專利名稱：具有高位排出裝置的潛孔錘的制作方法
具有高位排出裝置的潛孔錘
背景技術(shù)：
用于鉆 巖的兩種最常見的方法涉及如旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中所用的巖石的準(zhǔn)靜態(tài)載荷或如潛孔(DTH)鉆進(jìn)中使用的高強(qiáng)度沖擊載荷。DTH應(yīng)用包括具有在鉆機(jī)外殼內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)并且向砧部上施加循環(huán)沖擊的活塞或致動(dòng)器的錘組件。砧部通常部分地或直接地連接于鉆頭以使活塞撞擊砧部的沖擊力通過(guò)鉆頭傳遞到被鉆的巖石中?；钊ǔｍ憫?yīng)于使活塞交替地升高和降低的運(yùn)動(dòng)流體(例如，壓縮空氣)而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通常在運(yùn)動(dòng)流體致動(dòng)錘組件后，將所有運(yùn)動(dòng)流體通過(guò)鉆頭從鉆機(jī)排出。通過(guò)鉆頭排出運(yùn)動(dòng)流體會(huì)清除鉆頭周圍的切屑和其它碎片，并且將這些碎片從被鉆的洞或孔中向上運(yùn)送出去。利用DTH錘組件沖擊旋轉(zhuǎn)鉆頭的混合鑿巖機(jī)(被稱為沖擊輔助式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)或PARD)還是已知的，并且還通過(guò)鉆頭排出所有運(yùn)動(dòng)流體。當(dāng)通過(guò)鉆頭排出運(yùn)動(dòng)流體時(shí)，其流過(guò)鉆頭的外部表面(“流過(guò)”和其變體在本說(shuō)明書中表示運(yùn)動(dòng)流體在鉆頭的外部表面上流動(dòng)并且與鉆頭的外外部表面接觸)并且沿被鉆的孔向上流動(dòng)。在具有反循環(huán)構(gòu)造的已知DTH錘組件中，運(yùn)動(dòng)流體實(shí)際上在鉆頭上方排出，在鉆頭外部上向下流動(dòng)，然后通過(guò)鉆頭中央、鉆機(jī)組件、以及鉆桿管或鉆柱向上流動(dòng)至表面。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“穿過(guò)鉆頭”和“鉆頭排出物”旨在包括流過(guò)鉆頭外部表面的被排出的運(yùn)動(dòng)流體，而不管是從鉆頭流出并沿孔向上流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)流體還是以反循環(huán)方向流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)流體。在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“潛孔錘” “錘”以及“錘組件”指的是利用往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞或其它移動(dòng)致動(dòng)器的沖擊力的鉆進(jìn)裝置，而不管該鉆進(jìn)裝置存在于DTH應(yīng)用中，PARD裝置中還是其它裝置中，并且不考慮鉆進(jìn)裝置包括標(biāo)準(zhǔn)鉆頭、刮刀鉆頭、旋轉(zhuǎn)鉆頭還是其它切割表面。本發(fā)明涉及一種潛孔錘，該潛孔錘將運(yùn)動(dòng)流體的至少一部分通過(guò)鉆機(jī)的除鉆頭之外的部分排出。對(duì)于鉆頭在鉆機(jī)組件的底部處或底部附近的鉆進(jìn)操作，本發(fā)明可以被稱為在鉆頭上方排出一部分運(yùn)動(dòng)流體的潛孔錘、或具有高位排出裝置的潛孔錘。本發(fā)明還涉及一種潛孔錘，其中，運(yùn)動(dòng)流體被分成通過(guò)鉆頭或在別處排出使其流過(guò)鉆頭的一部分外部的一部分、以及操作活塞并在鉆頭上方排出使其不流過(guò)鉆頭外部表面的示意性地并行的部分。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供適合于在運(yùn)動(dòng)流體的作用下操作的潛孔鉆具，潛孔鉆具包括適合于鉆巖的鉆頭，鉆頭具有外部表面；錘組件，該錘組件能夠操作成向所述鉆頭傳遞沖擊載荷以便于鉆巖；致動(dòng)器流動(dòng)路徑，該致動(dòng)器流動(dòng)路徑適合于將運(yùn)動(dòng)流體的致動(dòng)器流部分引導(dǎo)至錘組件，致動(dòng)器流驅(qū)動(dòng)錘組件的操作并且在驅(qū)動(dòng)錘組件的操作之后變成致動(dòng)器排出物；以及致動(dòng)器排出路徑，該致動(dòng)器排出路徑適合于在鉆頭上方將致動(dòng)器排出物的至少一部分從鉆具排出，使得基本上沒有致動(dòng)器排出物流過(guò)鉆頭的外部表面。鉆頭可以位于鉆具的底端；并且致動(dòng)器排出路徑可以通過(guò)鉆具的與底端相對(duì)的頂端排放致動(dòng)器排出物。致動(dòng)器流動(dòng)路徑可以包括驅(qū)動(dòng)側(cè)和返回側(cè)，該驅(qū)動(dòng)側(cè)和該返回側(cè)適合于引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)流體以將交替的力施加在錘組件上以使錘組件操作；并且驅(qū)動(dòng)側(cè)和返回側(cè)中的至少一個(gè)可以與致動(dòng)器排出路徑相連通以在鉆頭上方排出致動(dòng)器排出物。在另一些實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)側(cè)和返回側(cè)均與致動(dòng)器排出路徑相連通以在鉆頭上方排出致動(dòng)器排出物。在一些實(shí)施方式中，錘組件包括能夠運(yùn)動(dòng)以向所述鉆頭施加沖擊載荷的活塞，并且本發(fā)明還包括活塞上方的驅(qū)動(dòng)室以及活塞和鉆頭之間的返回室；其中，活塞被支撐成響應(yīng)于致動(dòng)器流與驅(qū)動(dòng)室和返回室交替地連通、而分別朝向和遠(yuǎn)離鉆頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

在一些實(shí)施方式中，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地切斷驅(qū)動(dòng)室與致動(dòng)器排出路徑之間的連通，而將驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成與致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通并且將返回室設(shè)置成與致動(dòng)器排出路徑相連通，并且至少暫時(shí)地切斷返回室和致動(dòng)器排出路徑之間的連通，而將返回室設(shè)置成與致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通并且將驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成與致動(dòng)器排出路徑相連通。鉆具還可包括與致動(dòng)器排出路徑相連通的驅(qū)動(dòng)排出端口、和與致動(dòng)器排出路徑相連通的返回排出端口 ； 其中，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)以活塞的一部分覆蓋驅(qū)動(dòng)排出端口而至少暫時(shí)地切斷驅(qū)動(dòng)室與致動(dòng)器排出路徑之間的連通；并且其中，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)以活塞的一部分覆蓋返回排出端口而至少暫時(shí)地切斷返回室與致動(dòng)器排出路徑之間的連通。在一些實(shí)施方式中，活塞包括驅(qū)動(dòng)供給管道和返回供給管道；其中，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地將驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成通過(guò)驅(qū)動(dòng)供給管道與致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通；并且其中，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地將返回室設(shè)置成通過(guò)返回供給管道與致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明還包括鉆頭排出路徑，該鉆頭排出路徑適合于通過(guò)鉆頭排放運(yùn)動(dòng)流體的鉆頭流部分；其中，鉆頭排出路徑與致動(dòng)器流動(dòng)路徑示意性地并行；并且其中，鉆頭排出路徑與致動(dòng)器排出路徑的至少一部分示意性地并行。鉆具還可以用于抑制致動(dòng)器排出物從鉆具排出的裝置，以至少部分地控制沿鉆頭排出路徑的運(yùn)動(dòng)流體部分和沿致動(dòng)器流動(dòng)路徑的運(yùn)動(dòng)流體部分。用于抑制的裝置可以包括至少部分地限定出節(jié)流室的流動(dòng)板和位于節(jié)流室內(nèi)的止回閥；并且流動(dòng)板可以適合于通過(guò)鉆桿管至鉆具的附接而被夾緊至鉆具。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供鉆具，該鉆具包括頂部接頭，該頂部接頭限定鉆具的頂端并且適合于連接至鉆桿管；鉆頭，該鉆頭限定鉆具的底端，鉆頭包括外部表面； 活塞，該活塞能夠以往復(fù)的方式移動(dòng)以向鉆頭提供循環(huán)沖擊載荷；驅(qū)動(dòng)室，該驅(qū)動(dòng)室位于活塞的第一側(cè)；返回室，該返回室位于活塞的與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)；致動(dòng)器流動(dòng)路徑，該致動(dòng)器流動(dòng)路徑適合于將運(yùn)動(dòng)流體流交替地引導(dǎo)至驅(qū)動(dòng)室和返回室以驅(qū)動(dòng)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 驅(qū)動(dòng)室和返回室中的運(yùn)動(dòng)流體在驅(qū)動(dòng)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之后變成致動(dòng)器排出物；致動(dòng)器排出路徑，該致動(dòng)器排出路徑適合于接收來(lái)自驅(qū)動(dòng)室和返回室中的至少一個(gè)的致動(dòng)器排出物并且在鉆頭上方將致動(dòng)器排出物從鉆具排出，使得基本上沒有致動(dòng)器排出物流過(guò)鉆頭的外部表面；以及鉆頭排出路徑，該鉆頭排出路徑與致動(dòng)器流動(dòng)路徑和致動(dòng)器排出路徑示意性地并行并且將運(yùn)動(dòng)流體排放到鉆頭的外部表面上。在又一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供潛孔錘，該潛孔錘包括鉆頭，該鉆頭具有外部表面；鉆頭排出路徑，該鉆頭排出路徑適合于將運(yùn)動(dòng)流體排出到鉆頭的外部表面的至少一部分上；錘組件，該錘組件能夠操作成向鉆頭傳遞沖擊載荷；致動(dòng)器流動(dòng)路徑，該致動(dòng)器流動(dòng)路徑適合于輸送運(yùn)動(dòng)流體以操作錘組件；以及致動(dòng)器排出路徑，該致動(dòng)器排出路徑適合于在運(yùn)動(dòng)流體已經(jīng)操作錘組件之后將運(yùn)動(dòng)流體從錘組件排出，使得基本上沒有致動(dòng)器排出物流過(guò)鉆頭的外部表面；其中，鉆頭排出路徑與致動(dòng)器排出路徑的至少一部分示意性地并行。 通過(guò)考慮詳細(xì)的描述和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得顯而易見。


圖1是實(shí)施本發(fā)明的沖擊輔助式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)組件的立體圖。圖2是鉆機(jī)組件的分解圖。圖3是處于最低點(diǎn)待命狀態(tài)下的鉆機(jī)組件的橫截面圖。圖4是驅(qū)動(dòng)沖程結(jié)束和返回沖程開始時(shí)的鉆機(jī)組件的橫截面圖。圖5是驅(qū)動(dòng)沖程和返回沖程中間的鉆機(jī)組件的橫截面圖。圖6是驅(qū)動(dòng)沖程開始和返回沖程結(jié)束時(shí)的鉆機(jī)組件的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的任何實(shí)施方式之前，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明在其應(yīng)用中不局限于下列描述中提出的、或下列附圖中示出的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠具有另一些實(shí)施方式并且能夠以各種方式實(shí)施或執(zhí)行。此外，應(yīng)當(dāng)理解使用在本文中的措辭和術(shù)語(yǔ)是為了說(shuō)明，而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的。“包含”、“包括”或“具有”以及其變體在本文中意味著包含在此后列出的物品和其等同替代方式以及其它物品。除非另有說(shuō)明或限制，否則術(shù)語(yǔ) “安裝”、“連接”、“支撐”、“聯(lián)接”以及其變體作廣義的使用并且包含直接和間接的安裝、連接、支撐以及聯(lián)接。此外，“連接”和“聯(lián)接”不局限于物理或機(jī)械的連接或聯(lián)接。為了該說(shuō)明書中的簡(jiǎn)明和一致性，術(shù)語(yǔ)“軸向的”表示沿與附圖中示出的沖擊輔助式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)組件25的中心軸線10平行的方向。在下面討論的鉆機(jī)組件25的所有主要元件通常是環(huán)形或圓筒形的，進(jìn)而所有主要元件具有內(nèi)表面和外表面。術(shù)語(yǔ)“內(nèi)表面”表示面向中心軸線10或大致朝向鉆機(jī)組件25的內(nèi)部的表面，而術(shù)語(yǔ)“外表面”表示背對(duì)中心軸線 10或大致背對(duì)鉆機(jī)組件25的內(nèi)部的表面。所有元件還具有第一端部和第二端部，該第一端部和該第二端部一一用示出的實(shí)施方式的規(guī)則——指的是相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)組件25的典型操作方位而言的“上”端部和“下”端部，在圖2至6中示出該方位。此外，諸如“上方”和 “高位”之類的術(shù)語(yǔ)描述的是當(dāng)鉆機(jī)組件25處于典型操作方位時(shí)的相對(duì)位置。雖然在附圖中示出了并且以下描述了 PARD(即，鉆進(jìn)操作具有旋轉(zhuǎn)方面和沖擊方面)實(shí)施方式中的本發(fā)明，但該實(shí)施方式不限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明還可以實(shí)施在純DTH 鉆進(jìn)裝置中，在該純DTH鉆進(jìn)裝置中沒有旋轉(zhuǎn)部件。本發(fā)明可以實(shí)施在使用幾乎任何類型的鉆頭的鉆進(jìn)裝置中，該任何類型的鉆頭包括標(biāo)準(zhǔn)鉆頭、刮刀鉆頭、旋轉(zhuǎn)鉆頭或適合于或適用于沖擊載荷的其它切割表面。本發(fā)明還可以實(shí)施在幾乎任何其它潛孔錘應(yīng)用中，在所述潛孔錘應(yīng)用中，至少一部分運(yùn)動(dòng)流體在除通過(guò)鉆頭之外的其它地方排出。圖1和2示出了流動(dòng)板15、止回閥20以及沖擊輔助式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)組件25。鉆機(jī)組件25包括下列基本部件旋轉(zhuǎn)工具接合件或頂部接頭30、控制管35、缸蓋40、缸45、活塞或致動(dòng)器50、外套筒55、卡環(huán)60、鉆頭軸承65、鉆頭保持器或開口環(huán)70、墊圈75、卡套80以及尾柄適配器85。鉆具25的錘組件包括示出的往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞50或其它致動(dòng)器、以及控制運(yùn)動(dòng)流體的流動(dòng)以致動(dòng)活塞50或其它致動(dòng)器的其它部件。
頂部接頭30包括適合于以螺紋方式接納在鉆桿管DP內(nèi)的美國(guó)石油學(xué)會(huì)(“API”) 陽(yáng)螺紋連接器90。頂部接頭30還包括主體95，主體95包括大直徑圓筒部100和小直徑圓筒部105。在大直徑圓筒部100和小直徑圓筒部105之間限定有臺(tái)階或肩部110。大直徑圓筒部100的頂部在API連接器90的周圍限定有排出面115。小直徑圓筒部105的底端 120具有減 小的直徑。頂部接頭孔125軸向地延伸穿過(guò)頂部接頭30的中央。主體95包括布置在頂部接頭孔125周圍并且大致平行于頂部接頭孔125的多個(gè)排出孔130。流動(dòng)板15和止回閥20是環(huán)形的并且圍繞頂部接頭30的API連接器90。在示出的實(shí)施方式中，當(dāng)將鉆桿管DP擰到API連接器90上時(shí)，鉆桿管DP將流動(dòng)板15擠壓或夾緊成抵靠排出面115。在另一些實(shí)施方式中，流動(dòng)板可以是柄體(back head)的一部分或與柄體一體結(jié)合。流動(dòng)板15包括與鉆機(jī)組件25和鉆桿管DP周圍的空間連通的排出孔口 135。 止回閥20可以在流動(dòng)板15與頂部接頭30之間限定的空間(節(jié)流室，將在下面討論)內(nèi)軸向地移動(dòng)。如將在下面更詳細(xì)地討論的，流動(dòng)板15、止回閥20、或流動(dòng)板15和止回閥20的組合起到用于活塞50操作的節(jié)流閥的作用。控制管35包括接納在頂部接頭孔125內(nèi)的擴(kuò)大的安裝端部140。控制管35限定軸向延伸的控制孔145。多個(gè)0型密封圈150 (圖3)在頂部接頭孔125與控制管35的擴(kuò)大的安裝端部140的外表面之間提供基本上氣密的密封。因此，基本防止了流過(guò)頂部接頭孔125的流體流到擴(kuò)大的安裝端部140的外表面周圍，而是迫使其流到控制孔145中?？刂乒?5還包括穿過(guò)控制管35的側(cè)面進(jìn)行連通的驅(qū)動(dòng)供給端口 155和返回供給端口 160。缸蓋40包括環(huán)形凸緣165、環(huán)形支撐表面170以及延伸筒部175，環(huán)形支撐表面 170被凸緣165圍繞并且相對(duì)于凸緣165凹進(jìn)。支撐表面170限定中央孔口 180，控制管35 延伸穿過(guò)中央孔口 180?？刂乒?5的擴(kuò)大的安裝端部140和其中一個(gè)密封0型圈150抵靠于支撐表面170，以在控制管35與支撐表面170之間產(chǎn)生基本氣密的密封。因此，除流過(guò)控制管35的控制孔145的流體之外，基本上沒有流過(guò)缸蓋40的中央孔口 180的流體。小直徑圓筒段105的底端120抵接于缸蓋40的支撐表面170，這將排出孔130的底端定位成與凸緣165相鄰。在缸蓋40周圍流動(dòng)的排出流體可以流動(dòng)到頂部接頭30的排出孔130中。缸45包括穿過(guò)缸45的側(cè)面進(jìn)行連通的驅(qū)動(dòng)排出端口 185和返回排出端口 190。 缸蓋40的凸緣165的底部抵接缸45的頂端，并且缸蓋40的延伸筒部175延伸到缸45中。 密封構(gòu)件195 (圖3)在缸蓋40的延伸筒部175與缸45的內(nèi)表面之間提供基本氣密的密封。 缸45的頂端包括凹槽200，凹槽200使在缸45的外部周圍流動(dòng)的排出流體能夠流過(guò)缸45 的頂端?；钊?0包括中央活塞孔210、驅(qū)動(dòng)端部215、返回端部225以及直徑擴(kuò)大的中間部235，驅(qū)動(dòng)端部215具有帶斜角的環(huán)形表面220，返回端部225也具有帶斜角的環(huán)形表面 230?；钊?10的尺寸精密地設(shè)計(jì)成用于接納控制管35，使得活塞50可以在保持精密的公差并保持活塞孔210與控制管35的外表面之間的基本氣密的密封的情況下沿著控制管 35滑動(dòng)。多個(gè)驅(qū)動(dòng)管道240在活塞孔210與活塞50的驅(qū)動(dòng)端部215上的帶斜角的表面220 之間連通，并且多個(gè)返回管道245在活塞孔210與活塞50的返回端部225上的帶斜角的表面230之間連通。如將在下面更詳細(xì)地討論的，當(dāng)活塞50沿著控制管35往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使驅(qū)動(dòng)管道240與控制管35的驅(qū)動(dòng)供給端口 155連通，或使返回管道245與控制管35的返回供給端口 160連通?；钊?0容納在缸45內(nèi)，并且活塞50的直徑擴(kuò)大的中間部235的尺寸精密地設(shè)計(jì)成靠著缸45的內(nèi)表面滑動(dòng)。外套筒55的內(nèi)表面包括頂端和底端中的每一個(gè)處的螺紋。內(nèi)表面還包括由頂部接頭30、缸45、卡環(huán)60以及卡套80支承抵靠的內(nèi)肩部和其它表面(在圖3至6中可見)。 頂部接頭30的主體95上的外螺紋擰到外套筒55的頂端中的螺紋中?？ōh(huán)60定位成抵靠外套筒55的內(nèi)表面的一部分，并且鉆頭軸承65和開口環(huán)70在外套筒55內(nèi)堆疊 地抵靠卡環(huán)60?？ㄌ?0包括內(nèi)花鍵部250和擴(kuò)大的頭部260，內(nèi)花鍵部250具有內(nèi)花鍵255和外螺紋，擴(kuò)大的頭部260在內(nèi)花鍵部250的基部處限定環(huán)形支承表面265。墊圈75圍繞內(nèi)花鍵部250坐置在環(huán)形支承表面265上。內(nèi)花鍵部250擰到外套筒55的底端中直到外套筒 55的底端支承抵靠墊圈75和環(huán)形支承表面265。隨著卡套80擰到外套筒55中，卡套80 的內(nèi)花鍵部250迫使開口環(huán)70和鉆頭軸承65抵靠卡環(huán)60。尾柄適配器85包括其頂端處的砧部280、具有外花鍵290的外花鍵部285以及其底端處的鉆頭安裝頭部295。適配器孔300從尾柄適配器85的頂端軸向地延伸到底端。砧部280容納在鉆頭軸承65內(nèi)，使控制管35延伸到尾柄適配器孔300中。砧部280包括外部放空凹槽305，外部放空凹槽305使排出流體能夠通過(guò)鉆頭軸承65、開口環(huán)70以及卡套 80放空以使得錘組件的循環(huán)能夠更快速地停止。鉆頭保持頭部295包括內(nèi)螺紋或其它合適的連接設(shè)備，用于接納旋轉(zhuǎn)鉆頭(例如， 三牙輪鉆頭)DB或用于鑿巖的其它合適工件。在另一些實(shí)施方式中，整個(gè)尾柄適配器85可以與鉆頭DB —體地形成在一起，而不是如示出的那樣設(shè)置為分開的構(gòu)件。鉆頭DB包括支承抵靠被鉆的巖石或其它材料的外表面或工作表面?；ㄦI部285的外花鍵290與卡套80的內(nèi)花鍵255嚙合，使得轉(zhuǎn)矩從卡套80傳遞到尾柄適配器85，同時(shí)允許尾柄適配器85在卡套80內(nèi)軸向地移動(dòng)。外花鍵290的頂部邊緣和砧部280的底面限定出用于尾柄適配器85相對(duì)于卡套80的軸向運(yùn)動(dòng)的止動(dòng)表面。開口環(huán)70在止動(dòng)表面之間裝配在尾柄適配器85周圍。通過(guò)使控制管35延伸穿過(guò)缸蓋40的中央孔口 180、將缸蓋40放置在缸45的頂端上并且將活塞50定位在缸45內(nèi)使控制管35延伸穿過(guò)活塞孔210而裝配鉆機(jī)組件25。接著，將頂部接頭30定位成使控制管35的擴(kuò)大的安裝端部140位于頂部接頭孔125內(nèi)，并將頂部接頭30擰到外套筒55的頂端中，使得頂部接頭30的底端120抵靠于缸蓋40的支撐表面170。在肩部110與外套筒55的頂部之間存在間隙，這可以稱為“分隔”。接著，將卡環(huán)60和鉆頭軸承65定位在外套筒內(nèi)，并且將開口環(huán)70、尾柄適配器85、卡套80以及墊圈 75組成的子組件插入到外套筒55的下端部中?？ㄌ?0的內(nèi)花鍵區(qū)段250擰到外套筒55 的底端中。接著，向頂部接頭30和尾柄適配器85上的平面部307應(yīng)用扳手，并且將轉(zhuǎn)矩施加于二者以將頂部接頭30進(jìn)一步擰到外套筒55的頂端中，使得底端120將缸蓋40推到缸 45的頂部中并且產(chǎn)生夾緊載荷，以在由鉆機(jī)組件25的使用引起的劇烈振動(dòng)期間保持缸蓋 40和缸45鎖定在一起。參照?qǐng)D3，當(dāng)鉆機(jī)組件25沒有在推擠巖石并且僅受到由重力產(chǎn)生的力時(shí)，尾柄適配器85降至最低，其中，砧部280的底面靠置在開口環(huán)70的頂部上。參照?qǐng)D4至6，當(dāng)鉆機(jī)組件25接合抵靠巖石時(shí)，尾柄適配器85被向上推，直到外花鍵290的頂部抵接開口環(huán)70 的底部并且鉆頭安裝頭部295支承抵靠卡套80的擴(kuò)大的頭部260時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)。
在裝配好后，鉆機(jī)組件25限定出由頂部接頭孔125、控制孔145以及適配器孔300 構(gòu)成的中央孔。鉆機(jī)組件25還限定出若干個(gè)通路和室。驅(qū)動(dòng)室325限定在缸蓋40、缸45 的內(nèi)表面、控制管35的外表面以及活塞50的驅(qū)動(dòng)端部215之間。返回室330限定在活塞 50的返回端部225、缸45的內(nèi)表面、外套筒55的內(nèi)表面、鉆頭軸承65的頂部、砧部280以及控制管35的外表面之間。環(huán)形排出室335限定在缸45的外表面和外套筒55的內(nèi)表面之間。節(jié)流室340限定在流動(dòng)板15和頂部接頭30的排出面115之間。止回閥20在節(jié)流室340內(nèi)。鉆機(jī)組件25還限定出鉆頭排出路徑、致動(dòng)器流動(dòng)路徑以及致動(dòng)器排出路徑。致動(dòng)器流動(dòng)路徑和致動(dòng)器排出路徑在示出的實(shí)施方式中是串聯(lián)的，并且鉆頭排出路徑與致動(dòng)器流動(dòng)路徑和致動(dòng)器排出路徑示意性地并行。關(guān)于流動(dòng)路徑和排出路徑使用的術(shù)語(yǔ)“串聯(lián)” 意味著流體從一個(gè)路徑流動(dòng)到另一個(gè)路徑中，而術(shù)語(yǔ)“示意性地并行”意味著 路徑不是串聯(lián)的。鉆頭排出路徑包括驅(qū)動(dòng)供給端口 155和返回供給端口 166下游的中央孔，并且將運(yùn)動(dòng)流體(例如，壓縮空氣)傳送至鉆頭DB，運(yùn)動(dòng)流體從鉆頭DB流出、流過(guò)鉆頭的外部表面、并且向上流動(dòng)穿過(guò)鉆機(jī)組件和孔壁之間的孔，作為鉆頭排出物。在諸如反循環(huán)系統(tǒng)的另一些實(shí)施方式中，鉆頭排出物可以從鉆頭DB上方的鉆具中流出、流過(guò)在鉆頭的外部表面、并且通過(guò)鉆頭孔和鉆桿管DP中的其它管道返回至表面。術(shù)語(yǔ)“鉆頭排出物”、“穿過(guò)鉆頭”以及類似的術(shù)語(yǔ)旨在涵蓋沿正常循環(huán)方向以及沿反循環(huán)方向流過(guò)鉆頭外部表面的排出物。致動(dòng)器流動(dòng)路徑包括驅(qū)動(dòng)供給端口 155、驅(qū)動(dòng)管道240、驅(qū)動(dòng)室325、驅(qū)動(dòng)排出端口 185 (這四個(gè)部件共同地位于驅(qū)動(dòng)流動(dòng)路徑的“驅(qū)動(dòng)側(cè)”)、返回供給端口 160、返回管道245、 返回室330以及返回排出端口 190(這后四個(gè)部件共同地位于驅(qū)動(dòng)流動(dòng)路徑的“返回側(cè)”)。 致動(dòng)器排出路徑包括環(huán)形排出室335、缸45的頂部處的凹槽200以及排出孔130。通過(guò)驅(qū)動(dòng)側(cè)和返回側(cè)從致動(dòng)器流動(dòng)路徑流出的運(yùn)動(dòng)流體變成流入致動(dòng)器排出路徑的致動(dòng)器排出物。 致動(dòng)器排出路徑將致動(dòng)器排出物傳送至節(jié)流室340。在節(jié)流室340中，在致動(dòng)器排出物升高并且在止回閥20周圍流動(dòng)時(shí)，致動(dòng)器排出物受到限制。最后，致動(dòng)器排出物通過(guò)流動(dòng)板15中的排出孔口 135從節(jié)流室340流出。致動(dòng)器排出物從流動(dòng)板15中的排出孔口 135流出會(huì)有助于從被鉆的洞或孔中排除的切屑和碎片的向上流動(dòng)。止回閥20阻止切屑和其它碎片落入到排出路徑中。在另一些實(shí)施方式中，致動(dòng)器排出路徑可以包括用于驅(qū)動(dòng)室325和返回室330的示意性地并行的排出路徑，該示意性地并行的排出路徑可以在相對(duì)于鉆頭DB的不同的高位軸向位置處排放致動(dòng)器排出物?；蛘?，示意性地并行的排出路徑中的一個(gè)可以與鉆頭排出路徑串聯(lián)使得致動(dòng)器排出物中的一些流過(guò)鉆頭DB的外部表面。與將驅(qū)動(dòng)室325和返回室330中的一個(gè)或兩個(gè)排出到鉆頭DB的外部表面上的排出路徑相比，示出的致動(dòng)器排出路徑是有利的，因?yàn)槭境龅闹聞?dòng)器排出路徑減小了流過(guò)鉆頭DB外部的流體的體積。減小流過(guò)鉆頭DB和其它外部的體積可以降低這些部件的磨損率并且延長(zhǎng)部件壽命。能夠理解，雖然示出的實(shí)施方式包括通過(guò)鉆機(jī)組件25的頂部排出致動(dòng)器排出物的致動(dòng)器排出路徑，但是本發(fā)明能夠應(yīng)用于包括高位排出裝置的任何實(shí)施方式，高位排出裝置指的是位于鉆頭DB上方或別處的排出孔口，以基本上避免任何致動(dòng)器排出物流過(guò)鉆頭DB的外部表面。例如，可以穿過(guò)外套筒55設(shè)置排出孔口。在操作中，常規(guī)的旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動(dòng)鉆桿管DP的旋轉(zhuǎn)。來(lái)自鉆桿管DP的轉(zhuǎn)矩通過(guò)轉(zhuǎn)矩路徑傳遞至鉆頭DB，該轉(zhuǎn)矩路徑包括頂部接頭30、外套筒55、卡套80以及尾柄適配器85。 在示出的實(shí)施方式中，除在卡套80和尾柄適配器85之間經(jīng)由花鍵255、290聯(lián)接之外，轉(zhuǎn)矩路徑的所有元件都經(jīng)由螺紋互連聯(lián)接。在另一些實(shí)施方式中，只要達(dá)到轉(zhuǎn)矩傳遞的基本目的，可以以除螺紋連接和花鍵連接之外的其它方式聯(lián)接轉(zhuǎn)矩路徑中的元件。在待命(圖3)期間，當(dāng)鉆機(jī)組件25不接合抵靠被鉆的洞或孔的底部時(shí)，尾柄適配器85在重力的作用下降至最低點(diǎn)，并且活塞50靠置在砧部280上。在這種有時(shí)被稱為放空(blow down)的狀態(tài)下，控制管35的驅(qū)動(dòng)供給端口 155不與活塞50的驅(qū)動(dòng)管道240對(duì)齊(實(shí)際上，它們?cè)诨钊厦?，并且控制管35的返回供給端口 160不與活塞50的返回管道245對(duì)齊(它們被中間部235堵住)。在待命期間，通常通過(guò)鉆桿管DP供給運(yùn)動(dòng)流體。 該運(yùn)動(dòng)流體流動(dòng)穿過(guò)鉆頭排出路徑和致動(dòng)器流動(dòng)路徑的驅(qū)動(dòng)側(cè)(除了運(yùn)動(dòng)流體從驅(qū)動(dòng)供給端口 155直接流動(dòng)到驅(qū)動(dòng)室325中而不流過(guò)驅(qū)動(dòng)管道240)并且作為鉆頭排出物和致動(dòng)器排出物被排出。鉆頭排出物和致動(dòng)器排出物在待命期間阻止碎片進(jìn)入鉆機(jī)組件25，并且提供充分的流動(dòng)路徑以避免鉆機(jī)組件25中的壓力顯著增大。當(dāng)鉆頭DB降低至洞的底部并且接合待鉆的巖石或其它物質(zhì)時(shí)，尾柄適配器85被朝向圖4中示出的位置向上推。隨著尾柄適配器85向上移動(dòng)，其還向上推活塞50。隨著尾柄適配器85接近其最高位置，返回管道245與返回供給端口 160對(duì)齊。一旦返回管道245 設(shè)置成與返回供給端口 160連通，則致動(dòng)器流朝向返回側(cè)。致動(dòng)器流在驅(qū)動(dòng)側(cè)和返回側(cè)之間交替以引起活塞50往復(fù)運(yùn)動(dòng)并且沖擊砧部280。在另一些實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)側(cè)和供給側(cè)可以驅(qū)動(dòng)非往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞操作。鉆頭排出物繼續(xù)沖刷鉆頭DB外側(cè)周圍的切屑和其它碎片。鉆頭排出物和致動(dòng)器排出物一起將這些碎片通過(guò)被鉆的孔向上推至表面。在下面描述活塞50的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的循環(huán)，其中，活塞50的向上運(yùn)動(dòng)被稱為“返回沖程”，而向下運(yùn)動(dòng)被稱為“驅(qū)動(dòng)沖程”。參照?qǐng)D4至6，通過(guò)驅(qū)動(dòng)供給端口 155和返回供給端口 160、驅(qū)動(dòng)管道240和返回管通245、以及驅(qū)動(dòng)排出端口 185和返回排出端口 190的相對(duì)位置來(lái)控制運(yùn)動(dòng)流體供給和流體排出邏輯并且為其定時(shí)。參照?qǐng)D4，在驅(qū)動(dòng)沖程的最后部分和返回沖程的初始部分期間，活塞50的中間部 235覆蓋返回排出端口 190，并且返回管道245與返回供給端口 160對(duì)齊，而同時(shí)，驅(qū)動(dòng)排出端口 185不被活塞50的中間部235覆蓋(即，驅(qū)動(dòng)排出端口 185與驅(qū)動(dòng)室325連通)，并且驅(qū)動(dòng)管道240不與驅(qū)動(dòng)供給端口 155對(duì)齊。因此，在驅(qū)動(dòng)沖程的最后部分期間，在返回室 330中有輕微的流體壓縮，但是該壓縮是可忽略的并且不會(huì)實(shí)質(zhì)影響活塞50的動(dòng)量及其在砧部280上的沖擊，并且通過(guò)經(jīng)由凹槽305泄出而使該壓縮消失。在返回沖程的初始部分期間，由于運(yùn)動(dòng)流體通過(guò)返回管道245涌入，因此在返回室330中的壓力快速增大。此外， 因?yàn)轵?qū)動(dòng)室325中的流體通過(guò)驅(qū)動(dòng)排出端口 185排出到以上所述的排出路徑中，所以活塞 50的初始向上運(yùn)動(dòng)不會(huì)受到驅(qū)動(dòng)室325中的大反向壓力限制。參照?qǐng)D5，在驅(qū)動(dòng)沖程和返回沖程的中間部分期間，活塞50的中間部235覆蓋驅(qū)動(dòng)排出端口 185和返回排出端口 190，并且驅(qū)動(dòng)管道240和返回管道245均不與對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)供給端口 155和返回供給端口 160對(duì)齊。從該點(diǎn)起直到驅(qū)動(dòng)沖程和返回沖程結(jié)束，活塞50部分地在沖程初始部分中對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)室325和返回室330中增大的壓力的作用下、部分地在動(dòng)量的作用下移動(dòng)。隨著驅(qū)動(dòng)室325和返回室330的容積由于活塞50在對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)沖程和返回沖程中的運(yùn)動(dòng)而增大，運(yùn)動(dòng)的壓力輔助部分減少，并且活塞50主要在其在沖程初始部分期間所獲得的動(dòng)量的作用下移動(dòng)。參照?qǐng)D6，在返回沖程的最后部分和驅(qū)動(dòng)沖程的初始部分期間，活塞50的中間部 235覆蓋驅(qū)動(dòng)排出端口 185，并且驅(qū)動(dòng)管道240與驅(qū)動(dòng)供給端口 155對(duì)齊，而同時(shí)，返回排出端口 190不被活塞50的中間部235覆蓋(即，返回排出端口 190與返回室330連通)，并且返回管道245不與返回供給端口 160對(duì)齊。因此，在返回沖程的最后部分期間，在驅(qū)動(dòng)室 325中有輕微的流體壓縮，以幫助阻止活塞50的向上運(yùn)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)沖程的初始部分期間， 由于運(yùn)動(dòng)流體通過(guò)驅(qū)動(dòng)管道240涌入，因此在驅(qū)動(dòng)室325壓力快速增大。此外，因?yàn)榉祷厥?330中的流體通過(guò)返回排出端口 190排出到以上所述的排出路徑中，所以活塞50的初始向下運(yùn)動(dòng)不會(huì)受到返回室330中的大反向壓力限制。因此，示出的鉆機(jī)組件25具有旋轉(zhuǎn)部分(鉆頭DB在通過(guò)鉆桿管DP和鉆機(jī)組件 25傳遞的轉(zhuǎn)矩的作用下旋轉(zhuǎn))和由沖擊砧部280的活塞50產(chǎn)生的沖擊部分?；钊?0在砧部280上的沖擊通過(guò)尾柄適配器85和鉆頭DB傳遞至被鉆機(jī)組件25鉆進(jìn)的巖石或其它物質(zhì)，這有助于鉆進(jìn)操作。鉆機(jī)組件25的任何其它部件不承受砧部280上的軸向沖擊；砧部280的底部和外花鍵290的頂部之間的距離選擇成用于允許尾柄適配器85的最大預(yù)期偏轉(zhuǎn)以防止尾柄適配器85觸底反彈(bottom out)。在沖擊砧部280之后，活塞50通常輕微地彈回，但是彈回的程度至少部分地取決于被鉆物質(zhì)的硬度。返回管道245和返回供給端口 160的尺寸設(shè)計(jì)成在沒有彈回或彈回程度在預(yù)期范圍內(nèi)的情況下相互對(duì)齊。當(dāng)返回供給端口 160和返回管道245相互對(duì)齊后，循環(huán)重新開始。從根本上說(shuō)，鉆頭流和致動(dòng)器流的體積和流速由致動(dòng)器排出路徑和鉆頭排出路徑中的相對(duì)阻力限定。致動(dòng)器排出流動(dòng)的阻力水平受流動(dòng)板15中的排出孔口 135的大小和形狀、止回閥20的大小和形狀、流動(dòng)板15和止回閥20之間的相互作用、或這些因素中的兩個(gè)或更多個(gè)的組合所影響。限制性較強(qiáng)的致動(dòng)器排出路徑(例如，由提升得較低的止回閥 20和/或限制性較強(qiáng)的排出孔口 135產(chǎn)生)將導(dǎo)致較低的致動(dòng)器動(dòng)力，而限制性較小的致動(dòng)器排出路徑(例如，由提升得較高的止回閥20和/或限制性較小的排出孔口產(chǎn)生)將導(dǎo)致更高的致動(dòng)器動(dòng)力。隨著致動(dòng)器排出流動(dòng)的阻力增大，致動(dòng)器排出路徑中的背壓也增大，這最終影響活塞50的往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間致動(dòng)器排出流體從驅(qū)動(dòng)室325和返回室330通過(guò)驅(qū)動(dòng)排出端口 185 和返回排出端口 190推出或移位的速率?；钊?0的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度和頻率至少部分地受排出流體從驅(qū)動(dòng)室325和返回室330中通過(guò)驅(qū)動(dòng)排出端口 185和返回排出端口 190排出的速率的影響。運(yùn)動(dòng)流體能夠從驅(qū)動(dòng)室325和返回室330中排出的速度越快，活塞50能夠往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度就越快，并且活塞50能夠傳遞至鉆頭DB的沖擊動(dòng)力(“致動(dòng)器動(dòng)力”)就越大。鉆機(jī)組件25的操作者可以通過(guò)改變止回閥20的大小或形狀、容納止回閥20的軸向運(yùn)動(dòng)的節(jié)流室340內(nèi)的空間、流動(dòng)板15中的排出孔口 135的大小或形狀、或這些因素的組合而調(diào)節(jié)鉆頭流和致動(dòng)器流之間的劃分。因?yàn)榱鲃?dòng)板15和止回閥20僅通過(guò)固定和夾緊流動(dòng)板15使其抵靠頂部接頭30的鉆桿管DP連接部而固定于鉆機(jī)組件25，所以可以僅通過(guò)卸下鉆桿管DP、更換零件、然后重新連接鉆桿管DP來(lái)拆卸并且替換流動(dòng)板15和/或止回閥 20。除了卸下和重新連接鉆桿管DP之外，在更換示出的實(shí)施方式中的止回閥20的過(guò)程中， 不必拆卸或松開緊固件或其它連接件。
此外，因?yàn)榱鲃?dòng)板15和止回閥20是外部構(gòu)件，所以流動(dòng)板15和/或止回閥20的更換不需要將外套筒55從頂部接頭30或卡套80上拆開，也不需要對(duì)鉆機(jī)組件25進(jìn)行任何其它拆卸。此外，更換流動(dòng)板15和/或止回閥20使得能夠在保持供給壓力恒定的情況下調(diào)節(jié)致動(dòng)器動(dòng)力輸出。因此，流動(dòng)板15和止回閥20的子組件使人能夠通過(guò)簡(jiǎn)單地更換外部構(gòu)件并且無(wú)需更換鉆頭噴嘴而以與供給壓力無(wú)關(guān)的方式調(diào)節(jié)致動(dòng)器動(dòng)力，并且可以說(shuō)流動(dòng)板15和止回閥20用作鉆頭流和致動(dòng)器流的節(jié)流閥。使鉆頭排出路徑與致動(dòng)器流動(dòng)路徑和致動(dòng)器排出路徑示意性地并行相較于使路徑串聯(lián)的情況是有利的?；钊?0以整個(gè)系統(tǒng)壓力運(yùn)行，因此相較于由與鉆頭流串聯(lián)的致動(dòng)器流驅(qū)動(dòng)的情況，在由與鉆頭流示意性地并行的致動(dòng)器流驅(qū)動(dòng)時(shí)形成更大的致動(dòng)器動(dòng)力。 示意性地并行的鉆頭流和致動(dòng)器流實(shí)現(xiàn)雙重益處通過(guò)鉆頭流以鉆頭磨損盡可能小的方式清除切屑和其它碎片；以及通過(guò)高位致動(dòng)器排出裝置將洞清潔流提到鉆機(jī)組件25上面，以幫助將切屑和其它碎片從洞中移除。因此，本發(fā)明的示出的實(shí)施方式將全部致動(dòng)器排出物從高位排出裝置排出(從示出的實(shí)施方式中的鉆機(jī)組件25的頂部排出)并且通過(guò)鉆頭DB 將全部鉆頭排出物從鉆機(jī)組件25的底部排出。在另一些實(shí)施方式中，可以通過(guò)高位排出裝置僅排出驅(qū)動(dòng)側(cè)和返回側(cè)中的一方(即，比全部致動(dòng)器流少)而通過(guò)鉆頭DB排出另一方。在串聯(lián)布置中，其中，致動(dòng)器排出物被回收作為鉆頭流出物，鉆頭流動(dòng)路徑中的背壓能夠影響致動(dòng)器排出物的流速，這可能不必要地減小致動(dòng)器動(dòng)力。鉆頭流和致動(dòng)器流的示意性地并行的布置使鉆頭排出路徑中的背壓與致動(dòng)器流動(dòng)路徑中的背壓不相關(guān)。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與相同壓力和鉆具的外部尺寸大小類似的已知DTH鉆具和 PARD鉆具相比，為鉆頭DB提供更高頻率的沖擊載荷。例如，并且非限制性地，標(biāo)準(zhǔn)的八英寸DTH錘可以在IOOpsi下以大約16Hz的頻率操作，而根據(jù)本發(fā)明的大小相似的潛孔錘可以在相同壓力下以大約25Hz的頻率操作。本發(fā)明可以在較寬的運(yùn)動(dòng)流體壓力范圍——典型范圍為大約50psi至IOOpsi的工作壓力——內(nèi)操作，但是在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)環(huán)境中也可以在更高的壓力(例如，大約150psi)下操作，或者如果使用在油氣鉆進(jìn)環(huán)境中，在更高很多的壓力下操作。因此，本發(fā)明尤其提供將運(yùn)動(dòng)流體的至少一部分通過(guò)鉆機(jī)的除鉆頭之外的部分排出的潛孔錘。本發(fā)明還提供具有示意性地并行的鉆頭流動(dòng)路徑和致動(dòng)器流動(dòng)路徑的潛孔錘。在下列權(quán)利要求中提出本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種適合于在運(yùn)動(dòng)流體的作用下操作的潛孔鉆具，所述潛孔鉆具包括適合于鉆巖的鉆頭，所述鉆頭具有外部表面；錘組件，所述錘組件能夠操作成向所述鉆頭傳遞沖擊載荷以便于鉆巖；致動(dòng)器流動(dòng)路徑，所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑適合于將所述運(yùn)動(dòng)流體的致動(dòng)器流部分引導(dǎo)至所述錘組件，致動(dòng)器流驅(qū)動(dòng)所述錘組件的操作并且在驅(qū)動(dòng)所述錘組件的操作之后變成致動(dòng)器排出物；以及致動(dòng)器排出路徑，所述致動(dòng)器排出路徑適合于在所述鉆頭上方將所述致動(dòng)器排出物的至少一部分從所述鉆具排出，使得基本上沒有致動(dòng)器排出物流過(guò)所述鉆頭的所述外部表面。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆具，其中，所述鉆頭位于所述鉆具的底端；并且，所述致動(dòng)器排出路徑通過(guò)所述鉆具的與所述底端相對(duì)的頂端排放所述致動(dòng)器排出物。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆具，其中，所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑包括驅(qū)動(dòng)側(cè)和返回側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)側(cè)和所述返回側(cè)適合于引導(dǎo)所述運(yùn)動(dòng)流體以將交替的力施加在所述錘組件上以使錘組件操作；并且，所述驅(qū)動(dòng)側(cè)和所述返回側(cè)中的至少一個(gè)與所述致動(dòng)器排出路徑相連通以在所述鉆頭上方排放致動(dòng)器排出物。
4.如權(quán)利要求1所述的鉆具，其中，所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑包括驅(qū)動(dòng)側(cè)和返回側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)側(cè)和所述返回側(cè)適合于引導(dǎo)所述運(yùn)動(dòng)流體以將交替的力施加在所述錘組件上以使錘組件操作；并且，所述驅(qū)動(dòng)側(cè)和所述返回側(cè)均與所述致動(dòng)器排出路徑相連通以在所述鉆頭上方排放致動(dòng)器排出物。
5.如權(quán)利要求1所述的鉆具，其中，所述錘組件包括能夠運(yùn)動(dòng)以向所述鉆頭施加沖擊載荷的活塞，所述鉆具還包括所述活塞上方的驅(qū)動(dòng)室以及所述活塞和所述鉆頭之間的返回室；并且，響應(yīng)于所述致動(dòng)器流交替地與所述驅(qū)動(dòng)室和所述返回室相連通，所述活塞分別被支撐成朝向所述鉆頭和遠(yuǎn)離所述鉆頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的鉆具，其中，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地切斷所述驅(qū)動(dòng)室與所述致動(dòng)器排出路徑之間的連通，而將所述驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通并且將所述返回室設(shè)置成與所述致動(dòng)器排出路徑相連通，并且至少暫時(shí)地切斷所述返回室與所述致動(dòng)器排出路徑之間的連通，而在將所述返回室設(shè)置成與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通并且將所述驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成與所述致動(dòng)器排出路徑相連通。
7.如權(quán)利要求6所述的鉆具，還包括與所述致動(dòng)器排出路徑相連通的驅(qū)動(dòng)排出端口、 和與所述致動(dòng)器排出路徑相連通的返回排出端口 ；其中，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)以所述活塞的一部分覆蓋所述驅(qū)動(dòng)排出端口而至少暫時(shí)地切斷所述驅(qū)動(dòng)室與所述致動(dòng)器排出路徑之間的連通；并且，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)以所述活塞的一部分覆蓋所述返回排出端口而至少暫時(shí)地切斷所述返回室與所述致動(dòng)器排出路徑之間的連通。
8.如權(quán)利要求6所述的鉆具，其中，所述活塞包括驅(qū)動(dòng)供給管道和返回供給管道；其中，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地將所述驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)供給管道與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通；并且，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地將所述返回室設(shè)置成通過(guò)所述返回供給管道與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通。
9.如權(quán)利要求1所述的鉆具，還包括鉆頭排出路徑，所述鉆頭排出路徑適合于通過(guò)所述鉆頭排放所述運(yùn)動(dòng)流體的鉆頭流部分；其中，所述鉆頭排出路徑與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑示意性地并行；并且，所述鉆頭排出路徑與所述致動(dòng)器排出路徑的至少一部分示意性地并行。
10.如權(quán)利要求9所述的鉆具，還包括用于抑制致動(dòng)器排出物從所述鉆具排出的裝置， 以至少部分地控制沿所述鉆頭排出路徑的運(yùn)動(dòng)流體部分和沿所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑的運(yùn)動(dòng)流體部分。
11.如權(quán)利要求10所述的鉆具，其中，所述用于抑制的裝置包括至少部分地限定出節(jié)流室的流動(dòng)板和位于所述節(jié)流室內(nèi)的止回閥；并且，所述流動(dòng)板適合于通過(guò)鉆桿管至所述鉆具的附接而被夾緊至所述鉆具。
12.—種鉆具，包括頂部接頭，所述頂部接頭限定所述鉆具的頂端并且適合于連接至鉆桿管； 鉆頭，所述鉆頭限定所述鉆具的底端，所述鉆頭包括外部表面； 活塞，所述活塞能夠以往復(fù)的方式移動(dòng)以向所述鉆頭提供循環(huán)沖擊載荷； 驅(qū)動(dòng)室，所述驅(qū)動(dòng)室位于所述活塞的第一側(cè)； 返回室，所述返回室位于所述活塞的與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)； 致動(dòng)器流動(dòng)路徑，所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑適合于將運(yùn)動(dòng)流體流交替地引導(dǎo)至所述驅(qū)動(dòng)室和所述返回室以驅(qū)動(dòng)所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)室和所述返回室中的所述運(yùn)動(dòng)流體在驅(qū)動(dòng)所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之后變成致動(dòng)器排出物；致動(dòng)器排出路徑，所述致動(dòng)器排出路徑適合于接收來(lái)自所述驅(qū)動(dòng)室和所述返回室中的至少一個(gè)的致動(dòng)器排出物、并且在所述鉆頭上方將所述致動(dòng)器排出物從所述鉆具排出，使得基本上沒有致動(dòng)器排出物流過(guò)所述鉆頭的所述外部表面；以及鉆頭排出路徑，所述鉆頭排出路徑與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑和所述致動(dòng)器排出路徑示意性地并行并且將運(yùn)動(dòng)流體排放到所述鉆頭的所述外部表面上。
13.如權(quán)利要求12所述的鉆具，其中，所述鉆頭位于所述鉆具的底端中；其中，所述頂部接頭限定所述鉆具的與所述底端相對(duì)的頂端；并且，所述致動(dòng)器排出路徑通過(guò)所述頂部接頭排放所述致動(dòng)器排出物。
14.如權(quán)利要求12所述的鉆具，其中，所述致動(dòng)器排出路徑適合于接收來(lái)自所述驅(qū)動(dòng)室和所述返回室的所有致動(dòng)器排出物、并且在所述鉆頭上方將所有致動(dòng)器排出物從所述鉆具排出，使得基本上沒有致動(dòng)器排出物流過(guò)所述鉆頭的所述外部表面。
15.如權(quán)利要求12所述的鉆具，其中，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地切斷所述驅(qū)動(dòng)室與所述致動(dòng)器排出路徑之間的連通，而將所述驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通并且將所述返回室設(shè)置成與所述致動(dòng)器排出路徑相連通，并且至少暫時(shí)地切斷所述返回室與所述致動(dòng)器排出路徑之間的連通，而將所述返回室設(shè)置成與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通并且將所述驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成與所述致動(dòng)器排出路徑相連通。
16.如權(quán)利要求15所述的鉆具，還包括與所述致動(dòng)器排出路徑相連通的驅(qū)動(dòng)排出端口、和與所述致動(dòng)器排出路徑相連通的返回排出端口 ；其中，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)以所述活塞的一部分覆蓋所述驅(qū)動(dòng)排出端口而至少暫時(shí)地切斷所述驅(qū)動(dòng)室與所述致動(dòng)器排出路徑之間的連通；并且，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)以所述活塞的一部分覆蓋所述返回排出端口而至少暫時(shí)地切斷所述返回室與所述致動(dòng)器排出路徑之間的連通。
17.如權(quán)利要求15所述的鉆具，其中，所述錘包括驅(qū)動(dòng)供給管道和返回供給管道；其中，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地將所述驅(qū)動(dòng)室設(shè)置成通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)供給管道與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通；并且，所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少暫時(shí)地將所述返回室設(shè)置成通過(guò)所述返回供給管道與所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑相連通。
18.如權(quán)利要求12所述的鉆具，還包括用于抑制致動(dòng)器排出物從所述鉆具排出的裝置，以至少部分地控制沿所述鉆頭排出路徑的運(yùn)動(dòng)流體部分和沿所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑的運(yùn)動(dòng)流體部分。
19.如權(quán)利要求18所述的鉆具，其中，所述用于抑制的裝置包括至少部分地限定出節(jié)流室的流動(dòng)板和位于所述節(jié)流室內(nèi)的止回閥；并且，所述流動(dòng)板適合于通過(guò)鉆桿管至所述鉆具的附接而被夾緊至所述鉆具。
20.一種潛孔錘，包括鉆頭，所述鉆頭具有外部表面；鉆頭排出路徑，所述鉆頭排出路徑適合于將運(yùn)動(dòng)流體排出到所述鉆頭的所述外部表面的至少一部分上；錘組件，所述錘組件能夠操作成向所述鉆頭傳遞沖擊載荷；致動(dòng)器流動(dòng)路徑，所述致動(dòng)器流動(dòng)路徑適合于輸送運(yùn)動(dòng)流體以操作所述錘組件；以及致動(dòng)器排出路徑，所述致動(dòng)器排出路徑適合于在運(yùn)動(dòng)流體已經(jīng)操作所述錘組件之后將所述運(yùn)動(dòng)流體從所述錘組件排出，使得基本上沒有致動(dòng)器排出物流過(guò)所述鉆頭的所述外部表面；其中，所述鉆頭排出路徑與所述致動(dòng)器排出路徑的至少一部分示意性地并行。
全文摘要
一種沖擊輔助式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，該沖擊輔助式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)包括用于與鉆桿管連接的頂部接頭。鉆桿管將轉(zhuǎn)矩傳遞至鉆機(jī)并且還為鉆機(jī)供給運(yùn)動(dòng)流體。鉆機(jī)包括便于將旋轉(zhuǎn)鉆頭固定于鉆機(jī)的尾柄適配器。運(yùn)動(dòng)流體被分為致動(dòng)器流以及流動(dòng)穿過(guò)鉆頭以清除鉆機(jī)的底部處的碎片的鉆頭流。可以呈往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞形式的致動(dòng)器在致動(dòng)器流的作用下在鉆機(jī)內(nèi)移動(dòng)以向尾柄適配器施加循環(huán)打擊。打擊通過(guò)尾柄適配器傳遞至鉆頭以在旋轉(zhuǎn)鉆頭上提供相對(duì)高頻低幅的沖擊力以幫助鉆進(jìn)操作。運(yùn)動(dòng)流體的致動(dòng)器流部分的至少一部分通過(guò)鉆機(jī)的頂端排出。可以用致動(dòng)器流排出路徑中的止回閥調(diào)節(jié)鉆頭流和致動(dòng)器流的相對(duì)流速和體積。
文檔編號(hào)E21B4/14GK102317565SQ201080007365
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月11日
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