[发明专利]凿岩方法和凿岩机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生冲击波脉冲的脉冲钻机。本发明还涉及一种用于产生冲击波脉冲的方法。此外，本发明涉及一种钻井装置。

背景技术

在凿岩期间，以压力脉冲的形式产生冲击波脉冲，这些脉冲从冲击波产生装置，比如脉冲装置，通过钻柱传递到钻头。钻头嵌入固定块由此以高强度压紧岩石，并在遇到的岩石中实现压碎和形成裂隙。

在常规凿岩机中，冲击波脉冲借助于冲击活塞产生，该冲击活塞撞击钎尾以将冲击波进一步传递到钻柱上。

然而，本发明涉及另一种类型的产生冲击波的凿岩机，本文叫做脉冲钻机。这些机器与装有冲击活塞的上述机器操作不同，就是使流体压力产生一力，定期地作用在呈脉冲活塞形式的活塞适配器上，该脉冲活塞又压紧钻柱，并将冲击波脉冲传递到其上。不要将脉冲活塞与常规钻机中的冲击活塞相混淆，这种活塞具有在这方面看到的小质量，这对于脉冲钻机的功能没有任何重要影响。WO2004/073933作为背景技术的示例可能叙述过。

发明内容

本发明的目的是提供一种如最初提到的装置和方法，该装置和方法是关于已知脉冲钻机的进一步发展和提高，并且特别是具有更高效的凿岩可能性。

这些目的根据最初提到的装置和方法通过专利显著的特点达到。

具体地，本发明提供了一种用于在钻具方向上产生冲击波脉冲的脉冲钻机，该钻机包括外壳，在该外壳中布置有脉冲活塞；并且该钻机包括用于影响脉冲活塞的流体压力的突变的装置，以便在钻具方向上在脉冲活塞上得到合力，并由此在钻柱中产生冲击波脉冲，所述钻柱连接到钻机上，其中，在所述外壳内布置有第一流体室，在该第一流体室内布置操作中的压力流体，以在钻具方向上施加压力到脉冲活塞上，其特征在于，流体流道，其包括用于使从所述第一流体室流过流体流道的流体流减震的装置；在钻井期间当在与钻具方向相反的方向上由钻柱中的岩石反射来影响脉冲活塞时，得到该流体流道。

本发明还提供了一种在脉冲钻机中用于在钻具方向上产生冲击波脉冲的方法，该脉冲钻机包括外壳，在该外壳中布置有脉冲活塞，其中，影响脉冲活塞的流体压力的突变使在钻具方向上在脉冲活塞上产生合力，并由此在连接到钻机上的钻柱中产生冲击波脉冲，其中，在外壳内布置有第一流体室，在该第一流体室内操作中压力流体在钻具方向上将压力施加到脉冲活塞上，其特征在于，连接到第一流体室的流过流体流道的流体流被减震，在钻井期间当在与钻具方向相反的方向上由钻柱中岩石反射来影响脉冲活塞时，得到该流体流道。

通过本发明提供抑制在钻井期间发生的岩石反射的可能性，由此实现许多重要优点，比如使钻井具有提高凿岩效率的可能性。此外还实现能保护钻机免受由反射冲击波发生的应变，这预期导致根据本发明建造的钻机更长的工作寿命。

在以前所知包括冲击活塞的冲击钻机中，所谓减震活塞的目的是将对岩石的进给力从机壳传递到钻套，进一步经过适配器、经过钻柱到钻头，以其接触靠在岩石上。根据背景技术，减震活塞通过液压/气动弹簧被预加应力，该液压/气动弹簧由室中的液压流体组成，该室经常与液压/气动蓄能器连接。

如果由冲击活塞通过钻柱产生的冲击波与岩石阻抗不匹配，则反射通过钻柱返回。如果岩石与冲击波力相比很硬，则主要得到压缩反射，该压缩反射的振幅可等于入射冲击波的振幅的两倍。

压力反射强迫钻套和减震活塞朝离开钻柱的方向，由此液压油被加载到蓄能器中。其中的压力因此将减震活塞和钻套推回到初始位置靠在机壳中的机械环索上。连接的蓄能器的灵活性提供弹性功能，该弹性功能保护钻机免受高应变和振动。这提高钻机的工作寿命，并且使更大的功率能被传递。

因此，在冲击活塞装置中，使用了单独的部件，以便得到减震功能。然而已经证明，这种系统在高频(＞200Hz)的钻井期间操作不良。

通过本发明得到的是，脉冲钻机的脉冲活塞本身用来提供减震功能。因此避免需要单独的部件，比如特殊减震活塞。优点是，一方面得到非常快速减震系统的可能性，另一方面减少活动零件和部件的数量，这导致更加节约。

通过将流体流道连接到压力流体蓄能器上，实现了快速减震过程的增强可能性。

通过使第一流体室是径向地布置在脉冲活塞外部的单独减震室而实现减震活塞和相关联液压系统能在尺寸上被分别控制，只考虑减震功能而不考虑可能的其它功能。

通过流体流道包括节流口，而特别是在外壳与脉冲活塞之间的节流槽而实现被反射的能量以有利的方式被吸收。

通过将用于流体的供给通道连接到用于提供泄漏流的减震室上，使能在钻机中提供冷却减震能量并由此增强操作性能。