[发明专利]用于冲击式钻井工具的配件

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体操作的冲击式钻井工具的配件。本发明特别地涉及一种配件，所述配件可用于使锤向后通过钻出的孔中的限制物。

背景技术

典型的井下锤包括外缸体或者外耐磨套，在所述外缸体或者外耐磨套内安装有内缸体，所述内缸体继而与后部组件（backhead assembly）相结合。后部组件经由钻杆连接到压缩流体源。滑动往复式活塞与内缸体和后部组件协作，使得当通过后部组件供应压缩空气时，活塞利用冲击效应作用在钻头上，该钻头保持在外护套上的卡盘内。

在一些钻井应用中，钻出的孔可能下陷，来自孔壁的碎屑可能下落到锤上。这种碎屑常常卡在后部部件与钻杆之间的连接处，原因在于钻杆直径通常比锤的直径小并且导致产生限制物，所述限制物阻止从钻出的孔中收回锤。当发生这种情况时，撞击限制物而拉回锤。必须用足够大的力牵拉锤以牵拉所述锤穿过限制物。然而，在限制物被紧密地压紧的情况下，不可能牵拉锤穿过限制物，并且在这种情况中，锤可能遗落在钻出的孔中。

在现有技术的系统中，当需要时，可以将诸如由PG Drilling Equipment UAS LLC（PG钻井设备美国有限责任公司）生产的往复锤（back hammer）安装在钻出的孔上方的钻柱中。存在很多与这样的系统相关的缺陷。第一种缺陷在于往复锤在离限制物最近的接合处附接至钻柱。因此，往复锤定位在限制物上方并且只是摇动钻杆，试图使锤脱离限制物。另一种缺陷在于系统一直运行，即，一旦安装好，往复锤无论是否遇到限制物都运转。

在美国专利No.5,119,891中描述了另一种现有技术的系统，所述系统提供了一种用于钻柱的适配器，所述适配器具有可控的空气通道。适配器包括：主体，所述主体可安装在钻柱的下端部上；和护套，所述护套可旋转地安装在主体上并且相对于主体可纵向运动。在正常钻井操作中，经由主体中的中心孔将来自钻柱的中心压力管线的加压空气引导到由主体和护套所限定的第一腔室中、通到由主体和护套限定的第二腔室、到达锤或钻头的进气口。当适配器要被用来清除锤上方的限制物时，停止钻柱的旋转，并且护套相对于主体向下运动，以使得加压空气可通过护套上方的排气通道排放以清除碎屑。护套还可以在其上端部处设置有齿，并且钻柱可被旋转，以使得齿能够切穿钻孔中的障碍物。

这个系统的主要缺陷在于：一旦打开系统以允许空气排放通过限制物，则除非将锤放回到孔底部上或者系统在沿着正确方向旋转时存在与孔壁的充足摩擦力以促进系统关闭，否则系统无法关闭。因此，即使在已经清除限制物之后，空气依然继续在护套上方奔流而出。另一缺陷在于：用于移除限制物的主要机构是从锤奔流而出的空气。在某些情况下，这可能不足以从钻出的孔中清除碎屑，以允许收回锤。尽管还设置了切削齿，但是这些切削齿可能还不足以清除限制物。再一个缺陷在于难以制造出螺旋花键。

因此，期望的是提供一种系统，所述系统允许在已经产生限制物的情况下从钻出的孔中收回冲击式钻井工具而同时避免了现有技术系统的诸多缺陷。特别地，期望的是提供一种用于向后锤击通过限制物的系统（这仅仅在遇到限制物时是可操作）。还有，期望的是提供一种系统，所述系统关闭，以便一旦清除限制物则防止发生奔流而出。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于流体操作的冲击式钻井工具的配件，所述钻井工具具有用于附接到钻杆的后部组件，所述配件包括：

轴，所述轴可附接到后部组件，其中，所述轴包括与钻杆的压力孔流体连通的中心孔；和

护套，所述护套同轴地且可滑动地安装在轴上，所述护套包括在其后端部处的外肩部；和

至少一条向后引导的排气通道；

以使得从轴的中心孔供应加压空气，以推动护套向后进入到闭合位置中，在所述闭合位置中，防止空气通过排气通道排放；以及

当在肩部处遇到限制物时，护套向前运动到开放位置，在所述开放位置中，允许空气通过排气通道排放到限制物附近。

如在此所使用的术语“后部”和“向后”旨在表示与钻井工具的正常钻井方向相反的方向。例如，在钻井工具是井下锤的情况下，向后的方向是向上的方向。相反地，如在此所使用的“向前”旨在表示与钻井工具的正常钻井方向相同的方向。在钻井工具是井下锤的情况下，向前方向是向下方向。