專利名稱：液體驅(qū)動井下鉆機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液體驅(qū)動井下鉆機，其具有一個外套，一個成角度固定但能夠軸向有限活動的安裝在導軸襯內(nèi)的鉆頭，一個用來撞擊鉆頭錨桿的活塞錘，以及一個用于控制活塞錘往復移動的閥，該閥交替著對一個壓力腔進行加壓和減壓，在這個壓力腔內(nèi)具有一在所述腔體被加壓時使所述活塞錘向前驅(qū)動的活塞面。
背景技術：
這種類型液體驅(qū)動井下鉆機經(jīng)常與一根連接一根的鉆桿一起使用，由鉆桿連接而成的鉆柱旋轉(zhuǎn)，從而使鉆機及其鉆頭在活塞錘的每次撞擊之間受到導引。鉆頭成角度固定在套筒內(nèi)。在鉆深井時，盡管鉆桿上部的旋轉(zhuǎn)是連續(xù)的，但是鉆桿和井壁之間的摩擦有時會使鉆桿下部的旋轉(zhuǎn)變得不均勻。鉆桿變得像扭簧一樣，不能在活塞錘的撞擊之間均勻的受到導引，當存在多次撞擊時，鉆機不能轉(zhuǎn)動，然后就快速的轉(zhuǎn)動。這種滑動粘附效果降低了鉆井速度，并增加了鉆頭的磨損。
在液體驅(qū)動鉆機中，動力液通過鉆桿供應，活塞錘的回程被液壓式地阻止，并因為活塞錘迫使液體流入鉆桿而產(chǎn)生壓力峰值。這會導致較高的應力，以及能量效率的降低。人們曾經(jīng)試圖制造一種直接連接鉆機的蓄能器，但迄今為止，對于這個問題還沒有好的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提高所用液體驅(qū)動鉆機的撞擊之間的導引。本發(fā)明的另一個目的在于降低動力液進入鉆機入口處的壓力峰值，與此同時提高能量效率。
通過設置導軸襯在套筒內(nèi)被旋轉(zhuǎn)導向，以及通過一單向聯(lián)軸器使其結(jié)合到旋轉(zhuǎn)套筒來達到這些目的，該旋轉(zhuǎn)套筒具有形成壓力腔邊界的軸向凸脊，并形成了用于往復轉(zhuǎn)動可旋轉(zhuǎn)套筒的旋轉(zhuǎn)活塞，這些腔體被結(jié)合起來，并隨著具有用于向前驅(qū)動活塞錘的活塞面的所述壓力腔一起被壓縮和被減壓。
本發(fā)明由權利要求進行限定。
圖1a為依據(jù)本發(fā)明貫穿井下鉆機前部的縱斷剖面圖；圖1b為貫穿同一井下鉆機尾部的縱斷剖面圖；圖2沿圖1a中的線2-2的剖面圖；圖3和圖4與圖2相同的橫切面視圖，但是它們示出了處于其它相互位置的一些部件；圖5為沿圖1a中的線5-5的橫切面視圖。
具體實施例方式
圖中所示的液體驅(qū)動井下鉆機具有一個包括鉆機管11的鉆機套筒，在鉆機管11的上部具有設置成與供應驅(qū)動液的鉆桿相結(jié)合的未示出的外門板，該驅(qū)動液通常為水或者膨潤土在水中的懸浮液。井下鉆機的中部在圖中未示出。一外管12用螺釘緊固在鉆機管的前部，鉆頭13與其錨桿14伸入外管中。終端套管15用螺釘固定在外管12上，并夾緊隨動筒16，使其緊靠在支撐著外管12內(nèi)的內(nèi)臺肩18的止推軸承17上。隨動筒通過軸頸旋轉(zhuǎn)連接外管12。鉆機管11的前端具有一縮小的直徑，并且其具有一組凸脊20，如圖2所示。一旋轉(zhuǎn)套筒22通過軸頸連接在鉆機管11的前端與外管12之間，其具有向內(nèi)的凸脊24。一組密封腔25，26，27被限定在凸脊20和凸脊24之間。在凸脊20徑向內(nèi)部的鉆機管的軸向部分形成了一導引活塞錘30的短正向?qū)蚣?br>
常規(guī)的具有肘節(jié)部件29的單向聯(lián)軸器28結(jié)合在隨動筒16與旋轉(zhuǎn)套筒22之間。
鉆頭13的錨桿14具有一與導軸襯31的花鍵連接，該導軸襯用螺釘旋緊在隨動筒16上，并夾緊軸向緊靠在隨動筒的臺肩上的止動環(huán)32。止動環(huán)32軸向裂開，以防止鉆頭掉落，但允許鉆頭有限的軸向移動。鉆頭具有一未示出的中心通道，該通道用于將沖井水輸送到鉆頭前端的凹槽。
在鉆機管11的前端具有一個位于閥套41內(nèi)的閥40，并且，閥套具有一伸入活塞錘30的縱向通道43內(nèi)的管42。未示出的鉆機的外門板夾緊緊靠隔離套44的閥套，該隔離套支撐著抵靠在鉆機管11的臺肩上的閥套的前端。隔離套44緊緊密封鉆機管11，并具有在隔離套和鉆機管之間形成多個通道25a的縱向凹槽?；钊N具有一錘頭45，該錘頭在隔離套44的外部和管42的內(nèi)部被導向。從而活塞僅僅通過其末端的短導向區(qū)域被導向，而活塞的主要長度部分不被導向，因為在活塞和隔離套44之間存在一環(huán)空49。在活塞錘的錘頭45的后面構成一位于環(huán)形圓筒腔47(壓力腔)內(nèi)的環(huán)形活塞面46，并且錘頭形成了一個位于環(huán)形圓筒腔49(壓力腔)內(nèi)的較小的環(huán)形活塞面48，環(huán)形圓筒腔49形成在活塞錘的兩個導向區(qū)域之間的空間內(nèi)。圓筒腔49始終通過平行于通道25a的通道與高壓液體結(jié)合，以恒定地提供一作用在活塞上的后向力，然而閥42交替使圓筒腔47連接高壓液體和管42，該管42通過活塞的貫穿通道43連接鉆頭內(nèi)的沖洗槽。因此，管42始終具有低壓，并且，外流液體用來將巖屑沖出井筒。由于活塞面46遠遠大于活塞面48，所以活塞錘將以如100HZ的頻率往復撞擊鉆頭錨桿。
通道25a從圓筒腔47通向圖2所示的六個腔體25，以使這些腔體25被交替地加壓和降壓。圖2所示的孔26a從恒定地加壓圓筒腔49通向圖2中所示的兩個腔體26，因此，這些腔體26被恒定地加壓，并且孔27a將4個腔體27連接到位于鉆頭錨桿端面的腔體50。所以4個腔體27被恒定地降壓。
圖3示出了腔體25具有低壓時的旋轉(zhuǎn)套筒22的轉(zhuǎn)動位置。兩個腔體26是唯一處于被加壓的腔體，因此，旋轉(zhuǎn)套筒22逆時針轉(zhuǎn)動至其末端位置，在這一位置凸脊24支撐在鉆機管11的凸脊20上。
圖4示出了不僅兩個腔體26被加壓而且4個腔體25也被加壓時的旋轉(zhuǎn)套筒22的轉(zhuǎn)動位置。兩個腔體26趨于逆時針轉(zhuǎn)動，而六個腔體25趨于順時針轉(zhuǎn)動，從而由4個腔體產(chǎn)生的力順時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)套筒22至其末端位置，在這一位置凸脊支撐在鉆機管的凸脊上。
因此旋轉(zhuǎn)套筒22被轉(zhuǎn)動，并由活塞錘的尾部活塞面的壓力往返止動，也就是說，由活塞錘的循環(huán)撞擊進行止動。由于倒轉(zhuǎn)防止裝置29，即單向離合器，將旋轉(zhuǎn)套筒22結(jié)合到隨動筒16上，后者相對于鉆機管11順時針旋轉(zhuǎn)。隨動筒跟隨旋轉(zhuǎn)套筒順時針旋轉(zhuǎn)，但在旋轉(zhuǎn)套筒逆時針旋轉(zhuǎn)時靜止不動。因此，鉆頭31在每次撞擊之間轉(zhuǎn)動一定角度(被標引出)，以使嵌入鉆頭的鑲齒在每次撞擊之間變換同巖石的接觸點，這樣可以有效破巖。因此，鉆桿不必旋轉(zhuǎn)，而且不需使用伸縮管，可以使用軟管，也就是沒有接頭的可彎曲鉆桿，其可以從卷曲狀態(tài)伸直。
當活塞處于回程，并且閥40切換到對圓筒腔47的加壓位置時，活塞錘被這一壓力阻止。并轉(zhuǎn)至向前的沖程。在活塞受阻止期間，圓筒腔47的體積變小，從而驅(qū)動液體被壓出腔體，這會導致壓力升高和由流動而引起的能量損失。旋轉(zhuǎn)裝置的6個腔體25與圓筒腔47結(jié)合，并且它們可以迫使液體流出圓筒腔，這樣就減少了損失，與此同時使旋轉(zhuǎn)有效。在沖擊馬達的入口處對蓄能器的需要也減少了。
在選擇壓力腔25，26，27和具有12個壓力腔的旋轉(zhuǎn)活塞24的樣式時，應該使它們關于旋轉(zhuǎn)力和徑向力對稱，這樣可以降低套筒5內(nèi)的支撐力。另一樣式也可以被選擇，旋轉(zhuǎn)壓力腔可以結(jié)合到向前驅(qū)動活塞錘的壓力腔。本發(fā)明可用于由其他原理驅(qū)動的活塞錘，而不是驅(qū)動的活塞錘對于工作沖程使用交變壓力、對于回程使用恒定壓力。
權利要求
1.一種液體驅(qū)動的井下鉆機，其包括一套筒(11，12)，一個成角度固定但能夠軸向有限活動地安裝在導軸襯(31)內(nèi)的鉆頭(13)，一個用來撞擊鉆頭錨桿(14)的活塞錘(30)，以及一個用于控制活塞錘往復移動的閥(40)，該閥交替著對一個壓力腔(47)進行加壓和減壓，在所述壓力腔內(nèi)具有一在所述腔體被加壓時使所述錘活塞向前驅(qū)動的活塞面(46)，其特征在于導軸襯(31)在套筒(11，12)內(nèi)被旋轉(zhuǎn)導向，并通過一單向聯(lián)軸器(29)結(jié)合到旋轉(zhuǎn)套筒(22)上，該旋轉(zhuǎn)套筒具有形成多個腔體(25，26，27)邊界的軸向凸脊(24)，并形成了用于往復轉(zhuǎn)動可旋轉(zhuǎn)套筒的旋轉(zhuǎn)活塞，多個這些腔體以平行于所述壓力腔(47)的方式結(jié)合，以使其隨著具有向前驅(qū)動活塞錘(30)的活塞面(46)的所述壓力腔(47)一起被壓縮和被減壓。
全文摘要
在液體驅(qū)動井下鉆機內(nèi)，用于鉆頭的導軸襯(31)通過軸頸連接在套筒(11，12)內(nèi)，并通過一個單向聯(lián)軸器(29)結(jié)合到旋轉(zhuǎn)套筒(22)，該旋轉(zhuǎn)套筒(22)具有形成多個腔體(25，26，27)邊界的軸向凸脊(24)，并形成了用于往復轉(zhuǎn)動可旋轉(zhuǎn)套筒的旋轉(zhuǎn)活塞，多個這些腔體結(jié)合起來，以使其隨著具有向前驅(qū)動活塞錘(30)的活塞面(46)的所述壓力腔(47)一起被壓縮和被減壓。因此，鉆頭(13)在每一撞擊之間被導引一定角度，以使嵌入鉆頭的鑲齒在每次撞擊之間變換同巖石的接觸點，并使破巖有效。鉆桿不旋轉(zhuǎn)。
文檔編號E21B6/08GK1602384SQ02824626
公開日2005年3月30日 申請日期2002年11月20日 優(yōu)先權日2001年12月14日
發(fā)明者弗雷德里克·埃格斯特倫 申請人:瓦薩拉股份公司