用于井下錘鉆的動(dòng)態(tài)密封管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及加壓的流體驅(qū)動(dòng)式?jīng)_擊/敲擊工具，并且特別涉及井下錘鉆。說明書將參考井下錘鉆來描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于該示例。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前的井下鉆為附接至鉆柱的端部的往復(fù)沖擊工具。井下錘鉆由在殼體內(nèi)上下移動(dòng)且反復(fù)地撞擊鉆頭砧的活塞組成。井下錘鉆具有往復(fù)動(dòng)作，并且活塞在鉆頭的砧面上的反復(fù)沖擊使巖石破碎。快速錘擊動(dòng)作將巖石擊碎成小片和塵土，并且由來自井下錘鉆的排氣吹干凈。隨著孔變得更深，依次添加鉆桿。
[0003]當(dāng)通過穿過在活塞運(yùn)動(dòng)期間被揭開的端口的流體進(jìn)行引導(dǎo)時(shí)，加壓流體使活塞上下移動(dòng)。加壓流體經(jīng)由后接頭中的孔進(jìn)入錘，打開止回閥并且流過通道到達(dá)形成在活塞和鉆頭之間的下腔室。隨著下腔室中的壓力增加，活塞被迫向上。向上運(yùn)動(dòng)繼續(xù)，直到活塞拉過靜止的腳踏閥。這允許加壓流體從下腔室排放穿過中空的所述腳踏閥和鉆頭，并且進(jìn)入鉆出的井眼區(qū)。緊隨在下腔室排放之后，活塞凹部與端口對(duì)準(zhǔn)，以允許流體流入上腔室。上腔室中的排放通道已被活塞密封，并且上腔室中的壓力增加。上腔室的壓力增加導(dǎo)致活塞減速、停止，然后在逆向方向上移動(dòng)。隨著向下運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)，并且剛好在活塞撞擊鉆頭之前，上腔室開始排放。
[0004]在沖擊時(shí)，循環(huán)立即反復(fù)。鉆頭在夾頭鍵中自由移動(dòng)，使得沖擊力被傳遞至鉆頭切割元件以產(chǎn)生巖肩。當(dāng)錘抬離底部時(shí)，鉆頭下降至延伸位置，在延伸位置，其頂肩靠在擋圈上。當(dāng)鉆頭靠在擋圈上時(shí)，鉆井操作者可以沖刷孔中的水和碎片，并且在需要時(shí)加速周期性的井眼清潔。
[0005]井下錘擊的往復(fù)需要腳踏閥，腳踏閥為剛性并且固定在鉆頭柄的孔中且從砧面延伸出。活塞以可滑動(dòng)的方式在向下沖擊行程上與固定腳踏閥接合，形成密封腔室，導(dǎo)致活塞減速，直到活塞沖擊鉆頭的砧面?；钊臏p速造成傳送減小的沖擊力。該問題被看作是不可避免的低效，因?yàn)闉榱耸够钊铀傧蛏蟻韱?dòng)新的循環(huán)，下腔室的壓力增加是必要的。
[0006]該問題已被其它文獻(xiàn)識(shí)別并解決。在US 8006776B1中，活塞減速問題通過引入不對(duì)稱的定時(shí)閥來解決，定時(shí)閥延遲了向下腔室的加壓流體供給的開始并且在動(dòng)力/沖擊行程期間延長了上腔室的加壓。包括US 5，984，021、US 6，883，618和US 7，267，205的其它文獻(xiàn)已描述了以下方法:控制加壓流體供給的時(shí)間，增加壓力或使用改進(jìn)材料。盡管嘗試了這些，但是由于活塞減速，所提出的解決方案并未成功地解決低效問題。
[0007]本發(fā)明的目的
[0008]本發(fā)明的目的是提供一種替代的井下錘鉆并且至少部分地克服上述問題中的一個(gè)或多個(gè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于觀察不同的問題并且以替代的途徑研發(fā)了本發(fā)明。所采取的途徑是控制下腔室的流體的流動(dòng)定時(shí)，從而減小活塞的減速。發(fā)明人已研發(fā)出與移動(dòng)活塞協(xié)調(diào)地移動(dòng)且密封的動(dòng)態(tài)密封管。所述動(dòng)態(tài)密封管是當(dāng)活塞處于不同預(yù)定位置時(shí)在活塞的孔和鉆頭的砧部內(nèi)滑動(dòng)且協(xié)作地作用以從下腔室釋放不同體積的加壓流體的管。
[0010]在一個(gè)方面，本發(fā)明廣泛地涉及一種為大致圓筒管的動(dòng)態(tài)密封管，所述動(dòng)態(tài)密封管具有沿著所述大致圓筒管在中途的至少一個(gè)動(dòng)態(tài)端口 ；其中在使用時(shí)，所述動(dòng)態(tài)密封管在活塞和鉆頭內(nèi)移動(dòng)并且與所述活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)作。
[0011]優(yōu)選地，所述動(dòng)態(tài)密封管與所述活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)作，以及時(shí)從所述鉆頭和所述活塞之間的空間釋放出加壓流體。
[0012]優(yōu)選地，所述動(dòng)態(tài)密封管被保留在所述活塞和所述鉆頭內(nèi)。
[0013]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述動(dòng)態(tài)密封管在所述活塞中的基座和所述鉆頭中的基座之間移動(dòng)，而與此同時(shí)與所述活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)作以在所述活塞處于預(yù)定位置時(shí)允許空氣排放穿過所述動(dòng)態(tài)端口。
[0014]在另一實(shí)施方式中，所述動(dòng)態(tài)密封管具有基本位于每個(gè)端部處的外圍唇，并且在使用時(shí)，所述動(dòng)態(tài)密封管被所述活塞和所述鉆頭的每個(gè)中的至少一個(gè)基座保留在所述活塞和所述鉆頭內(nèi)。
[0015]在另一方面，本發(fā)明廣泛地涉及一種為大致圓筒管的動(dòng)態(tài)密封管，所述動(dòng)態(tài)密封管具有基本位于每個(gè)端部處的外圍唇以及沿著所述大致圓筒管在中途的至少一個(gè)動(dòng)態(tài)端口 ；其中在使用時(shí)，所述動(dòng)態(tài)密封管在活塞和鉆頭內(nèi)移動(dòng)并且與所述活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)作。
[0016]在另一方面，本發(fā)明廣泛地涉及一種為大致圓筒管的動(dòng)態(tài)密封管，所述動(dòng)態(tài)密封管具有基本位于每個(gè)端部處的外圍唇以及沿著所述大致圓筒管在中途的至少一個(gè)動(dòng)態(tài)端口 ；其中在使用時(shí)，所述動(dòng)態(tài)密封管在活塞和鉆頭內(nèi)移動(dòng)并且與所述活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)作，所述外圍唇抵接所述活塞和所述鉆頭中的相應(yīng)基座，與此同時(shí)與所述活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)作。
[0017]優(yōu)選地，具有基本位于每個(gè)端部處的外圍唇的所述動(dòng)態(tài)密封管與所述活塞的運(yùn)動(dòng)協(xié)作，以及時(shí)從所述鉆頭和所述活塞之間的空間釋放出流體。
[0018]優(yōu)選地，所述動(dòng)態(tài)密封管被至少一個(gè)基座/鎖止件或突起保留在活塞孔的下部和鉆頭孔的站部中。
[0019]優(yōu)選地，保留在所述活塞內(nèi)的所述外圍唇在所述活塞的內(nèi)孔內(nèi)的兩個(gè)基座/鎖止件之間移動(dòng)，而保留在所述鉆頭內(nèi)的所述外圍唇在所述鉆頭的內(nèi)孔內(nèi)的兩個(gè)基座/鎖止件之間移動(dòng)。
[0020]優(yōu)選地，所述至少一個(gè)動(dòng)態(tài)端口沿著所述圓筒管的位置位于由所述動(dòng)態(tài)密封管與所述活塞的功能協(xié)作所確定的范圍內(nèi)。
[0021]優(yōu)選地，針對(duì)所述活塞的向下行程的選定部分，所述至少一個(gè)動(dòng)態(tài)端口能夠排放所述鉆頭和所述活塞之間的空間。優(yōu)選地，所述選定部分是所述活塞的所述向下行程的當(dāng)所述動(dòng)態(tài)端口未被所述鉆頭密封時(shí)的部分。
[0022]優(yōu)選地，在所述活塞的一部分向上行程期間當(dāng)所述動(dòng)態(tài)密封管在所述鉆頭內(nèi)滑動(dòng)并且所述動(dòng)態(tài)端口被覆蓋時(shí)防止從所述動(dòng)態(tài)端口進(jìn)行排放。優(yōu)選地，在所述活塞的所述向上行程的早期期間防止排放。
[0023]優(yōu)選地，在所述活塞的所述向上行程期間當(dāng)所述動(dòng)態(tài)密封管在所述鉆頭內(nèi)滑動(dòng)并且所述動(dòng)態(tài)端口被覆蓋時(shí)延遲從所述動(dòng)態(tài)端口進(jìn)行排放，然后當(dāng)所述動(dòng)態(tài)端口被露出時(shí)能夠進(jìn)行所述排放。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)所述外圍唇抵接所述鉆頭孔中的基座并被保留在所述鉆頭內(nèi)時(shí)所述動(dòng)態(tài)端口被揭開。
[0024]利用上述每個(gè)方面，可能存在一個(gè)或多個(gè)動(dòng)態(tài)端口。在存在兩個(gè)或更多個(gè)動(dòng)態(tài)端口的實(shí)施方式中，所述動(dòng)態(tài)端口可以被間隔開和/或具有不同的直徑。
[0025]在另一方面，本發(fā)明廣泛地涉及一種為大致圓筒管的動(dòng)態(tài)密封管，其中在使用時(shí)，所述動(dòng)態(tài)密封管在活塞和鉆頭內(nèi)移動(dòng)，使得當(dāng)所述活塞向上移動(dòng)時(shí)，所述圓筒管的端部不接觸鉆頭，從而允許排放物流過所述鉆頭孔。
[0026]在另一方面，本發(fā)明廣泛地涉及一種為大致圓筒管的動(dòng)態(tài)密封管，其中在使用時(shí)，所述動(dòng)態(tài)密封管在所述活塞的沖擊端和所述鉆頭的砧端內(nèi)移動(dòng)，使得當(dāng)所述活塞向上移動(dòng)時(shí)，所述圓筒管的端部不接觸鉆頭，從而允許空氣流過所述鉆頭孔。
[0027]優(yōu)選地，本發(fā)明的該實(shí)施方式與端口管關(guān)聯(lián)地使用，所述端口管延伸穿過活塞孔并且定位在鉆頭孔內(nèi)。優(yōu)選地，所述動(dòng)態(tài)密封管被定位在所述端口管與所述活塞和所述鉆頭的內(nèi)孔表面之間。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)升高所述動(dòng)態(tài)密封管時(shí)，所述動(dòng)態(tài)密封管與所述端口管協(xié)作，以在所述活塞處于預(yù)定位置時(shí)提供排放端口的出入口。
[0028]在研發(fā)特別是在實(shí)驗(yàn)期間，為了增加止回閥通道間隙來緩和小碎片堵塞，所述止回閥所揭示的是，所述止回閥的間隙和形狀對(duì)性能而言是重要的。此外，經(jīng)試驗(yàn)，彈簧強(qiáng)度和張力實(shí)現(xiàn)更好的性能。通過不斷的試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出改進(jìn)的止回閥，其允許加壓流體及時(shí)通過以去往或來自形成在所述活塞和所述鉆頭之間的所述下腔室。
[0029]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)的彈簧偏置的止回閥可以與所述動(dòng)態(tài)密封管一起使用以進(jìn)一步增