向所述钻柱内； 密封装置，该密封装置构造成防止经由所述钻井泥浆界面给送的钻井泥浆污染所述液压驱动系统中的液压流体，所述密封装置包括: 第一径向密封件，该第一径向密封件包括泥浆界面和液压流体界面； 液压流体端口，该液压流体端口从所述泥浆给送界面穿过所述外部驱动轴的一部分延伸至所述液压流体界面，该液压流体端口引导来自所述泵的液压流体。
17.根据权利要求16所述的双杆驱动装置，还包括:增压器，该增压器位于所述泵和所述泥浆给送界面之间并与所述泵和所述泥浆给送界面流体连通。
18.根据权利要求16所述的双杆驱动装置，还包括:位于所述钻井泥浆给送界面和所述外部驱动轴之间的辅助的径向密封件，该辅助的径向密封件构造成防止泥浆从所述泥浆给送界面流出到所述液压驱动系统外部的环境中。
19.根据权利要求18所述的双杆驱动装置，其中，来自所述泵的液压流体被提供至所述辅助的径向密封件，以提供与所述径向密封件的泥浆界面相对的背压。
20.根据权利要求18所述的双杆驱动装置，其中，提供至所述辅助的径向密封件的液压流体中的压力等于或大于提供至所述第一径向密封件的液压流体界面的液压流体中的压力。
21.一种钻井机，包括: a.管状的钻井泥浆给送界面单元； b.钻柱驱动器，包括 变速箱； 外部驱动管； 内部驱动构件，其中所述内部驱动构件的一部分位于所述外部驱动管内； 主密封装置，位于所述外部驱动管和所述内部驱动构件之间；C.其中，所述钻柱驱动器的一部分位于所述钻井泥浆给送界面单元内；所述管状的钻井泥浆给送界面单元包括: 不旋转的外部套管，该外部套管具有用于钻井泥浆的进入端口和用于加压油的进入端口 ； 第一密封装置，该第一 密封装置防止钻井泥浆经过所述不旋转的外部套管和所述钻柱驱动器泄露，其中所述第一密封装置包括将所述钻井泥浆和所述加压油分开的第一密封件和将所述加压油与周围环境分开的第二密封件； 第二密封装置，该第二密封装置防止钻井泥浆经过所述不旋转的外部套管和所述钻柱驱动器泄露，其中所述第二密封装置包括将所述钻井泥浆和所述加压油分开的第三密封件和将所述加压油与周围环境分开的第四密封件； d.其中，所述主密封件包括: 将所述钻井泥浆与所述加压油分开的第五密封件； 将所述加压油与所述变速箱分开的第六密封件； e.其中，所述钻柱驱动器还包括开孔，该开孔具有位于所述第一密封件和第二密封件之间的开口、位于所述第三密封件和第四密封件之间的开口以及位于所述第五密封件和第六密封件之间的开口。
22.根据权利要求21所述的钻井机，其中，所述主密封件从所述钻井泥浆给送界面单元纵向地偏置或偏离。
23.根据权利要求22所述的钻井机，其中，所述第一密封件、第二密封件、第三密封件、第四密封件、第五密封件和第六密封件是相同的。
24.根据权利要求21所述的钻井机，其中，所述不旋转的外部套管在所述变速箱的井上侧安装于所述内部驱动构件。
25.根据权利要求21所述的钻井机，其中，所述内部驱动构件包括位于其中的泥浆端□。
26.根据权利要求21所述的钻井机，其中，所述第五密封件和第六密封件之间的空间包括处于受控压力下的油，其中该受控压力基于泥浆压力。
27.根据权利要求21所述的钻井机，其中，所述内部驱动构件包括从所述不旋转的外部套管延伸至所述第五密封件和第六密封件之间的空间的油端口。
28.—种用于驱动具有内杆和外杆的钻柱的钻柱驱动器,包括: 外部驱动管，用于驱动外杆； 内部驱动轴，至少部分地位于所述外部驱动管内，用于驱动内杆； 泥浆给送界面，用于通过所述外部驱动管向井下提供泥浆； 第一径向密封件和第二径向密封件，该第一径向密封件和第二径向密封件位于所述内部驱动轴和所述外部驱动轴之间，并一起限定所述第一径向密封件和第二径向密封件之间的第一密封腔室； 压力补偿装置，该压力补偿装置将加压的液压流体提供至所述第一密封腔室，其中，所述加压的液压流体的压力大于泥浆压力，并基于所述泥浆压力变化。
29.根据权利要求28所述的钻柱驱动器，还包括泵，该泵提供用于产生所述外部驱动管和所述内部驱动轴之间的轴向移动的流体压力。
30.根据权利要求29所述的钻柱驱动器，其中，所述泵提供用于所述压力补偿装置的填充压力。
31.根据权利要求30所 述的钻柱驱动器，其中，单向止回阀允许从所述泵流向所述压力补偿装置的流动。
【文档编号】E21B21/01GK103930642SQ201280055655
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年10月3日 优先权日:2011年10月3日
【发明者】迈克尔·D·范咨, 克林特·M·雷克 申请人:维米尔制造公司