專利名稱：地井鉆設(shè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序所述的地井鉆設(shè)裝置。
這種裝置或機(jī)器已由現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了。在這里，撞錘大多直接與鉆頭連在一起，從而通過(guò)驅(qū)動(dòng)介質(zhì)將沖擊能傳給潛入井眼中的撞錘并由撞錘傳遞給井眼底部，從而盡量使連桿不受沖擊能的影響。鉆頭通過(guò)連桿與設(shè)置在井眼外的驅(qū)動(dòng)裝置如旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置相連，從而裝在鉆頭上的撞錘總是在新的井眼底部位置上掘進(jìn)。主要在堅(jiān)固的巖石中用所談到的裝置進(jìn)行鉆井。
這種鉆井技術(shù)對(duì)實(shí)踐生產(chǎn)越來(lái)越重要，這是因?yàn)橐环矫?，井眼質(zhì)量可以較好且可以近似準(zhǔn)確地保持鉆井方向，另一方面，根據(jù)在井眼中所采取的消音方式，不對(duì)外界產(chǎn)生嚴(yán)重影響地且明顯更好地滿足了環(huán)境要求如消除了噪音煩擾。
在這種裝置中，在井眼底部被錘松的或被掘下的石料從井眼中被排出是根據(jù)所謂的“氣升式掘進(jìn)法”在空心連桿中實(shí)現(xiàn)的，其中在井眼中存在液柱且作為沖洗流體地將空氣吹入在鉆頭上方的鉆桿中，從而通過(guò)在連桿中上升的空氣使連桿內(nèi)的液柱在地面和井眼之間產(chǎn)生壓差，所述壓差引起連桿內(nèi)的流動(dòng)速度且掘進(jìn)石料以該流速經(jīng)連桿被排出。
在錘擊鉆設(shè)地井時(shí)，用于排出松動(dòng)材料的連桿內(nèi)徑必須具有某個(gè)與向上輸送總量匹配的最小值。與單純的回轉(zhuǎn)鉆井相比，被沖松動(dòng)的碎石料尺寸也比較大。
驅(qū)動(dòng)位于連桿下端的撞錘的驅(qū)動(dòng)液是由在連桿上端的適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)接頭通過(guò)一個(gè)設(shè)在連桿內(nèi)或成型于連桿上的供應(yīng)管供給撞錘的。
在連桿直徑象上述那樣必須較大的情況下，在密封旋轉(zhuǎn)接頭時(shí)出現(xiàn)了問(wèn)題。
液壓驅(qū)動(dòng)或氣壓驅(qū)動(dòng)的撞錘在約為50巴-150巴的壓力下工作。顯然，在這種要求高壓和大直徑的氣升式掘進(jìn)法中，無(wú)法在迄今裝在固定旋轉(zhuǎn)接頭和轉(zhuǎn)動(dòng)連桿間的過(guò)渡區(qū)關(guān)鍵位置上的單級(jí)密封件中獲得經(jīng)濟(jì)的使用壽命。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)上述類(lèi)型的裝置，從而該裝置可以在較大的空心連桿外徑和必需的高壓情況下長(zhǎng)期不需維修地工作。
此目的是通過(guò)權(quán)利要求1和權(quán)利要求8所給的特征完成的。
在如權(quán)利要求1所述的裝置中，連桿被一個(gè)原則上垂直設(shè)置的外殼環(huán)繞?？梢杂赏獠枯斎牍艿澜?jīng)一個(gè)通入過(guò)渡腔中的固定接頭輸入驅(qū)動(dòng)液如空氣、水或液壓油。此外，過(guò)渡腔環(huán)繞所述連桿，從而驅(qū)動(dòng)介質(zhì)與連桿轉(zhuǎn)動(dòng)位置無(wú)關(guān)地與工作介質(zhì)輸入管道相互聯(lián)系。分別在過(guò)渡腔兩側(cè)設(shè)置了許多軸向分級(jí)的且逐步受到液壓卸載的密封環(huán)。
在該裝置的工作過(guò)程中，密封環(huán)的卸載(壓)是如此選擇的，即作用于各密封環(huán)上的壓差不超過(guò)一個(gè)由所用密封件的性能決定的最大值。因此，在軸向遠(yuǎn)離過(guò)渡腔的各密封環(huán)側(cè)上施加一個(gè)小于在朝向過(guò)渡腔的密封環(huán)側(cè)上所施加的壓力的壓力。在壓差作用下，密封件被壓靠在連桿外周面上，所述壓差相應(yīng)于一個(gè)密封環(huán)可持久忍耐的壓差值。在沿軸向靠外的即沿遠(yuǎn)離過(guò)渡腔的方向的后續(xù)密封環(huán)中布置了作為壓緊力的前卸載壓力和一個(gè)降低了相應(yīng)值的卸載力，這個(gè)卸載力又是用于后續(xù)密封件的壓緊力。所以壓緊力是逐步降低的，其中各密封環(huán)分別承受還可允許的壓力如10巴-25巴?？梢酝ㄟ^(guò)所用密封環(huán)的數(shù)目和所選擇的卸載壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)與工作液工作壓力的匹配。
最好由壓縮機(jī)提供給密封環(huán)液壓力以進(jìn)行卸載且所述液壓力在環(huán)形腔中起作用，所述環(huán)形腔分別在兩個(gè)密封環(huán)之間布置在遠(yuǎn)離過(guò)渡腔的側(cè)面上(權(quán)利要求2)。
在一個(gè)考慮的如權(quán)利要求3所述的方案中，為了產(chǎn)生逐級(jí)卸載壓力而使用了泵。
但在一個(gè)如權(quán)利要求4所述的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中，例如由于裝入一個(gè)活塞桿而單側(cè)受壓表面縮小的壓力氣缸型降壓器作為壓縮機(jī)(權(quán)利要求5)，其中向具有活塞桿的缸側(cè)供應(yīng)驅(qū)動(dòng)介質(zhì)及其壓力，從而必然通過(guò)活塞桿直徑和在活塞另一側(cè)上所保留的縮小作用面而產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)工作介質(zhì)壓力被縮小了一個(gè)固定百分比的壓力。在這種強(qiáng)制性地通過(guò)活塞桿形狀產(chǎn)生壓力分級(jí)的情況下，工作介質(zhì)壓力的波動(dòng)被自動(dòng)地分配給作用于各密封環(huán)的各壓差是很有利的，這樣不必再次調(diào)節(jié)各自的卸載壓力。這種提供卸載壓力的方式可以與泵和控制閥的功能無(wú)關(guān)?？梢圆捎门c所需的卸載壓力級(jí)那樣多的降壓器，其中降壓差別是由不同的活塞桿直徑造成的。
壓縮機(jī)可以適當(dāng)?shù)匕仓迷谛D(zhuǎn)接頭的固定外殼上，這在結(jié)構(gòu)上是簡(jiǎn)單的且可以使用短的連接管路。
如果密封環(huán)的逐步平衡是在過(guò)渡腔的兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行的(權(quán)利要求7)，則總是有兩個(gè)環(huán)形腔可以與降壓器相連。
本發(fā)明也體現(xiàn)在如權(quán)利要求8所述的第二裝置實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭使連桿交變地繞一個(gè)限定轉(zhuǎn)角來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)。連桿和鉆頭在每次轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)必須交疊的角度是由在鉆頭相同半徑上的撞錘數(shù)目決定的。當(dāng)如在同一半徑上有兩個(gè)撞錘時(shí)，180度的交疊角就足夠了；但是，連桿繞一個(gè)大于上述充分角度的角度轉(zhuǎn)動(dòng)是有利的。
第二實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于為了使連桿有可能轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)需在高壓工作液輸入管道中設(shè)置易磨損的旋轉(zhuǎn)密封件。輸入管道與供應(yīng)管之間的接頭例如可以通過(guò)柔性的輸入管道實(shí)現(xiàn)，其長(zhǎng)度是這樣確定的，即它可以追隨必需的角度交疊。通過(guò)由交變工作方式?jīng)Q定的限定轉(zhuǎn)角，工作液輸入管道可以與供應(yīng)管緊固連接。這樣可以省去了用于工作液的帶有其上作用有密封件的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)表面的原旋轉(zhuǎn)接頭。
如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明裝置方案是特另1有利的，其中用于將壓縮空氣輸入連桿內(nèi)以便向上排出廢料的供應(yīng)管具有一個(gè)柔性區(qū)，此柔性區(qū)可以作交變的限定轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)此方案也可以節(jié)省為此所需的轉(zhuǎn)動(dòng)密封件。
在這個(gè)意義上，優(yōu)選這樣一個(gè)設(shè)計(jì)方案，除了權(quán)利要求8、9的特征外，它還有權(quán)利要求10的特征，因?yàn)樵诖朔桨钢?，完全可以省去易受磨損的且成本昂貴地制成的具有相應(yīng)的密封件的回轉(zhuǎn)接頭。
在如權(quán)利要求11所述的一個(gè)本發(fā)明裝置的方案中，一個(gè)或兩個(gè)輸入管道被設(shè)計(jì)成柔性軟管。
但根據(jù)權(quán)利要求12，輸入管道可在整個(gè)連桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)剛性設(shè)計(jì)且它被設(shè)置在連桿上且只有一個(gè)由此繼續(xù)的短的管段是柔性的。
在本發(fā)明裝置的第一實(shí)施例中，一個(gè)與分段連桿上端相連的且高度可變地支承在支承裝置上的動(dòng)力旋轉(zhuǎn)頭用作旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置。在此實(shí)施例中，掘進(jìn)是通過(guò)動(dòng)力旋轉(zhuǎn)頭的降低造成的。如果動(dòng)力旋轉(zhuǎn)頭已到達(dá)其下部位置即井眼降低了一段長(zhǎng)度時(shí)，它必須脫離連桿上端并隨后移入其上部位置。在此位置上，在用于固定動(dòng)力旋轉(zhuǎn)頭驅(qū)動(dòng)部件的法蘭和連桿上端之間出現(xiàn)一個(gè)自由長(zhǎng)度，它至少相應(yīng)于連桿的一段的長(zhǎng)度?，F(xiàn)在可以裝入另一個(gè)連桿段。由此支承裝置必須有一定的高度，所述高度至少相應(yīng)于連桿的一段的長(zhǎng)度。
在另一個(gè)本發(fā)明裝置實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)計(jì)成有選擇地與連桿外表面作用連接(如通過(guò)夾緊手柄)的且本身結(jié)構(gòu)已由連管裝置公開(kāi)的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置。
如果如權(quán)利要求15的裝置高度可調(diào)地安裝在支承裝置上，則也可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置將掘進(jìn)力傳入連桿。掘進(jìn)整體上是通過(guò)旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置的周期“跟進(jìn)”實(shí)現(xiàn)的，即它在松開(kāi)狀態(tài)下向上移動(dòng)一段距離，隨后固定于連桿外表面上并重新降低。由于旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置可以設(shè)置在連桿縱向的幾乎任一個(gè)位置上，所以，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置可沿連桿縱軸方向偏移的升程不再必須至少相應(yīng)于其一段局部長(zhǎng)度，從而與迄今所知的裝置相比，驅(qū)動(dòng)裝置可以安裝得很低。
高度調(diào)節(jié)最好借助于可縱向調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的動(dòng)力源，所述動(dòng)力源被設(shè)計(jì)成液壓操作的活塞/動(dòng)力缸(權(quán)利要求16、17)本發(fā)明的其它設(shè)計(jì)方案可以參照附圖從后續(xù)說(shuō)明書(shū)中看到。其中

圖1是設(shè)在地井外的本發(fā)明第一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)部的立體圖。
圖1A是一個(gè)旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置，它是在圖1所示的驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置的另一種形式。
圖2示意地畫(huà)出了在本發(fā)明裝置中氣升式掘進(jìn)系統(tǒng)的工作方式。
圖3是工作液旋轉(zhuǎn)接頭的局剖側(cè)視圖。
圖4放大地示出了穿過(guò)圖3所示旋轉(zhuǎn)接頭的縱軸縱截面圖。
圖4A是在圖4中由Ⅳa表示的以虛線為邊的區(qū)域的放大圖。
圖5示意地畫(huà)出了三個(gè)具有不同活塞桿直徑的降壓器的截面圖。
圖6是具有許多撞錘的鉆頭的側(cè)視圖。
圖7是圖6的仰視圖。
圖8是與圖1相同的本發(fā)明第二實(shí)施例的立體圖。
圖9和圖10以與圖8相同的視角示出了本發(fā)明裝置的另外兩個(gè)實(shí)施例。
圖11示出了擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，它可以用于圖10所示的實(shí)施例中。
圖1示出了設(shè)置在待鉆設(shè)地井外的本發(fā)明第一實(shí)施例裝置的部件。整體由3表示的裝置驅(qū)動(dòng)部固定在一個(gè)支承裝置2上，所述支承裝置支承在一個(gè)整體由1表示的工作平臺(tái)上。一個(gè)示意畫(huà)出的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭4與具有可彼此相連段的連桿5裝配在一起，其中只示出了所述連桿的上部分且所述連桿穿過(guò)工作平臺(tái)1地伸入待鉆設(shè)地井中(僅用虛線表示)并直達(dá)鉆頭。由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭4驅(qū)動(dòng)連桿5是可以通過(guò)在現(xiàn)有技術(shù)中所知道的常見(jiàn)的方式方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)一個(gè)液壓馬達(dá)。
作為替換方式，也可以不用設(shè)置在連桿5上端上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭4，而是采用一種如圖1A所示的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置4′，這種裝置本身已經(jīng)由連管裝置(Verrohrungsvorrichtungen)披露了。
此旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置4′具有一個(gè)固定的外部件4″，一個(gè)其內(nèi)徑與連桿5外徑匹配的且有選擇地至少在驅(qū)動(dòng)方向上與其有效相連的即與其受力或形狀相配地接合的環(huán)形內(nèi)部件4可相對(duì)所述外部件受到轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。所述驅(qū)動(dòng)可以如通過(guò)一個(gè)液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)其位置固定的外部件4″，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置4′可以與設(shè)置在支承裝置2上的位置可變的動(dòng)力源2′如主軸或活塞/缸單元作用連接。如果連桿5和旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置4′的內(nèi)部件4是如此設(shè)計(jì)的，即在連桿5縱向上也可以獲得連桿與內(nèi)部件4之間的受力相配的連接，則掘進(jìn)力可以看成通過(guò)旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置4′傳入連桿中。但是也可以使旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置4′牢固地支承在支承裝置上且如此設(shè)計(jì)內(nèi)部件4和連桿5，即使連桿5可以在內(nèi)部件4中沿其縱向移動(dòng)。在這種情況下，掘進(jìn)力如通過(guò)與仍待描述的第一旋轉(zhuǎn)接頭10的連接被傳入連桿中。
在連桿5上端上設(shè)有一個(gè)由10表示的第一旋轉(zhuǎn)接頭，在地井底部被鉆松動(dòng)的材料通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)接頭并經(jīng)排出管21被向外排出，借助第一輸入管道13將壓縮空氣送入連桿中。在第一旋轉(zhuǎn)接頭10下方設(shè)有整體由20表示的第二旋轉(zhuǎn)接頭。支承裝置2可繞水平軸A擺動(dòng)且與擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6相連，從而它可以變得傾斜且也可以偏離垂直地井地掘進(jìn)。
圖2示意地畫(huà)出了鉆井過(guò)程。在此過(guò)程中，由鉆頭40的撞錘41錘松的碎石從如部分充水而達(dá)到水平面9′的地井9的底部16被向外排出。連桿5內(nèi)腔構(gòu)成了礦漿輸送管道8，此管道中通常充滿了水，在鉆頭40上方通過(guò)一個(gè)進(jìn)氣閥43將空氣吹入上述管道中。所述空氣在鉆井裝置外受到一個(gè)未示出的壓縮機(jī)的壓縮并通過(guò)第一輸入管道13和第一旋轉(zhuǎn)接頭10并借助第一供應(yīng)管12將壓縮空氣沿連桿5向下吹入。吹入的空氣通過(guò)在礦漿輸送管道8中因吹風(fēng)而混入空氣的液體與在地井9的外部液體之間的密度差而在礦漿輸送管道8內(nèi)造成升流，碎石通過(guò)礦漿輸送管道被向上傳送且通過(guò)排出管11沖出裝置外。通過(guò)第二輸入管道23，在與第一旋轉(zhuǎn)接頭成一體地示出的第二旋轉(zhuǎn)接頭20中將工作介質(zhì)供給第二供應(yīng)管22并通過(guò)此供應(yīng)管沿連桿向下傳送工作介質(zhì)以便驅(qū)動(dòng)鉆頭40的撞錘41。
圖3示出了第二旋轉(zhuǎn)接頭20的側(cè)視圖，其中畫(huà)出了視圖的左半部，而右半部示出了一個(gè)經(jīng)過(guò)連桿5的軸線B的用于將工作介質(zhì)引入第二供應(yīng)管22中的第二旋轉(zhuǎn)接頭20的剖面。在外殼內(nèi)24設(shè)有分級(jí)的密封件(其工作方式以后再描述)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸承32。外殼24通過(guò)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在連桿5外周上。第二旋轉(zhuǎn)接頭20例如可通過(guò)轉(zhuǎn)矩套管25(Drehmomentstutz)固定在圖1所示的支承裝置2上。這種固定可以借助螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)接頭20應(yīng)該隨之轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只須松開(kāi)所述螺栓。如果本發(fā)明的裝置只是暫時(shí)僅用于鉆管驅(qū)動(dòng)，則松開(kāi)環(huán)繞連桿5的第二旋轉(zhuǎn)接頭20的外殼24的作用在于在松開(kāi)工作液輸入管道后，第二旋轉(zhuǎn)接頭20隨之旋轉(zhuǎn)，從而在此狀態(tài)下的密封環(huán)既不受液壓力也不受機(jī)械力，結(jié)果延長(zhǎng)了裝置的使用壽命。
在所示實(shí)施例中，在位置固定的外殼24上裝有三個(gè)降壓器50，其功能以后再探討。
圖4示出了穿過(guò)第二旋轉(zhuǎn)接頭20的截面。驅(qū)動(dòng)撞錘的工作介質(zhì)(因環(huán)境和操作技術(shù)的原因而優(yōu)選水)通過(guò)一個(gè)與第二輸入管道23(圖2)相連的固定接頭26被供給過(guò)一個(gè)環(huán)繞連桿5的過(guò)渡腔27。在第二旋轉(zhuǎn)接頭20區(qū)域內(nèi)，連桿5表面應(yīng)該盡可能地平滑和平整，從而靠置其上的密封件不會(huì)受到過(guò)度磨損。工作介質(zhì)由過(guò)渡腔27到達(dá)穿過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭20的沖洗介質(zhì)供應(yīng)管12，經(jīng)過(guò)分布于外周上的轉(zhuǎn)接換口14而流入一個(gè)成型于連桿5上端的環(huán)形腔15中，并再?gòu)拇谁h(huán)形腔中流入沿連桿5外側(cè)導(dǎo)流的第二供應(yīng)管22。供應(yīng)管12也可以是一個(gè)沿連桿外側(cè)導(dǎo)流的管道。這兩個(gè)供應(yīng)管12、22和礦漿輸送管道8是分開(kāi)的。
外殼24具有上法蘭28和下法蘭29，在這兩個(gè)法蘭之間形成了用于該第二供應(yīng)管22中的工作介質(zhì)的過(guò)渡腔27。在過(guò)渡腔27兩側(cè)上裝有四個(gè)沿軸向前后分級(jí)的且用30a、30b、30c、30d表示的密封環(huán)，所述密封環(huán)在此實(shí)施例中具有一個(gè)大致成L形的橫截面。各密封環(huán)的其中一個(gè)邊35′(圖4A)對(duì)著指向輸入高壓的過(guò)渡腔27且以它的外側(cè)面靠在連桿5自轉(zhuǎn)的外周面5′上。另一個(gè)邊35″在一個(gè)垂直于連桿5軸的平面內(nèi)向外延伸。邊35分別設(shè)置在相鄰環(huán)34a、34b、34c、34d之間，所述環(huán)安裝在外殼與外周面5′相鄰的圓柱形腔36中且和位于它們中間的邊35″合成一組或一塊，從而固定了所有的密封環(huán)。
環(huán)34a、34b、34c、34d在其朝向外周面5′的內(nèi)周面上留有環(huán)形腔38a、38b、38c、38d以便容納密封環(huán)的邊35′。環(huán)形腔38a、38b、38c分別具有一個(gè)各自的接口39a、39b、39c，通過(guò)這些接口由降壓器50供入一個(gè)壓力介質(zhì)。供給各環(huán)形腔38a、38b、38c壓力介質(zhì)通過(guò)朝向過(guò)渡腔27的相鄰環(huán)的內(nèi)周面和外周面5′之間的縫隙到達(dá)鄰近過(guò)渡腔27的密封環(huán)的背面。因此，例如，在環(huán)形腔38c中的壓力到達(dá)密封環(huán)30d的邊35′背面31d并試圖從外周面5′起向上升。在17處，處于完全壓力下的液體滲入環(huán)形腔38d中并將邊35′壓在外周面5′上。在環(huán)形腔38c內(nèi)的壓力與此壓緊作用相反地作用。對(duì)壓緊作用來(lái)說(shuō)，壓差是決定性的。如此選擇接口39c內(nèi)的壓差，即有效壓差不超過(guò)約為10巴-25巴范圍中某個(gè)臨界值，密封環(huán)30d可持久地忍耐該臨界值。
供給接口39c壓力將密封環(huán)30c邊35′壓到外表面5c上。此壓力對(duì)密封環(huán)30c來(lái)說(shuō)一般太高了。由此在這里，供給接口39b一個(gè)較低壓力，此壓力卸載(壓)地作用于密封環(huán)30c邊35′外側(cè)31c上，從而密封環(huán)30c不會(huì)有危險(xiǎn)。在最靠近的密封環(huán)30b中用供給接口39a的壓力實(shí)現(xiàn)了卸載(壓)，因此，不再威脅密封環(huán)30a。從而過(guò)渡腔27中的高壓被逐步降低，于是各密封環(huán)的邊35′只承受對(duì)其不構(gòu)成威脅的部分壓力。
如上所述，在外殼24內(nèi)設(shè)有軸承32，連桿5可以通過(guò)軸承在固定安裝在外殼24內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)且它徑向地將密封環(huán)保持在一個(gè)位于構(gòu)成密封面的連桿外表面5′的對(duì)面的限定位置上。此轉(zhuǎn)動(dòng)的外表面5′通過(guò)密封環(huán)30a、30b、30c、30d將摩擦力矩傳給外殼24，所述外殼受到上述轉(zhuǎn)矩套管25的支承。
所示的實(shí)施例如被設(shè)計(jì)用于工作介質(zhì)壓力為70巴左右的情況。第一環(huán)形腔38d承受一個(gè)大約為過(guò)渡腔27內(nèi)的工作介質(zhì)壓力的85％的壓力。第二環(huán)形腔38c承受一個(gè)約為工作介質(zhì)壓力的50％的壓力，而第三環(huán)形腔則為15％。結(jié)果是，在第一密封環(huán)30a上的壓差約為10巴，在第二密封環(huán)30b、第三密封環(huán)30c上的壓差約為25巴，在第四密封環(huán)30d上的壓差約為10巴。在此壓力下，盡管存在大的連桿5外周且存在一個(gè)由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭產(chǎn)生于外周面5′上的5-20m的周向速率，但不會(huì)出現(xiàn)太大的磨損，如果在過(guò)渡腔27的整個(gè)壓力下只有一個(gè)密封件，則根據(jù)本發(fā)明上述磨損是不可避免的。
根據(jù)工作介質(zhì)壓力的情況，密封環(huán)數(shù)目是可變的，但是在各密封環(huán)上的壓差總不超過(guò)一個(gè)臨界值如25巴。
各密封環(huán)30d、30c、30b的壓力卸載是與工作介質(zhì)壓力密切相關(guān)地通過(guò)各降壓器50的幾何形狀而得到控制的。圖5A、5B、5C示出了三個(gè)被設(shè)計(jì)成液壓缸56的降壓器50A、50B、50C。缸56分別具有一個(gè)頂板55和一個(gè)底板57以及一個(gè)穿過(guò)頂板55的且具有不同直徑D的活塞桿51A、51B、51C，但是可以具有相同活塞53和直到過(guò)渡腔27的接頭58都是封閉的且具有相同直徑的缸腔54。工作介質(zhì)分別通過(guò)在活塞桿側(cè)的接頭52即在頂板55中的接頭被供給進(jìn)缸56。缸腔54中充滿了與工作介質(zhì)不同的液壓介質(zhì)且此缸腔通過(guò)接頭58和液壓輸入管道與環(huán)形腔38a、38b、38c的接口39a、39b、39c相連。如果在所有使用的降壓器50中，缸腔54直徑和活塞53直徑是相同的，則由降壓器50產(chǎn)生的壓力只是由在排除活塞桿橫截面后所保留的缸腔54的剩余橫截面確定的。因此，具有最小活塞桿橫截面的降壓器50A產(chǎn)生了最高壓力。它與環(huán)形腔38c相連。
在缸腔54和環(huán)形腔38a、38b、38c中的液壓介質(zhì)最好是潤(rùn)滑劑如潤(rùn)滑脂，它潤(rùn)滑密封環(huán)30a、30b、30c、30d。密封環(huán)由彈性體材料構(gòu)成。
在圖6、7中畫(huà)出了一個(gè)鉆頭40，例如為了驅(qū)動(dòng)，它使用了水作為工作介質(zhì)。由工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)的撞錘41通過(guò)支架44與安裝板42相連，所述安裝板安裝在連桿5下端上。裝在撞錘41上的鉆具45向下作用于井眼9底部10(圖2)并在那里碎裂巖石。各作用位置因鉆頭40沿周向的轉(zhuǎn)動(dòng)而前移。由于將鉆具45設(shè)置在不同半徑上，所以整個(gè)鉆井橫截面可以交疊(作用)。鉆具45的數(shù)目和布局可以與井眼9的直徑和待排出的廢料相匹配。撞錘41的下端受到一個(gè)其直徑等于井眼直徑的圓盤(pán)形導(dǎo)向板46的夾持和引導(dǎo)。
圖8示出了第二實(shí)施例。功能相同的部件用加100的標(biāo)記表示?；窘Y(jié)構(gòu)盡可能與圖1結(jié)構(gòu)相同。就此而論，對(duì)圖1的描述適用于第二實(shí)施例。整體由103表示的本裝置的驅(qū)動(dòng)部固定在支承裝置102上，此支承裝置支承在一個(gè)整體由101表示的工作平臺(tái)上。一個(gè)示意畫(huà)出的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭104與一個(gè)穿過(guò)工作平臺(tái)101且潛入待鉆設(shè)的井眼而直達(dá)鉆具的連桿105相連。連桿105的驅(qū)動(dòng)是借助旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭104以由現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的常見(jiàn)的方式方法實(shí)現(xiàn)的。
在連桿105上端上設(shè)有一個(gè)由110表示的第一接頭，在井眼底部松動(dòng)的材料通過(guò)此接頭經(jīng)排出管121被排到外面且借助第一輸入管道113將沖洗流體主要是空氣輸入連桿105中。在第一接頭下方設(shè)有整體由120表示的第二接頭。支承裝置102借助擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置106繞水平軸線A擺動(dòng)，從而可以偏離垂直井眼地鉆井。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，第二接頭120可以作為一個(gè)整體地隨連桿105轉(zhuǎn)動(dòng)，而只有第一旋轉(zhuǎn)接頭110是固定安裝的。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭104是如此設(shè)計(jì)的，即它使連桿與用于鉆具中的撞錘驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的第二接頭120一起繞連桿105轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)地來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)限定角度。此角度原則上小于360度且它是根據(jù)在相同半徑上的撞錘41的位置和數(shù)目選擇的(圖6、7)。在定半徑內(nèi)的撞錘41為一個(gè)時(shí)，需要360度，當(dāng)定半徑內(nèi)有兩個(gè)以180度錯(cuò)置的撞錘時(shí)，來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)180度就足以。但是，鉆頭繞一個(gè)大于360度的限定角轉(zhuǎn)動(dòng)同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
由于角度是限定的，所以可利用一個(gè)固定安裝的且可一起進(jìn)行轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)介質(zhì)輸入管道來(lái)工作，而不需要轉(zhuǎn)動(dòng)密封件。在所示實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)介質(zhì)借助柔性軟管115被輸入連桿105的第二供應(yīng)管122中。軟管115安裝在第二輸入管道123和第二供應(yīng)管122之間。軟管115長(zhǎng)度是如此選擇的，即軟管可以跟隨連桿105的轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)防礙其轉(zhuǎn)動(dòng)。
在圖9所示的另一個(gè)實(shí)施例中，其中功能相同部件與圖1相比用加200的標(biāo)記表示，工作介質(zhì)輸入管道223、壓縮空氣輸入管道213以及排出管221被設(shè)計(jì)成柔性軟管。這兩個(gè)輸入管道213、223在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭204下方在位置213′、223′上通過(guò)未具體示出的法蘭結(jié)構(gòu)與在連桿205上的供應(yīng)管212、222相連，壓縮空氣通過(guò)這些供應(yīng)管道被供入輸入口(圖2中的43)或者工作介質(zhì)通過(guò)這些供應(yīng)管道被供給鉆頭(圖2中的40)。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于在這種情況下只造成一個(gè)擺動(dòng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭204僅須具有一個(gè)用于連桿205的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，完全可以省去回轉(zhuǎn)接管和轉(zhuǎn)動(dòng)密封件。
在這種情況下就意味著，柔性軟管213、223在位置213′、223′上與管道212、222相連不是絕對(duì)必要的。相反地，完全省去剛性的管道212、222且軟管213、223一直通向位于鉆井內(nèi)的在連桿或鉆頭上的相應(yīng)連接位置同樣也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
取代總是與連桿205上段的上端相連的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭204，在此實(shí)施例中也可以設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置4′，它在外面與連桿205連接且其工作方式和功能也和旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置4′的功能和工作方式相同，但是只造成連桿的來(lái)回運(yùn)動(dòng)。
圖11所示的且已由連管裝置公開(kāi)而不再在此具體描述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置304′具有一個(gè)借助兩個(gè)活塞/動(dòng)力缸單元進(jìn)入擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的部件304，其為外周可拆分成多部件的結(jié)構(gòu)。為了與連桿305連接，可在連桿上滑動(dòng)的部件304被鎖住，從而它與連桿305外表面作用相連。
在圖10中畫(huà)出了本發(fā)明裝置的另一個(gè)實(shí)施例。功能相同的部件根據(jù)圖1所示的實(shí)施例用加300的標(biāo)記表示。在此實(shí)施例中，完全省去了在圖9的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置204或一旋轉(zhuǎn)接頭空間內(nèi)的上支承。一驅(qū)動(dòng)裝置304用作擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置的功能與圖11所示的和上述的驅(qū)動(dòng)裝置的功能相同。
軟管313、323與供應(yīng)管312、322的連接或軟管321與連桿305內(nèi)部的連接是借助一個(gè)設(shè)置在連桿上段上端的法蘭頭360實(shí)現(xiàn)的，所述法蘭頭是如此設(shè)計(jì)的，即設(shè)在法蘭頭上的軟管313、323、321的接頭與供應(yīng)管312、322或連桿內(nèi)部相通。
驅(qū)動(dòng)裝置304通過(guò)可縱向調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的動(dòng)力源302′支承在支承裝置302上，從而借助驅(qū)動(dòng)裝置304也可以通過(guò)降低驅(qū)動(dòng)裝置304而將掘進(jìn)力傳入連桿中。驅(qū)動(dòng)裝置304一旦到達(dá)其下位置，則另一個(gè)掘進(jìn)可以通過(guò)“跟進(jìn)(Nachfassen)”發(fā)揮作用，即驅(qū)動(dòng)裝置借助動(dòng)力源302′移動(dòng)到一個(gè)較高位置上并重新開(kāi)始上述過(guò)程而被松開(kāi)并再被固定。由于在此裝置中無(wú)需其長(zhǎng)度至少等于一段連桿5長(zhǎng)度的支承裝置，此實(shí)施例具有特別小的高度。
權(quán)利要求
1．一種地井(9)鉆設(shè)裝置，它具有一個(gè)布置在待鉆設(shè)地井(9)上方的且?guī)в幸粋€(gè)固定設(shè)置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭(4)的驅(qū)動(dòng)部(3)；一個(gè)與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭(4)連接的且穿過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭一直降入地井(9)中的空心連桿(5)；一個(gè)固定設(shè)置在驅(qū)動(dòng)部(3)中的且通過(guò)其把沖洗介質(zhì)供給轉(zhuǎn)動(dòng)連桿上端的第一旋轉(zhuǎn)接頭(10)，沖洗介質(zhì)可以通過(guò)一個(gè)沿連桿(5)延伸的第一供應(yīng)管(12)供給一個(gè)設(shè)置在連桿(5)上的輸入口(43)；一個(gè)設(shè)置在驅(qū)動(dòng)部(3)中的且通過(guò)其把高壓工作液供給連桿(5)上端的第二旋轉(zhuǎn)接頭(20)，所述工作液可以通過(guò)沿連桿延伸的第二輸入管道(22)供給連桿(5)下端，所述第二旋轉(zhuǎn)接頭具有一個(gè)環(huán)繞連桿(5)的且具有一個(gè)與用于工作液的外部供應(yīng)管(23)和第二供應(yīng)管(22)上端相連的且沿軸向向兩側(cè)密封的過(guò)渡腔(27)的外殼(24)；一個(gè)設(shè)置在連桿(5)下端上的且被設(shè)計(jì)成沖洗頭的鉆頭(40)，此鉆頭與連桿內(nèi)腔(8)相通；許多設(shè)置在鉆頭上的且向下掘進(jìn)的且由驅(qū)動(dòng)液驅(qū)動(dòng)的撞錘(41)，其特征在于，在第二旋轉(zhuǎn)接頭(20)中，在過(guò)渡腔(27)的兩側(cè)分別設(shè)置了許多軸向分級(jí)的且逐步液壓卸載的密封環(huán)(30a,30b,30c,30d)。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，分別在遠(yuǎn)離過(guò)渡腔(27)的密封環(huán)(30b,30c,30d)側(cè)面上設(shè)置了一個(gè)環(huán)形腔(38b,38c,38a)，所述環(huán)形腔具有一個(gè)用于輸送液壓壓力介質(zhì)的接口(39b,39c,39a)且它與一個(gè)用于密封環(huán)(30b,30c,30d)的卸載的密封環(huán)側(cè)面相連。
3．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，設(shè)有一個(gè)泵作為壓縮機(jī)。
4．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，設(shè)有由驅(qū)動(dòng)介質(zhì)作用的降壓器(50)作為壓縮機(jī)。
5．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，降壓器(50)具有動(dòng)力缸(56)，其中工作液壓力被供給到缸(56)的活塞桿側(cè)，在活塞(53)另一側(cè)上，在缸腔(54)的整個(gè)橫截面上產(chǎn)生的壓力與活塞桿側(cè)工作面縮小對(duì)應(yīng)地逐漸降低且分別將所述壓力供給一個(gè)所屬的環(huán)形腔(38a,38b,38c)。
6．如權(quán)利要求2-4之一所述的裝置，其特征在于，壓縮機(jī)(50)設(shè)置在固定的第二旋轉(zhuǎn)接頭(20)的外殼(24)上。
7．如權(quán)利要求1-5之一所述的裝置，其特征在于，密封環(huán)(30a,30b,30c,30d)的逐步卸載在過(guò)渡腔(27)兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行。
8．一種地井鉆設(shè)裝置，它具有一個(gè)布置在待鉆設(shè)地井上方的且?guī)в幸粋€(gè)旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置(104,204,304)的驅(qū)動(dòng)部(103,203,303)；一個(gè)與旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置(104,204,304)連接的且可以沉入地井中的空心連桿(105,205,305)，其中可以通過(guò)連桿內(nèi)腔并通過(guò)與其上端相連的排出管將廢料輸出鉆井外；一個(gè)用于輸入沖洗介質(zhì)的第一供應(yīng)管(112,212,312)，第一供應(yīng)管一直通到一個(gè)連桿內(nèi)腔的輸入口(43)且它與連桿內(nèi)腔相通；第二供應(yīng)管(122,222,322)，可以通過(guò)第二供應(yīng)管將驅(qū)動(dòng)設(shè)置在鉆頭(40)上的掘進(jìn)工具處于壓力下的的工作液供給在連桿(105,205,305)的下端的鉆頭，其特征在于，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)向交變地繞一個(gè)限定轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)連桿(105,205,305)，第二供應(yīng)管(122,222,322)具有一個(gè)柔性區(qū)，在可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)向交變運(yùn)動(dòng)的情況下，所述柔性區(qū)可以實(shí)現(xiàn)第二供應(yīng)管與一個(gè)處于壓力下的工作液的供應(yīng)裝置的連接。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，第一供應(yīng)管(112,212,312)具有一個(gè)柔性區(qū)，所述柔性區(qū)在可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)向交變運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)了與一個(gè)沖洗介質(zhì)供應(yīng)裝置的連接。
10．如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述排出管具有一個(gè)柔性區(qū)，所述柔性區(qū)在可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)向交變運(yùn)動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)了廢料排出。
11．如權(quán)利要求8-10之一所述的裝置，其特征在于，一個(gè)或兩個(gè)供應(yīng)管(112,212,312；122,222,322)被設(shè)計(jì)成柔性的軟管。
12．如權(quán)利要求8-10之一所述的裝置，其特征在于，在連桿(105,205,305)區(qū)域內(nèi)的供應(yīng)管(112,212,312；122,222,322)是剛性地設(shè)計(jì)的且固定在所述連桿上。
13．如權(quán)利要求8至12之一所述的裝置，其特征在于，一個(gè)設(shè)置在連桿(105,205,305)上端上的且高度可變地支承在支承裝置(102,202)上的動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)頭用作旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置。
14．如權(quán)利要求8-12之一所述的裝置，其特征在于，設(shè)有一個(gè)可選擇地與連桿(105,205,305)作用相連且其結(jié)構(gòu)本身已由連管裝置披露的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置(304)作為旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置。
15．如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)裝置(304)高度可調(diào)地安裝在支承裝置(302)上。
16．如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，可縱向調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的動(dòng)力源用于所述的高度調(diào)節(jié)。
17．如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，可縱向調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的動(dòng)力源被設(shè)計(jì)成可液壓操作的活塞/動(dòng)力缸單元。
全文摘要
一種地井鉆設(shè)裝置具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭和一個(gè)與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭相連的且可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)頭一直降入地井中的空心連桿(105)。在連桿(105)下端上設(shè)有一個(gè)具有許多向下掘進(jìn)的且由驅(qū)動(dòng)液驅(qū)動(dòng)的撞錘(41)的鉆頭(40)。在第一實(shí)施例中,在連桿(105)上部區(qū)域內(nèi)設(shè)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭(120),通過(guò)此旋轉(zhuǎn)接頭將高壓驅(qū)動(dòng)液供給連桿(105)上端且它在其外殼(124)內(nèi)具有一個(gè)與工作液外輸入管道(123)相連的且在兩側(cè)軸向密封的過(guò)渡腔。在過(guò)渡腔兩側(cè)設(shè)置了許多軸向分級(jí)的且逐步得到液壓平衡的密封環(huán)。在第二實(shí)施例中,所述驅(qū)動(dòng)是繞一個(gè)限定角擺動(dòng)地實(shí)現(xiàn)的,此實(shí)施例允許采用用于輸送沖洗液和工作液的活動(dòng)輸入管道并允許排出掘進(jìn)廢料。
文檔編號(hào)F16J15/32GK1213423SQ97193038
公開(kāi)日1999年4月7日 申請(qǐng)日期1997年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月13日
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