专利名称：用于钻井设备的杆安装设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及钻井(或钻孔)设备，尤其涉及用于钻井设备的杆安装设备，其在钻井作业期间安装或分离由头部的驱动轴旋转的杆。
背景技术：
通常，用于在地面上钻出孔的钻井设备是基于简单循环钻头或螺栓的技术，或基于不仅循环钻头或球铣刀而且加压钻头或球铣刀的技术。根据后者的方法，通过旋转安置于杆的端部处的钻头并且利用钻杆管用空气吸入循环水和裂开的岩石，接下来吊装岩石至地表面，来对地面进行钻孔。这种方法基本上利用于大直径灌注，而自上而下的方法用于基础作业。同时，在执行钻井作业的过程中，钻井设备随着钻井深度增加会安装或分离具有 安装在其上的钻头的杆或者长度延伸杆。在长度延伸杆的安装操作期间，用于对地面进行钻井的杆被连接至安置于头部的驱动轴。在长度延伸杆的安装操作中，由于使用单独的起重机悬挂杆以及设定杆都是手动执行的，所以安装杆时所需的工作量会增加。在常规钻井设备中，为了顺利地执行杆安装操作，仓体安装在罩的侧表面，并且仓体朝头部的驱动轴的下部旋转以更换杆或者存储收回的杆。常规的钻井设备需要单独的器材用于将杆安装在仓体上。此外，在将杆安装在仓体上时需要相当长的时间。此外，当钻深孔时，所需的杆的数量会增加。然而，由于装载在仓体中的杆的数量受限，所以常规的钻井设备很难被用于钻深孔。鉴于上述，为了钻相对深的孔，使用卡车将多个杆搬运到执行钻井作业的建筑部位。使用辅助起重机将杆从卡车提升，然后将其安装在安置于罩处的头部的驱动轴上。因而，不能改善安装杆的效率。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种用于钻井设备的杆安装设备，它能够通过减少在安装或分离杆时所需的工作量来改善地下钻孔的钻井作业。本发明还提供了一种用于钻井设备的杆安装设备，其能够改善将杆连接至头部的驱动轴时的安装精度。本发明还提供了一种用于钻井设备的杆安装设备，其能够防止杆从保持部被脱离，甚至是在夹紧机构的保持力被移除之后。根据本发明的一个方案，提供了一种杆安装设备，其包括支架，安置于所述钻井设备的主体的框架处，并且具有杆；基座部件，旋转地安装在所述支架上；旋转部件，铰接至所述基座部件的一侧以保持并旋转安装至驱动轴杆的一端或与驱动轴分离的杆的一端；夹紧机构，安装在所述旋转部件上以夹紧所述杆的所述一端；以及驱动机构，安装在所述基座部件上以使所述旋转部件在所述杆使所述旋转部件竖立或平躺的方向上旋转。所述支架可以进一步包括驱动机构，所述驱动机构用于相对于所述支架以预定角度旋转所述基座部件。所述驱动机构可以安置于所述基座部件下面，并可以包括旋转地支撑于所述支架的旋转轴；从所述旋转轴径向延伸的旋转连杆；以及安置于所述主体的所述框架和所述旋转连杆之间并驱动所述旋转轴的旋转缸。夹紧机构可以包括固定的颚板，其安置于所述旋转部件的上表面处；移动的颚板，其通过铰链轴与所述固定的颚板旋转地安置，并形成保持所述杆的一端的保持部；以及驱动缸，其安置于所述旋转部件和所述移动的颚板之间并相对于所述固定的颚板旋转所述移动的颚板。 所述驱动缸可以具有所述移动的颚板旋转的冲程，以防止支撑至处于所述固定的颚板与所述移动的颚板打开状态下的所述保持部的所述杆从在所述固定的颚板和所述移动的颚板打开的所述保持部中脱离。有益效果如上所述，在根据本发明的用于钻井设备的杆安装设备中，因为杆能够旋转以将处于其端部被夹紧状态下的杆安装至头部的驱动轴或者将其与头部的驱动轴分离，所以当使用钻井设备执行钻井作业时能够减少用于杆安装或分离所需的工作量，从而可最大化钻井效率。由于在安装于卡车上的杆被夹紧机构夹紧的状态下杆能够朝头部的驱动轴的下部移动，所以不需要单独的起重机。此外，甚至在移除施加于杆的夹紧力之后，也能够防止杆从夹紧机构脱离，从而防止安全事故。
结合附图通过下文的详细描述，本发明的目的、特征、优势将更显而易见，其中图I是根据本发明的实施例的具有杆安装设备的钻井设备的侧视图；图2是图示了安装在钻井设备中的工具夹紧装置的平面图；图3是根据本发明的杆安装设备的分解立体图；图4是根据本发明的另一个实施例的具有杆安装设备的钻井设备的侧视图；以及图5是图示了根据本发明的杆安装设备的操作的立体图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。根据本发明的钻井设备包括杆安装设备，该杆安装设备可安装/分离执行钻井作业的杆，并且能够供应或收回杆从而改变杆长度，其典型实施方式在图I至图5中示出。参考图I至图5，钻井设备10包括罩12，安置于钻井设备10处或其主体11上；以及头部30，可滑动地安置于罩12处，由提升装置20提升或降低，并具有联接至杆100的驱动轴31。钻头机构101安置于联接至驱动轴31的杆100的一端处。为了实现杆的安装或分离，用于夹紧杆100的工具夹紧机构40安置于罩12的下端处。此外，杆安装机构50用于夹紧杆100的一端并供应和收回杆100，杆安装机构50设置在罩12的下部处或邻近罩12的主体11的框架Ila上。现在将详细描述根据本发明的包括杆安装设备的上述钻井设备。
尽管未示出，但液压油供应机构、用于泵送并供应液压油至液压缸的控制阀、以及液压马达可以设置在钻井设备10中，或者设置在钻井设备10的主体11上。液压油供应机构包括液压油箱和用于驱动液压泵的引擎，该液压泵用于从液压油箱泵送液压油。独立的移动装置也可以安置于主体11中。此外，罩12通过安置于主体11和罩12之间的缸13旋转。通过提升装置20头部30沿着罩12被提升或降低，头部30旋转且提升或降低连接至驱动轴31的杆100，驱动轴31和用于正向或反向旋转驱动轴31的驱动马达33安置于沿着罩12被提升或降低的提升框架32处。液压马达可以用作驱动马达33以驱动该驱动轴31。提升装置20包括安置于罩12上部和下部的链轮21 ;锁定在链轮21上以及连接至头部30的提升框架32的链条23 ;以及安置于罩12处并驱动链轮21中的一个链轮的液 压马达(未示出)。提升装置20并不限于图示的提升装置，而且可以实施为安置于罩12处的缸、绞车或绳子。工具夹紧装置40安置于罩12的下端处或框架Ila上，将安装的杆或分离的杆夹紧。如图2所示，工具夹紧装置40包括具有第一孔41的支撑框架42，杆100穿过第一孔41 ；以及移动框架44，其安置成相对于支撑框架42的第一孔41是可旋转的，而且具有第二孔43，第二孔43成形为对应第一孔41。颚板45a和46a用于保持穿过第二孔43的杆100，并可滑动地安置于第二孔43的两侧的移动框架44处。通过安置于移动框架44处的第一液压缸45和第二液压缸46可使相应颚板45a和46a前后来回移动。此外，移动框架44由连接支撑框架42和移动框架44的第三液压缸48和第四液压缸49旋转。也就是说，在通过颚板45a和46a将杆100夹紧在移动框架44上的状态下，移动框架44相对于支撑框架42旋转，从而旋转被夹紧的杆100。杆安装机构50安装成这样的状态使得杆100的一端被夹紧以允许将杆100连接至头部30的驱动轴31或与头部30的驱动轴31脱离，其典型实施例在图3和图4中示出。参考图3和图4，杆安装机构50配置为使得基座部件52旋转地安置于支架51中，支架51安置于罩12的下部处或安置于主体11的框架Ila上。此外，杆安装机构50包括旋转部件54，其通过铰链轴53连接至基座部件52的一侧并在垂直或水平状态下旋转；夹紧机构60，其安置于旋转部件54中并夹紧杆100的一端；以及致动器，其安装在基座部件52上以使旋转部件54在杆100使旋转部件54竖立或平躺的方向上旋转。致动器可以是液压缸55。作为致动器的液压缸55的一侧旋转地支撑于基座部件52，液压缸55的杆55a通过销55b旋转地联接至旋转部件54的一侧。随着基座部件52相对于支架51旋转，旋转轴52a安置于基座部件52的下部处，而且旋转轴52a旋转地安置于支架51处。基座部件52旋转地安置于支架51处，其可以被独立的驱动机构70旋转。如图3所示，驱动机构70包括安置于旋转轴52a处的旋转连杆71和安置于框架Ila和旋转连杆71之间的旋转缸72。如图4所示，随着旋转轴52a旋转，驱动机构70包括液压马达75、由液压马达75驱动的驱动齿轮76以及安置于旋转轴52a处的驱动齿轮77。夹紧机构60夹紧杆100的一端。固定的颚板61安置于旋转部件54的上表面上，而移动的颚板62通过铰链轴61联接至固定的颚板61，移动的颚板62旋转地安置于固定的颚板61上以夹紧杆100的一端。当固定的颚板61和移动的颚板62联接于彼此时，它们形成柱形保持部63以围绕杆100的一端。固定的颚板61的长度优选是当固定的颚板61和移动的颚板62联接于彼此时所形成的圆的直径的3至5倍，从而通过保持杆100的一端来防止杆100在旋转期间被脱离。移动的颚板62通过驱动缸64连接至固定的颚板61或与固定的颚板61脱离，驱动缸64作为致动器安置于旋转部件54中。驱动缸64旋转地安置于旋转部件54中，而驱动缸杆64a联接至移动的颚板62的一端，移动的颚板62通过销连接旋转地安置于旋转部件54中。此处，当将移动的颚板62相对于固定的颚板61最大地打开时，驱动缸64的冲程优选小于杆100的直径的长度，以便防止杆100从由固定的颚板61和移动的颚板62形成的保持部63中被脱离。也就是说，即使通过移动的颚板62移除了保持杆100的一端的固定的颚板61的力，杆100也仅在固定的颚板61的纵向方向被收回而不会倾倒。夹紧机构60不限于图示的夹紧机构，只要它能够保持杆100的一端，能够使用任 何类型的夹紧机构。根据本发明的上述钻井设备和杆安装设备操作如下。为了使用根据本发明的钻井设备来执行钻井作业，使用提升装置将头部30提升成这样的状态其中罩12维持在垂直状态。在这种状态下，如图4所示，驱动作为杆安装机构50的致动器55的液压缸，以使安置于基座部件52的一端处的旋转部件54旋转，从而使得由夹紧机构60的固定的颚板61和移动的颚板62所形成的保持部63面朝前方。在这种状态下，驱动缸64被驱动以相对于固定的颚板61旋转移动的颚板62以打开移动的颚板62。然后，将杆100的一端插入形成于固定的颚板61和移动的颚板62之间的保持部63，然后驱动缸64被驱动以保持杆100的一端。然后，驱动作为致动器55的液压缸，以使旋转部件54相对于基座部件52旋转，从而维持由夹紧机构夹紧的杆100在垂直状态，如图5所示。如上所述，如果杆100被维持于垂直状态，驱动机构70的旋转缸72被驱动以旋转基座部件52，从而允许将垂直维持的杆100定位于头部30的驱动轴31的下部。在这种状态下，降低头部30，从而允许杆100和驱动轴31彼此连接。如果驱动轴31和杆100的连接完成，驱动缸64被驱动以旋转移动的颚板62，从而去除杆100的保持状态。然后，提升头部30以从夹紧机构60的保持部63分离杆100，然后通过驱动机构70旋转基座部件52。地下的钻井作业完成之后，为了将连接至驱动轴31的杆100与驱动轴31分离，沿着罩12提升头部30以允许将杆100分离并向下定位以定位于工具夹紧装置40的第一孔41和第二孔43中。然后,驱动第一和第二液压缸45和46以通过颚板45a和46a保持杆100并且使用幅度( I)(未示出)保持杆定位为向上。驱动第三和第四液压缸48和49以连接固定框架42和移动框架44，以相对于固定框架42旋转移动框架44，从而使相连接的杆100相对于彼此旋转。在这种状态下，反向旋转驱动轴31以使杆100即连接至驱动轴31的杆与通过工具夹紧装置40夹紧的杆彼此分离，从而提升头部30并提升经分离的杆。然后，旋转基座部件52以允许夹紧机构60定位于杆100的下部，通过夹紧机构60夹紧支撑至驱动轴31的杆100的一端，反向旋转驱动轴31以使驱动轴31和杆100彼此分离。驱动作为致动器的液压缸55以使旋转部件54相对于基座部件52旋转以使杆100平躺。然后，通过夹紧机构60的固定的颚板61和移动的颚板62所施加的夹紧力被移除以从保持部63分尚杆100。如上所述，因为根据本发明的钻井设备通过杆安装设备供给或收回杆，所以能够减少与连接或分离杆相关的不便或负担。此外，也能够减少更换杆所需的工作量。进而，能够最大化钻井效率。
尽管已在上文详细描述了本发明的典型实施例，但是可以理解的是，本领域技术人员对此处描述的基本发明构思的许多变化和修改仍落入由附随的权利要求限定的本发明的典型实施例的精神和范围之内。
权利要求
1.一种用于钻井设备的杆安装设备，包括 支架，安置于罩的下部处或所述钻井设备的主体上或所述主体的框架上，并且具有杆； 基座部件，旋转地安装在所述支架上； 旋转部件，铰接至所述基座部件的一侧以保持并旋转杆的端部，所被旋转的杆安装至驱动轴或与所述驱动轴分离； 夹紧机构，安装在所述旋转部件上以夹紧所述端部；以及 致动器，安装在所述基座部件上以使所述旋转部件在所述杆使所述旋转部件竖立或平躺的方向上旋转。
2.根据权利要求I所述的杆安装设备，其中，所述支架进一步包括 驱动机构，用于相对于所述支架以预定角度旋转所述基座部件。
3.根据权利要求2所述的杆安装设备，其中，所述驱动机构安置于所述基座部件下面，并包括 旋转地支撑于所述支架的旋转轴； 从所述旋转轴径向延伸的旋转连杆；以及 安置于所述框架和所述旋转连杆之间并驱动所述旋转轴的旋转缸。
4.根据权利要求I所述的杆安装设备，其中所述夹紧机构包括 固定的颚板，安置于所述旋转部件的上表面处； 移动的颚板，通过铰链轴与所述固定的颚板旋转地安装在一起，并形成保持所述杆的端部的保持部；以及 驱动缸，安置于所述旋转部件和所述移动的颚板之间并相对于所述固定的颚板旋转所述移动的颚板。
5.根据权利要求4所述的杆安装设备，其中，所述驱动缸具有冲程，在所述冲程中所述移动的颚板被旋转，以在所述移动的颚板相对于固定的颚板打开的状态下，防止支撑至所述保持部的所述杆从所述保持部脱离。
全文摘要
根据本发明，用于钻井设备的杆安装设备包括支架，其安置于钻井设备的主体的框架上且具有杆；基座部件，其旋转地安装于支架上；旋转部件，其铰接至基座部件的一侧以保持并旋转杆的端部，所述被旋转的杆连接至驱动轴或与驱动轴分离；夹紧机构，其安装在旋转部件上以夹紧所述杆的所述端部；以及驱动机构，其安装于基座部件上以使旋转部件在使旋转部件竖立或平躺的方向上旋转。本发明的杆安装设备能使杆顺利地连接于一起或彼此分离以用于钻井作业，从而改善钻井作业的效率。
文档编号E21B19/18GK102713130SQ201180006540
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者印锡信 申请人:印锡信