專利名稱：用于雙部件管的接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水平方向鉆探的領(lǐng)域，更具體地但并非限制性地涉 及用于雙部件管的接頭，以用于產(chǎn)生用于傳遞至水平方向鉆探系統(tǒng) 的井下工具的扭矩輸出。
發(fā)明概要
本發(fā)明涉及包括多個(gè)管段和接頭組件的管段系統(tǒng)。管段設(shè)置成 端對(duì)端地接合以形成鉆柱。各管段具有可旋轉(zhuǎn)的外部件和可旋轉(zhuǎn)的 內(nèi)部件。可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部件位于外部件之內(nèi)。扭矩可在各管段的外部 件和相鄰管段的外部件之間傳遞，其中，扭矩可在各管段的內(nèi)部件 和相鄰管段的內(nèi)部件之間傳遞。最后，接頭組件適于在鉆柱的井下 端處在管段的外部件和內(nèi)部件之間傳遞扭矩。
本發(fā)明還涉及用于驅(qū)動(dòng)包括多個(gè)管段和接頭組件的井下工具旋 轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。這些管段設(shè)置成端對(duì)端地傳遞扭矩式接合以形成鉆柱。 各管段具有可旋轉(zhuǎn)的外部件和位于外部件之內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部件。 接頭組件具有第一端和第二端。接頭組件的第一端可以可4喿作地連 接在井下工具上，而接頭組件的第二端可以在鉆柱的井下端可操作 地連接在管段的內(nèi)部件和外部件上。另外，接頭組件適于接受來自 于內(nèi)部件的扭矩輸入和來自于外部件的扭矩輸入，以產(chǎn)生井下工具 的綜合扭矩輸出。在另一方面，本發(fā)明涉及水平鉆孔系統(tǒng)，其包括水平鉆機(jī)、多 個(gè)管段、接頭組件和井下工具。水平鉆機(jī)具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 其特征在于第 一端和第二端。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的第 一端連接在水平鉆機(jī)上。 多個(gè)管段設(shè)置成端對(duì)端地接合而形成鉆柱，使得管革爻在鉆柱的井上 端連接在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的第二端上。
轉(zhuǎn)的內(nèi)部件。扭矩可在各管段的外部件和相鄰管段的外部件之間傳 遞。另外，扭矩可在各管段的內(nèi)部件和相鄰管段的內(nèi)部件之間傳遞。 另外，接頭組件適于在鉆柱的井下端在管段的外部件和內(nèi)部件之間 傳遞扭矩，井下工具適于與接頭組件形成傳遞扭矩式接合。
在另 一方面，本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)井下工具的水平鉆孔系統(tǒng)。 該水平鉆孔系統(tǒng)包括水平鉆機(jī)、多個(gè)管段，以及接頭組件。水平鉆 機(jī)具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于第一端和第二端。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的第 一端連接在水平鉆才幾上。
多個(gè)管段設(shè)置成端對(duì)端地接合以形成鉆柱，使得管段在鉆柱的 井上端連接在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的第二端上。鉆柱中的各管^R具有可旋轉(zhuǎn)的 外部件和位于外部件之內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部件。扭矩可在各管段的外 部件和相鄰管段的外部件之間傳遞。另外，扭矩可在各管段的內(nèi)部 件和相鄰管段的內(nèi)部件之間傳遞。最后，接頭組件適于接受來自于 內(nèi)部件的扭矩輸入和來自于外部件的扭矩輸入，以產(chǎn)生井下工具的 綜合扭矩輸出。
附圖簡(jiǎn)介


圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的水平方向的鉆探系統(tǒng)的示意圖。
圖2是與雙部件鉆柱一起使用的管段的斷開的側(cè)視的局部剖視
圖3顯示了本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的斷開的側(cè)一見剖視圖。
9的4妄頭組件的側(cè)^L圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的圖4所示接頭組件的剖視圖。
圖6是帶有形成為井下工具的一體式部分的連接器異徑接頭的井下工具的透視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的框圖。
圖8是包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的溢流離合器(clutch)的接頭組件的剖一見圖。
圖9是包括才艮據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的溢流離合器的圖8所示4妄頭組件沿著圖8中的切開線A-A透視圖。
圖10是包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的棘輪離合器的接頭組件的剖視圖。棘輪離合器設(shè)置成類似于圖8和9中的溢流離合器。
圖11是包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的鎖定機(jī)構(gòu)的接頭組件的透^L圖。接頭組件的外傳動(dòng)軸的壁的一部分已取下，以便更好地顯示鎖定機(jī)構(gòu)的其它構(gòu)件。
圖12是液壓機(jī)構(gòu)的剖視圖，其驅(qū)動(dòng)內(nèi)部件相對(duì)于圖11所示外部件的軸向運(yùn)動(dòng)。圖13(a)是連接在雙部件鉆柱上并且包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的活動(dòng)式花鍵連接器的接頭組件的剖視圖?；顒?dòng)式花鍵連接器如圖所示處于其中只有內(nèi)傳動(dòng)軸通過花鍵:接頭連接在井下工具上的第一位置中。
圖13(b)是包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的活動(dòng)式花鍵連接器的接頭組件的局部剖視圖?；顒?dòng)式花鍵連接器如圖所示處于其中只有外傳動(dòng)軸通過花鍵接頭連接在井下工具上的第二位置中。
圖13 (c)是包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的活動(dòng)式花鍵連接器的接頭組件的局部剖視圖?；顒?dòng)式花—睫連接器如圖所示處于其中內(nèi)傳動(dòng)軸和外傳動(dòng)軸兩者均通過花鍵接頭連接在井下工具上的第三位置中。
圖14是包括容納在倒劃井眼工具中的行星齒輪系統(tǒng)的接頭組件的局部剖^L圖和局部側(cè)一見圖。圖15是行星傳動(dòng)外殼組件的視圖，其包括用于驅(qū)動(dòng)井下鉆孔工 具的行星齒輪系統(tǒng)。
圖16是圖15所示行星傳動(dòng)外殼組件的剖視圖。 圖17是沿著切開線A-A剖開的圖16所示行星傳動(dòng)外殼組件的 剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述
現(xiàn)在大體上參見附圖，具體參見圖1，其中顯示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu) 成的水平方向的鉆探系統(tǒng)10。水平方向的鉆探系統(tǒng)IO—般包括鉆機(jī) 12、控制系統(tǒng)14、管才喿作組件16、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18、雙部件鉆柱20和 井下工具22。
鉆機(jī)12優(yōu)選具有支撐控制系統(tǒng)14的中心框架24、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18 的回轉(zhuǎn)機(jī)械，以及管操作組件16?？蚣?4也支撐了安裝在支架28(如 圖3所示)上的心軸(spindle) 26。在鉆探和倒劃井眼操作過程中， 支架28可沿著心軸連接區(qū)域中的框架前進(jìn)或收回。管揭:作組件16 具有管儲(chǔ)存裝置，例如管架29，用于儲(chǔ)存多個(gè)雙部件管段30。管輸 送系統(tǒng)(未示出)可設(shè)在管架29下方，以便在鉆4笨才喿作期間在管架和 心軸連接區(qū)域之間輸送管段30。根據(jù)需要，管段30可添加至鉆柱20 上或者從其上取下，以便在鉆探和倒劃井眼操作期間伸長(zhǎng)或縮短鉆 柱20。因此，鉆柱20包括多個(gè)雙部件管段30,其設(shè)置成端對(duì)端地 接合以形成鉆柱。
現(xiàn)在參見圖2和3，各雙部件管段30包括位于可旋轉(zhuǎn)的外部件 42之內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部件40。優(yōu)選的是，內(nèi)部件40定位于外部件42 內(nèi)將會(huì)形成環(huán)形空間44，從而有助于管段30中的鉆井流體在內(nèi)部件 的外表面和外部件的內(nèi)表面之間流動(dòng)。或者，內(nèi)部件40可包括管或 管狀段，以便鉆井流體可經(jīng)過內(nèi)部件。結(jié)果，相連內(nèi)部件40和外部 件42的鉆柱就限定了延伸過雙部件鉆柱20長(zhǎng)度的通路，其允許流 體通過鉆柱而流向井下工具22。在優(yōu)選的雙部件管段30中，可旋轉(zhuǎn)的外部件42是細(xì)長(zhǎng)的和管狀的。外部件42包括銷端(pin end) 52、中心主體部分53和盒形端54。銷端52和盒形端54是螺紋式的，用于連接在相鄰管段30上。優(yōu)選的是，銷端52設(shè)有錐形外螺紋，盒形端54設(shè)有錐形內(nèi)螺紋。因此， 一個(gè)管段30的外部件42的盒形端54可以傳遞扭矩式的接合而連接在相鄰的類似管段30的銷端52上。銷端52和外部件42的盒形端54的外徑可大于外部件的中心主體部分53的外徑。
可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部件40優(yōu)選是細(xì)長(zhǎng)的，并且其特征在于，其外徑小于外部件42的最小內(nèi)徑。在該優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)部件40是一體式地形成的，并且包括實(shí)心纟奉。然而，可以理解，在某些情形下，內(nèi)部件40可為管狀的，而不是實(shí)心棒。
雙部件管段30的內(nèi)部件40優(yōu)選設(shè)有無螺紋幾何形狀的銷端70
鍛造、焊接或連接在內(nèi)部件40上。盒形端72具有與銷端70的幾何形狀相匹配的內(nèi)輪廓。結(jié)果，盒形端72以滑動(dòng)配合的傳遞扭矩式接合來相配地接受相鄰內(nèi)部件40的銷端70的內(nèi)部件40。用于內(nèi)部件40的銷端70和盒形端72的優(yōu)選幾何形狀是多邊形，例如六邊形、八邊形、五邊形，等等。
出于本申請(qǐng)的目的，"幾何形狀"指允許銷端70可滑動(dòng)地容納在盒形端72中的任何構(gòu)造，但在這樣相連之后，這種構(gòu)造會(huì)阻止銷端相對(duì)于盒形端旋轉(zhuǎn)。允許單一動(dòng)作、無需連接器、能夠在鉆柱20的相鄰內(nèi)部件40之間傳遞扭矩的滑動(dòng)配合接合的任何幾何構(gòu)型都可使用。這樣的一種雙部件管連接件在美國專利No.5682956中進(jìn)行了介紹，該專利的內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文中?？梢岳斫?，出于本申請(qǐng)的目的，"幾何形狀"不包括完美的圓形，因?yàn)檫@種形狀不允許扭矩從一個(gè)管段傳遞至下一個(gè)管段。另外，所描述的"不需要連接器"意指不存在用于將內(nèi)部件40的銷端70固定在相鄰類似內(nèi)部件的盒形端72上的任何插銷、銷或其它連接器件。
12在優(yōu)選的雙部件鉆柱20中，內(nèi)部件40的銷端70凹入在外部件 42的盒形端54內(nèi)，內(nèi)部件40的盒形端72突出到外部件42的銷端 52之外。這種管段30結(jié)構(gòu)用于形成鉆柱20，其中外部件42處于上 銷連接的構(gòu)造，并且內(nèi)部件40處于下銷連接的構(gòu)造。用于外部件和 內(nèi)部件的銷端和盒形端的其它構(gòu)造預(yù)期可使得，例如，內(nèi)部件的銷 端可從外部件的銷端突出，并且內(nèi)部件的盒形端可凹入在外部件的 盒形端內(nèi)。
再次參見圖1，已裝配好的雙部件鉆柱20的特征在于井上端75 和井下端76。鉆柱20的井上端75可操作地連接在鉆機(jī)12上，其將 驅(qū)動(dòng)力、例如旋轉(zhuǎn)力和推力傳遞至鉆柱上，以形成地下井孔32。鉆 柱20的井下端76 —般支撐住形成或拋光井孔32的井下工具22。優(yōu) 選的是，井下工具22在鉆柱20的井下端76操作式地連接在管段30 的內(nèi)部件40上。井下工具22可因此而通過內(nèi)部件40旋轉(zhuǎn)，并且獨(dú) 立于外部件42。斜面鉆頭和三牙輪鉆頭舉例說明了井下工具22,其 通常連接在鉆柱20的井下端76上，以在地層中形成井孔32?；蛘?， 倒劃井眼工具是井下工具22，其通常連接在鉆柱20的井下端76上， 以便在鉆柱20從井孔32中抽出的過程中通過切削、擴(kuò)大或壓實(shí)來 拋光井孔，從而最終調(diào)整井孔的尺寸。本文所用的"井下工具"指的是 操作式地連接在鉆柱20的井下端76上并用于與水平方向鉆才幾12 — 起使用的應(yīng)用中的任何工具。
現(xiàn)在參見圖3，在該優(yōu)選實(shí)施例中，用于雙部件水平方向的鉆探 系統(tǒng)10、已裝配的雙部件鉆柱20和井下工具22通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18而 被驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18優(yōu)選包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，更優(yōu)選包括兩個(gè)獨(dú)立 的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置80和82。各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置80和82在鉆柱20的井 上端75可操作地可連接在管段30的部件40和42中的相應(yīng)一個(gè)上。 各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置80和82獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)多個(gè)已裝配的內(nèi)部件40或鉆柱 20的多個(gè)已裝配外部件42。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置80和82例如可為液壓電 動(dòng)機(jī)、可變速度的電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)電動(dòng)機(jī)，等等。還可以理解，在與本發(fā)明相一致的某些情形下，在其中一種情形下，井上驅(qū)動(dòng)裝置80
和82可機(jī)械式地連接在一起或被單個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
如圖3所示，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18優(yōu)選包括用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)外部件42的 外部件驅(qū)動(dòng)組80，以及用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)內(nèi)部件40的內(nèi)部件驅(qū)動(dòng)組82。 外部件驅(qū)動(dòng)組80被支撐于支架28上，并且包括外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 83、外心軸84和扭矩傳遞部件86。外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)83操作式地連接 在外心軸84上，并且通過扭矩傳遞部件86將動(dòng)力和扭矩輸入傳遞 至外心軸84。優(yōu)選的是，扭矩傳遞部件86包括鏈輪和具有上、下鏈 輪的鏈組件。外心軸84又可在鉆柱20的井上端75而螺紋式地連接 在管段30的外部件42上。這樣，外心軸84將扭矩從外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 83傳遞至包括鉆柱20的多個(gè)外部件42上。然而，可以^使用用于將段。
內(nèi)部件驅(qū)動(dòng)組82適于被支撐于支架28上，并且包括內(nèi)驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)才幾90和內(nèi)心軸92。內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾90驅(qū)動(dòng)內(nèi)心軸92。內(nèi)心軸92 在鉆柱20的井上端75處可連接在管段30的內(nèi)部件40上。優(yōu)選的 是，心軸92以傳遞扭矩的六邊形滑動(dòng)配合連接設(shè)置而連接在內(nèi)部件 40上。然而，可以使用可在鉆柱20的井上端75處、在內(nèi)心軸92和 內(nèi)部件40之間傳遞扭矩的任何其它類型連接。因此，在鉆孔和倒劃 井眼操作期間，內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)90將扭矩傳遞至內(nèi)部件40,并最終傳 遞至井下工具22。
因此，可以理解，4艮據(jù)本發(fā)明，鉆柱20的扭矩通過雙部件鉆柱 的外部件42和內(nèi)部件40兩者而獨(dú)立地傳遞。然而，如果內(nèi)部件40 和外部件42設(shè)置成一起旋轉(zhuǎn)，則可通過鉆柱20而傳遞至井下工具22 的扭矩大小將包括內(nèi)部件和外部件兩者的扭矩輸入能力。
本發(fā)明提供了接頭組件100,其能夠?qū)?nèi)部件40與外部件42互 連起來，以便使內(nèi)部件和外部件可以 一起旋轉(zhuǎn)。另外，接頭組件100 構(gòu)造成可接受來自于外部件42和內(nèi)部件40兩者的扭矩輸入，以產(chǎn)
14生用于傳遞至井下工具22的綜合扭矩輸出。接頭組件100可在操作 的基礎(chǔ)上將扭矩輸出傳遞至井下工具22?；蛘?，接頭組件100可根 據(jù)操作要求的規(guī)定，選擇性地將扭矩輸出傳遞至井下工具22。
現(xiàn)在參見圖4和5，圖中顯示了接頭組件100,例如能夠?qū)⑼獠?件42與內(nèi)部件40聯(lián)接起來的連接器異徑接頭102。外部件42和內(nèi) 部件40以這樣的方式聯(lián)接，以便在鉆柱20的井下端76(圖l)處，在 管段30的外部件和內(nèi)部件之間基于操作的進(jìn)行而傳遞扭矩輸入。因 此，就產(chǎn)生了井下工具22、例如圖4所示擴(kuò)眼鉆頭的綜合扭矩輸出。 優(yōu)選的是，連接器異徑接頭102由鋼制成。然而，也可以使用其它 材料，例如合金或復(fù)合材料。
連接器異徑接頭102優(yōu)選包括井上部分104和井下部分106。優(yōu) 選的是，連接器異徑接頭102的井上部分104連接在鉆柱20上，連 接器異徑接頭的井下部分106連接在井下工具22上。連接器異徑接 頭102的井上部分104優(yōu)選包括內(nèi)傳動(dòng)連接器112和外傳動(dòng)連接器 114。連接器異徑接頭102也優(yōu)選其特征在于多個(gè)流體通道115(如所 示圖5)，其允許流體通過連接器異徑接頭。
外傳動(dòng)連接器114適于在鉆柱20的井下端76與管段30的外部 件42相連。在該優(yōu)選實(shí)施例中，外傳動(dòng)連接器114包括螺紋式銷端。 外傳動(dòng)連接器114可以傳遞扭矩式接合而連接在管段30的外部件42 的盒形端52上。
內(nèi)傳動(dòng)連接器112從外傳動(dòng)連接器114延伸出。內(nèi)傳動(dòng)連接器112 適于在鉆柱20的井下端76與管段30的內(nèi)部件40相連。優(yōu)選的是， 內(nèi)傳動(dòng)連接器112包括盒形端，其用于連接在內(nèi)部件40的銷端70 上。更優(yōu)選的是，內(nèi)傳動(dòng)連接器112在幾何形狀上構(gòu)造成可以扭矩 傳遞式設(shè)置來接受銷端70。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)傳動(dòng)連接器112和外傳動(dòng)連接器114彼 此相對(duì)地扭轉(zhuǎn)式地固定。更優(yōu)選的是，連接器112和114一體式地 形成為連接器異徑接頭102的一部分。然而，連接器112和114也可以其它方式扭轉(zhuǎn)式地連接，例如通過焊接或銷連接。
繼續(xù)參考圖4和5,連接器異徑接頭102的井下部分106適于連 接在井下工具22上。優(yōu)選的是，井下部分106包括帶錐形內(nèi)螺紋的 盒形端124。井下工具22優(yōu)選包括帶錐形外螺紋的銷端125。因此， 連接器異徑接頭102的井下部分106的盒形端124可螺紋式地連接 在井下工具22的銷端125上，并且可由此而可拆下地連接在井下工 具上。
可構(gòu)思出用于將連接器異徑接頭102的井下部分106扭轉(zhuǎn)式地 固定在井下工具22上的備選裝置。例如，井下工具22可利用銷接 裝置而固定在連接器異徑接頭102上。在另一實(shí)施例中，連接器異 徑接頭102的井下部分106可以不可拆下地連接在井下工具22上。 例如，連"l妻器異徑接頭102可形成為井下工具22的一體式部分，如 圖6所示。
現(xiàn)在參見圖7，圖中顯示了用于本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18。驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)18優(yōu)選具有以相同的一般轉(zhuǎn)速來驅(qū)動(dòng)鉆柱20的外部件42和內(nèi)部 件40的能力。如上參考圖3所述，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18包括外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)80 和內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾82。如圖7所示，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)18也可包括反^^責(zé)控制系 統(tǒng)128、外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷敏感泵130和內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷4文感泵 131。優(yōu)選的是，外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾80和內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾82是響應(yīng)于來自 內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的壓力反饋和來自外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋而被驅(qū) 動(dòng)。
內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾80和外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)82分別地驅(qū)動(dòng)內(nèi)部件40和外 部件42旋轉(zhuǎn)。外負(fù)荷敏感泵130和內(nèi)負(fù)荷敏感泵131分別操作式地 連接在電動(dòng)機(jī)80和82上，并調(diào)節(jié)傳遞給電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸入。優(yōu)選 的是，電動(dòng)機(jī)80和82是液壓電動(dòng)機(jī)，并且泵130和131調(diào)節(jié)流到 電動(dòng)機(jī)中的液壓流體流量。這就導(dǎo)致液壓電動(dòng)機(jī)在相同速度下被驅(qū) 動(dòng)。如果一個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速略微增加，則該環(huán)路中的壓力將會(huì)增大， 并且泵將通過降低流向該電動(dòng)機(jī)的流量來作出反應(yīng)，從而將這些電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)至處于相同速度下。
或者，自動(dòng)電子控制系統(tǒng)128操作式地連接在電動(dòng)機(jī)80和82 上，以及連接在泵130和131上?？刂葡到y(tǒng)128接受與電動(dòng)機(jī)80和 82工作相關(guān)的信息，并將控制信息傳輸至泵130和131。在該優(yōu)選 實(shí)施例中，內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)82和外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)80上的壓力傳感器(未 示出)檢測(cè)內(nèi)和外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)壓力，并發(fā)送相應(yīng)的壓力信號(hào)至 控制系統(tǒng)128。外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)沖幾80和內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)82上的速度4合取傳 感器(未示出)檢測(cè)外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并發(fā)送相應(yīng)的速度信號(hào)至控 制系統(tǒng)128?；蛘?，其它傳感器可用于檢測(cè)與電動(dòng)機(jī)80和82工作相 關(guān)的信息。
控制系統(tǒng)128接受來自電動(dòng)機(jī)80和82上的傳感器的信號(hào)，以 便基于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的預(yù)定運(yùn)行特性來控制電動(dòng)機(jī)的操作。控制 系統(tǒng)128然后可發(fā)送控制信號(hào)至泵130和131,以產(chǎn)生所需的運(yùn)行特 性。例如，外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾82用作傳遞至鉆柱20和井下工具22的主 扭矩源是比較理想的。當(dāng)外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)82達(dá)到最大扭矩輸出時(shí)，內(nèi) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)80可提供另外的扭矩輸出至鉆柱20和井下工具22。
用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的其它組合也是可以的。然而，內(nèi)驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)82和外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)80兩者的總平均扭矩輸出仍會(huì)得以保持。 總平均扭矩輸出得以保持的原因在于，只有當(dāng)用作井下工具的主要 扭矩輸出源的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到其最大扭矩輸出時(shí)，用作井下工具22 的另 一扭矩輸出源的第二驅(qū)動(dòng)裝置才會(huì)成為 一項(xiàng)因素。
或者，流向內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)82和外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)80的流體流可由 公共的加壓源來供應(yīng)，以便使內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩者在 相同轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，外部件42和內(nèi)部件40兩者將在相同轉(zhuǎn)速 下旋轉(zhuǎn)。通過連接器異徑接頭102傳遞的綜合扭矩輸出是內(nèi)驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)82和外驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)80的組合扭矩輸入。應(yīng)注意到，部件40和 42兩者的相同轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)稱這兩部件的總平均轉(zhuǎn)速。結(jié)果，內(nèi)部件40的 轉(zhuǎn)速在任何既定時(shí)刻都可不同于外部件42的轉(zhuǎn)速。外，連接器異徑接頭102還阻止了在雙部件鉆柱20的井下端76在 鉆柱20的外部件42和內(nèi)部件40之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，使用 連接器異徑接頭102對(duì)井下工具22的性能有正面效果，因?yàn)樵摼?工具現(xiàn)在使組合扭矩前進(jìn)通過巖層而不會(huì)出現(xiàn)"停機(jī)"。另外，管段30 上的磨損受到限制，因?yàn)楫?dāng)井下工具22使所需的扭矩前進(jìn)通過巖層 時(shí)，不會(huì)發(fā)生管段在長(zhǎng)鉆孔中的"巻緊"。
現(xiàn)在參見圖8,圖中顯示了用于本發(fā)明接頭組件的備選實(shí)施例。 接頭組件132適于在鉆柱20的井下端76選擇性地聯(lián)接雙部件管段30 的內(nèi)部件40和外部件42。接頭組件132的井下端操作式地連接在井 下工具22a上。如圖8和9所示，所示的井下工具22a是用于鉆探巖 石中的井孔的三牙輪鉆頭。如同本發(fā)明的其它實(shí)施例一樣，接頭組 件132可與任何井下工具22 —起使用，以用于鉆孔或倒劃井眼操作 的過程中。
接頭組件132包括外傳動(dòng)件134、內(nèi)傳動(dòng)件136和離合器機(jī)構(gòu) 138。如下所述，當(dāng)離合器機(jī)構(gòu)138未接合時(shí)，外傳動(dòng)件134和內(nèi)傳 動(dòng)件136設(shè)置成可彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)離合器機(jī)構(gòu)138形成接合時(shí)， 外傳動(dòng)件134和內(nèi)傳動(dòng)件136聯(lián)接起來，并且在相同速度下4t轉(zhuǎn)。
優(yōu)選的是，外傳動(dòng)件134—般是圓柱形的，并且限定了管狀的 開口內(nèi)段139。外傳動(dòng)件134包括位于驅(qū)動(dòng)裝置的井上端的外部件連 接器140。外部件連接器140適于在鉆柱20的井下端76連接在管段 30的外部件42上。如圖8所示，外部件連接器140是螺紋式銷端連 接器，用于與外部件42的帶螺紋式盒形端52相配。更優(yōu)選的是， 外部件連接器140的外徑基本上類似于外部件42盒形端的外徑。
內(nèi)傳動(dòng)件136包括中心軸142、內(nèi)部件連接器144和工具連接器 146。中心軸142穿過外傳動(dòng)件134的內(nèi)段139，并且通常同軸地設(shè) 在該內(nèi)段138內(nèi)。中心軸142通過密封件148和軸承150的組而固 定成可在內(nèi)段139內(nèi)獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。中心軸142也可具有一個(gè)或多個(gè)
18流體通道151,其允許流體通過鉆柱20而傳遞至井下工具22a。
內(nèi)部件連接器144連接在中心軸142的井上端上，并且延伸至 超出外部件連接器140。內(nèi)部件連接器144優(yōu)選通過銷接或焊接而連 接在中心軸142上。或者，連接器144可通過其它手段、或者通過 與該軸一體地形成的連接器，而扭轉(zhuǎn)式地固定在中心軸142上。內(nèi) 部件連接器144適于在鉆柱20的井下端76連接在管段30的內(nèi)部件 40上。如圖8所示，內(nèi)部件連接器144是盒形端連接器，其適于接 受內(nèi)部件40的幾何形狀式銷端70。
工具連接器146連4妻在中心軸142的井下端，并且適于連接在 井下工具22a上。如同內(nèi)部件連接器144一樣，工具連接器146可通 過允許扭矩從軸142傳遞至工具連接器的任何方式來連接。在如圖8 所示的該優(yōu)選實(shí)施例中，工具連4妄器146包括圓柱形的井上端152, 其在尺寸上設(shè)置成可接受中心軸142。緊固螺母154螺紋式連接在軸 142上，從而將工具連接器146固定在該軸上?；ㄦI連接將連接器146 扭轉(zhuǎn)式地連接在內(nèi)軸142上?；蛘?，工具連接器146可與中心軸142 一體式地形成，或以其它方式固定在該軸上。
工具連接器146以扭矩傳遞的設(shè)置而連接在井下工具22a上。 優(yōu)選的是，工具連接器146包括螺紋式盒形端，用于接受井下工具22a 的螺紋式銷端連接器156。更優(yōu)選的是，工具連接器146的外徑基本 上相同于外傳動(dòng)件134的直徑。然而，可以構(gòu)思出用于將井下工具22a 固定在工具連接器146上的其它設(shè)置。例如，井下工具22a可與內(nèi)傳 動(dòng)件136或與接頭組件132 —體式地形成。
接頭組件132的結(jié)構(gòu)以及外傳動(dòng)件134和內(nèi)傳動(dòng)件136之間的 關(guān)系有時(shí)允許傳動(dòng)件彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)鉆柱20的內(nèi)部件40 和外部件42旋轉(zhuǎn)時(shí)，接頭組件132的內(nèi)傳動(dòng)件136和外傳動(dòng)件134 相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)。如以下將介紹，接頭組件132的離合器機(jī)構(gòu)138允許 傳動(dòng)件134和136的選擇性聯(lián)接。傳動(dòng)件134和136的選擇性聯(lián)接 允許:扭矩/人這兩個(gè)傳動(dòng)件和鉆柱20傳遞至井下工具22a。繼續(xù)參考圖8，離合器機(jī)構(gòu)138優(yōu)選設(shè)在外傳動(dòng)件134的內(nèi)段139 中，并且設(shè)置在內(nèi)傳動(dòng)件136的中心軸142周圍。在該優(yōu)選實(shí)施例 中，離合器機(jī)構(gòu)138是溢流離合器，但允許選擇性地聯(lián)接外傳動(dòng)件134 和內(nèi)傳動(dòng)件136的任何機(jī)構(gòu)也適合與接頭組件132 —起使用。
優(yōu)選的是，離合器機(jī)構(gòu)138壓配合或以其它方式固定在內(nèi)段139 的壁上，使得不允許在外傳動(dòng)件134和離合器機(jī)構(gòu)之間出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)滑 動(dòng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，徑向力可用來防止離合器138相 對(duì)于外傳動(dòng)件134旋轉(zhuǎn)。其它相配接合機(jī)構(gòu)、例如花鍵或4建合才幾構(gòu)， 也可用于阻止離合器機(jī)構(gòu)138和傳動(dòng)件134、 136之間的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。
如上所述,接頭組件132的結(jié)構(gòu)允許外傳動(dòng)件134和內(nèi)傳動(dòng)件136 彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，并且離合器機(jī)構(gòu)138允許傳動(dòng)件的選擇性聯(lián)接。 當(dāng)外傳動(dòng)件134的轉(zhuǎn)速小于內(nèi)傳動(dòng)件136的轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器138不 會(huì)形成接合，因此內(nèi)傳動(dòng)件136和外傳動(dòng)件134彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。 結(jié)果，井下工具22a接受來自于內(nèi)傳動(dòng)件136的扭矩輸入，并因此僅 僅接受來自于鉆柱20的內(nèi)部件40的扭矩輸入。
當(dāng)外傳動(dòng)件134以基本上等于或大于內(nèi)傳動(dòng)件136轉(zhuǎn)速的速度 而旋轉(zhuǎn)時(shí)，離合器機(jī)構(gòu)138形成接合。在接合之后，離合器138將 促使內(nèi)傳動(dòng)件136在與外傳動(dòng)件134基本上相同的速度下旋轉(zhuǎn)。因 此，離合器138就將鉆柱20的內(nèi)部件40和外部件42有效地聯(lián)接在 一起。結(jié)果，離合器138和接頭組件132就允許從外部件42通過外 傳動(dòng)件134而傳遞至井下工具22a的扭矩輸入。
如果外傳動(dòng)件134的速度是降低至小于內(nèi)傳動(dòng)件136的轉(zhuǎn)速， 或者如果內(nèi)傳動(dòng)件速度是增大至大于外傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)速，那么離合器 機(jī)構(gòu)138將脫離接合。此時(shí)，離合器138使內(nèi)傳動(dòng)件136從外傳動(dòng) 件134上滑脫或脫離接合。然后，內(nèi)傳動(dòng)件136、鉆柱20的內(nèi)部件 40又成為用于井下工具22a的扭矩輸入的唯一來源。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，當(dāng)在筆直通路上鉆孔并且使用了 帶接合模式的離合器138的接頭組件132時(shí)，就可提供極大的優(yōu)點(diǎn)。因此，通過使用本發(fā)明的接頭組件132,就可鉆出更長(zhǎng)距離的鉆孔， 這是因?yàn)榕c帶有未形成聯(lián)接的內(nèi)、外部件的鉆柱相比，鉆柱20的內(nèi) 部件40的巻緊是有限的。這是因?yàn)橥鈧鲃?dòng)件134和內(nèi)傳動(dòng)件136兩 者都提供了傳遞至井下工具22a的增大的扭矩輸出。使用接頭組件132 也允許使用大的井下工具，因?yàn)殂@柱20的更大直徑外部件42可采 用增大的扭矩。
現(xiàn)在參見圖10,圖中顯示了用于離合器機(jī)構(gòu)160的備選實(shí)施例， 其與圖8所示接頭組件132 —起使用。優(yōu)選的是，圖10所示離合器 機(jī)構(gòu)包括棘輪離合器160。如同圖8的離合器機(jī)構(gòu)132—樣，棘輪離 合器16(H殳在內(nèi)傳動(dòng)件136和外傳動(dòng)件134之間。如圖10所示，外 傳動(dòng)件134可包括第一鍵槽162，其形成于外傳動(dòng)件134的內(nèi)段139 的壁中。第一鍵槽162相配式地接受離合器160的外壁上的第一鍵 銷164。類似地，第二鍵槽166形成于內(nèi)傳動(dòng)件136的中心軸142中。 第二鍵槽166相配式地接受離合器160內(nèi)壁上的第二鍵銷168。鍵槽 166和鍵銷168阻止內(nèi)傳動(dòng)件136和離合器160內(nèi)壁之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。 鍵槽162和鍵銷164阻止外傳動(dòng)件134和離合器160的外壁之間的 相對(duì)旋轉(zhuǎn)。圖IO所示棘輪離合器160將以接合模式和脫離接合模式 來操作，這類似于如圖8和圖9所示的離合器機(jī)構(gòu)138。
現(xiàn)在來看圖11和12，圖中顯示了才艮據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的接頭組件200 和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250的另一實(shí)施例。^接頭組件200將同樣用于允"^午鉆柱20 的內(nèi)部件40和外部件42選擇性地耳關(guān)接在一起。
才妄頭組件200包括外傳動(dòng)件或外殼202、內(nèi)傳動(dòng)件204，以及鎖 定機(jī)構(gòu)206。優(yōu)選的是，外殼202是圓柱形的，并且限定了內(nèi)腔室208。 外殼202的井上端210適于在鉆柱20的井下端76連接在管^: 30的 外部件42上。如圖11所示，外殼202的井上端210包括螺紋式銷 端連接部212,用于與外部件42的盒形端54相連。外殼202的井下 端214是開口端，以便允許內(nèi)傳動(dòng)件204經(jīng)過外殼，如下所述。
內(nèi)傳動(dòng)件204包括中心軸220、內(nèi)部件連接器222和工具連接器224。中心軸220穿過外殼202,并且通常同軸地設(shè)在外殼202中。 優(yōu)選的是，軸220是圓柱形的形狀。中心軸220可通過密封件和軸 承裝置的組(未示出)固定，而在外殼202內(nèi)可獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
內(nèi)部件連接器222連接在中心軸220的井上端，并且延伸至超 出外殼202的銷端連接部212。內(nèi)部件連接器222優(yōu)選通過銷接或焊 接而連接在中心軸220上?；蛘撸B接器222可通過其它手段、或 通過與該軸一體地形成的連接器，而扭轉(zhuǎn)式地固定在中心軸220上。 內(nèi)部件連接器222適于在鉆柱20的井下端76連接在管段30的內(nèi)部 件40上。如圖11所示，內(nèi)部件連接器222是盒形端連接器，其適 于接受內(nèi)部件40的幾何形狀的銷端70。
工具連接器224連接在中心軸220的井下端上，并且適于連接 在井下工具22a上。如同內(nèi)部件連接器222—樣，工具連接器224可 通過允許扭矩從軸220傳遞至工具連接器的任何方式來連接。優(yōu)選
的軸向運(yùn)動(dòng)，以用于如下所述的用途。如圖ll所示，工具連接器224 包括圓柱形的井上端225，其在尺寸上設(shè)置成可接受中心軸220的井 下端226。更優(yōu)選的是，中心軸220和連接器224的井上端225在幾 何形狀上設(shè)置成用于以銷/盒式的扭矩傳遞設(shè)置來形成連接。如圖所 示，中心軸220的井下端226包括帶花鍵的銷端，其容納在連接器224 的相配花4建鍵合式盒形端225中。
更優(yōu)選的是，工具連接器224包括偏置彈簧227，其用于促使中 心軸220相對(duì)于連接器軸向向上地鉆孔?？梢詷?gòu)思出與接頭組件200 一起使用的其它偏置機(jī)構(gòu)，只要中心軸220和工具連接器224保持 扭轉(zhuǎn)式地固定，而與該軸的軸向運(yùn)動(dòng)無關(guān)。
工具連接器244的井下端228適于連接在井下工具22a上。工 具連接器224的井下端228可通以任何扭矩傳遞設(shè)置而連接在井下 工具22a上。優(yōu)選的是，井下端228包括螺紋式盒形端230,用于接 受井下工具22a的螺紋式銷端連接器。更優(yōu)選的是，井下端228的外徑與外殼202的直徑基本上相同。然而，可以構(gòu)思出用于將井下工 具22a固定在工具連接器224上的其它設(shè)置。例如，井下工具22a可 與內(nèi)傳動(dòng)件204或與接頭組件200—體式地形成。優(yōu)選的是，工具 連接器224也包括流體端口 229,以便允許鉆井流體通過該連接器而 到達(dá)井下工具22a。
接頭組件200的結(jié)構(gòu)以及外殼202與內(nèi)傳動(dòng)件204之間的關(guān)系 允許該內(nèi)傳動(dòng)件204獨(dú)立于外殼旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)內(nèi)部件40和外部件 42旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)傳動(dòng)件204和接頭組件200的外殼202獨(dú)立地:旋轉(zhuǎn)。 如下所述，接頭組件200的鎖定^/L構(gòu)206允許傳動(dòng)件204和外殼202 的選擇性聯(lián)接。傳動(dòng)件204和外殼202的選擇性聯(lián)接允許扭矩從鉆 柱20的內(nèi)部件40和外部件42傳遞至井下工具22a。
繼續(xù)參考圖11,鎖定機(jī)構(gòu)206優(yōu)選為圓柱形的形狀，位于外殼 202中并且圍繞中心軸220。鎖定機(jī)構(gòu)206可具有流體通道231，其 允許鉆井流體流過接頭組件200。優(yōu)選的是，鎖定機(jī)構(gòu)206壓配合或 以其它方式固定在外殼202的壁上，使得不允許在外殼和鎖定機(jī)構(gòu) 之間有旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。其它相配式接合機(jī)構(gòu)、例如花鍵或鍵合裝置可用 于阻止鎖定機(jī)構(gòu)206和外殼202之間的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。
鎖定4幾構(gòu)206限定了軸向開口 232，中心軸220經(jīng)過該開口 ，鎖 定機(jī)構(gòu)206還可包括一個(gè)或多個(gè)流體通道233，以允許鉆井流體流過 和流經(jīng)鎖定機(jī)構(gòu)。優(yōu)選的是，開口 232限定了內(nèi)表面234，其適于以 鎖定和未鎖定的模式與中心軸220相接合。更優(yōu)選的是，開口232 的表面234限定了花4建裝置，用于與固定在一部分中心軸220的周 邊周圍的相應(yīng)花鍵236的組相接合。當(dāng)中心軸以如下所述的方式軸 向地前進(jìn)至井下時(shí)，中心軸220上的花鍵236將與開口 232的表面234 相接合?；蛘撸?建236可設(shè)置成使j尋井上或井下方向上的軸向運(yùn) 動(dòng)將導(dǎo)致用于中心軸220的鎖定模式。
當(dāng)中心軸220上的花鍵236未與表面234相接合時(shí)，接頭組件200 以未鎖定的^^式梯:作，并且外殼202和內(nèi)傳動(dòng)件204可獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。在未鎖定的模式下，只有內(nèi)傳動(dòng)件204和鉆柱20的內(nèi)部件40驅(qū)動(dòng) 井下工具22a的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)花鍵236與表面234相接合時(shí)，接頭組件200 以鎖定模式操作，并且外殼202和內(nèi)傳動(dòng)件204—起旋轉(zhuǎn)。然后， 在鎖定模式下，來自于內(nèi)部件40和鉆柱20的外部件42這兩者的轉(zhuǎn) 矩將傳遞至井下工具22a。
圖12顯示了進(jìn)行了改進(jìn)以便與接頭組件200 —起使用的驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)250。本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250 優(yōu)選是雙旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其類似 于如圖1、 3和7所示的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)鉆柱20的內(nèi)部件40和 外部件42。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250包括內(nèi)部件驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)252和外部件驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)才幾254。內(nèi)部件驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾252驅(qū)動(dòng)內(nèi)傳動(dòng)軸256的運(yùn)動(dòng)。外部 件驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)254驅(qū)動(dòng)外傳動(dòng)軸258的運(yùn)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250還包括操作式地連接在內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)252上的軸 向平移組件260。平移組件260優(yōu)選適于使內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾252和內(nèi)傳 動(dòng)軸256相對(duì)于外傳動(dòng)軸258軸向地或縱向地運(yùn)動(dòng)。平移組件260 優(yōu)選包括液壓活塞和缸組件262。更優(yōu)選的是，活塞和缸組件262操 作式地連接在內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)4幾252上，并且固定在鉆機(jī)12的支架28 上(見圖1和3)。如圖12所示，缸組件262設(shè)置成可驅(qū)動(dòng)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)252和內(nèi)傳動(dòng)軸256相對(duì)于支架28運(yùn)動(dòng)、并因此相對(duì)于外傳動(dòng)軸 258運(yùn)動(dòng)。
用于活塞和缸組件262的配置和連接只是出于示例性目的。其 它結(jié)構(gòu)和操:作可i殳想用于平移組件260。例如，活塞和缸組件262可 操作式地連接在內(nèi)傳動(dòng)軸256上，或者可包括齒輪和鏈機(jī)構(gòu)。允許
實(shí)施例的平移組件260—起使用。還可以設(shè)想，根據(jù)需要，平移組 件260可通過控制系統(tǒng)14或通過操作者來促動(dòng)。
組件262將優(yōu)選在標(biāo)準(zhǔn)位置和向前位置之間操作?；蛘?，平移 組件262可在多個(gè)位置之間操作，使得內(nèi)傳動(dòng)軸256和外傳動(dòng)軸258 可彼此相對(duì)于對(duì)方而軸向運(yùn)動(dòng)。在本實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)位置中，活塞和
24缸組件262并不伸出，鉆柱20以傳統(tǒng)方式來使用，其中鉆柱的內(nèi)部 件40和外部件42 4皮此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
在圖12所示的向前位置中，活塞和缸組件262延伸出，從而將 內(nèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)252和內(nèi)傳動(dòng)軸256向前推進(jìn)。內(nèi)傳動(dòng)軸256的向前 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)部件40也相對(duì)于外部件42向前運(yùn)動(dòng)。內(nèi)部件40的運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)致接頭組件200的中心軸220的向前運(yùn)動(dòng)。中心軸220的向前運(yùn) 動(dòng)允許該軸上的花鍵236與鎖定機(jī)構(gòu)206的內(nèi)表面234相接合?？?以理解，中心軸220和鉆柱20的內(nèi)部件40可稍樣t地旋轉(zhuǎn)，以允許 花鍵236與內(nèi)表面234相配式地對(duì)準(zhǔn)。如上所述，當(dāng)中心軸220與 鎖定機(jī)構(gòu)206相接合時(shí)，鉆柱20的內(nèi)部件40和外部件42將聯(lián)接起 來，并且來自于內(nèi)傳動(dòng)軸256和外傳動(dòng)軸258這兩者的扭矩可傳遞 至井下工具22a。
與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250 —起使用的另 一優(yōu)選接頭組件300(如圖12所示) 顯示于圖13a中。接頭組件300適于以如下所述的方式在鉆柱20的 井下端76連接在管段30的內(nèi)部件40和外部件42上(例如見圖5和 8)。優(yōu)選的是，接頭組件300的相對(duì)端連接在井下工具22b上。圖13a 所示實(shí)施例的接頭組件300允許可僅通過鉆柱20的內(nèi)部件40、或<又 通過鉆柱的外部件42、或通過內(nèi)部件和外部件這兩者，來控制井下 工具22b的旋轉(zhuǎn)。
優(yōu)選的是，接頭組件300包括外殼302、內(nèi)傳動(dòng)軸304、工具接 合器306和鎖定組件308。外殼302優(yōu)選是圓柱形的，并且具有適于 在鉆柱20的井下端76連接在外部件42上的井上端。如同上述實(shí)施 例一樣，外殼302優(yōu)選包括螺紋式銷端連接部310,其用于連接在鉆 柱20的外部件42上。外殼302還限定了內(nèi)腔室，其優(yōu)選包括卡圏 (collar) 312。更優(yōu)選的是，卡圈312包括內(nèi)組花鍵313，用于如下 所述的用途。
內(nèi)傳動(dòng)軸304優(yōu)選是圓柱形的，并且通常設(shè)置成同軸地處于外 殼302內(nèi)。內(nèi)傳動(dòng)軸304的井上端適于在鉆柱20的井下端76連接在內(nèi)部件40上。如同以上實(shí)施例一樣，傳動(dòng)軸304包括盒形端連接 部314,其用于容納內(nèi)部件40的幾何形狀式銷端70。傳動(dòng)軸304優(yōu) 選穿過外殼302延伸至卡圏312，或延伸至剛好超出卡圈312。傳動(dòng) 軸304也可包括流體端口(未示出)，以便有助于鉆井流體/人鉆柱20 流向井下工具22b。
工具接合器306設(shè)在外殼302的開口井下端315，并且包括圓柱 形開口端的腔室316和工具連接器318。優(yōu)選的是，圓柱形開口端的 腔室316在尺寸上設(shè)置成可容納在外殼的開口端315中。更優(yōu)選的 是，接合器306的腔室316通過密封件和軸承布置320而可旋轉(zhuǎn)地 支撐在外殼302內(nèi)。腔室316優(yōu)選包括卡圈式端321，其與外殼302 的卡圈312對(duì)準(zhǔn)。更優(yōu)選的是，腔室316的卡圈式端321包括內(nèi)組 花鍵323，其用于如下所述的用途。
工具連接器318構(gòu)造成連接在井下工具22b上。優(yōu)選的是，井 下工具22b螺紋式連接在連接器318上。然而，可以設(shè)想采用備選 的設(shè)置，例如利用銷或螺釘將工具22b固定在連接器318上。或者， 井下工具22b可與工具接合器306和接頭組件300 —體式地形成。
鎖定組件308用于將工具接合器306和井下工具22b連接在內(nèi) 傳動(dòng)軸304上，連接在外殼302上，或連接在這兩者上。該組件優(yōu) 選包括前花鍵裝置322，后花鍵裝置324,和偏置部件326。前花鍵 裝置322優(yōu)選在軸的井下端而固定在內(nèi)傳動(dòng)軸304上。后花^l建裝置324 設(shè)在內(nèi)傳動(dòng)軸304周圍并且被它可旋轉(zhuǎn)地支撐，并且相鄰于前花鍵 裝置322。優(yōu)選的是，后花鍵裝置324通過軸承布置328被支撐于內(nèi) 傳動(dòng)軸304的周圍。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，偏置部件326是彈簧，但也可以使用其它 的偏置機(jī)構(gòu)。偏置部件326設(shè)在工具接合器306的腔室316內(nèi)，并 沿著井上方向施加壓力到前花鍵裝置322和內(nèi)傳動(dòng)軸304上。偏置 部件326連同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250 —起用于將花鍵裝置322和324優(yōu)選定 位在接頭組件300內(nèi)的三個(gè)操作位置中。在笫一位置中，如圖13a所示，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250的活塞和缸組件 262(見圖12)收回，從而允許偏置部件326的彈簧延伸，并迫使花鍵 裝置322和324在井上方向上運(yùn)動(dòng)。在該第一位置中，前花鍵裝置322 與外殼302的卡圏312上的花鍵313以及工具接合器306的卡圏端321 上的花鍵323都對(duì)準(zhǔn)，并且與這兩者都操作式地接觸。然后，外殼302 首先扭轉(zhuǎn)式地鎖定在前花鍵322和內(nèi)傳動(dòng)軸304上，從而鎖定在工 具接合器306和井下工具22b上。因此，接頭組件300允許鉆機(jī)12 操作，使得來自于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250的內(nèi)傳動(dòng)軸256和外傳動(dòng)軸258的 扭矩傳遞至井下工具22b。
在第二位置中，如圖13b所示，活塞和缸組件262(見圖12)將部
進(jìn)。內(nèi)部件40的運(yùn)動(dòng)也導(dǎo)致內(nèi)傳動(dòng)軸304和花4建裝置322和324前 進(jìn)，從而部分地壓縮偏置部件326。在該第二位置中，前花鍵裝置322 與工具接合器306的卡圏式端321上的花鍵323對(duì)準(zhǔn)。后花鍵裝置324 與外殼302的卡圏312上的花鍵313對(duì)準(zhǔn)。只有內(nèi)傳動(dòng)軸304和鉆 柱20的內(nèi)部件40以傳遞4丑矩式4妄合的方式而才喿作式地連接在井下 工具22b上。外殼302的旋轉(zhuǎn)不會(huì)導(dǎo)致任何扭矩傳遞至井下工具22b， 因?yàn)檩S承布置328與后花鍵324和工具接合器306周圍的軸承布置320 一起允許外殼獨(dú)立于井下工具22b旋轉(zhuǎn)。因此，接頭組件300允許 鉆機(jī)12以傳統(tǒng)模式操作，其中井下工具22b的旋轉(zhuǎn)專門通過驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)250的內(nèi)傳動(dòng)軸256來控制。
在第三位置中，如圖13c所示，活塞和缸組件262(見圖12)完全 伸出，從而迫使鉆柱20的內(nèi)部件40相對(duì)于外部件42軸向地前進(jìn)。 內(nèi)部件40的運(yùn)動(dòng)也導(dǎo)致內(nèi)傳動(dòng)軸304和花4建裝置322和324軸向地 前進(jìn)，從而進(jìn)一步壓縮偏置部件326。在該第三位置中，后花一建裝置 324與工具接合器306的卡圈式端321上的花鍵323對(duì)準(zhǔn)，并與外殼 302的卡圏312上的花鍵313對(duì)準(zhǔn)。這種設(shè)置允許外殼302、并因此 而允許鉆柱20的外部件40以傳遞扭矩式接合的方式而操作式地連接在井下工具22b上。內(nèi)傳動(dòng)軸304的旋轉(zhuǎn)不會(huì)導(dǎo)致任何扭矩傳遞 至井下工具22b，這是因?yàn)榍盎ㄦI裝置322未與花鍵313或323相接 合，并且軸承布置328與后花鍵324 —起允許內(nèi)傳動(dòng)軸獨(dú)立于井下 工具22b旋轉(zhuǎn)。因此，接頭組件300允許鉆機(jī)12操作，使得井下工 具22b的旋轉(zhuǎn)專門通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)250的外傳動(dòng)軸256來控制。
現(xiàn)在參見圖14，圖中顯示了用于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的接頭組件440 的備選實(shí)施例。接頭組件440在鉆柱20的井下端76連接在管段30 的內(nèi)部件40和外部件42上。4妄頭組件440優(yōu)選容納在井下工具450 內(nèi)，如圖14所示作為擴(kuò)眼鉆頭，以便在倒劃井眼操作期間使用。井 下工具450包括限定了內(nèi)工具腔室454的外壁452。外壁452可構(gòu)造 成具有多個(gè)切削件456，例如設(shè)在其表面上的^f更質(zhì)合金刀具、切削齒， 等等。內(nèi)工具腔室454容納了接頭組件440，并且有助于連接在鉆柱 20上。
接頭組件440包括外傳動(dòng)軸462、內(nèi)傳動(dòng)軸464和齒輪機(jī)構(gòu)466。 優(yōu)選的是，齒輪機(jī)構(gòu)466是行星齒輪系統(tǒng)，并且適于將外傳動(dòng)軸462 和內(nèi)傳動(dòng)軸464單獨(dú)地或以組合的方式而操作式地連接在井下工具 450上。行星齒輪系統(tǒng)466提供了用于井下工具450的齒輪減速。通 過齒輪減速，井下工具450的輸出速度可低于雙部件鉆柱20的輸出 速度。然而，高扭矩可通過帶行星齒輪系統(tǒng)466的鉆柱20而傳遞至 井下工具450。
外傳動(dòng)軸462具有井上端，其適于在鉆柱20的井下端76連接 在外部件42上。優(yōu)選的是，井上端包括螺紋式銷端連接器468,其 用于連接在外部件42的盒形端上。外傳動(dòng)軸462也包括齒輪連接器 470,其適于與行星齒輪系統(tǒng)466相連。
內(nèi)傳動(dòng)軸464優(yōu)選是圓柱形的，并且通常同軸地設(shè)在外傳動(dòng)軸 462內(nèi)。內(nèi)傳動(dòng)軸464的井上端適于在鉆柱20的井下端76而連接在 內(nèi)部件40上。優(yōu)選的是，內(nèi)傳動(dòng)軸464包括盒形端連接器472，其 延伸超出外傳動(dòng)軸462的銷端連接器468，用于以傳遞扭矩式接合的方式來接受內(nèi)部件40的銷端。內(nèi)傳動(dòng)軸464優(yōu)選通過軸岸義474而固 定在外傳動(dòng)軸462內(nèi)，并且延伸進(jìn)入內(nèi)工具腔室454中。軸承474 允許內(nèi)傳動(dòng)軸464獨(dú)立于外傳動(dòng)軸462旋轉(zhuǎn)。
行星齒輪系統(tǒng)466設(shè)在內(nèi)工具腔室454內(nèi)，并且操作式地連接 在外傳動(dòng)軸462和內(nèi)傳動(dòng)軸464上。優(yōu)選的是，行星齒輪系統(tǒng)466 包括四個(gè)主要部件外齒圈500、中心太陽齒輪502、載體(carrier) 504以及一個(gè)或多個(gè)行星齒輪506。行星齒輪506位于太陽齒輪502 和齒圏500之間，并且通過行星載體504來保持就位。另外，太陽 齒輪502和行星齒輪506可通過連接部件保持在一起，連接部件例 如為帶(未示出)，其連接在太陽齒輪的中心軸線和齒圏的中心軸線 上。連接部件用于將太陽齒輪502和行星齒輪506保持在相同的平 面內(nèi)。
太陽齒輪502優(yōu)選以扭矩傳遞的接合方式而連接在內(nèi)傳動(dòng)軸462 上。更優(yōu)選的是，在傳動(dòng)軸的伸入工具腔室454的那一端，太陽齒 輪502設(shè)置成圍繞內(nèi)傳動(dòng)軸462。太陽齒輪502將與內(nèi)傳動(dòng)軸462 — 起以與內(nèi)傳動(dòng)軸相同的轉(zhuǎn)速而旋轉(zhuǎn)。
齒圈500操作式地連接在外傳動(dòng)軸462的齒輪連接器470上。 優(yōu)選的是，齒輪連接器470在連接器的內(nèi)表面上包括齒輪齒。齒圈500 的外周邊上的齒的相應(yīng)設(shè)置允許齒圏與外傳動(dòng)軸462 —起旋轉(zhuǎn)。
載體504固定在井下工具450上。優(yōu)選的是，載體504用螺栓 或螺4丁而固定在井下工具450的內(nèi)工具腔室454中的板508上。行 星載體504的相對(duì)端形成了凹口 513，其可接受被支撐于軸承480上 的內(nèi)傳動(dòng)軸462的前部分482。載體504連接在各行星齒輪506的中 心軸線上。優(yōu)選的是，多個(gè)軸516固定在載體504上，并且經(jīng)過行 星齒輪506的中心軸線。軸516通過軸承(未示出)而被支撐在各行星 齒輪506中，從而允許行星齒輪相對(duì)于載體獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
繼續(xù)參考圖14，行星齒輪系統(tǒng)466與用作行星齒輪系統(tǒng)之驅(qū)動(dòng) 器或輸入齒輪的太陽齒輪502 —起操作。各行星齒輪506圍繞其中
29心軸線旋轉(zhuǎn)，并且通過太陽齒輪502來驅(qū)動(dòng)。另外，齒圏500通過 齒圏內(nèi)周邊上的一組齒輪齒和行星齒輪的外周邊而與行星齒輪506 嚙合，以便使行星齒輪圍繞太陽齒輪502行進(jìn)。載體504通過其與 行星齒輪506軸的相連，從而在它們圍繞太陽齒輪502旋轉(zhuǎn)時(shí)，與 行星齒輪一起旋轉(zhuǎn)。在所示圖14行星齒輪機(jī)構(gòu)466的優(yōu)選構(gòu)造中， 載體504是輸出機(jī)構(gòu)，用于將動(dòng)力輸出行星齒輪系統(tǒng)466。
在操作中，行星齒輪系統(tǒng)466優(yōu)選提供了增大的扭矩輸出至井 下工具450,這是由于鉆柱20的內(nèi)部件40和外部件42的速度是可 變的。當(dāng)內(nèi)部件40旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接在內(nèi)傳動(dòng)軸464上的太陽齒輪502 也將與內(nèi)部件一起旋轉(zhuǎn)。太陽齒輪502的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)行星齒輪506。行 星齒輪506將被驅(qū)動(dòng)，而圍繞太陽齒輪502在齒圈500和行星齒輪506 之間的相嚙合齒輪齒508上行進(jìn)。行星齒輪506的旋轉(zhuǎn)將驅(qū)動(dòng)載體504 在與太陽齒輪502旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上旋轉(zhuǎn)。行星齒輪系統(tǒng)466
大的扭矩下旋轉(zhuǎn)。因此，與未連接在行星齒輪系統(tǒng)上的井下工具相 比，連接在載體504上的井下工具450能夠以增大的扭矩輸出來挖 掘土壤。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可通過改變行星齒輪系統(tǒng)466中 的齒數(shù)以及通過改變傳動(dòng)軸462和464兩者的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度，來影 響綜合扭矩輸出。另外，也可通過改變哪個(gè)齒輪用作輸入齒輪、哪 個(gè)齒輪用作輸出齒輪以及哪個(gè)齒輪保持不動(dòng)，來產(chǎn)生采用行星齒輪 系統(tǒng)466的不同齒輪齒數(shù)比。
另外，可以注意到，盡管以上論述介紹了利用行星齒輪系統(tǒng)466 來用于提供增大的扭矩輸出，以用于在倒劃井眼操作期間傳遞至井 下工具450、例如擴(kuò)眼鉆頭，然而，相同的方法可在鉆揮4喿作期間適 用于其它的井下工具，例如三牙輪鉆頭。另外，其它齒輪系統(tǒng)或齒 輪組，例如錐齒輪傳動(dòng)裝置、行星式中心齒輪傳動(dòng)裝置、變化的齒 輪裝置、協(xié)同驅(qū)動(dòng)裝置和正齒輪，以及其它的傳動(dòng)裝置，可用于以與行星齒輪系統(tǒng)466相類似地來操作。
現(xiàn)在參見圖15和16,圖中顯示了用于與井下工具如鉆孔工具542 一起使用的本發(fā)明接頭組件540的備選例。優(yōu)選的是，接頭組件540 包括外傳動(dòng)件544、內(nèi)傳動(dòng)件546和行星齒輪系統(tǒng)548。更優(yōu)選的是，
齒輪系統(tǒng)548類似于圖14所示的用于擴(kuò)眼鉆頭工具的齒輪機(jī)構(gòu)466，j么.
操作式地連接在鉆孔工具542上。
外傳動(dòng)件544具有井上端550，其適于連接在鉆柱20的外部件 42上。外傳動(dòng)件544也包括齒輪連接器552,其適于與齒輪系統(tǒng)548 相連。內(nèi)傳動(dòng)件546優(yōu)選一般設(shè)置成同軸地處于外傳動(dòng)件544內(nèi)， 并且具有適于連接在鉆柱20的內(nèi)部件40上的井上端。 一系列軸承 和密封件554優(yōu)選用于將內(nèi)傳動(dòng)件546固定在外傳動(dòng)件544內(nèi)，使 得內(nèi)傳動(dòng)件可獨(dú)立于外傳動(dòng)件旋轉(zhuǎn)。
繼續(xù)參考圖16和圖17，本實(shí)施例的齒輪系統(tǒng)548包括外齒圏 556、中心太陽齒輪558、載體560以及至少一個(gè)行星齒l侖562。優(yōu) 選的是，齒圈556連接在外傳動(dòng)件544的齒輪連接器552上，用于 與外傳動(dòng)件一起地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。太陽齒輪558優(yōu)選以傳遞扭矩式接合 的方式而連接在內(nèi)傳動(dòng)件546上。更優(yōu)選的是，太陽齒輪558設(shè)置 成圍繞內(nèi)傳動(dòng)件546,并且將與內(nèi)傳動(dòng)件一起旋轉(zhuǎn)。
行星齒輪562由載體560保持，并且優(yōu)選設(shè)在齒圈556和太陽 齒輪558之間。其它組的密封件和軸承564允許載體560相對(duì)于外 傳動(dòng)件544和內(nèi)傳動(dòng)件546被固定和旋轉(zhuǎn)。載體560也適于連接在 鉆孔工具542上。如圖16所示，載體560具有井下端566,用于螺 紋式連接在鉆孔工具542上?；蛘?，載體560和鉆孔工具542可一 體式地形成，或者通過其它手段而操作式地相連。
因此，本發(fā)明提供了在采用雙部件鉆柱時(shí)用于控制和提高井下 工具性能的機(jī)構(gòu)。雙部件鉆柱的內(nèi)部件和外部件在鉆柱的井下端通 過接頭組件而連接在井下工具上。接頭組件適于接受來自于雙部件鉆柱的內(nèi)部件和外部件兩者的扭矩輸入，以產(chǎn)生井下工具的增大的 綜合扭矩輸出。這就使得并下工具可穿過巖面行進(jìn)，而不會(huì)"停機(jī)"而 靠在巖面上。另外，雙部件鉆柱上的磨損是有限的，因?yàn)楫?dāng)井下工 具具有穿過巖面行進(jìn)所需的扭矩時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)管段在長(zhǎng)鉆孔中的" 巻緊"。
顯然，本發(fā)明很好地適于實(shí)現(xiàn)了上述的、本文中和末尾所述的 優(yōu)點(diǎn)。盡管對(duì)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的描述是用于本公開的目的， 然而可以理解，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范 圍的前提下，可以對(duì)本文所述的各種部件、元件和程序的組合和配 置進(jìn)行許多種變化。
權(quán)利要求
1. 一種管段系統(tǒng)，包括多個(gè)管段，其設(shè)置成端對(duì)端地接合以形成鉆柱，各管段包括可旋轉(zhuǎn)的外部件；和位于所述外部件之內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)式內(nèi)部件；其中，扭矩可在各管段的所述外部件和相鄰管段的所述外部件之間傳遞，其中，扭矩可在各管段的所述內(nèi)部件和相鄰管段的所述內(nèi)部件之間傳遞；和接頭組件，其連接在至少一個(gè)管段的所述內(nèi)部件和所述外部件上，所述接頭組件適于在所述鉆柱的井下端在所述管段的所述外部件和所述內(nèi)部件之間傳遞扭矩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其可以在所述鉆柱的井上端可操作地連接在所述管段的所 述內(nèi)部件和所述外部件上，并且適于驅(qū)動(dòng)所述鉆柱的已裝配的內(nèi)部件 和已裝配的外部件;波此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置；其中，所述管段的所述內(nèi)部件和所述外部件在所述鉆柱的井上端 可各自可操作地連接在所述多個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置之一上；和反饋控制系統(tǒng)，其可操作地可連接在所述多個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置上， 以指示何時(shí)各部件在基本上相同的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)；和其中，當(dāng)所述內(nèi)部件和所述外部件在基本上相同的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn) 工具。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包 括多個(gè)流體驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)機(jī)，其通過至少一個(gè)流體源來提供動(dòng)力，以便驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)部件和外部件運(yùn)動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件適 于阻止所述內(nèi)部件和所述外部件之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件的 特征包括多個(gè)流體通道，其允許流體進(jìn)入井下工具。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件的 特征包括井上端和井下端，其中所述接頭組件的井上端包括內(nèi)傳動(dòng)連接器，其適于與所述管段的所述內(nèi)部件傳遞扭矩式接 合；和外傳動(dòng)連接器，其適于可連接在所述管^:的所述外部件上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)傳動(dòng)連接 器剛性地可連接在所述外傳動(dòng)連接器上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)傳動(dòng)連接 器和所述管段的所述內(nèi)部件可以滑動(dòng)配合連接的方式而連接起來。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管段的所述 內(nèi)部件可滑動(dòng)地容納在所述內(nèi)傳動(dòng)連接器中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管段的所述 外傳動(dòng)連接器和所述外部件是可螺紋式地連接的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件的 所述井下端可拆下地連接在井下工具上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井下工具 包括銷端，所述接頭組件包括盒形端，所述井下工具的所述銷端可螺 紋式地容納在所述盒形端中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件 包括銷端，所述井下工具包括盒形端，所述接頭組件的所述銷端可螺 紋式地容納在所述盒形端中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件與 井下工具一體式地形成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述外部件在基本上匹配或超過所述內(nèi)部件轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述接頭組件適 于將所述內(nèi)部件和所述外部件耳關(guān)接起來。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述外部件 和所述內(nèi)部件通過所述接頭組件聯(lián)接起來時(shí)，所述扭矩從所述內(nèi)部件 和所述外部件兩者傳遞至井下工具。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件包括離合器機(jī)構(gòu)，其具有其中所述接頭組件在所述外部件和所述內(nèi)部 件之間傳遞扭矩的接合模式，以及其中未在所述內(nèi)部件和所述外部件 之間傳遞扭矩的脫離接合才莫式；和其中，當(dāng)所述外部件的轉(zhuǎn)速基本上匹配或超過所述內(nèi)部件的轉(zhuǎn)速 時(shí)，所述離合器機(jī)構(gòu)可被促動(dòng)而進(jìn)入其接合模式。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述外部件 的轉(zhuǎn)速小于所述內(nèi)部件的轉(zhuǎn)速時(shí)，所述離合器機(jī)構(gòu)配置成處于其脫離 接合模式中。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述離合器 機(jī)構(gòu)處于其停用模式時(shí)，所述內(nèi)部件和所述外部件之間的扭矩傳遞被 禁止。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件 包括外傳動(dòng)軸，其具有限定了內(nèi)工作腔室的主體，所述外傳動(dòng)軸在一 端在所述鉆柱的所述井下端處與所述管段的所述外部件形成傳遞扭 矩式接合，并且在相反端連接在井下工具上；內(nèi)傳動(dòng)軸，其具有設(shè)在所述內(nèi)工作腔室內(nèi)的主體，所述內(nèi)傳動(dòng)軸 在一端在所述鉆柱的所述井下端處與所述管段的所述內(nèi)部件形成傳 遞扭矩式接合，并且在相反端與所述井下工具形成傳遞扭矩式接合； 和離合器機(jī)構(gòu)，其連接在所述內(nèi)傳動(dòng)軸上，并且當(dāng)所述外傳動(dòng)軸在 基本上匹配或超過所述內(nèi)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)時(shí)，其適于將所述
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述離合器機(jī)具，并且其特征在于接合^t式和脫離接合模式；其中，當(dāng)所述外部件的轉(zhuǎn)速基本上匹配或超過所述內(nèi)部件的轉(zhuǎn)速 時(shí)，所述離合器機(jī)構(gòu)配置成處于其接合模式中；和其中，當(dāng)所述外部件的轉(zhuǎn)速小于所述內(nèi)部件的轉(zhuǎn)速時(shí)，所述離合 器機(jī)構(gòu)配置成處于其脫離接合模式中。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述離合器機(jī) 構(gòu)包括溢流離合器。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述離合器機(jī) 構(gòu)包括棘輪離合器。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件包所述內(nèi)部件和所述外部件保持在聯(lián)接狀態(tài)下，并且其響應(yīng)于所述內(nèi)部保持在未聯(lián)接的狀態(tài)下。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件包括外傳動(dòng)軸，其具有限定了內(nèi)工作腔室的主體，所述外傳動(dòng)軸在一 端在所述鉆柱的所述井下端處與所述管段的所述外部件形成傳遞扭 矩式接合，并且在相反端連接在井下工具上；內(nèi)傳動(dòng)軸，其具有設(shè)在所述內(nèi)工作腔室內(nèi)的主體，所述內(nèi)傳動(dòng)軸 在一端在所述鉆柱的所述井下端處與所述管段的所述內(nèi)部件形成傳 遞扭矩式接合，并且在相反端與所述井下工具形成傳遞扭矩式接合； 和鎖定機(jī)構(gòu)，其連接在所述內(nèi)傳動(dòng)軸上，并且當(dāng)所述內(nèi)傳動(dòng)軸相對(duì) 于所述外傳動(dòng)軸而軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，適于將所述內(nèi)傳動(dòng)軸與所述外傳動(dòng)軸 以傳遞扭矩式接合的方式互連起來。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述內(nèi)傳動(dòng) 軸相對(duì)于所述外傳動(dòng)軸而軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述鎖定機(jī)構(gòu)適于將所述內(nèi)傳 動(dòng)軸和所述外傳動(dòng)軸保持在聯(lián)接狀態(tài)下，其中所迷軸向運(yùn)動(dòng)是井下軸 向運(yùn)動(dòng)，以及當(dāng)所述內(nèi)傳動(dòng)軸相對(duì)于所述外傳動(dòng)軸軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，將所 述內(nèi)傳動(dòng)軸和所述外傳動(dòng)軸保持在未聯(lián)接的狀態(tài)下，其中所述軸向運(yùn) 動(dòng)是井上軸向運(yùn)動(dòng)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖定組件 包括花鍵接頭，其處在形成于所述內(nèi)傳動(dòng)軸上的花鍵和形成于所述外 傳動(dòng)軸中的相配鍵槽之間。
29. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述外部件在 基本上等于所述內(nèi)部件轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述接頭組件適于將所 述內(nèi)部件和所述外部件聯(lián)接起來。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 連接在所述接頭組件上的井下工具；其中，所述接頭組件適于接受來自于所述內(nèi)部件的扭矩輸入以及 來自于所述外部件的扭矩輸入，以產(chǎn)生所述井下工具的綜合扭矩輸 出。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包 括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其適于驅(qū)動(dòng)所述管段的所述已裝配的內(nèi)部件和 所述已裝配的外部件;波此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件 包括齒輪機(jī)構(gòu)，所述齒輪機(jī)構(gòu)適于接受來自于所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)傳動(dòng) 件的扭矩輸入以及來自于所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的外傳動(dòng)件的扭矩輸入，以產(chǎn) 生所述井下工具的綜合扭矩輸出。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述齒輪機(jī)構(gòu)容納在所述井下工具中。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述齒輪機(jī)構(gòu) 包括行星齒輪系統(tǒng)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述行星齒輪 系統(tǒng)包括太陽齒輪，其與所述內(nèi)傳動(dòng)件形成傳遞扭矩式接合； 齒圈，其與所述外傳動(dòng)件形成傳遞扭矩式接合；和 載體，其與所述井下工具形成傳遞扭矩式接合。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件 適于產(chǎn)生至所述井下工具上的扭矩輸出。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井下工具 的扭矩輸出是所述管段的內(nèi)部件的扭矩輸入和外部件的扭矩輸入的矢量和。
38. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出速度 不同于所述內(nèi)傳動(dòng)件的輸入速度。
39. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的水平鉆機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于其第一端連接在所述水平鉆機(jī)上，而其第二端連接在所述鉆柱上；和 井下工具，其適于與所述接頭組件形成傳遞扭矩式接合。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接頭組件 適于接受來自于所述內(nèi)部件的扭矩輸入和來自于所述外部件的扭矩 輸入，以產(chǎn)生所述井下工具的綜合扭矩輸出。
全文摘要
公開了一種接頭組件(100)，其用于將雙部件式鉆柱的內(nèi)部件(40)和外部件(42)以傳遞扭矩式接合的方式而互連起來。接頭組件(100)適于將來自于這兩個(gè)部件(40，42)的扭矩輸入傳遞至井下工具。在一個(gè)實(shí)施例中，接頭組件包括連接器異徑接頭(102)，其將這兩個(gè)部件固定式地和非固定式地聯(lián)接起來。在另一實(shí)施例中，接頭組件包括離合器機(jī)構(gòu)(138)，其用于在外部件的轉(zhuǎn)速超過內(nèi)部件的轉(zhuǎn)速時(shí)將這兩個(gè)部件互連起來。在另一實(shí)施例中，接頭組件包括機(jī)構(gòu)，其用于通過內(nèi)部件(40)相對(duì)于外部件(42)的軸向井下運(yùn)動(dòng)而將這兩個(gè)部件(40，42)聯(lián)接起來。在另一實(shí)施例中，接頭組件包括行星齒輪系統(tǒng)(556，562，558)，其用于將這兩個(gè)部件聯(lián)接起來，以便在雙部件式鉆柱的較低輸出速度下將高的扭矩傳遞至井下工具。
文檔編號(hào)E21B17/03GK101484658SQ200480024032
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者凱爾文·P·塞爾夫, 弗洛伊德·R·岡索里斯, 戴維·R·佩恩 申請(qǐng)人:查爾斯機(jī)器制造廠有限公司