專利名稱：流體鉆削頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流體鉆削頭并已經特別地、雖然不是唯一地、設計用于在澳大利亞專利說明700032中描述的型式的流體鉆削裝置中，該專利的內容結合作為本發(fā)明的參考。
背景技術：
通常在流體鉆削裝置中，特別是在澳大利亞專利說明書AU700032中描述的型式的裝置中，由流體射流沖刷貫通巖石形成一個孔通常是艱難的，和難以由水的噴射作用切削或沖刷。
由于要切削的巖石的不穩(wěn)定的特性使用這種類型的流體鉆削裝置難以調節(jié)切削頭的向前推進就是一個問題。通常在較硬巖石區(qū)持續(xù)保持切削頭，以使在此區(qū)域周圍的巖石得到過量的鉸孔直到切削頭前面的巖石被充分清除能使切削頭推進，因此切削頭急劇向前導致要切削的孔的直徑不一致和不均勻。
在使用類似于澳大利亞專利說明書AU 700032中描述的鉆頭的水射流鉆削實踐中高壓水射流切削鉆頭前的巖石形成稱為切屑的巖石碎片。然后用過的噴射流體沿孔流回，首先通過鉆體與孔壁之間形成的環(huán)形槽然后通過更大的在高壓供應軟管與管壁之間形成的環(huán)形槽。切屑沿著此用過的噴射流體被帶走。對于一給定的泵壓力與噴嘴直徑組合來說水噴射的體積流量是恒定的，而產生的切屑率由鉆頭的切入率和孔的直徑確定。
為了使用過的噴射流和切屑經由工具本體和孔壁所形成的環(huán)形面積流回，需要一跨越工具長度的壓力差。因此，與后表面區(qū)域相比較高的壓力作用在鉆頭的前表面區(qū)域上。此壓力差的大小由環(huán)槽的等效流動面積、用過的噴射流體與切屑的體積流量確定。如果環(huán)槽的等效流動面積足夠小則由于產生一個向后的作用力大于由逆噴射產生的凈向前的力形成的壓力差足夠大。這將停止鉆頭的前進，甚至可能導致鉆頭被迫后退。這就屬于“鉆頭停車”(或“鉆頭失去作用”)。
兩種分立的但相關的情況可能導致刀具停車。首先，如被切孔的直徑小于臨界值，則刀具將停車。第二，如果發(fā)生切屑的顆粒大于環(huán)形間隙，則由于減小等效流動面積它們可能部分地阻塞環(huán)槽區(qū)域導致刀具停車。
在流體切削頭的可旋轉噴嘴組件的面積的要求也存在矛盾，就是在為被水噴射動作沖刷的巖石顆粒保留足夠間隙以清潔旋轉噴嘴組件及在流體流動中向后帶出顆粒與為了優(yōu)化切削力必需將高壓流體噴射噴嘴的出口設置得盡可能靠近巖石面之間的矛盾。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提供了一種流體鉆削頭，該流體鉆削頭是在可旋轉的噴嘴組中具有多個噴嘴的型式，所述噴嘴適合于供以高壓流體形成定位于可切削鄰近巖石和成角度以提供安排成旋轉噴嘴組件的反作用力的射流，該切削頭設有相對于可旋轉噴嘴組件同心設置的調整環(huán)并相對于鉆削頭引進的方向定位在射流的后面，該調整環(huán)的總的圓周尺寸設定為可配合在要由鉆削頭鉆削的孔的要求部分內。
優(yōu)選地，調整環(huán)總的為圓柱形構形具有一相對于可旋轉的噴嘴組件的環(huán)形間隙，該間隙的尺寸定得允許由調整環(huán)和可旋轉的噴嘴組件之間的流體射流的切削作用沖刷的巖石顆粒流動。
優(yōu)選地，相對于鉆削頭的行進方向置于調整環(huán)后面的流體鉆削頭的主體是縱向開槽的，所述的槽為所述巖石顆粒沿鉆削頭的長度的通過提供縱向通道。
優(yōu)選地，所述的通道被縱向肋分隔開，所述的肋的尺寸和形狀構造成以提供鉆削頭在由該鉆削頭的作用要形成的孔內的橫向對準的要求程度。
優(yōu)選地，可旋轉的噴嘴組件總的是圓柱形構形且成臺階狀以包括不同直徑的幾部分，使置于不同的所述部分的噴嘴的出口處于距可旋轉的噴嘴組件的旋轉軸線的不同半徑處。
優(yōu)選地，所述的圓柱形可旋轉噴嘴組件具有兩個不同直徑的部分，其較小直徑的部分鄰近可旋轉噴嘴組件的導向面，而較大直徑部分鄰近調整環(huán)。
優(yōu)選地，可旋轉噴嘴組件的較小直徑部分包括一或多個向前有角度的噴嘴，所述的噴嘴適合于在流體鉆削頭的向前運動之前沖刷巖石。
優(yōu)選地，較大直徑部分包括至少一個鉸孔噴嘴，該噴嘴安排成引導一流體射流對著調整環(huán)的前緣前面的、所述的要形成的孔的周邊。


盡管任何其它形式可能處在其范圍以內，但現在通過舉例方式并參考附圖描述本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，附圖中圖1是根據本發(fā)明的流體鉆削頭的側視圖，以及圖2是圖1所示流體鉆削頭的透視圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，以標號1總體表示的流體鉆削頭的前端設置一可旋轉噴嘴組件，該組件總的為圓柱構形，如圖2中清楚見到的。該可旋轉噴嘴組件包括多個噴嘴3、4、5和6，從這些噴嘴排出高壓流體(典型地為水)的射流7。該射流的壓力足以沖刷鉆削頭所在區(qū)域的巖石，以便以澳大利亞專利說明書700032描述的方式形成貫穿巖石的孔。
在本發(fā)明中，該可旋轉噴嘴組件2成為有臺階的二個部分，包括較小直徑的前部8和一個較大直徑的尾部。可以明白，如果希望，該噴嘴組件可以分成多個不同直徑的階梯部分。
這樣每個射流7就位于距可旋轉噴嘴組件2的旋轉軸線的多個不同半徑5，并且各射流成一角度這樣其有效切削區(qū)域與毗鄰的射流的有效切削區(qū)域相搭接，或者在從噴嘴6噴出的最外射流的情況中，有效切削區(qū)域延伸到調整環(huán)10的外直徑，如以下進一步描述的。
該流體鉆削頭還設置一調整環(huán)10，該環(huán)總的為圓柱形構形，具有一相對于可旋轉噴嘴組件的最大直徑部分9的內環(huán)形間隙11。該環(huán)形間隙11的尺寸定得可控制由流體射流7的切削作用沖刷的、在調整環(huán)10與可旋轉噴嘴組件之間的、比預定尺寸大的巖石顆粒流動。
如箭頭13所示的相對于鉆削頭送進方向置于調整環(huán)10后面的區(qū)域12中的流體鉆削頭主體是縱向開槽的。該槽提供由縱向肋15分開的縱向通道14，該縱向肋延伸過AU 700032中描述的類型的流體鉆削頭的長度。雖然在附圖中未表示流體鉆削頭的其余部分，但應該理解開槽的構形向后延伸遠超過圖中所示部分，并且可能是直的、螺旋的，或者其它任何希望的構形。
該縱向通道14為由成射流7的水沖刷過鉆削頭的巖石顆粒提供一暢通的通道，該肋15不僅引導巖石顆粒，也起將鉆削頭在由射流7的沖刷作用已經形成的孔中對準的作用。這樣就可能設計肋15的尺寸與構形，特別是相對于調整環(huán)10的整個直徑以便限制在孔中鉆削頭的傾斜程度。
通過提供調整環(huán)10，在孔的圓周被從噴嘴5和6排出的射流的作用而充分地被鉸到要求的直徑以前，流體鉆削頭在孔內不可能送進從噴嘴6排出的射流被定向成延伸到調整環(huán)直徑，而鉸孔的射流和調整環(huán)的組合在巖石中提供清潔和比較均勻的孔。
對控制鉆削頭的向前運動該調整環(huán)是有效的，可防止在較軟巖石區(qū)域由于允許切削頭的更快前進使巖石孔的過分鉸削。
該調整環(huán)、切削頭和工具主體的設計目標在于消除發(fā)生鉆頭失去作用。因為調整環(huán)10的前緣具有一個略大于鉆削刀具主體部分的直徑的外直徑，這就形成一個在鉆削刀具的主體與孔壁之間形成的環(huán)槽的等效流動面積的升起的下極限。
此外，沿刀具主體提供流動通道14增加了環(huán)槽的等效流動面積，因而降低鉆頭失去作用的可能性。
在調整環(huán)的內表面和切削頭的較大直徑部分之間形成的環(huán)槽也限制可穿過到鉆削刀具主體與孔壁之間的環(huán)形區(qū)域的切削顆粒的尺寸，太大的顆粒就停留在它們能夠進一步被水射流，特別是噴嘴6的作用而破碎的內環(huán)槽的區(qū)域的前面。這樣，通過適當地選擇切削頭最大部分的相關直徑、和調整環(huán)的內表面，沿刀具主體經過的顆粒可被適當地定尺寸使得它們可以自由地沿流動通道通過。這就消除了這些顆粒降低鉆削刀具和孔壁之間的環(huán)槽的等效流動面積的可能性。
通過提供一個臺階狀的可旋轉噴嘴組件2，就可能把鉸孔噴嘴6放在比以前可能的更接近于要切削的巖石表面，以增加鉸孔噴嘴的有效性并允許流體鉆削頭更快和均勻地行進。
該階梯狀的可旋轉噴嘴組件，如在圖1中清楚見到的，能使多個鉸孔噴嘴向后成一角度，以便從噴嘴5和6排出射流，這使鉆削頭增加向前的推力并有助于抵消來自噴嘴3和4的向后的推力。
權利要求
1.一種流體鉆削頭，該流體鉆削頭是在可旋轉的噴嘴組中具有多個噴嘴的型式，所述噴嘴適合于供以高壓流體形成定位于可切削鄰近巖石和成角度以提供安排成旋轉噴嘴組件的反作用力的射流，該切削頭設有相對于可旋轉噴嘴組件同心設置的調整環(huán)并相對于鉆削頭引進的方向定位在射流的后面，該調整環(huán)的總的圓周尺寸設定為可配合在要由鉆削頭鉆削的孔的要求部分內。
2.按照權利要求1的流體鉆削頭，其特征在于調整環(huán)總的為圓柱形構形具有一相對于可旋轉的噴嘴組件的環(huán)形間隙，該間隙的尺寸定得允許由調整環(huán)和可旋轉的噴嘴組件之間的流體射流的切削作用沖刷的巖石顆粒流動。
3.按照權利要求1或2的流體鉆削頭，其特征在于相對于鉆削頭的行進方向置于調整環(huán)后面的流體鉆削頭的主體是縱向開槽的，所述的槽為所述巖石顆粒沿鉆削頭的長度的通過提供縱向通道。
4.按照權利要求3的流體鉆削頭，其特征在于所述的通道被縱向肋分隔開，所述的肋的尺寸和形狀構造成以提供鉆削頭在由該鉆削頭的作用要形成的孔內的橫向對準的要求程度。
5.按照前述權利要求中任一項的流體鉆削頭，其特征在于可旋轉的噴嘴組件總的是圓柱形構形且成臺階狀以包括不同直徑的幾部分，使置于不同的所述部分的噴嘴的出口處于距可旋轉的噴嘴組件的旋轉軸線的不同半徑處。
6.按照權利要求5的流體鉆削頭，其特征在于所述的圓柱形可旋轉噴嘴組件具有兩個不同直徑的部分，其較小直徑的部分鄰近可旋轉噴嘴組件的導向面，而較大直徑部分鄰近調整環(huán)。
7.按照權利要求6的流體鉆削頭，其特征在于可旋轉噴嘴組件的較小直徑部分包括一或多個向前有角度的噴嘴，所述的噴嘴適合于在流體鉆削頭的向前運動之前沖刷巖石。
8.按照權利要求6或7的流體鉆削頭，其特征在于較大直徑部分包括至少一個鉸孔噴嘴，該噴嘴安排成引導一流體射流對著調整環(huán)的前緣前面的、所述的要形成的孔的周邊。
全文摘要
一種流體鉆削頭，具有多個在可旋轉噴嘴組件(2)中的噴嘴(3、4、5、6)以提供高壓切削(7)。該流體鉆削頭有相對可旋轉噴嘴組件(2)具有環(huán)形間隙(11)的調整環(huán)(10)以提供被射流(7)的切削動作沖刷的巖石顆粒的通道，同時調節(jié)鉆頭在孔中的行進并控制鉆頭的停止。還公開及要求保護一種階梯的可旋轉噴嘴組件，該組件具有一較小直徑部分(8)和一較大直徑部分(9)以便延伸鉸孔射流的切削區(qū)域靠近調整環(huán)(10)的外徑。
文檔編號E21B10/00GK1623027SQ02826002
公開日2005年6月1日 申請日期2002年11月14日 優(yōu)先權日2001年11月14日
發(fā)明者蒂莫西·G·H·邁耶 申請人:Cmte發(fā)展有限公司