鉆進(jìn)單元操作站的制作方法
【專利說(shuō)明】鉆進(jìn)單元操作站
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求于2012年11月9日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/724,472的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體上涉及定向鉆機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及定向鉆機(jī)的控制操作系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]該發(fā)明提供一種具有可移動(dòng)的操作站的水平定向鉆機(jī)(HDD)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括框架，小車(chē)，底座和可移動(dòng)的駕駛室。小車(chē)相對(duì)于框架可移動(dòng)以為鉆柱提供給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)。所述底座安裝于框架上并包含連接點(diǎn)和適配件(fitting)。所述可移動(dòng)駕駛室包含控制系統(tǒng)，支架和腳。所述控制系統(tǒng)控制小車(chē)和框架的功能。所述支架可以在第一位置和第二位置之間移動(dòng)，并且在第一位置與所述連接點(diǎn)可連接。當(dāng)腳安裝在適配件上時(shí)駕駛室在底座上是穩(wěn)定的，當(dāng)支架與連接點(diǎn)分離時(shí)，駕駛室相對(duì)于底座是可移動(dòng)的。
[0004]該發(fā)明還提供一種包含框架、小車(chē)和駕駛室的HDD機(jī)器。小車(chē)相對(duì)于框架可移動(dòng)以為鉆柱提供給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)。駕駛室中包括操作站，被安裝在框架并相對(duì)于框架可以移動(dòng)。操作站控制小車(chē)的給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)。
[0005]該發(fā)明還提供一種控制HDD機(jī)器的方法。鉆機(jī)包括框架，小車(chē)和一個(gè)可移動(dòng)駕駛室。小車(chē)相對(duì)于框架可移動(dòng)以為鉆柱提供給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)。駕駛室包括控制面板。這個(gè)方法包括從框架分離駕駛室，用控制面板來(lái)控制小車(chē)并推進(jìn)鉆柱。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明的HDD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007]圖2是圖1中鉆機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖。
[0008]圖3是圖1中HDD系統(tǒng)移除操作駕駛室的視圖。
[0009]圖4是HDD機(jī)器供一個(gè)操作者使用的駕駛室安裝在框架上的部分視圖。
[0010]圖5展示了從HDD機(jī)器移除駕駛室并放置在托架上。
【具體實(shí)施方式】
[0011]HDD機(jī)器被用來(lái)安裝地下的公共設(shè)施或其他對(duì)象。HDD技術(shù)因?yàn)槠淇梢栽诙喾N地形底下安裝管線以及最小化破壞土地表面和最小的可能性破壞已填埋目標(biāo)的通用的施工方法而變得很受歡迎。
[0012]HDD操作通常情況下是使用鉆機(jī)推進(jìn)鉆柱通過(guò)一條地下的線路來(lái)進(jìn)行。為了避開(kāi)已填埋的目標(biāo)諸如公共設(shè)施，線路是預(yù)先選擇的。
[0013]鉆機(jī)通常情況下包括框架，錨固系統(tǒng)，傳動(dòng)裝置和鉆頭，其中傳動(dòng)裝置安裝在框架上并可連接到鉆柱的井口端，鉆頭連接至鉆柱的井底端。傳動(dòng)裝置給鉆柱提供給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)，依次，給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)鉆頭在地下土壤中形成鉆孔。為了給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)鉆柱，傳動(dòng)裝置通常由一個(gè)或更多的動(dòng)力源組成。在鉆柱通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，鉆柱大體沿著直線方向行進(jìn)。為了改變方向，傳統(tǒng)的操縱技術(shù)是利用傾斜面鉆頭或帶有偏向結(jié)構(gòu)的工具的轉(zhuǎn)向技術(shù)被使用。當(dāng)鉆孔完成以后，通常鉆頭被換成回?cái)U(kuò)工具。然后傳動(dòng)裝置被用來(lái)給鉆柱提供回拖力和旋轉(zhuǎn)，鉆柱將依次回拖和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔器，并通過(guò)鉆孔把它拉回來(lái)，在此過(guò)程中擠壓鉆孔從而最終形成一定尺寸的鉆孔。將要安裝的目標(biāo)將被連接在擴(kuò)孔工具的尾端并在擴(kuò)孔器的之后被拉入鉆孔。
[0014]HDD機(jī)器的操作者通常被安置在兩個(gè)位置，鉆機(jī)本身的操作站或者遠(yuǎn)程操作站(針對(duì)于較大的HDD機(jī)器)。本發(fā)明提供了一個(gè)操作站，這個(gè)操作站可以被放在鉆機(jī)上或者從鉆機(jī)上卸下然后放置到遠(yuǎn)離機(jī)器的地方。
[0015]現(xiàn)在全部轉(zhuǎn)到附圖，特別是圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的水平鉆進(jìn)系統(tǒng)10。該鉆進(jìn)系統(tǒng)10優(yōu)選地包括一個(gè)含有框架14的鉆機(jī)12。該系統(tǒng)還包括鉆柱16 (圖2)和可移動(dòng)駕駛室18。該系統(tǒng)可選擇地設(shè)有依靠框架14支撐的管處理設(shè)備20 (圖2)，其夾持多個(gè)管段21。在鉆柱的井口端，鉆柱16連接到傳統(tǒng)動(dòng)系統(tǒng)22。所述傳動(dòng)系統(tǒng)22包括小車(chē)40，其相對(duì)于框架14可移動(dòng)以給鉆柱16提供給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)功能。鉆柱16具有一個(gè)地下的工具(圖上未表示)，它連接到鉆柱的井下端。該地下的工具包括一外罩，該外罩是用來(lái)支撐追蹤這個(gè)工具的位置的信號(hào)燈。
[0016]可移動(dòng)駕駛室18相對(duì)于鉆機(jī)12是可移動(dòng)的，下面將對(duì)這種方式進(jìn)行描述。駕駛室18包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用來(lái)控制傳動(dòng)系統(tǒng)22和框架14的功能?？刂葡到y(tǒng)可包括用來(lái)控制鉆機(jī)系統(tǒng)10的操作的控制面板。這些控制可包括壓力表，控制桿，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)和數(shù)字顯示器，以及用于在鉆進(jìn)操作時(shí)用來(lái)控制鉆機(jī)的各種不同功能的拉桿。該駕駛室18可在其上方具有接合點(diǎn)24用于連接吊車(chē)26至駕駛室18，以將駕駛室升起并從框架14移除。另夕卜，駕駛室18還包括叉車(chē)接合點(diǎn)(圖上未表示)。駕駛室還包括一窗戶28，其可以使操作者在操作過(guò)程中觀察到鉆機(jī)。圖1中的駕駛室是全封閉的，可包括窗戶和門(mén)(圖上未表示)在壞天氣時(shí)保護(hù)操作者。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的駕駛室在不背離現(xiàn)在發(fā)明的基礎(chǔ)上可以被打開(kāi)的技術(shù)。
[0017]鉆機(jī)12還包括錨固系統(tǒng)30以相對(duì)地面確保鉆機(jī)12在鉆進(jìn)操作過(guò)程的穩(wěn)定。鉆機(jī)還包括履帶傳動(dòng)系統(tǒng)32，它被用來(lái)將鉆機(jī)從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方。
[0018]參照?qǐng)D2，其示出了傳動(dòng)系統(tǒng)22的組件。傳動(dòng)系統(tǒng)22通過(guò)鉆機(jī)產(chǎn)生并傳遞施加在鉆柱16的動(dòng)力。下面將詳盡的進(jìn)行介紹，傳動(dòng)系統(tǒng)22包含一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，數(shù)個(gè)液壓泵或馬達(dá)，閥，和給鉆機(jī)12各個(gè)部件供給動(dòng)力的管道。然而，發(fā)明考慮到了適合給鉆機(jī)12供給動(dòng)力的任何系統(tǒng)的作用。例如，電力或者內(nèi)燃設(shè)備被用于發(fā)動(dòng)機(jī)和為鉆機(jī)12的組件提供動(dòng)力的多個(gè)能量源。在可選的實(shí)施例中，動(dòng)力源諸如燃料電池等可以自給被用來(lái)給鉆機(jī)12的任何組件提供動(dòng)力。
[0019]繼續(xù)參照?qǐng)D2，在該實(shí)施例中，傳動(dòng)系統(tǒng)22包含獨(dú)立的用于旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)鉆柱16的液壓馬達(dá)。和鉆機(jī)12的其他部件一樣,發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵(圖上未表不)供應(yīng)操控用于通過(guò)控制閥為旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)功能的液壓馬達(dá)的必須的動(dòng)力。這里所用的，液壓馬達(dá)和動(dòng)力源一起共同控制液壓馬達(dá)被稱為動(dòng)力單元。
[0020]旋轉(zhuǎn)動(dòng)力單元34可操作地連接至旋轉(zhuǎn)軸36并驅(qū)動(dòng)該軸旋轉(zhuǎn)。給進(jìn)動(dòng)力單元38可操作地連接至能前進(jìn)和后退的可移動(dòng)小車(chē)40。需要注意的是，給進(jìn)與傳動(dòng)系統(tǒng)22驅(qū)動(dòng)的直線力有關(guān)，并可以是接下來(lái)的既能前進(jìn)又能后退的直線力。在鉆進(jìn)操作中，鉆柱16通過(guò)地面向下推進(jìn)或者向前插入。在回?cái)U(kuò)過(guò)程中，鉆柱16通過(guò)鉆孔收回或者拉回。無(wú)論給進(jìn)還是回拉，小車(chē)40的軸向運(yùn)動(dòng)將依次引起轉(zhuǎn)軸36和鉆柱16各自類(lèi)似地向前給進(jìn)和向后回拉。像這里使用的，小車(chē)的軸向運(yùn)動(dòng)可以被理解成向前或給進(jìn)，和收回或回拉。
[0021]轉(zhuǎn)軸36安裝在小車(chē)40上，它通常包含一個(gè)內(nèi)螺紋軸管接頭，其用來(lái)連接管段21的外螺紋端部。管段21的另外一端連接到另一根管段的外螺紋端部。因此，在這個(gè)優(yōu)選方案中，大量的單個(gè)管段21通過(guò)螺紋接頭連接在一起形成了鉆柱16。然而，這個(gè)發(fā)明也適用于使用其他種類(lèi)的鉆柱，例如不同于螺紋接頭的由用特殊方法連接把鉆段組合到一起的鉆柱或者由撓性油管組成的鉆柱。
[0022]轉(zhuǎn)軸36圍繞其中央縱軸旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)軸36和鉆柱16末端之間、轉(zhuǎn)軸和單個(gè)管段21之間、或包括鉆柱的管段之間的連接的組裝和拆卸
包括旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)和給進(jìn)之間的協(xié)調(diào)配合。無(wú)論何時(shí)連接是做(組裝)或是破(拆除)，轉(zhuǎn)軸36繞其軸的旋轉(zhuǎn)和軸向運(yùn)動(dòng)被調(diào)整以大體滿足鉆段21的螺紋傾斜以防止螺紋接頭的損壞。
[0023]用這種方式，給進(jìn)動(dòng)力單元38和旋轉(zhuǎn)動(dòng)力單元34可以被有選擇性的啟動(dòng)來(lái)給予鉆柱16旋轉(zhuǎn)和給進(jìn)的輸出。然而，其他的動(dòng)力單元可以被用來(lái)控制鉆柱16的其他運(yùn)動(dòng)部件，例如以勻速或變速回拉。此外，鉆柱16的每一個(gè)動(dòng)作都能被有選擇性的獨(dú)立激活或者和其他組件結(jié)合。例如，只有給進(jìn)激活，或者給進(jìn)和旋轉(zhuǎn)一起，或者只有旋轉(zhuǎn)。
[0024]繼續(xù)參考圖2，管處理設(shè)備20用于當(dāng)鉆柱在地下前進(jìn)時(shí)延長(zhǎng)鉆柱16的長(zhǎng)度。在安裝和拆除操作中，管處理設(shè)備20將螺紋管段21相對(duì)于鉆柱16安裝或移除。適合的管處理設(shè)備在公告于2001年I月30日，主題為臥式鏜床的用于自動(dòng)控制管處理系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法的美國(guó)第6，179，065號(hào)，以及公告于2001年7月11日主題為管處理設(shè)備的美國(guó)第6，085，852號(hào)專利中有描述。這兩個(gè)專利的內(nèi)容可以通過(guò)參考在此引入。
[0025]雖然關(guān)于單根管鉆柱的本實(shí)施例已經(jīng)討論，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的鉆機(jī)系統(tǒng)可以使用雙管鉆柱以及公告于2011年8月2日，主題為用于連接雙組件管道的自動(dòng)控制系統(tǒng)的美國(guó)第7，987，924號(hào)專利，以及公告于2004年2月10日，主題為用于雙組件鉆柱的管組件管接頭的美國(guó)第RE38，418號(hào)專利中公開(kāi)的管處理設(shè)備。這兩個(gè)專利的內(nèi)容可以通過(guò)參考在此引入。
[0026]圖1和2中涉及的HDD系統(tǒng)的每一個(gè)功能都可以從駕駛室18用先前描述的控制進(jìn)行控制。
[0027]轉(zhuǎn)到圖3，在這里其示出了圖1中HDD系統(tǒng)10的后視圖。圖3的視圖清晰的提供了位于框架14上的小車(chē)40的視圖。示出的小車(chē)40可以沿位于框架上的軌道42移動(dòng)。鉆機(jī)12進(jìn)一步可包含一個(gè)和滑軌42并排設(shè)置的通道44。通道44提供了一個(gè)操作工通道以便對(duì)依軌道布置的管道鉆孔并連接到轉(zhuǎn)軸。在特定實(shí)施例中，通常是小尺寸的鉆機(jī)，通道44可以用先前已經(jīng)討論過(guò)的管處理設(shè)備替換通道44。
[0028]繼續(xù)參閱圖3，駕駛室18已經(jīng)被從底座46上移開(kāi)。駕駛室18從底座46上移開(kāi)后可以支腿裝置47支撐，或者放在托架68上(圖5)。支腿裝置47可以從駕駛室18移開(kāi)或者在不用的時(shí)候折疊放在