[发明专利]调节装置以及在钻孔中使用该调节装置的方法

说明书

一种调节装置(20)，其用于钻机(3)与钻头(5)之间的钻柱(1)中，以及一种使用该调节装置(20)的方法，该调节装置(20)包括：管状的阴性部(22)，其至少部分环绕一管状的阳性部(40)；螺旋联接件(32、42)，其在阴性部(22)与阳性部(40)之间，以便允许调节装置(20)在完全延伸位置与完全缩回位置之间沿两个方向伸缩移动，在阴性部(22)与阳性部(40)之间存在旋转速度差时，调节装置(20)发生所述移动；第一偏置装置(51)，其设置为施加驱动力以将调节装置(20)驱动向其延伸位置；以及第二偏置装置(56)，其中第二偏置装置(56)具有相应的驱动装置(48、50、58；52、54)，通过驱动装置(48、50、58)被轴向连接到阳性部(40)的部分，驱动装置在调节装置(20)中的轴向位置由阳性部(40)与阴性部(22)的相对轴向位置控制，且阳性部(40)经由驱动装置(48、58；52、54)受到来自第二偏置装置(56)的力，在调节装置(20)处于其延伸位置时，来自第二偏置装置的力与来自第一偏置装置(51)的驱动力相反，且其中，阳性部(40)经由所述驱动装置受到来自第二偏置装置(56)的力，在调节装置(20)处于其缩回位置时，来自第二偏置装置的力与来自第一偏置装置(51)的驱动力同向，第二偏置装置(56)能够在由肩部(27)与凸台(27’)轴向限定的第二腔室(26)中轴向位移，第二偏置装置(56)在肩部(27)和所述凸台(27’)之间的位移小于阳性部(40)在完全延长位置与完全缩回位置之间的伸缩移动。

技术领域

本发明涉及一种调节装置以及在地面的钻孔中使用该调节装置的方法。更具体地，本发明涉及一种用于钻机与钻头之间的钻柱中的调节装置，该调节装置被构造为当其被进给以便在钻孔底部处建立工作表面时，或者在撞击不同特点的地层或岩石时，限制对钻头的反作用力。

背景技术

为了降低由于在深钻孔中钻头上的应力和准确位置的有限控制而导致钻头损坏的风险，已知使用适合钻头本身的设计的解决方案。一些解决方案旨在使钻头的侵蚀性较低，从而使钻头在遇到让钻头抵靠的工作表面时的敏感性较低。一种这样的解决方案使用的示例是减小钻头的切割元件的所谓攻角(angle of attack，迎角)，从而相对于钻压(weight-on-bit，钻头重量)产生较小的反作用力。钻压是钻井行业中已知的术语且涉及由钻头对工作表面施加的轴向力。通过减小的反作用力，实现了钻头的径向振动的较低风险。在专业环境中，这种振动被称为“粘滑(stick-slip)”，其为停止-启动运动或“颠簸(jerking)”。寻求通过生产具有倒角(bevel)而非直的切割角的钻头的切割元件来实现相同的目的。

通常，这些方案的缺点在于，在刀具将要在硬的岩石中建立接合时，需要增加显著的钻压。这种增加的钻压成指数地体现于钻头的切割元件中增加的摩擦热，这构成了技术壁垒；在用于钻削海底地层或陆地上的岩石的钻头中使用的切割元件主要由多晶体或人造金刚石制成，其中使用钴来将钻石碎屑结合在一起形成圆板。这种材料组合对热敏感，且从350℃开始强度成指数地减小。事实上，在钻头的切割元件中所述的增加的摩擦热导致现有解决方案(在钻头被进给时保护钻头)不适用于例如岩床中的钻削。这对于地热和深层油气储藏的经济利用形成显著的障碍。

因此，对这种锋利且有效率的切割元件的优化应用(这对于在不过热的情况下切割硬岩石是必要的)，必须基于减小攻角和增大支撑表面以外的原理。现有技术是用于钻柱的常见的轴向减震器。这些减震器在大约1960年到大约1980年间经历迅速发展且与牙轮钻头一同占据了显著的地盘。

从这个时期开始，已知以下公开文献：US3073134、US3225566、US3329221、US3382936、US3947008、US3963228、US4054040、US4133516、US4162619、US4173130、US4186569、US4194582、US4210316、US4211290、US4257245、US4303138、US4398898、US3871193和US4901806。