CN111655964A - 用于钻探的快速释放联接及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种用于形成连接的呈适配器形式的设备，该设备包括第一部分，该第一部分适于通过快速释放联接而与第二部分联接，该快速释放联接由第一部分的具有至少部分燕尾形状的第一突起和第二部分的具有至少部分燕尾形状的凹部形成。该凹部中的开口适于在轴向方向上接纳所述突起。在其它实施例中，适配器：(1)被摩擦地增强，用于接合钻探元件的内部部分；(2)包括径向突起，该径向突起在轴向方向上是纵长的，用于接合一个钻探元件的内部部分；和/或(3)具有切削器，该切削器用于在被插入在该一个钻探元件的内部部分中并旋转时对该一个钻探元件的内部部分进行刻划。还公开了一种适配器，该适配器与钻具卡盘一起使用，包括用于产生“扭转锁定”连接。

Description

用于钻探的快速释放联接及相关方法

本申请要求美国临时专利申请No.62/625,605和62/743,196的优先权，上述美国临时专利申请的公开内容通过引用的方式并入本文。国际申请号PCT/US2017/067639的公开内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及钻探领域，更具体地，涉及一种联接器，该联接器用于快速且可释放地联接用于在钻探过程中使用的部件，例如钻探元件或钻钢的部段、载架和钻头、卡盘和钻钢等。

背景技术

在地面中、特别是在岩石或矿物地层中形成钻孔，通常涉及使用纵长的钻探元件或“钻钢”。为了延伸钻孔的深度(reach)，许多此类钻钢可以在钻探过程期间联接在一起，然后一旦完成钻孔就脱开。

在过去，其他人已经提出了这样的钻钢：这些钻钢具有带螺纹的凸端和凹端，该带螺纹的凸端和凹端可以用于形成所期望的可释放联接。然而，这种螺纹接合具有一定的局限性。一方面，典型的螺纹相对长，因此可能需要多次旋转相对重的钻钢以形成牢固的连接。形成联接的条件也经常很脏，并且在地下矿井中也很暗，可能很难以快速或可靠的方式建立螺纹连接。但是，也许更显著的问题在于，由于使用条件恶劣，因此螺纹很容易随着时间的流逝而损坏，从而导致钻钢或适配器无用或需要进行昂贵且频繁的维修。

已经提出了替代的连接布置以试图解决这些问题。一个示例是在美国专利No.5,746,279中发现的卡口式配件，该专利的公开内容通过引用的方式并入本文。然而，当在恶劣条件下(例如在地下矿井应用中)使用时，径向销容易损坏。此外，对应的狭槽会变得被碎屑堵塞，使得不可能以容易或可靠的方式建立连接。这样的销也无法用于最大化所提供的驱动接合力。

因此，需要一种新的并且改进的快速释放联接器。该联接器对于以下部件将特别有用：所述部件能够在轴向方向上分离并且当联接在一起时旋转，例如是结合前文所述的钻钢、钻头/载架、以及钻具卡盘。该联接器使用已知技术以容易且便宜的方式制造，而无需昂贵、复杂且不可靠的螺纹，并且会允许在几秒内形成和释放可靠的联接(包括用于将钻探元件或“钻钢”联接在一起，或用于将钻探元件联接到卡盘)。这种布置会使得：当部件被接合时传递最大量的驱动力，同时由于可以避免使用附加的机械紧固件(例如螺钉或销)，因此可以在几秒内实现释放。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种用于形成可释放连接的设备。该设备包括第一部分，该第一部分适于通过快速释放联接而与第二部分联接，该快速释放联接由第一部分的具有至少部分燕尾形状的第一突起和第二部分的具有至少部分燕尾形状的凹部形成。该凹部中的开口适于在轴向方向上接纳所述突起。

在一些实施例中，所述突起包括完整燕尾形状。所述凹部也可以包括完整燕尾形状。第一部分可以是至少部分管状的，并且第二部分适于至少部分地嵌套在该第一部分内。第一部分可以包括两个或更多个突起，并且第二部分可以包括两个或更多个对应的凹部。

在一个实施例中，第一部分包括钻头，并且第二部分包括用于该钻头的载架。该载架可以包括卡盘，该卡盘适于装配到钻具头部(drill head)的插座中。在另一个实施例中，第一部分是卡盘，第二部分是钻头，并且该设备还包括第三部分，该第三部分适于与第一部分和第二部分联接。

第一部分或第二部分可以包括多个外部突起。该设备还可以包括卡盘，该卡盘具有多个内部突起，所述多个内部突起与所述多个外部突起在位置上交替，以形成选择性的锁定接合。所述多个外部突起可以是花瓣状的。所述多个内部突起可以包括第一组突起和第二组突起，该第一组突起具有第一周向尺寸，该第二组突起具有大于第一周向尺寸的第二周向尺寸，由此，当该第一部分或第二部分在卡盘内被扭转时，该第一部分或第二部分上的所述多个外部突起能够穿过第一组突起并在第二组突起内移动，以形成牢固的锁定接合。

在任何公开的实施例中，第一部分或第二部分可以包括密封件，该密封件用于在第一部分和第二部分之间进行密封，以在第一部分和第二部分之间建立流体连通。

本公开的另一方面涉及一种钻探系统。该钻探系统包括卡盘，该卡盘包括至少一个第一突起或第一凹部。载架包括至少一个第二突起或第二凹部以及至少一个第三突起或第三凹部，该至少一个第二突起或第二凹部用于与卡盘的第一突起或第一凹部匹配。钻头包括至少一个第四突起或第四凹部，该至少一个第四突起或第四凹部用于与载架的所述至少一个第三突起或第三凹部匹配。

在一个实施例中，该载架包括第一连接器，该第一连接器包括至少一个第二突起或第二凹部，该至少一个第二突起或第二凹部用于与卡盘的第一突起或第一凹部匹配。第二连接器包括所述至少一个第三突起或第三凹部，并且提供了中间连接器，该中间连接器用于连接第一连接器和第二连接器。所述卡盘、载架和钻具突起中的每一个均可以包括用于允许流体流动的通道。

在另一方面中，本公开涉及一种用于将两个钻探元件互连的设备。该设备包括适配器，该适配器具有第一端和第二端，该第一端用于接合所述两个钻探元件中的一个，该第二端用于接合所述两个钻探元件中的另一个。至少第一端包括第一切削器，该第一切削器用于在被插入在一个钻探元件的内部部分中并旋转时对该一个钻探元件的内部部分进行刻划。

在一个实施例中，第二端包括第二切削器。第一切削器或第二切削器可以包括多个轴向隔开的齿。第一端可以具有六边形横截面，并且第一切削器或第二切削器具有比该六边形横截面的外径大的外径。还可以提供密封件，用于与所述钻探元件中的一个钻探元件进行密封。

本公开的又一方面涉及一种用于将两个钻探元件互连的设备。该设备包括适配器，该适配器具有第一端和第二端，该第一端用于接合所述钻探元件中的一个钻探元件，该第二端用于接合所述钻探元件中的另一个钻探元件。第一端被摩擦地增强，以在被旋转时接合该一个钻探元件的内部部分。

在一个实施例中，通过弹性体材料来提供所述摩擦增强。例如，该弹性体材料可以包括橡胶条带。在第一端具有六边形截面的情况下，该橡胶条带可以沿着第一端的至少一个平坦部延伸。

本公开的又一方面包括一种用于将两个钻探元件互连的设备。该设备包括适配器，该适配器具有第一端和第二端，该第一端用于接合所述钻探元件中的一个钻探元件，该第二端用于接合所述钻探元件中的另一个钻探元件。该第一端包括至少一个径向突起，该至少一个径向突起在轴向方向上是纵长的，用于在被旋转时接合该一个钻探元件的内部部分。

在一个实施例中，所述径向突起被倒圆。在本实施例或其它实施例中，该径向突起是大致正方形的。第一端可以包括多个径向突起。第二端可以包括具有至少部分燕尾形状的凹部。该第二端可以包括具有至少部分燕尾形状的突起。

本公开的另一方面涉及一种用于将钻探元件接纳在卡盘内的设备。该设备包括适配器，该适配器被构造成用于在卡盘内形成选择性锁定接合。该适配器包括孔，该孔用于接纳钻探元件，并且该孔包括凹部，该凹部具有突起，该突起具有至少部分燕尾形状以接合所述钻探元件。

在一些实施例中，该卡盘包括在第一开口内的多个内部突起，并且该适配器包括多个外部突起，所述多个外部突起与所述多个内部突起在位置上交替，以形成选择性锁定接合。所述多个外部突起可以是花瓣状的。所述多个内部突起可以包括第一组突起和第二组突起，该第一组突起具有第一周向尺寸，该第二组突起具有大于第一周向尺寸的第二周向尺寸，由此，当该适配器在卡盘内被扭转时，该适配器上的所述多个外部突起能够穿过第一组突起并在第二组突起内移动，以形成所述选择性锁定接合。

本发明的又一方面涉及一种方法，例如在钻探装置的第一钻探元件和第二钻探元件之间形成联接的方法。该方法可以包括将第一适配器部分的至少部分燕尾形突起插入到第二适配器部分中的对应的凹部中，并且使第一适配器部分与第一钻探元件相关联以及使第二适配器部分与第二钻探元件相关联。

该关联步骤可以在插入步骤之前或之后执行。该关联步骤可以包括将第一适配器部分插入到第一钻探元件的第一管状端中以及将第二适配器部分插入到第二钻探元件的第二管状端中。该关联步骤可以包括将第一适配器部分插入到第一钻探元件的第一六角形插座端中以及将第二适配器部分插入到第二钻探元件的第二六角形插座中。该插入步骤可以包括将第一适配器部分的完整燕尾形突起插入到第二适配器部分中的对应的凹部中。

该插入步骤可以包括将第一适配器部分的多个至少部分燕尾形突起中的一个至少部分燕尾形突起插入到第二适配器部分中的多个对应的凹部中的每一个凹部中。

本公开的另一方面涉及一种在钻探装置的第一钻探元件和第二钻探元件之间形成联接的方法。该方法包括：将包括第一切削器的适配器部分插入到第一钻探元件的开口端中，并且促使该第一切削器切入到第一钻探元件的内表面中，以在该适配器部分和第一钻探元件之间建立连接。该促使步骤可以包括旋转第一切削器。该方法还可以包括将适配器部分的第二切削器插入到第二钻探元件中，并且促使第二切削器切入到第二钻探元件的内表面中。

本公开的又一方面涉及一种在钻探装置的第一钻探元件和第二钻探元件之间形成联接的方法。该方法包括将适配器部分插入到第一钻探元件的第一开口端中，该适配器部分包括具有第一摩擦增强的第一端。该方法还包括将适配器部分的第二端插入到第二钻探元件的第二开口端中。

本公开还涉及一种在钻探装置的第一钻探元件和第二钻探元件之间形成联接的方法。该方法包括将适配器部分插入到第一钻探元件的第一开口端中，该适配器部分包括具有第一径向突起的第一端。该方法还包括将适配器部分的第二端插入到第二钻探元件的第二开口端中。在一个实施例中，该适配器部分的第一端包括多个周向间隔开的径向突起。在本实施例或其它实施例中，第一适配器部分的第二端包括至少部分燕尾形突起和凹部。

本公开还涉及一种在钻具卡盘和钻探元件之间形成联接的方法。该方法包括提供适配器，该适配器具有多个外部突起，所述多个外部突起用于接合由钻具卡盘中的多个内部突起形成的对应的凹部。该方法还包括为该适配器提供内部联接器，该内部联接器用于与所述钻探元件联接，该联接器具有至少部分燕尾形状和凹部，并且该凹部具有至少部分燕尾形状。在一个实施例中，所述多个内部突起包括第一组突起和第二组突起，该第一组突起具有第一周向尺寸，该第二组突起具有大于第一周向尺寸的第二周向尺寸，并且所述方法包括：使该适配器的外部突起穿过第一组突起，以及扭转该适配器以使所述多个外部突起在第二组突起内移动，从而形成选择性锁定接合。

附图说明

并入本文中并且形成说明书一部分的附图示出了所公开的本发明的几个方面，并且与书面描述一起用于解释本发明的一些原理。在附图中：

图1是根据本公开的第一实施例的适配器的分解立体图，该适配器用于联接第一部分和第二部分(例如，管状钻钢)；

图2是图1的联接器的分解侧视图；

图3是处于已组装状态中的图1的联接器的立体图；

图4是图3的联接器的侧视图；

图5是图1的联接器的立体图；

图6是图5的联接器的侧视图；

图7是图1的联接器的立体图；

图8是图8的联接器的侧视图；

图9是联接器的另一实施例的分解立体图；

图10是图9的联接器的分解侧视图；

图11是图10的联接器的部分分解侧视图；

图12和图13是图10的联接器的部分组装视图；

图14是完全组装侧视图；

图15是图1到图8的联接器的一部分的放大视图；

图16是图9到图15的联接器的一部分的放大视图；

图17、图18、图19、图20A、图20B、图20C以及图20D示出了联接的另一实施例；

图21是联接的另一实施例的立体图；

图22和图23是联接的又一实施例的立体图；

图24是根据本公开的联接器的一部分的实施例的又一立体图；并且

图25、图26、图27、图28、图29A、图29B、图29C、图30以及图31示出了应用于“扭转锁定”布置的联接器的另一实施例。

现在将详细参照所公开的本发明的当前优选实施例，这些实施例的示例在附图中被示出。

具体实施方式

现在参照图1到图8，这些图示出了快速释放联接器或适配器10，该快速释放联接器或适配器10用于将第一部分和第二部分(例如钻探元件或钻钢12、14的部段)联接在一起。在所示出的实施例中，每个钻钢12、14均具有孔16，并且适配器10包括端部18，这些端部18具有对应的尺寸和形状，用于操作地接合所述孔16(所述孔可以是不同尺寸的)。所示出的特定型式具有带有大致多边形(六边形)横截面的孔16，并且端部18是与之匹配的。然而，也可以使用圆形或圆的孔/端部。还可以提供诸如弹簧保持器(未示出)或摩擦环之类的可选的偏置结构，用于辅助将端部18固定在孔16中。

适配器10包括第一可分离部分20和第二可分离部分22，该第一可分离部分20和第二可分离部分22一起形成“快速释放”联接，这意味着所述部分20、22：(1)不包括用于将这些部分20、22互连的螺纹、螺钉或类似的可移除连接器，因此允许快速组装和拆卸；并且(2)能够通过使一个部分相对于另一部分旋转小于一整圈(例如360度)而释放，这当然对于常规的螺旋螺纹是不可能的。在所示出的布置中，例如参照图4可能最好地理解的，该适配器的第一部分20包括凸连接器，例如大致多边形或“燕尾形”的突起24，该突起24可以被认为形成轴向延伸的齿。突起24可以在第一部分20的大致圆柱形的轴26的标称直径之外凸出，该轴26适于装配在第二部分22的通道内。轴26还包括所连接的轴环27，并且轴26在轴向方向X上延伸。

对应的凹部28可以形成在第二部分22的大致圆柱形的管状部分30的侧壁32中，该部分适于容纳轴26(该轴也可以是管状的，并因此与部分20一起形成通道，该通道用于在钻探过程中引导或回收流体，例如，诸如处于压力下的空气或水之类的提捞流体(bailingfluid))。例如，如图1中所示，每个部分20、22均可以沿着该部分的尺寸缩小(例如，直径减小)的部段包括外周密封件(参见图20A，密封件224)，该外周密封件224被设置成用于在钻探元件/钻钢或类似部件的在其中容纳上述部分的对应孔内进行密封。如能够理解的，由于这些部分20、22具有大致圆形的横截面，所以突起24和凹部28在径向方向和轴向方向上均具有非线性(例如，弧形)表面。

如从图2中可能能够最好地理解的，燕尾形连接(突起24和凹部28)可以在适配器10的相应部分20、22的相反侧上重复，但这被认为是可选的。在这种情况下，可以理解，部分20、22基本反过来(也就是说，反向延伸的突起位于具有凹部28的上述部分22上，并且凹部位于具有突起的上述部分20上)并且在周向方向上交替。同样，这种布置可以反过来，使得所述突起和凹部在第一部分20和第二部分22的相反侧上。

为了以可释放的方式互连所述适配器部分20、22，可以将第一部分20的轴26插入到管状部分30中，并且突起24与凹部28对准。如从图7中可能能够最好地理解的，凹部28的狭窄端在周向方向上的尺寸使得该狭窄端能够在轴向方向X上不受干涉地接纳突起24的最大部分。因此，如图3和图4中所示，部分20、22在轴向方向X上朝向彼此的相对运动允许突起24能够完全容纳在凹部28中，但由于该凹部相对于所述突起的尺寸偏大的性质，相对扭转运动仍然是可能的。

如从图5和图6中可能能够最好地理解的，部分20、22的相对扭转促使突起24安置在凹部28的匹配部分中。结果，突起24的平坦驱动面基本上匹配凹部28的平坦从动面并且完全接合凹部28的平坦从动面，这些面在轴向方向X上周向地渐缩。因此，在对应的方向(图10中的逆时针方向)上旋转期间，如此形成的联接用于将扭矩和旋转运动从一个相关联的钻探元件或钻钢传递到另一个钻探元件或钻钢。同样，如从图6和图7中能够理解的，在相反方向(顺时针方向)上的旋转可以促使突起24移动到凹部28的相反端中并且在相反方向上传递扭矩。

当希望分离时，例如为了使钻钢脱开，可以简单地扭转所述部分20、22，使得突起24的尺寸偏大端与凹部28的尺寸偏大端对准。因此，所述部分20、22在轴向方向上的分离允许钻钢12、14在几秒钟内分离。由于不使用螺纹，因此甚至无需将任一相关联的钻钢旋转一整圈(实际上，在周向方向上的移动仅需要远到足以使突起24与凹部28的接合分离并移动到图7的对准状态即可，该移动可以是几毫米，或者其它情况下小于整个360度)就能够进行分离。此外，凹部28相对于突起24的尺寸偏大的性质即使在钻钢未完美对准或歪斜的情况下也允许可靠地形成所述联接，这是因为在如此形成的接合中可能存在充足的“游隙”，从而允许在周向方向和轴向方向上存在适度错位(这在螺纹连接的情况下并非如此)。与径向延伸的简单圆柱形销的情况相比，用作突起24的所述齿也具有坚固的性质，其截面以及与钻钢12、14的连接面积更大。

鉴于以上教导，改型是可能的。例如，突起24和凹部28被示出为具有燕尾形状，从而，在任一方向上扭转超过用于分离的对准位置会产生被捕获的接合。然而，可以仅提供部分或“半燕尾”布置，以便在仅一个旋转方向上建立接合。在这种情况下，钻具的操作者将总是简单地在维持接合的方向上旋转，并且，通过简单地在相反方向上扭转以允许所述突起从凹部分离，就会实现分离。

虽然已结合用于联接两个钻探元件或钻钢12、14的适配器10示出了快速释放联接，但该快速释放联接也可以具有其它应用。例如，所描述的联接可以用于将钻头与载架连接，将钻头或钻钢与卡盘连接，或者前述应用的任意组合。因此，参照图9到图14，提供了钻探系统100，该钻探系统100包括钻具卡盘102和钻头104，该钻具卡盘102和钻头104由适配器110连接。适配器110可以由第一连接器112和第二连接器114形成，该第一连接器112和第二连接器114用于分别与卡盘102和钻头104连接，并且还用于与中间连接器116连接。

在所示的实施例中，该布置使得卡盘102的凸端102a适于被容纳在第一连接器112的孔112a中(但这种布置可以反过来)，该第一连接器112可以包括对应的突起和凹部，用于形成牢固但可释放的联接。在所示的实施例中，所述突起是一个或多个改型的“半燕尾”突起124或齿，并且类似形状的凹部128设置在第一连接器112中。如参照图12可能最好地理解的，凹部128具有在周向方向上渐缩的进入口(entry way)，并且该进入口与突起124上的匹配表面相对应。因此，在轴向方向上的接合将突起124引导到完全接合位置或安置位置，并且反向操作允许该突起124容易地脱离安置状态(unseated)，以用于分离对应的部件。

还可以理解的是，可以提供多于一个的突起/凹部组合。例如，图9到图14中的型式包括四个突起和凹部，但可以使用任何数量。此外，能够理解的是，对于一个部件中的每个突起124，在相对的部件中存在一个凹部128，反之亦然，从而所述突起和凹部在周向方向上交替。

回到图9，可以理解的是，第一连接器112和第二连接器114还可以具有凸端112b、114b，这些凸端112b、114b用于相对地装配到中间连接器116的孔116a中。同样，第二连接器114可以包括用于插入到钻头104的孔104a中的凸端114a(但这种布置可以反过来)以及对应的突起和凹部128，用于形成可释放连接，但是其完全能够传递驱动扭矩和推力以及在抽出期间的缩回力。然而，避免了使用螺纹、径向突起(如前所述，其可能容易损坏)或窄的狭槽。此外，每个部分均可以设置有中心通道，用于允许诸如提捞流体(空气、水等)之类的流体流动，并且所示出的连接方式有利地防止泄漏(因为，这些凸部分可以完全插入在它们的配对部分的对应孔内)。为了在这方面有所帮助，也可以在各个部件之间设置密封件。

特别地转向图7以及还有图15，可以理解的是，突起24或124具有大致平坦的接合面24a、124a，用于与凹部28、128的对应的接合面28a、128a匹配。还可以理解的是，为在相反方向上延伸的突起提供了类似的匹配接合。这允许在钻孔的形成期间建立牢固的驱动接合，用于使钻钢12、14在轴向方向上前进。可用于推力的面积近似等于用作钻钢12、14的管件的横截面积。这种接合的“触底(bottomed out)”性质也使传递轴向推力的可用面积最大化，并且还有助于防止碎屑和灰尘进入。在缩回期间，突起24和凹部28的相匹配的横向接合面24b、124b、28b、128b产生足够的接合，以将钻钢12、14从钻孔中拉回，但是凹部28的尺寸偏大的性质允许通过扭转而容易地分离，如在以下的描述中更详细地陈述的。

同样，参照图16，该图16示出了与图9到图14的系统100相关的连接，可以理解的是，所述渐缩形状的优点在于，由于渐缩的匹配面124a、128b，因此在前进期间迫使锁定接合。特别地，该形状在旋转时施加趋于锁定的力。同样，反向旋转会施加分离力。再次提及，面124a、128a之间的接合的“触底”性质也使传递轴向推力的可用面积最大化，并且还有助于防止碎屑和灰尘进入。

突起24或124以及凹部28或128可以直接形成在钻探部件上，而不是形成在单独的适配器10上。例如，在图9中，可以理解的是，可以消除适配器110，并且钻头104可以使用对应的突起124和凹部128而与卡盘102直接联接。其它应用也是可能的。

这种布置还允许部分20、22能够在连接端18处进行改型，以接合不同尺寸或类型的钻钢。因此，在这种情况下，适配器10也可以被认为是合格的适配器，以适应不同尺寸或形状的钻探部件来进行连接。不管所提供的特定端18如何，所述联接布置将保持可靠地建立，并且在期望时易于分离。

替代特征如下。图1到图16示出了用于形成快速释放联接的设备。第一部分20包括多个第一齿24、124，所述多个第一齿24、124由第一间隙28、128间隔开，每个第一齿均具有在周向方向上延伸的第一平坦面24a、124a和第一渐缩面24b、124b。第二部分22包括多个第二齿24、124，所述多个第二齿24、124由第二间隙28、128间隔开，每个第二齿均具有在周向方向上延伸的第二平坦面24a、124a和第二渐缩面24b、124b。第一齿24、124装配在第二间隙28、128中，并且第二齿24、124装配在第一间隙28、128中，使得当第一部分20和第二部分22在轴向方向上接合时，第一平坦面24a和第二平坦面124a以及第一渐缩面24b和第二渐缩面124b彼此接合以形成可释放的锁定接合。

因此，再次总结，第一部分和第二部分(例如，钻探部件20、22)具有多个叉指状的齿24，这些叉指状的齿24被布置成在沿第一方向旋转时驱使第一部件的所述齿的驱动面24a、124a、24b、24b进入到第二部件的从动面28a、128a、28b、128b中。这些齿被布置成当第一部件和第二部件在与第一方向相反的第二方向上旋转时分离，并且被布置成在轴向方向上传递双向推力。

现在转向图17到图20，示出了适配器200的另一实施例。在本实施例中，适配器200包括相反的端部202、204，这些端部202、204被示出为大致多边形(特别是六边形)横截面的，但也可以具有任何横截面形状。每个端部202、204均包括一个或多个凸出的突起，在所示的实施例中，该一个或多个凸出的突起包括多个轴向间隔开的切削器206。如从图18中可能最好地理解的，切削器206可以包括部分或齿206a，这些部分或齿206相对于适配器200的标称直径凸出(也就是说，部分206a为该适配器提供了大于标称直径的外径，在六边形示例中，该标称直径例如由平坦部产生)，因此形成“锯齿”布置。然而，端部202、204的总体最大直径保持略小于对应的钻钢210的孔208(所述适配器插入到该孔中)，以便将两个这样的钻钢联接在一起。

在使用中，适配器200的每个端部202、204插入到相对的钻钢210的孔208中，以将这些钻钢联接在一起。因此，在旋转期间(例如在形成钻孔的过程中)，切削器206在周向方向上局部地切削或刻划孔208的内表面(注意图19中的刻划线或凹槽212)。这些凹槽212可以接合突起206a，并且因此用于以牢固的方式将钻钢210联接在一起，并且允许从钻孔中抽出而不会变得脱离和“丢失”。然而，一旦完成抽出，适配器200和钻钢210在与导致形成凹槽212的钻探方向相反的方向上的相对旋转可能将突起206a移出，由此允许适配器200的分离(通常不需要工具，或者手动地)和重复使用。

图20A、20B和20C特别地示出了适配器200的一个示例，该适配器200包括尺寸偏大的中间部分220、以及凹入部分222(也参见图17)。该凹入部分222可以容纳衬套224，该衬套224因此有助于形成产生有效真空所需的不透流体密封(fluid-tight seal)，用于经由相关联的管状钻钢(未示出)回收切削碎屑。

图21示出了替代实施例，其中，适配器300的一个或两个端部302、304在摩擦学上得到增强，以通过高摩擦接合来形成可释放的联接。在所示的实施例中，通过沿着适配器端部302、304提供一件或多件高摩擦材料(例如弹性体(例如，橡胶)条带306)来实现增强，所述一件或多件高摩擦材料可以使用粘合剂来紧固。在端部302、304为六角形的情况下，条带306可以邻近于拐角设置在平坦部上。因此，当插入到钻钢的孔(未示出，但参见图18)中时，条带306产生摩擦接合，该摩擦接合有助于在抽出期间将钻钢和适配器300保持在一起。可以理解的是，这种布置的优点包括：(1)能够更换损耗或磨损的摩擦增强件(条带306)；(2)避免使钻钢的内表面变形。

图22和图23示出了适配器400的实施例，该适配器400用于与具有圆形孔404的钻钢402结合使用。孔404可以设置有一个或多个容纳部406，用于接合适配器400的对应的凸出部分，该凸出部分可以是在轴向方向上延伸的纵长条带408。条带408可以如图28中所示是倒圆的和浅的，或者可以如图29中所示是凸出的并具有拐角和所限定的面。

图24是适配器500的另一实施例，该适配器500包括具有如上所述的部分燕尾形突起504的一个端部502和具有滚花的圆形(圆形横截面)端部506，所述滚花可以为多个纵长条带508的形式。条带508可以接合钻钢(未示出)的具有倒圆内径的对应表面(未示出)，或者替代地接合对应的容纳部或凹槽。

图25到图31示出了插座适配器600的另一实施例，该插座适配器600用于与钻具D(参见图31)的卡盘612联接，该钻具D可以具有插座S和相关联的键槽W，该插座S用于接纳卡盘612，该键槽W用于接合卡盘612上的键K，以产生牢固的驱动接合。转向图28，可以理解的是，卡盘612包括多个向内指向(或径向)的内部突起或凸耳612c。凸耳612c形成交替的凹槽，用于容纳适配器600的下端614b上的对应的外部突起或凸耳614c，并因此在匹配时形成牢固的驱动接合。

如从图26、27、28、29A、29B、29C和30可能最好地理解的是，插座适配器600可以具有花瓣状的构造(例如，具有花瓣状的横截面形状，使得该插座适配器的横向截面看起来大致像花一样)。因此，适配器600可以设置有多个凸耳(在所示的示例中为八个)，使得适配器600被牢固地但可释放地保持在卡盘612中，以便被可旋转地驱动。虽然八个凸耳在一个实施例中是一种优选且重要的布置以增大所述驱动接合的表面积，但其它实施例可以包括更多或更少的凸耳。

凸耳612c的下部分L被布置成使得这些下部分之间的间隙和所产生的凹槽相对于上部分U的凸耳612c在周向上扩大(比较距离D₁和D₂)。因此，适配器600的下凸端614b可以完全插入到卡盘612中，使得凸耳614c的上边缘沿着上部分U越过(clear)所产生的偏移凸耳612c的下边缘。此时，适配器600可以在顺时针方向上旋转或扭转以形成锁定接合，该锁定接合能够抵抗在钻探方向(也就是说，形成钻孔或从钻孔中退出的前进方向)上的运动。因此，反向(例如，逆时针方向)的扭转允许适配器600被自由地移除。

适配器600的上端部分614a进而适于牢固地接合钻钢616。适配器600包括用于容纳钻钢616的下端的开口614d，并且可以对应地成形(通常为六角形构造，但也可以简单地被倒圆，以具有圆形横截面)。适配器600可以设置有内部联接器620，该内部联接器620在上端处可以包括部分燕尾形的(“波形的”)突起或齿622。

当具有对应的突起或齿616a的钻钢616插入到插座适配器600中并与突起或齿622匹配时，特别是在相对旋转期间、甚至在将钻钢616从钻孔中抽出时，可以建立选择性的锁定接合。在相反方向上的相对旋转释放该连接，并且允许钻钢616被从插座适配器600中抽出。

虽然已经通过特定示例性实施例及其示例对本发明进行了说明性描述和呈现，但是显然，对本领域技术人员而言，本发明的许多替代、改型或/和变型将会显而易见。例如，虽然设想将适配器与旋转钻具结合使用，但还可以将适配器与冲击钻具或者组合的旋转和冲击钻具一起使用。因此，所有这些替代、改型或/和变型均落入所附权利要求书的宽范围的精神内并且由该宽范围所涵盖。

如本文中所使用的，以单数语法形式书写的以下每个术语：“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”意指“至少一个”或“一个或多个”。本文中短语“一个或多个”的使用不会改变“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”的预期含义。因此，除非在本文中另外明确地限定或陈述，或者除非上下文另有清楚指示，如本文中使用的术语“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”也可以指代并且涵盖多个所陈述的实体或对象。例如，如本文中所使用的短语“一个单元”、“一个装置”、“一个组件”、“一个机构”、“一个部件”、“一个元件”以及“一个步骤或程序”也可以分别指代并涵盖多个单元、多个装置、多个组件、多个机构、多个部件、多个元件以及多个步骤或程序。

每个以下术语：如本文中所使用的，“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包含(comprises)”和“包含(comprising)”以及它们的语言/语法变体、派生词或/和共轭词意指“包括但不限于”，并且应被视为指定所述部件、特征、特性、参数、整数或步骤，并且不排除添加一个或多个附加部件、特征、特性、参数、整数、步骤或它们的组。每个这些术语均被认为在含义上等同于短语“基本上由...组成(consistingessentially of)”。如本文中所使用的，短语“由...组成(consisting of)”和“由...组成(consists of)”中的每一个意指“包括并限于”。

如本文中所使用的，短语“基本上由……组成”意指所陈述的实体或项目(系统、系统单元、系统子单元装置、组件、子组件、机构、结构、组成元件或外围设备设施、附件或材料、方法或过程、步骤或程序、子步骤或子程序)，所述实体或项目是所公开的本发明的示例性实施例的全部或一部分，或/并且用于实施所公开的本发明的示例性实施例，可以包括至少一个附加特征或特性，即系统单元、系统子单元装置、组件、子组件、机构、结构、部件或元件或外围设备设施、附件或材料、步骤或程序、子步骤或子程序)，但前提是每个这样的附加特征或特征不会实质性地改变所要求保护项目的基本新颖和创造性特性或特定技术特征。

如本文中所使用的，术语“方法”指代用于实现给定任务的步骤、程序、方式、手段或/和技术，包括但不限于由所公开的本发明的相关领域的从业者已知的或从已知的步骤、程序、方式、手段或/和技术容易地开发出的那些步骤、程序、方式、手段或/和技术。

在整个本公开中，可以根据数值范围形式来陈述或描述参数、特征、特性、对象或尺寸的数值。如本文中所使用的，这样的数值范围形式示出了本发明的一些示例性实施例的实施，并且不僵化地限制本发明的示例性实施例的范围。因此，所陈述或描述的数值范围还指代并涵盖该陈述或描述的数值范围内的所有可能的子范围和单个数值(其中，数值可以表示为整体、整数或分数)。例如，所陈述或描述的数值范围“从1到6”还指代并涵盖在所陈述或描述的从1到6的数值范围内的所有可能的子范围(例如“从1到3”、“从1到4”、“从1到5”、“从2到4”、“从2到6”、“从3到6”等)以及各个数值(例如“1.3”、“2”、“2.8”、“3”、“3.5”、“4”、“4.6”、“5”、“5.2”和“6”)。不管所陈述数值范围的数值宽度、范围或大小如何，这都适用。

此外，为了陈述或描述数值范围，短语“在约第一数值和约第二数值之间的范围内”被认为与短语“在从约第一数值到约第二数值的范围内”等同并且含义相同，并且因此，两个等同的含义短语可以互换使用。例如，为了陈述或描述室温的数值范围，短语“室温指代在约20℃和约25℃之间的范围内的温度，并且被认为与短语“室温指代在从约20℃到约25℃的范围内的温度”等同并且含义相同。

近似术语(例如本文中所使用的“约”、“基本上”、“近似”等术语)指代所陈述数值的±10％。“大致多边形”是指该形状具有平坦表面(与多边形一样)，但可以具有将这些表面连接的圆角。

如本文中所使用的，短语“操作地连接”等效地指代对应的同义短语“操作地结合”和“操作地附连”，其中，操作的连接、操作的结合或操作的附连是根据物理的、或/和电气的、或/和电子的、或/和机械的或/和机电的方式或性质，包含各种类型和种类的硬件或/和软件设备及部件。

应当完全理解，为了清楚起见，在多个单独实施例的上下文或形式中说明性地描述和呈现的本发明的某些方面、特性和特征也可以在单个实施例的上下文或形式中以任何合适的组合或子组合被说明性地描述和呈现。相反，在单个实施例的上下文或形式中以组合或子组合方式说明性地描述和呈现的本发明的各个方面、特性和特征也可以在多个单独实施例的上下文或形式中被说明性地描述和呈现。

Claims (49)

1.一种用于形成可释放连接的设备，包括：

第一部分，所述第一部分适于通过快速释放联接而与第二部分联接，所述快速释放联接由所述第一部分的具有至少部分燕尾形状的第一突起和所述第二部分的具有至少部分燕尾形状的凹部形成；

其中，所述凹部中的开口适于在轴向方向上接纳所述突起。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述突起包括完整燕尾形状。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述凹部包括完整燕尾形状。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一部分是至少部分管状的，并且所述第二部分适于至少部分地嵌套在所述第一部分内。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一部分包括两个或更多个突起，并且所述第二部分包括两个或更多个对应的凹部。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一部分包括钻头，并且所述第二部分包括用于所述钻头的载架。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述载架包括卡盘，所述卡盘适于装配到钻具头部的插座中。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一部分是卡盘，所述第二部分是钻头，并且所述设备还包括第三部分，所述第三部分适于与所述第一部分和所述第二部分联接。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一部分或所述第二部分包括多个外部突起，并且所述设备还包括卡盘，所述卡盘具有多个内部突起，所述多个内部突起与所述多个外部突起在位置上交替，以形成选择性锁定接合。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述多个外部突起是花瓣状的。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述多个内部突起包括第一组突起和第二组突起，所述第一组突起具有第一周向尺寸，所述第二组突起具有大于所述第一周向尺寸的第二周向尺寸，由此，当所述第一部分或所述第二部分在所述卡盘内被扭转时，所述第一部分或所述第二部分上的所述多个外部突起能够穿过所述第一组突起并在所述第二组突起内移动，以形成牢固的锁定接合。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一部分或所述第二部分包括外周密封件。

13.一种钻探系统，包括：

卡盘，所述卡盘包括至少一个第一突起或第一凹部；

载架，所述载架包括至少一个第二突起或第二凹部和至少一个第三突起或第三凹部，所述至少一个第二突起或第二凹部用于与所述卡盘的所述第一突起或第一凹部匹配；以及

钻头，所述钻头包括至少一个第四突起或第四凹部，所述至少一个第四突起或第四凹部用于与所述载架的所述至少一个第三突起或第三凹部匹配。

14.根据权利要求13所述的钻探系统，其中，所述载架包括：第一连接器，所述第一连接器包括用于与所述卡盘的所述第一突起或第一凹部匹配的所述至少一个第二突起或第二凹部；第二连接器，所述第二连接器包括所述至少一个第三突起或第三凹部；以及中间连接器，所述中间连接器用于连接所述第一连接器和所述第二连接器。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的钻探系统，其中，所述卡盘、所述载架和钻具突起中的每一个均包括用于允许流体流动的通道。

16.一种用于将两个钻探元件互连的设备，包括：

适配器，所述适配器具有第一端和第二端，所述第一端用于接合所述两个钻探元件中的一个钻探元件，所述第二端用于接合所述钻探元件中的另一个钻探元件，至少所述第一端包括第一切削器，所述第一切削器用于在被插入在所述一个钻探元件的内部部分中并旋转时对所述一个钻探元件的内部部分进行刻划。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第二端包括第二切削器。

18.根据权利要求16或17所述的设备，其中，所述第一切削器或所述第二切削器包括多个轴向隔开的齿。

19.根据权利要求16或17所述的设备，其中，所述第一端具有六边形横截面，并且所述第一切削器或所述第二切削器具有比所述六边形横截面的外径大的外径。

20.根据权利要求16到19的中任一项所述的设备，还包括密封件，所述密封件用于与所述钻探元件中的一个钻探元件进行密封。

21.一种用于将两个钻探元件互连的设备，包括：

适配器，所述适配器具有第一端和第二端，所述第一端用于接合所述钻探元件中的一个钻探元件，所述第二端用于接合所述钻探元件中的另一个钻探元件，所述第一端被摩擦地增强，以在被旋转时接合所述一个钻探元件的内部部分。

22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述摩擦增强由弹性体材料提供。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述弹性体材料包括橡胶条带。

24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述第一端具有六边形横截面，并且所述橡胶条带沿着所述第一端的至少一个平坦部延伸。

25.一种用于将两个钻探元件互连的设备，包括：

适配器，所述适配器具有第一端和第二端，所述第一端用于接合所述钻探元件中的一个钻探元件，所述第二端用于接合所述钻探元件中的另一个钻探元件，所述第一端包括至少一个径向突起，所述至少一个径向突起在轴向方向上是纵长的，用于在被旋转时接合所述一个钻探元件的内部部分。

26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述径向突起被倒圆。

27.根据权利要求25所述的设备，其中，所述径向突起是大致正方形的。

28.根据权利要求25所述的设备，还包括多个径向突起。

29.根据权利要求25所述的设备，其中，所述第二端包括具有至少部分燕尾形状的凹部。

30.根据权利要求25或权利要求29所述的设备，其中，所述第二端包括具有至少部分燕尾形状的突起。

31.一种用于将钻探元件接纳在卡盘内的设备，包括：

适配器，所述适配器被构造成用于在所述卡盘内形成选择性锁定接合，所述适配器包括孔，所述孔用于接纳所述钻探元件，所述孔包括凹部，所述凹部具有突起，所述突起具有至少部分燕尾形状以接合所述钻探元件。

32.根据权利要求31所述的设备，其中，所述卡盘包括在第一开口内的多个内部突起，并且所述适配器包括多个外部突起，所述多个外部突起与所述多个内部突起在位置上交替，以形成所述选择性锁定接合。

33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述多个外部突起是花瓣状的。

34.根据权利要求32所述的设备，其中，所述多个内部突起包括第一组突起和第二组突起，所述第一组突起具有第一周向尺寸，所述第二组突起具有比所述第一周向尺寸大的第二周向尺寸，由此，当所述适配器在所述卡盘内被扭转时，所述适配器上的所述多个外部突起能够穿过所述第一组突起并在所述第二组突起内移动，以形成所述选择性锁定接合。

35.一种在钻探装置的第一钻探元件和第二钻探元件之间形成联接的方法，包括：

将第一适配器部分的至少部分燕尾形突起插入到第二适配器部分的对应的凹部中；以及

使所述第一适配器部分与所述第一钻探元件关联并且使所述第二适配器部分与所述第二钻探元件关联。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述关联步骤在所述插入步骤之前执行。

37.根据权利要求35所述的方法，其中，所述关联步骤包括：将所述第一适配器部分插入到所述第一钻探元件的第一管状端中，以及将所述第二适配器部分插入到所述第二钻探元件的第二管状端中。

38.根据权利要求35所述的方法，其中，所述关联步骤包括：将所述第一适配器部分插入到所述第一钻探元件的第一六角形插座端中，以及将所述第二适配器部分插入到所述第二钻探元件的第二六角形插座中。

39.根据权利要求35所述的方法，其中，所述插入步骤包括将所述第一适配器部分的完整燕尾形突起插入到所述第二适配器部分中的所述对应的凹部中。

40.根据权利要求35所述的方法，其中，所述插入步骤包括将第一适配器部分的多个至少部分燕尾形突起中的一个至少部分燕尾形突起插入到第二适配器部分中的多个对应的凹部中的每个对应的凹部中。

41.一种在钻探装置的第一钻探元件和第二钻探元件之间形成联接的方法，包括：

将包括第一切削器的适配器部分插入到所述第一钻探元件的开口端中；以及

促使所述第一切削器切入到所述第一钻探元件的内表面中，以在所述适配器部分和所述第一钻探元件之间建立连接。

42.根据权利要求42所述的方法，其中，所述促使步骤包括旋转所述第一切削器。

43.根据权利要求42所述的方法，还包括将所述适配器部分的第二切削器插入到所述第二钻探元件中，并且促使所述第二切削器切入到所述第二钻探元件的内表面中。

44.一种在钻探装置的第一钻探元件和第二钻探元件之间形成联接的方法，包括：

将适配器部分插入到所述第一钻探元件的第一开口端中，所述适配器部分包括具有第一摩擦增强的第一端；以及

将所述适配器部分的第二端插入到第二钻探元件的第二开口端中。

45.一种在钻探装置的第一钻探元件和第二钻探元件之间形成联接的方法，包括：

将适配器部分插入到所述第一钻探元件的第一开口端中，所述适配器部分包括具有第一径向突起的第一端；以及

将所述适配器部分的第二端插入到第二钻探元件的第二开口端中。

46.根据权利要求46所述的方法，其中，所述适配器部分的所述第一端包括多个周向间隔开的径向突起。

47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述第一适配器部分的所述第二端包括至少部分燕尾形突起和凹部。

48.一种在钻具卡盘和钻探元件之间形成联接的方法，包括：

提供适配器，所述适配器具有多个外部突起，所述多个外部突起用于接合由所述钻具卡盘中的多个内部突起形成的对应的凹部；以及

为所述适配器提供内部联接器，所述内部联接器用于与所述钻探元件联接，所述联接器具有至少部分燕尾形状和凹部，所述凹部具有至少部分燕尾形状。

49.根据权利要求49所述的方法，其中，所述多个内部突起包括第一组突起和第二组突起，所述第一组突起具有第一周向尺寸，所述第二组突起具有大于所述第一周向尺寸的第二周向尺寸，并且所述方法包括：使所述适配器的所述多个外部突起穿过所述第一组突起，以及扭转所述适配器以使所述多个外部突起在所述第二组突起内移动，从而形成所述选择性锁定接合。

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