用于反井镗孔工具的耐磨支撑组件的制作方法

1.本发明涉及用于反井镗孔工具的耐磨支撑组件，尤其涉及用于铰刀刀头和驱动杆的耐磨支撑组件。


背景技术：

2.反井镗孔工具有铰刀刀头，该铰刀刀头用于通过将导向孔铰大到期望的最终直径来钻凿出反井。铰刀刀头通常由多个滚刀构成，这些滚刀以环形图案布置在主体上，并且在铰刀刀头向上进给的同时旋转，因此使导向孔周围的岩石碎裂。在钻凿期间，驱动杆或底堵(bull nose)位于导向孔中。导向孔可以在钻凿反井的同时钻凿出来(在盲镗孔的情况下)，或者预先钻凿出来。
3.传统上，铰刀刀头具有耐磨垫，这些耐磨垫集成或焊接在铰刀刀头的主体的一个或多个部分上，以在铰刀刀头进行钻凿时帮助稳定铰刀刀头，并保护铰刀刀头在暴露区域中免受过度磨损。耐磨垫通常由在暴露的外表面上涂敷了表面硬化的软钢制成。问题是，当耐磨垫需要更换时，更换的唯一方式是将整个铰刀刀头送到车间，以移除用过的耐磨垫，并将其重新焊接上或焊接上新的耐磨垫，这很耗时，通常需要几天时间，也不是非常方便。
4.因此，要解决的问题是如何提供耐磨垫，使得这些耐磨垫可以容易在钻机附近更换，因此减少钻凿操作的停机时间，同时仍然为反井镗孔工具提供有效的磨损防护和改进的稳定性，并且这些耐磨垫被牢固地固持在适当位置中，以使得它们在经受钻凿力时不容易移位。


技术实现要素：

5.本发明的目标是提供用于反井镗孔工具的新颖且改进的耐磨垫设计。具体来说，目标是提供可以容易由钻机直接更换的耐磨垫设计。另一目标是提供耐磨垫，这些耐磨垫提高了钻凿操作的稳定性，并且这些耐磨垫被牢固地固持在适当位置中，以使得它们在来自钻凿的力施加时不容易被移除。
6.此目标通过提供一种耐磨支撑组件来实现，该耐磨支撑组件包括布置在支撑板的顶部上的耐磨垫，其中支撑板具有用于连接到反井镗孔工具的下表面以及用于接纳螺栓以将耐磨垫连接到支撑板的至少一个孔。优选地是，支撑板的下表面是弯曲的，但是它也可以是平坦的。该至少一个孔应存在于耐磨垫与支撑板两者中，并且这些孔应对齐，以使得螺栓可以相对于耐磨垫的下表面在径向或垂直方向上连接这两个零件。有利地是，这种设计意味着耐磨垫可以容易在钻机附近更换。支撑板的包含以及相对于耐磨垫的下表面的螺栓连接的径向或垂直(或竖直)方向意味着耐磨垫被牢固地固持在适当位置中，以使得当钻凿力得以施加时，耐磨垫不容易被移除。这种设计还提高了铰刀刀头的稳定性，尤其是当装配了较大的耐磨垫时，以使得对反井镗孔工具的磨损减少，并且其工作寿命增加。
7.优选地是，存在多于两个的孔，优选是四个孔。有利地是，这意味着较多螺栓可以用于将耐磨垫连接到支撑板，并且因此，因为来自钻凿的力在较多接触点之间分散，所以耐
磨垫被较牢固地固持到支撑板。
8.可选地是，孔具有两种直径，其中较大直径的孔较靠近支撑板的上表面，并且较小直径的孔较靠近支撑板的下表面。有利地是，这意味着螺栓可以埋头到耐磨垫中，并且因此它们受到较多保护以免磨损。
9.优选地是，耐磨支撑组件进一步包括至少一个螺栓，优选是多于两个的螺栓。优选地是，使用多于两个的螺栓，诸如四个螺栓，例如在耐磨垫的每个角中一个螺栓，将每个耐磨垫螺栓连接到每个支撑板。螺栓相对于耐磨垫的下表面径向或垂直突出到耐磨支撑组件中。有利地是，这意味着因为来自的钻凿力在较多接触点之间分散，所以耐磨垫被较牢固地固持到支撑板。
10.可选地是，支撑板具有止动螺栓，优选地是，当连接到反井镗孔工具时，此止动螺栓定位在支撑板的旋转方向上的后侧上。替代性地是，止动螺栓可以位于旋转方向上的前侧上或位于旋转方向上的后侧与前侧两者上。有利地是，止动螺栓为耐磨垫提供了抵抗来自钻凿操作的旋转力的进一步支撑，因此确保了耐磨垫刚性地保持在适当位置中。
11.优选地是，支撑板包括后端台阶，该后端台阶用于将耐磨垫固定到支撑板。有利地是，在支撑板的后端上包含台阶通过提供抵抗从向前钻凿方向施加的力的支撑，确保耐磨垫被刚性地固持到支撑板。
12.可选地是，支撑板包括侧面台阶，该侧面台阶用于将耐磨垫(22)固定到支撑板、优选地是在连接到反井镗孔工具时固定在支撑板的旋转方向上的后侧上。替代性地是，侧面台阶可以定位在支撑板的旋转方向上的前侧上或定位在支撑板的两侧上。有利地是，在支撑板上包含侧面台阶通过提供抵抗从铰刀刀头的旋转施加的力的支撑，确保耐磨垫被牢固地固持到支撑板。
13.可选地是，后端台阶和/或侧面台阶被铣削到支撑板上。换句话说，支撑板由单件式主体制成。此举的优点是维持了支撑板的强度。
14.替代性地是，后端台阶被螺栓连接或焊接到支撑板上。换句话说，支撑板由连接在一起的两个部件制成。这种设计的优点是较容易在现场更换台阶。
15.可选地是，在支撑板上存在键。有利地是，键减轻了螺栓的应力，并确保支撑板和耐磨垫被牢固地固持在一起，以降低耐磨垫在钻凿操作期间被移出的风险。
16.可选地是，键被压配合在适当位置中。有利地是，这实现了容易的构造。
17.替代性地是，键被螺栓连接在适当位置中。有利地是，这意味着键被牢固地固持在适当位置中。
18.优选地是，该一个或多个螺栓埋头到耐磨垫中。有利地是，这意味着螺栓将较少受到磨损，并且因此将持续较长时间。
19.可选地是，支撑板上的上表面与耐磨垫上的下表面两者是平坦的。替代性地是，支撑板上的上表面与耐磨垫上的下表面两者是凸形的。对于平坦几何形状或凸形几何形状的选择将取决于制造能力和铰刀刀头的设计。
20.优选地是，耐磨垫被表面硬化，例如用碳化钨进行表面硬化。有利地是，这将提高耐磨垫的耐磨性。
21.本发明的另一方面涉及一种用于反井镗孔操作的反井镗孔工具，包括：具有主体的铰刀刀头；使用固持器连接到主体的多个滚刀；连接到主体的鼻部或驱动杆；以及至少一
个耐磨支撑组件，其中每个支撑板直接连接到反井镗孔工具，并且每个耐磨垫螺栓连接到每个支撑板，优选在相对于耐磨垫的下表面径向或垂直的方向上螺栓连接到每个支撑板。有利地是，这种设计意味着耐磨垫可以容易在钻机附近更换。支撑板的包含以及螺栓连接的径向或垂直方向意味着耐磨垫被牢固地固持在适当位置中，以使得当钻凿力得以施加时，耐磨垫不容易被移除。这种设计还提高了铰刀刀头的稳定性，尤其是当装配了较大耐磨垫时，以使得对反井镗孔工具的磨损减少，并且其工作寿命增加。
22.铰刀刀头的主体可以具有鼻部，或者连接到鼻部，或者连接到驱动杆。如果铰刀刀头的主体具有鼻部或连接到鼻部，鼻部可以具有用于附接到稳定管或导向钻头的螺纹连接，或者可以是形成铰刀刀头的前端的底堵。
23.在一个实施例中，至少一个耐磨支撑组件定位在铰刀刀头的主体上。有利地是，这为铰刀刀头的主体提供了磨损防护，并为钻凿操作提供了稳定性。
24.在另一实施例中，至少一个耐磨支撑组件定位在铰刀刀头的鼻部上。有利地是，这为铰刀刀头的鼻部提供了磨损防护。
25.在另一实施例中，至少一个耐磨支撑组件定位在驱动杆上。有利地是，这为驱动杆提供了磨损防护。
26.耐磨支撑组件可以仅定位在铰刀刀头的主体上；或者仅定位在铰刀刀头的鼻部或驱动杆上；或者定位在铰刀刀头的主体与铰刀刀头的鼻部或驱动杆两者上。
27.可选地是，铰刀刀头的鼻部与铰刀刀头的主体集成。替代性地是，取决于铰刀刀头的设计，鼻部可从主体拆卸下来。
附图说明
28.现将仅通过示例并参照附图来描述本发明的具体实施方案，其中：
29.图1是反井镗孔工具的透视图，该反井镗孔工具具有带有两个滚刀的铰刀刀头和定位在铰刀刀头的主体上的耐磨支撑组件。
30.图2是反井镗孔工具的透视图，该反井镗孔工具具有带有三个滚刀的铰刀刀头和定位在铰刀刀头的主体上的耐磨支撑组件。
31.图3是反井镗孔工具的透视图，该反井镗孔工具具有带有两个滚刀的铰刀刀头和定位在铰刀刀头的鼻部上的耐磨支撑组件。
32.图4是反井镗孔工具的透视图，该反井镗孔工具具有连接到驱动杆的铰刀刀头和定位在驱动杆上的耐磨支撑组件。
33.图5是耐磨垫的透视图。
34.图6是带有后端台阶的支撑板的透视图。
35.图7是本发明的实施例的透视图，其中支撑板具有后端台阶和止动螺栓。
36.图8是本发明的实施例的透视图，其中支撑板具有后端台阶和侧面台阶。
37.图9是本发明的实施例的透视图，其中支撑板具有键。
38.图10是本发明的实施例的透视图，其中支撑板具有平坦的上表面。
具体实施方式
39.图1示出了反井镗孔工具6，该反井镗孔工具6具有：包括主体16的铰刀刀头8；以及
多个滚刀14，其用固持器15(也称为紧固件、工具固持器或鞍座)可旋转地安装在主体16上；以及鼻部12(替选性地是装配有底堵)，其具有用于附接到稳定管和导向钻头的螺纹连接。固持器15安装或集成在主体16上。鼻部12可以与主体16集成在一起，或者可以是独立的可附接零件。
40.鼻部12可以是底堵并且形成铰刀刀头8的前端，或者它可以具有用于附接到稳定管和导向钻头的螺纹连接。替代性地是，如图4所示，驱动杆10可以附接到铰刀刀头8的主体16，而不是鼻部12。
41.至少一个支撑板20在需要磨损防护的区域中附接到反井镗孔工具6上。支撑板20具有用于径向连接到反井镗孔工具6的下表面46，该下表面优选是弯曲的，但也可以是平坦的。径向意味着垂直于反井镗孔工具6的中心线56。优选地是，支撑板20被焊接到反井镗孔工具6上。替代性地是，支撑板20可以以螺栓连接到或任何其它合适方式固定到反井镗孔工具6上。支撑板20可以装配到铰刀刀头16的主体16和/或鼻部12，并且/或者可以装配到驱动杆10或需要磨损防护的任何其它位置中。接着，耐磨垫22被用多个螺栓24相对于耐磨垫22的下表面40径向地或垂直地螺栓连接到支撑板20。优选地是，使用多于两个的螺栓24，诸如四个螺栓24。例如，在耐磨垫22的角中的每一个中可以存在一个螺栓24。支撑板20和耐磨垫22一起形成耐磨支撑组件4。图5更详细地示出了耐磨垫22。典型地是，支撑板20和耐磨垫22具有长方形形状，但是它们可以是任何其它合适形状，并且具有钻入其中以接纳螺栓24的孔36。螺栓24可以延伸穿过耐磨垫22而进入支撑板20中，或者它们也可以延伸穿过支撑板20而进入铰刀刀头8的主体16或鼻部12中或者进入驱动杆10中。耐磨垫22具有接触支撑板上的上表面38的下表面40，以及暴露于正被钻凿的岩石的上表面42。孔36相对于耐磨垫22的下表面40在垂直方向上或在径向方向上突出。耐磨垫22由耐磨材料制成，例如，耐磨垫22可以由软钢或硬钢制成。优选地是，耐磨垫的上表面42被表面硬化，例如用碳化钨或任何其它合适的耐磨材料进行表面硬化。替代性地是，硬质合金嵌入件可以被添加到耐磨垫22，以提高它们的耐磨性。优选地是，螺栓24埋头到耐磨垫22中，以减少它们的磨损。这可以通过在耐磨垫22中钻凿出用于接纳螺栓24的孔36来实现，孔36具有两种直径，其中较大直径的孔较靠近上表面42，并且较小直径的孔较靠近下表面40。耐磨垫22的面积可以增大到用于具体反井镗孔工具6的任何合适大小，以提供额外的磨损防护和稳定性。
42.耐磨支撑组件4可以附接到反井镗孔工具6的需要磨损防护的任何部分。图1示出了示例，其中反井镗孔工具6是槽式反井钻机(slot raiser)，并且其中耐磨支撑组件4附接到铰刀刀头8的主体16，该铰刀刀头具有两个滚刀14和带有螺纹连接的鼻部12。当只有两个滚刀14时，耐磨支撑组件4对于提高钻凿操作的稳定性特别重要。图2示出了槽式反井钻机的示例，其中耐磨支撑组件4附接到铰刀刀头8的主体16，该铰刀刀头8具有三个滚刀14和带有螺纹连接的鼻部12。图3示出了槽式反井钻机的示例，该槽式反井钻机具有两个滚刀14，鼻部12是底堵，并且其中耐磨垫22和支撑板20附接到铰刀刀头8的鼻部12。图4示出了反井镗孔工具6的示例，其中铰刀刀头8附接到驱动杆10，并且其中耐磨垫22和支撑板20附接到驱动杆10。在这种情况下，驱动杆10将铰刀刀头8连接到钻机(未示出)，并辅助稳定钻凿操作。应理解，本发明可以应用于任何其它类型的反井镗孔工具6或设备，并且耐磨支撑组件4可以定位在铰刀刀头8或驱动杆10的需要磨损防护和/或稳定性的任何部分上。
43.图6示出了支撑板20可以具有后端台阶28，该后端台阶被定位用以吸收来自向前
钻凿方向的力，并保持耐磨垫22被刚性地固持在适当位置中。与滚刀14相比，后端台阶28定位在支撑板20的轴向相反一侧上。后端台阶28可以被铣削到支撑板20中，以使得支撑板20是单件式主体。替代性地是，后端台阶28可以螺栓连接或焊接到支撑板20上，以使得支撑板20是两件式或多件式主体。台阶是支撑板20的厚度增大的区段，具有垂直于上表面42以用于与耐磨垫22邻接的第一侧50，以及平行于上表面42并相对于该上表面凸起的第二侧52。
44.图7示出了止动螺栓32，其也可以固定到支撑板20的旋转方向上的后侧，以使得耐磨垫22能够压靠在它上面。旋转方向上的后侧是与当铰刀刀头8旋转时首先接触岩石的一侧相反的那一侧。止动螺栓32充当耐磨垫22的支撑件，以吸收从钻凿操作施加的旋转力中的一些旋转力，并辅助保持耐磨垫22以刚性地固持在适当位置中。后端台阶28和止动螺栓32可以被单独使用或组合使用。
45.图8示出了支撑板20的替代性实施例，其中止动螺栓32已被侧面台阶30代替。侧面台阶30可以与后端台阶28组合使用或者单独使用。侧面台阶30定位在支撑板20的旋转方向上的后侧上，换句话说被定位在支撑板20的在铰刀刀头8旋转时首先接触岩石的一侧上。替代性地是，侧面台阶30可以定位在支撑板20的旋转方向上的前侧上。在支撑板20上也可以存在两个侧面台阶30，即耐磨垫22的每一侧各一个，换句话说，旋转方向上的后侧和旋转方向上的前侧上各一个，以使得耐磨垫22在两个旋转方向上被支撑。侧面台阶30可以被焊接、铣削或螺栓连接在适当位置中。侧面台阶30可以被单独使用或者与后端台阶28组合使用。
46.台阶是支撑板20的厚度增大的区段，该区段具有垂直于上表面42以用于与耐磨垫22邻接的第一侧50，以及平行于上表面42的凸起侧52。
47.图9示出了替代性实施例，其中键34定位在支撑板20上。键34装配在耐磨垫22与支撑板20之间的槽中，以减轻螺栓24的应力。键34可以是任何合适的形状，例如呈销形、长方形或半月形形式。键34可以被按压在适当位置中或者被用小螺钉螺栓连接在适当位置中。键34可以埋头到耐磨垫22的下表面40上的凹部中。键34可以被单独使用或者与上文公开的前述实施例中的任一个实施例组合使用。
48.如图6到图9所示，相互压靠的支撑板20的上表面38与耐磨垫22的下表面40两者可以是凸形的或弯曲的。
49.图10示出了替代性实施例，其中支撑板20的上表面38与耐磨垫22的下表面40两者是平坦的，并且被装配成使得它们相互平行。