双动力头井架及全液压双动力头套管钻机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及钻井机械技术领域，是一种双动力头井架及全液压双动力头套管钻机，其包括立柱、滑架，滑架上设有第一液压马达、第一动力头、第二液压马达和第二动力头，第一动力头上安装有内钻杆，内钻杆的下端安装有内钻头；第二动力头上安装有外套管，外套管的下端安装有套管钻头，外套管位于内钻杆的外部。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其在立柱上安装了两个动力头，根据需要两个动力头可以同时工作，也可以单独工作，与单动力头钻机的局限性相比较优势明显，内钻杆和外套管同时钻进，效率高，解决了裂隙地层钻进问题，外套管重复使用节约大量成本，具有安全、省力、简便、高效的特点。
【专利说明】
双动力头井架及全液压双动力头套管钻机
技术领域
[0001 ]本发明涉及钻井机械技术领域，是一种双动力头井架及全液压双动力头套管钻机。
【背景技术】
[0002]目前，钻机普遍为单动力头钻机，单动力头钻机在钻进裂隙地层、砾石漂石等复杂地层时，存在井壁不坚固，容易出现塌陷，钻井效率低，故障率高的问题。因此，亟需提供一种新型钻机，能够适应裂隙、砾石、漂石等复杂地层，保护井壁，提高钻井效率，降低故障率。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种双动力头井架及全液压双动力头套管钻机，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有单动力头钻机在裂隙地层钻进时存在的钻井效率低、容易发生故障的问题。
[0004]本发明的第一种技术方案是通过以下措施来实现的:一种双动力头井架，包括立柱、能沿立柱滑动的滑架，滑架上设有第一液压马达、第一动力头、第二液压马达和第二动力头，第一液压马达的输出轴与第一动力头的输入轴连接，第一动力头上安装有内钻杆，内钻杆的下端安装有内钻头;第二液压马达的输出轴与第二动力头的输入轴连接，第二动力头上安装有外套管，外套管的下端安装有套管钻头，外套管位于内钻杆的外部。
[0005]下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进:
上述双动力头井架还包括移动油缸，移动油缸的一端固定安装在第二动力头固定部的上端，移动油缸的另一端与第一动力头固定部的下端连接。
[0006]上述双动力头井架还第一侧移油缸、第二侧移油缸，滑架上设有沿水平方向的第一滑轨和第二滑轨，第一动力头能滑动地安装在第一滑轨上，第二动力头能滑动地安装在第二滑轨上，第一侧移油缸的一端固定在滑架上，第一侧移油缸的另一端固定在第一动力头上，第二侧移油缸的一端固定在滑架上，第二侧移油缸的另一端固定在第二动力头上。
[0007]上述双动力头井架还包括上卷扬机，上卷扬机能转动地安装在立柱上。
[0008]上述双动力头井架还包括钻具升降油缸、第一链条和第二链条，钻具升降油缸固定安装在立柱上，立柱的上端设有第一定滑轮和第二定滑轮，立柱的下端设有第三定滑轮和第四定滑轮，钻具升降油缸为单活塞双出杆油缸，单活塞双出杆油缸包括缸体，缸体内部设有活塞，活塞的上端固定安装有第一活塞杆，活塞的下端固定安装有第二活塞杆，第一活塞杆上固定安装有第一动滑轮，第二活塞杆上固定安装有第二动滑轮，第一链条的一端固定安装在滑架的上端，第一链条的另一端依次绕过第一定滑轮、第一动滑轮、第二定滑轮后固定安装在立柱的顶部;第二链条的一端固定安装在滑架的下端，第二链条的另一端依次绕过第三定滑轮、第二动滑轮、第四定滑轮后固定安装在立柱的底部。
[0009]本发明的第二种技术方案是通过以下措施来实现的:一种全液压双动力头套管钻机，包括上述技术方案中的双动力头井架，还包括底盘，底盘上设有动力传动系统和液压系统，双动力头井架的下端铰接在底盘上，底盘上铰接有井架起降油缸，井架起降油缸的另一端与井架的下部铰接，动力传动系统的输出端与液压系统的输入端连接，液压系统的输出端与双动力头井架连接。
[0010]上述动力传动系统包括发动机、变速器、取力器、分动器、分动箱，发动机的输出轴与变速器的输入端连接，变速器的输出端与分动器的输入端连接，分动器的第一输出端与取力器的输入端连接，分动器的第二输出端与底盘前车桥连接，分动器的第三输出端与底盘后车桥连接，取力器的输出端与分动箱的输入端连接，分动箱的第一输出端连接有第一泥浆栗，分动箱的第二输出端连接有第二泥浆栗，分动箱的第三输出端与液压系统的输入端连接。
[0011]上述液压系统包括油栗传动箱，油栗传动箱的第一输出端上设有第一液压支路，第一液压支路上连接有第一动力头；油栗传动箱的第二输出端上设有第二液压支路，第二液压支路上连接有第二动力头；油栗传动箱的第三输出端上设有第三液压支路，第三液压支路上连接有钻具升降油缸；油栗传动箱的第四输出端上设有第四液压支路，第四液压支路上连接有井架底脚油缸、井架起降油缸、液压支腿、中部卷扬机、上卷扬机;第三液压支路上并联有第五液压支路，第五液压支路上连接有夹持器油缸、卸扣油缸、第一侧移油缸、第二侧移油缸、井架锁缸、注水栗。
[0012]本发明结构合理而紧凑，使用方便，其在立柱上安装了两个动力头，根据需要两个动力头可以同时工作，也可以单独工作，可以进行多种工法施工，与单动力头钻机的局限性相比较，双动力头井架优势明显，内钻杆和外套管同时钻进，效率高，解决了裂隙地层钻进问题；同时外套管重复使用节约大量成本；内钻杆伸入第二动力头的中心管内，套管接头连接第一根套管及套管钻头，内钻杆伸出套管外并装有内钻头，钻井时第一动力头由移动油缸顶升至顶部开始正时针旋转钻进并向下移动，第二动力头同时以逆时针方向旋转钻进，两动力头的升降移动由钻具升降油缸实现的同时，第一动力头可以自行上下移动，两个动力头转速不相等，第一动力头转速高，中心钻进并循环冷却液介质，第二动力头转速低，边缘钻进并护壁，具有安全、省力、简便、高效的特点。
【附图说明】
[0013]附图1为本发明实施例一的主视结构示意图。
[0014]附图2为本发明实施例一中钻具升降油缸的连接结构示意图。
[0015]附图3为本发明实施例二的主视结构示意图。
[0016]附图4为本发明实施例二的左视结构示意图。
[0017]附图5为本发明实施例二的动力传动系统和液压系统的原理图。
[0018]附图中的编码分别为:I为立柱，2为滑架，3为第一液压马达，4为第一动力头，5为第二液压马达，6为第二动力头，7为内钻杆，8为内钻头，9为外套管，10为套管钻头，11为移动油缸，12为井架锁缸，13为第一侧移油缸，14为第二侧移油缸，15为第一滑轨，16为第二滑轨，17为上卷扬机，18为第一链条，19为第二链条，20为第一定滑轮，21为第二定滑轮，22为第三定滑轮，23为第四定滑轮，24为缸体，25为活塞，26为第一活塞杆，27为第二活塞杆，28为第一动滑轮，29为第二动滑轮，30为底盘，31为注水栗，32为井架起降油缸，33为发动机，34为变速器，35为取力器，36为分动器，37为分动箱，38为第二输出端，39为第三输出端，40为第一泥浆栗，41为第二泥浆栗，42为油栗传动箱，43为第一液压支路，44为第二液压支路，45为第三液压支路，46为第四液压支路，47为井架底脚油缸，48为液压支腿，49为中部卷扬机，50为第五液压支路，51为夹持器油缸，52为卸扣油缸。
【具体实施方式】
[0019]本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0020]在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
[0021]下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述:
实施例一:如附图1、2所示，该双动力头井架包括立柱1、能沿立柱I滑动的滑架2，滑架2上设有第一液压马达3、第一动力头4、第二液压马达5和第二动力头6，第一液压马达3的输出轴与第一动力头4的输入轴连接，第一动力头4上安装有内钻杆7，内钻杆7的下端安装有内钻头8;第二液压马达5的输出轴与第二动力头6的输入轴连接，第二动力头6上安装有外套管9，外套管9的下端安装有套管钻头10，外套管9位于内钻杆7的外部。如附图1、2所示，上述双动力头井架还包括移动油缸U，移动油缸11的一端固定安装在第二动力头6固定部的上端，移动油缸11的另一端与第一动力头4固定部的下端连接。本发明提供了一种双动力头井架，其在立柱I上安装了两个动力头，根据需要两个动力头可以同时工作，也可以单独工作，可以进行多种工法施工，与单动力头钻机的局限性相比较，双动力头井架优势明显，内钻杆7和外套管9同时钻进，效率高，解决了裂隙地层钻进问题，同时外套管9重复使用节约大量成本。本发明在钻机立柱I轨道上滑架2部位装有上下两台动力头，第一动力头4的第一液压马达3带动主动齿轮啮合被动齿轮旋转产生扭矩，带动内钻杆7伸入第二动力头6的中心管内；第二动力头6由第二液压马达5(可以是大扭矩柱塞马达)驱动的中心管要通过内钻杆7并安装有单根外套管9的接头，套管接头连接第一根外套管9及套管钻头10，内钻杆7伸出外套管9外并装有内钻头8，钻井时第一动力头4由移动油缸11顶升至顶部开始正时针旋转钻进并向下移动，第二动力头6同时以逆时针方向旋转钻进，两动力头的升降移动由钻具升降油缸实现的同时，第一动力头4可以自行上下移动，两个动力头转速不相等，第一动力头4转速高，中心钻进并循环冷却液介质，第二动力头6转速低，边缘钻进并护壁。
[0022]可根据实际需要，对上述全液压双动力头套管钻机作进一步优化或/和改进:
如附图1、2所示，上述双动力头井架还包括第一侧移油缸13、第二侧移油缸14，滑架2上设有沿水平方向的第一滑轨15和第二滑轨16，第一动力头4能滑动地安装在第一滑轨15上，第二动力头6能滑动地安装在第二滑轨16上，第一侧移油缸13的一端固定在滑架2上，第一侧移油缸13的另一端固定在第一动力头4上，第二侧移油缸14的一端固定在滑架2上，第二侧移油缸14的另一端固定在第二动力头6上。滑架2上第一侧移油缸13和第二侧移油缸14同时伸出杆，分别顶动第一动力头4固定座和第二动力头6固定座，使两个动力头同时移动到左侧位置，使滑架2中心位置腾出，上卷扬机17支架钢丝绳垂直下探至井口中心位置，进行吊装钻杆和下井管的工作过程。
[0023]如附图1、2所示，上述双动力头井架还包括上卷扬机17，上卷扬机17能转动地安装在立柱I上。上卷扬机17支架钢丝绳垂直下探至井口中心位置，可以进行吊装钻杆和下井管的工作过程。
[0024]如附图1、2所示，上述双动力头井架还包括钻具升降油缸、第一链条18和第二链条19，钻具升降油缸固定安装在立柱I上，立柱I的上端设有第一定滑轮20和第二定滑轮21，立柱I的下端设有第三定滑轮22和第四定滑轮23，钻具升降油缸为单活塞双出杆油缸，单活塞双出杆油缸包括缸体24，缸体24内部设有活塞25，活塞25的上端固定安装有第一活塞杆26，活塞的下端固定安装有第二活塞杆27，第一活塞杆26上固定安装有第一动滑轮28，第二活塞杆27上固定安装有第二动滑轮29，第一链条18的一端固定安装在滑架2的上端，第一链条18的另一端依次绕过第一定滑轮20、第一动滑轮28、第二定滑轮21后固定安装在立柱I的顶部;第二链条19的一端固定安装在滑架2的下端，第二链条19的另一端依次绕过第三定滑轮22、第二动滑轮29、第四定滑轮23后固定安装在立柱I的底部。钻具升降系统由单活塞双出杆油缸、平衡阀、链条、滑轮组成，当高压油进入安装有第一活塞杆26的腔体内时，活塞向下运动并使第一活塞杆26回缩、第二活塞杆27伸出，由于第一动滑轮28的作用，第二活塞杆27伸出的距离为a时，滑架2上的第一动力头4和第二动力头6的运动距离为2a，形成倍数运动，提高了钻具的运动效率；同理，当高压油进入安装第二活塞杆27的腔体内时，活塞向上运动并使第二活塞回缩、第一活塞杆26伸出，由于第二动滑轮29的作用，第二活塞杆27伸出的距离为a时，滑架2上的第一动力头4和第二动力头6的运动距离为2a，形成倍数运动，提高了钻具的运动效率，达到钻进和提升速度的目的。
[0025]实施例二:如附图3、4、5所示，本发明还提供了一种全液压双动力头套管钻机，包括实施例一中的双动力头井架，还包括底盘30，底盘30上设有动力传动系统和液压系统，双动力头井架的下端铰接在底盘30上，底盘30上铰接有井架起降油缸32，井架起降油缸32的另一端与双动力头井架的下部铰接，动力传动系统的输出端与液压系统的输入端连接，液压系统的输出端与双动力头井架连接。
[0026]如附图3、4、5所示，上述动力传动系统包括发动机33、变速器34、取力器35、分动器36、分动箱37，发动机33的输出轴与变速器34的输入端连接，变速器34的输出端与分动器36的输入端连接，分动器36的第一输出端与取力器35的输入端连接，分动器36的第二输出端38与底盘30前车桥连接，分动器36的第三输出端39与底盘30后车桥连接，取力器35的输出端与分动箱37的输入端连接，分动箱37的第一输出端连接有第一泥浆栗40，分动箱37的第二输出端38连接有第二泥浆栗41，分动箱37的第三输出端39与液压系统的输入端连接。
[0027]如附图3、4、5所示，上述液压系统包括油栗传动箱42，油栗传动箱42的第一输出端上设有第一液压支路43，第一液压支路43上连接有第一动力头4;油栗传动箱42的第二输出端38上设有第二液压支路44，第二液压支路44上连接有第二动力头6;油栗传动箱42的第三输出端39上设有第三液压支路45，第三液压支路45上连接有钻具升降油缸；油栗传动箱42的第四输出端上设有第四液压支路46，第四液压支路46上连接有井架底脚油缸47、井架起降油缸32、液压支腿48、中部卷扬机49、上卷扬机17 ;第三液压支路45上并联有第五液压支路50，第五液压支路50上连接有夹持器油缸51、卸扣油缸52、第一侧移油缸13、第二侧移油缸14、井架锁缸12、注水栗31。
[0028]以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
[0029]本发明最佳实施例的使用过程:
该全液压双动力头套管钻机到达井位后，液压系统启动，扳动井架起落手柄，井架竖起锁定，观察滑架2的双动力头是否在中心位置，确定后，正时针旋转第一动力头4，接上内钻杆7的主钻杆，这根主钻杆已伸入第二动力头6中心管内和第二动力头6的套管接头对齐。第一根内钻杆7穿入第一根套管内，用垫叉卡住，用专用工具固定，再用中部卷扬机49垂直吊起。将内钻杆7对正第一动力头4主钻杆接头，对接完成后，抽走垫叉，逆时针旋转第二动力头6使外套管9丝扣联结，外套管9下端装有套管钻头10，和内钻杆7下端钻头形成切削旋向相反的工法状态，粉碎岩石保护井壁。内钻头8水眼喷出冷却润滑液介质携带钻肩上返至地面。
[°03°]第一根钻杆钻完后，用夹持器油缸底面一组油缸卡住外套管9，正时针旋转第二动力头6，外套管9丝扣卸开。内钻杆7露出并提升至中间夹持器油缸卡住，逆时针旋转第一动力头4，内钻杆7卸开，双动力头接第二根钻杆。第二根钻杆的对接方法和第一根方法相同，依次对接完钻后，首先用底部夹持器油缸卡住外套管9对接口下部，用第二动力头6的动力正转卸扣油缸。卸不开时再用中间夹持器油缸卡住对接口上部，启动卸扣油缸油缸，顺时针旋转套管丝扣卸松。第二动力头6顺时针旋卸外套管9，内钻杆7露出，将动力头上提至上夹持器油缸以上位置，用中间夹持器油缸卡住内钻杆7接口下端，上部夹持器油缸卡住对接口上端，中间夹持器油缸卸扣油缸油缸正向运动卸松内钻杆7丝扣，第一动力头4逆向旋转，内钻杆7全部卸开取下。完井后用下动力头下探对接套管丝扣后上提至下一套管下端，中间夹持器油缸油缸正向运动卸松外套管9取下，依此类推。
[0031]本钻机可采用多种工法钻井:配置两台泥浆栗为机械传动，目的是用单动力头打水井时，一般性地质结构同时使用两台泥浆栗钻井，可大大提高效率;遇到复杂底层，可使用I台泥浆栗进行钻井，保证钻井质量;使用两台泥浆栗比使用一台大型泥浆栗更易选择工况，节约成本。
[0032]压缩空气工法施工:是指使用空压机所产生的高压压缩空气作为钻井介质，将井底岩肩携带出地面。
[0033]泥浆工法施工:是指使用压力高的泥浆栗循环，推动泥浆流动注入地下携带岩肩冷却钻头。
[0034]水栗工法施工:是指使用水栗将清水经钻杆注入裂隙地层的钻井方法，水是携带岩肩的介质，冷却内外钻头，岩肩随裂缝流走，流不走则随水循环至地面。
[0035]本钻机可直接作为单动力头钻机使用，上下动力传动转速扭矩不同，可根据地质情况选用合适，将其中一台动力头取下。
【主权项】
1.一种双动力头井架，其特征在于包括立柱、能沿立柱滑动的滑架，滑架上设有第一液压马达、第一动力头、第二液压马达和第二动力头，第一液压马达的输出轴与第一动力头的输入轴连接，第一动力头上安装有内钻杆，内钻杆的下端安装有内钻头;第二液压马达的输出轴与第二动力头的输入轴连接，第二动力头上安装有外套管，外套管的下端安装有套管钻头，外套管位于内钻杆的外部。2.根据权利要求1所述的双动力头井架，其特征在于双动力头井架还包括移动油缸，移动油缸的一端固定安装在第二动力头固定部的上端，移动油缸的另一端与第一动力头固定部的下端连接。3.根据权利要求1或2所述的双动力头井架，其特征在于双动力头井架还包括第一侧移油缸、第二侧移油缸，滑架上设有沿水平方向的第一滑轨和第二滑轨，第一动力头能滑动地安装在第一滑轨上，第二动力头能滑动地安装在第二滑轨上，第一侧移油缸的一端固定在滑架上，第一侧移油缸的另一端固定在第一动力头上，第二侧移油缸的一端固定在滑架上，第二侧移油缸的另一端固定在第二动力头上。4.根据权利要求3所述的双动力头井架，其特征在于双动力头井架还包括上卷扬机，上卷扬机能转动地安装在立柱上。5.根据权利要求1或2所述的双动力头井架，其特征在于双动力头井架还包括钻具升降油缸、第一链条和第二链条，钻具升降油缸固定安装在立柱上，立柱的上端设有第一定滑轮和第二定滑轮，立柱的下端设有第三定滑轮和第四定滑轮，钻具升降油缸为单活塞双出杆油缸，单活塞双出杆油缸包括缸体，缸体内部设有活塞，活塞的上端固定安装有第一活塞杆，活塞的下端固定安装有第二活塞杆，第一活塞杆上固定安装有第一动滑轮，第二活塞杆上固定安装有第二动滑轮，第一链条的一端固定安装在滑架的上端，第一链条的另一端依次绕过第一定滑轮、第一动滑轮、第二定滑轮后固定安装在立柱的顶部;第二链条的一端固定安装在滑架的下端，第二链条的另一端依次绕过第三定滑轮、第二动滑轮、第四定滑轮后固定安装在立柱的底部。6.根据权利要求3所述的双动力头井架，其特征在于双动力头井架还包括钻具升降油缸、第一链条和第二链条，钻具升降油缸固定安装在立柱上，立柱的上端设有第一定滑轮和第二定滑轮，立柱的下端设有第三定滑轮和第四定滑轮，钻具升降油缸为单活塞双出杆油缸，单活塞双出杆油缸包括缸体，缸体内部设有活塞，活塞的上端固定安装有第一活塞杆，活塞的下端固定安装有第二活塞杆，第一活塞杆上固定安装有第一动滑轮，第二活塞杆上固定安装有第二动滑轮，第一链条的一端固定安装在滑架的上端，第一链条的另一端依次绕过第一定滑轮、第一动滑轮、第二定滑轮后固定安装在立柱的顶部;第二链条的一端固定安装在滑架的下端，第二链条的另一端依次绕过第三定滑轮、第二动滑轮、第四定滑轮后固定安装在立柱的底部。7.根据权利要求4所述的双动力头井架，其特征在于双动力头井架还包括钻具升降油缸、第一链条和第二链条，钻具升降油缸固定安装在立柱上，立柱的上端设有第一定滑轮和第二定滑轮，立柱的下端设有第三定滑轮和第四定滑轮，钻具升降油缸为单活塞双出杆油缸，单活塞双出杆油缸包括缸体，缸体内部设有活塞，活塞的上端固定安装有第一活塞杆，活塞的下端固定安装有第二活塞杆，第一活塞杆上固定安装有第一动滑轮，第二活塞杆上固定安装有第二动滑轮，第一链条的一端固定安装在滑架的上端，第一链条的另一端依次绕过第一定滑轮、第一动滑轮、第二定滑轮后固定安装在立柱的顶部;第二链条的一端固定安装在滑架的下端，第二链条的另一端依次绕过第三定滑轮、第二动滑轮、第四定滑轮后固定安装在立柱的底部。8.—种全液压双动力头套管钻机，其特征在于包括如权利要求3或4或6或7所述的双动力头井架，还包括底盘，底盘上设有动力传动系统和液压系统，双动力头井架的下端铰接在底盘上，底盘上铰接有井架起降油缸，井架起降油缸的另一端与双动力头井架的下部铰接，动力传动系统的输出端与液压系统的输入端连接，液压系统的输出端与双动力头井架连接。9.根据权利要求8所述的全液压双动力头套管钻机，其特征在于动力传动系统包括发动机、变速器、取力器、分动器、分动箱，发动机的输出轴与变速器的输入端连接，变速器的输出端与分动器的输入端连接，分动器的第一输出端与取力器的输入端连接，分动器的第二输出端与底盘前车桥连接，分动器的第三输出端与底盘后车桥连接，取力器的输出端与分动箱的输入端连接，分动箱的第一输出端连接有第一泥浆栗，分动箱的第二输出端连接有第二泥浆栗，分动箱的第三输出端与液压系统的输入端连接。10.根据权利要求8或9所述的全液压双动力头套管钻机，其特征在于液压系统包括油栗传动箱，油栗传动箱的第一输出端上设有第一液压支路，第一液压支路上连接有第一动力头;油栗传动箱的第二输出端上设有第二液压支路，第二液压支路上连接有第二动力头；油栗传动箱的第三输出端上设有第三液压支路，第三液压支路上连接有钻具升降油缸；油栗传动箱的第四输出端上设有第四液压支路，第四液压支路上连接有井架底脚油缸、井架起降油缸、液压支腿、中部卷扬机、上卷扬机;第三液压支路上并联有第五液压支路，第五液压支路上连接有夹持器油缸、卸扣油缸、第一侧移油缸、第二侧移油缸、井架锁缸、注水栗。
【文档编号】E21B7/02GK105927162SQ201610393302
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】孙江, 王双进, 王志卫, 周新春, 王正胜, 唐占平
【申请人】乌鲁木齐菲林震源物探钻井有限公司