专利名称：钻井装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及钻井装置，尤其是涉及一种适于在一导向套管的引导下在地下钻及铰出一个孔的钻井装置。
在钻井时想要携带一套管，就必须使钻井装置的回旋半径比套管的半径大。当钻井工作结束时，该钻井装置还须从在已钻好的井中的套管内抽出，因此，此钻井装置在横向平面内还必须具有一能在套管外径处钻出一个孔的第一位置移到该钻井装置处于了套管内径以内的某一位置的径向位移量，只有这样，该钻井装置才能从套管中抽出。
迄今为止，已有几种公知结构可以达到此目的，例如，在美国专利US3,848,683中及一种被称为BULROC(RTM)表土钻进系统的商用钻进系统中所公开的内容。尽管这些系统采用了不同的方法来满足钻直径过大的井及钻后钻井装置要从套管内抽出的需求，但是，它们的相同点都是在具有一复杂杆部的钻进头上设置一粗螺距螺钉，以使钻进头或钻进头上的铰孔连接件绕固定于钻进头上的一驱动装置相对转动，钻进头/铰孔连接件先是置于一偏心位置以钻出一直径过大的井，而后钻进头/铰孔连接件收回到套管内径以内，使其可从套管内退出。
尽管这些系统很有效，但它们相对比较复杂且比较昂贵，而且钻进头/铰孔连接件上的任何磨损都将导致整个钻进头及杆部全部报废。
本发明的目的是提供一种钻井装置，这种钻井装置在钻取一可放置一导向套管的直径过大的井方面及钻井装置随后从套管内的退出方面其效率不比任何现有技术结构的效率低，而且，其费用可比迄今为止的现有技术钻井装置有很大减少。
根据本发明，一钻井装置包括一驱动装置，其前端凸出一杆部；一钻进头，该钻进头有一与驱动装置前端紧贴的后端，该钻进头内还有一支撑孔，杆与支撑孔间隙配合以使钻进头可相对驱动装置转动，杆与支撑孔中至少有一个其轴线分别与驱动装置及钻进头的轴线不重合；一个将钻进头可拆卸地固定在杆上并阻止钻进头相对轴向运动的装置；及一个限制钻进头与驱动装置间相对转动角度的装置。杆与孔的轴线最好分别与驱动装置及钻进头的轴线偏离。
为将钻进头固定在驱动装置的杆上，可在钻进头内孔的壁上设置一环槽，相应地在杆的外周边上设置一配对的部分环形凹槽，此配对凹槽内放置滚子轴承以锁止钻进头相对杆，也即驱动装置的轴向运动，同时使钻进头在杆上的相对转动更灵活。为安装该滚子轴承装置，需要在钻进头上设置一径向孔，该径向孔应与钻进头内孔上的环槽相通，钻进头置于杆上且径向孔与杆上的凹槽对齐后，就可以将滚子轴承经此径向孔添装到配合凹槽内。随后可以用一个合适的塞将该径向孔堵死。
为限制钻进头及驱动装置间的允许相对转动的角度，钻进头内孔可设置一段绕其周边延伸超过180度的扩孔，杆的外周边设置一轴向的、为部分圆形的凹槽，一个销子与该部分圆形凹槽结合。当钻进头装配到杆上后，销子置于部分环形扩孔内从而允许钻进头与驱动装置间产生一180度相对转动。
驱动装置的杆与钻进头的孔间的轴线偏移关系会产生如此结果，当钻进头与地面接触后，驱动装置给钻进头的冲击旋转驱动以及钻进头与地面间的磨擦作用将导致钻进头与驱动装置间在开始工作时先产生180度的相对转动，进一步给钻进头以冲击旋转驱动使钻进头保持在一种偏移状态以钻出一个直径比钻进头本身直径大的孔，从而允许一牵引套管下到所钻井内。通过将杆和孔都偏移设置，使钻进头与驱动装置间的相对转动更加显著从而可以钻出更大的孔。在钻井工作停止时，驱动装置产生的一个反向转动将导致驱动装置与钻进头间产生一相对转动，随着销沿环形扩孔移到另一端，钻进头也转到与驱动装置对齐的位置，从而使钻进头处于牵引套管的内径以内，可与驱动装置一起从套管内向上抽出。
当钻进头从所钻井中抽出后，可以以非常简单的方式将封闭钻进头上径向孔的塞拆下，此时滚子轴承就可从配合凹槽中退出，钻进头则从杆上滑下。此时如发现钻进头严重磨损可以只更换该钻进头。同样，也可检查销，如果发现其磨损，可将其拆下并更换。
由于避免了更换一整根杆，尤其是如前面已参考现有技术提到的的带有一粗螺距螺纹的杆，因此更换本发明钻进头的成本比更换常用钻进头的成本显著降低，如果此时连钻进头都不必更换，则其成本生产可以比迄今为止其它技术低更多。由于驱动装置与钻进头间的驱动连接元件仅是一个简单的销，因此拆下钻进头后可以检查此销，如发现其磨损即以很低的成本更换。轴承滚子受损的可能性是很小的，因为，钻进头与驱动装置间不存在轴向运动，其结构是这样的，驱动装置的前端紧紧地靠在钻进头的后端上。
因此本发明可以通过一种结构，此种结构并未降低钻进头在驱动装置上偏心转动以提供一种所谓的超载驱动系统的能力，而获得了减少制造成本，减少拆卸及装配费用，从而减少修理费用的好处。
后面的附图示出了本发明的一个实施例，该图是一幅本发明钻井装置的分解透视图。
现在将结合附图描述本发明的一个实施例，这些附图中
图1是本发明钻进头与驱动装置的透视图；及图2是图1所示钻进头的平面图。
图中，1代表用于衬套已钻好的井的套管，其内有一驱动装置2，该驱动装置2有一花键轴3用于在沿套管下伸的一钻柱(图中未示)端部与一锤(图中未示)的一端相连。由于锤与驱动装置及套管相连，因此，套管可以下到已钻好的井内，此钻井与通常的钻井类似，无需在此描述。
正如以上所讨论的，为使钻进时将套管下到钻井内，钻进头就必须能钻出一直径为套管外径大的孔，而在钻井工作结束后，要使钻进头从套管内退出，钻进头还必须有一比套管内径小的直径。
根据本发明，为达到此目的，在驱动装置2的前端设置有一个杆4，其轴线不与驱动装置的轴线重合，钻进头5有一由后端向前沿钻进头延伸的支撑孔6，该支撑孔6的轴线也不与钻进头5的轴线重合。因此，当钻进头装在杆上后，可以从其部分外周边超出套管外径的某一位置，转到与驱动装置对齐的某一位置。在第一种情况下，可以钻出一个其直径足以容纳套管的孔，在第二种情况下，当钻柱往外抽时，钻进头与驱动装置及其锤一起可从套管内退出，而套管留在原地。
将钻进头在杆上的转动限制在一定范围内是很必要的，同时还要保证所需的转动可相对容易地达到。
为了限制转动的角度，支撑孔内设置有一由后端向前沿其长度的一部分延伸的环形槽7，杆4有一半圆槽8，此槽8和环形槽7内置一销9，钻进头5在杆4上的顺时针及逆时针转动，由于销9与环形槽7的一端或另一端接触来限制。为保证钻进头在杆上不产生相对轴向运动，同时保证钻进头5在限制位置内可自由转动，沿杆4的部分外周边还设置有另一个凹槽10，与支撑孔壁上的配对凹槽7相配合，当钻进头5装在杆4上后，滚株轴承可经由钻进头壁上的开口11装入该配合凹槽内，该开口由一个螺钉封闭。
因此，在开始钻井时，安装在锤上并与钻柱初始长度相连的钻进头5，插入套管一初始长度，钻进头的前端及球齿钻头12与地面接触。钻柱的转动及钻进头与地面的摩擦接触将导致钻进头5在驱动装置2的杆4上产生相对转动，从而导致钻进头转到一预定的偏移位置，并使端面13连同其上球齿钻头及端面14和其上的球齿钻头处于某一位置，在该位置钻柱的进一步转动带动钻进头转动，并随着对钻进头的锤击，钻进头进入地下，从而钻出一具有某一直径的井，该直径可使套管1随钻进头、驱动装置及锤一起下到井内。
在钻井结束时，钻柱及驱动装置反向转动，使杆4与钻进头5间产生一反向相对转动，带动销转向凹槽7的另一端，钻柱及驱动装置沿同一方向的进一步转动，将使钻进头在杆上转动，因杆4及支撑孔6轴线处于偏移状态，使钻进头与驱动装置对齐，从而处于套管的内径以内，因而钻进头可随同钻柱一起从套管内抽出。
权利要求
1．一种钻井装置包括一带有一从其前端凸出的杆的驱动装置；一钻进头，该钻进头有一用于和驱动装置的前端紧密接触的后端，并有一支撑孔，所述杆与所述支撑孔间隙配合，以便于钻进头相对驱动装置转动，至少所述杆和所述支撑孔之一的轴线分别偏离所述的驱动装置和所述钻进头的轴线，一个将钻进头可拆卸地固定在杆上并阻止二者间发生轴向相对运动的装置；及一个限制钻进头与驱动装置间相对转动角度的装置。
2．如权利要求1所述的钻井装置，其特征在于所述杆及孔的轴线分别与所述驱动装置及所述钻进头的轴线偏离。
3．如权利要求1或2所述的钻井装置，其特征在于为了将所述钻进头固定在所述驱动装置的所述杆上，在所述钻进头的所述孔的内壁上设置有一条环形槽，在所述杆的外周边上设置有一配对的部分环形槽，滚子轴承装置被置于此配合凹槽内，以锁止所述钻进头相对所述杆部也即所述驱动装置的轴向运动，同时使所述钻进头在所述杆上的相对转动更灵活。
4．如权利要求3所述的钻井装置，其特征在于为安装滚子轴承装置，所述钻进头有一径向孔与其上的所述环槽相通，所述钻进头装在所述杆上，并使该径向孔与所述杆上的配合凹槽对齐后，就可以将所述滚子轴承装入所述孔内，使其置于所述配对凹槽内。
5．如权利要求4所述的钻井装置，其特征在于所述径向孔由一个合适的塞封闭。
6．如权利要求1至5中任一权利要求所述的钻井装置，其特征在于为限制所述钻进头与所述驱动装置间允许产生的相对转动的角度，在所述钻进头的所述孔上绕周边有一延伸超过180度的扩孔，所述杆的周边上有轴向的、部分圆形的凹槽，一个销子与该部分圆形槽接合，因此，当所述钻进头装在所述杆上后，置于部分圆形槽内的销子处于该部分环形扩孔内从而允许所述钻进头与所述驱动装置间产生180度的相对转动。
7．一种基本上如上文参照附图所描述的钻井装置。
全文摘要
本发明涉及钻及铰地面孔时在孔内放置套管的装置。现在已知一些相对复杂的装置可使钻进头有偏心切割面从而钻出加大尺寸孔,此钻进头还可缩到套管内。本发明用简单且经济的方式达到此目的,它包括带有从其前端凸出的杆的驱动装置;钻进头,其后端有支撑孔,杆与孔间隙配合以便于钻进头绕驱动装置转动,杆与支撑孔间至少有一个的轴线与对应的驱动装置及钻进头的轴线偏离;将钻进头可拆卸地、轴向固定地固定在杆上的装置;及限制钻进头与驱动装置间相对转动角度的装置。
文档编号E21B3/00GK1211665SQ9711792
公开日1999年3月24日 申请日期1997年9月2日 优先权日1997年9月2日
发明者迈克尔·法里哈姆 申请人:布洛克英国有限公司