[发明专利]用于安装套管的装置和方法

说明书

一种用于在井孔中安装套管的装置和方法。该装置(100)包括：套管(1)；适配在套管(1)内的钻孔管(2)，该钻孔管(2)包括压缩空气流动通道(3)；以及冲洗介质流动通道(4)。冲洗介质流动通道(4)布置成将冲洗介质引导到井孔底部(B)。该装置(100)还包括冲击锤(5)，其包括适配在冲击锤缸体(9)内的压缩空气操纵的冲击活塞(6)，以及用于为套管(1)钻出孔的钻孔设施(8)。冲洗介质流动通道(4)适于绕过冲击活塞(6)，或者该冲洗介质流动通道适于穿过冲击活塞(6)，在该装置中钻孔设施(8)还包括传递转动运动的花键(28)，该花键适于引导冲击活塞(6)使用的压缩空气穿过所述花键。

技术领域

本发明涉及一种用于安装套管的装置。

本发明还涉及一种用于安装套管的方法。

背景技术

将套管或杆安装到硬质地层(例如当将套管部分地打入岩石中时)的有效方法是冲击钻探。在这种情况下，套管在其内部具有钻孔管，在钻孔管的端部处具有冲击锤，比如潜孔锤或DTH锤。钻孔管具有中心开口，通过该中心开口向其供应DTH锤所需的压缩空气。在钻孔管顶端处的转动机构使钻孔管、DTH锤、引导冠(pilot crown)和连接到引导冠的钻孔器同时转动。

孔的钻探是通过锤产生的冲击功能和钻孔管的转动进行的。钻孔器的目的是将由引导冠形成的孔扩大成大得使套管能够装入钻好的孔中。套管还可以具有所谓的套管靴(casing shoe)，通过套管靴引导冠将套管与其一起拉入钻好的孔中。释放出的材料的移除是由DTH锤的排气实现的。这里，借助引导冠中的孔将DTH锤的排气引导到正在被钻探的孔的底部，在那里尽可能将携带有释放出的材料的空气流引导到套管内部，并进一步将其从套管引导到地面。

这里的问题是通常部分空气流会不可避免地逃逸到地面。空气过多的漏出可显著降低地面周围的支承强度，从而对周围的结构(比如建筑的地基)造成危险。

通过引导冠的设计可以部分地控制空气逃逸到地面。特别是其中吹到孔底部的冲洗空气在其从冠部排出之前平行于孔的底部转向的冠部减少空气逃逸到地层中。

另外，更有效的方式是使用单独的冲洗回路，其中不通过排气来对钻孔进行冲洗，而是使用水或另外类似的冲洗介质。这样能够使用所谓的RC钻井系统(反循环，ReverseCirculation)。最初开发RC钻井系统是为了研究其中从孔的底部沿着两层钻管的中心开口向上冲洗钻削产生的松散材料的钻井，从而将松散材料存储起来用于以后的分析。

RC系统是由RC钻孔管和RC锤构成的。RC钻孔管一般具有外管和内管，其中内管的内部开口和外管与内管之间的空间形成了两个单独的流动通道。实际的RC锤的操作与通常DTH锤的操作相同。RC锤具有穿过锤的管，锤的排气携带着释放出的材料沿着该管从锤流过。锤的冲击活塞具有相对大的用于所述管的中心开口以便于所述管和空气流动通道(对于DTH锤的操作必需的)能够穿过冲击活塞配合。

当需要防止空气逃逸到地面时，RC钻井系统可以适用于地层钻孔。

在这种情况下，使用RC钻孔管向RC锤供应RC锤所需的操作压缩空气，以及冲洗介质，比如水。冲洗介质一般是通过内管的内部开口供应的，压缩空气通过这些管之间的空间供应。RC锤的排气通过钻头冠部供应到套管内，其从套管离开到达地面。通过穿过RC锤的管供应的冲洗介质还穿过钻头冠部到达孔的底部，在孔的底部其对释放出的材料进行冲洗。此后，将冲洗介质和释放出的材料沿着套管与孔之间的间隙输送到地面。

使用RC钻井系统的方法最适合于对根本不允许空气逃逸到地层的位置进行钻削。然而，问题是穿过RC锤的管需要具有相对大的中心开口的冲击锤。这样显著减小了活塞的质量和冲击活塞往复移动的气动工作表面。换言之，RC锤产生的钻削功率显著低于传统DTH锤的钻削功率。

发明内容

本发明的装置和方法的特征在于独立权利要求中披露的内容。本发明的其他实施方式的特征在于其余的权利要求中披露的内容。