[发明专利]用于反循环潜孔锤的加压流体流动系统和反循环潜孔锤

说明书

用于反循环潜孔锤的加压流体流动系统包括分别共轴地布置在锤的外壳与活塞之间和在活塞与采样管之间的缸体和圆筒形控制管。两个腔室有助于分别将加压流体供应至在活塞上进行操作的前腔室和后腔室以及将加压流体从该前腔室和后腔室排出：内腔室，其由活塞内表面中的中央凹陷部限定且永久连通到加压流体源；和排放腔室，其由外壳内表面中的一个或多个凹陷部限定且与孔的底部永久连通。通过采样管外表面的一部分和控制管外表面的一部分与活塞内滑动表面的不同部分的重叠部来控制流入工作腔室的加压流体的流动，而通过活塞外滑动表面与缸体内表面的重叠部或相对位置来控制从工作腔室排放的加压流体的流动。设有该系统的锤具有一个或多个端部排放端口。

技术领域

本发明总体涉及一种加压流体流动系统，所述加压流体流动系统用于利用流体操作的冲击机构，特别地用于潜孔（DTH）锤，并且更特别地用于反循环潜孔锤，并且本发明涉及一种具有所述加压流体流动系统的潜孔锤。

背景技术

利用加压流体操作的潜孔锤的特征在于包括：圆筒形外壳；后短接头，所述后短接头用于将潜孔锤连接到加压流体源；钻头，所述钻头在其最前端部处实施钻进功能；和活塞，所述活塞由于包含在两个主工作腔室中的加压流体的压力发生变化而实现往复运动，所述两个主工作腔室是形成于锤内部且位于活塞的相对端部处的前腔室和后腔室，所述活塞的往复运动允许利用活塞在钻头上的每次撞击将能量从加压流体传递到岩石。

锤的热动力（thermodynamic）循环根据活塞的从其冲程的活塞与钻头相接触的位置（通常称作撞击位置）直到其冲程的最后位置为止的往复运动而形成，所述活塞的往复运动取决于锤的操作。因此，随着活塞运动，向前腔室和后腔室交替且循环地供应加压流体，排放所述加压流体，或者经受膨胀或者压缩处理，由此致使包封在腔室内的体积相应增加或者减小，所述膨胀或者压缩处理取决于活塞运动的方向和紧密密封的腔室。对于每个腔室而言，从一种状态过渡到另一种状态是独立的并且由活塞相对于锤的其它部件的位置来控制，以使得活塞本身用作阀和撞击元件。

在反循环钻进中使用双层壁杆，所述双层壁杆由两根同心管形成，所述两根同心管为内管或采样管和外管。所述采样管的延伸部沿着锤的中心从钻头至后短接头设置，从而形成沿着锤中心的连续中央通道，用于使得能够收回岩石碎屑和泥土样本并且将所述岩石碎屑和泥土样本通过钻柱的中心运送到地面。

锤可以以两种模式来操作。在第一种模式或钻进模式中，将加压流体供应至锤，从而产生活塞的往复运动，所述活塞在每个循环结束时撞击钻头，由此所述钻头的前端部实施钻进岩石的功能，并且岩石碎屑通过排放到孔底部的加压流体而排出至地面。在第二种模式或冲洗模式中，由钻机提升钻柱和锤以使得钻头不与岩石接触，并且所有加压流体通过锤在没有经过锤的循环从而停止活塞的往复运动的情况下直接排放至孔的底部以用于进行清洗。

存在可用于钻进和样本回收的多种不同类型的反循环潜孔锤。通常使用三种方法来控制将加压流体供应至前腔室和后腔室的供应：1）使用形成在缸体的外表面与外壳的内表面之间的流体通路，所述缸体与活塞共轴地安装在外壳内部；2）使用形成于外壳内的供应腔室，随着活塞往复运动，所述供应腔室与活塞的外滑动表面中的凹陷部和外壳中的通道相互作用；和3）使用进给管以在活塞内部产生供应腔室，其中，随着活塞往复运动，所述进给管与活塞内表面或者中央孔口侧表面中的凹陷部相互作用。另一方面，通常通过安装在钻头中的底阀或者与活塞引导件相互作用的更小直径的活塞前部部分来控制从前腔室排放加压流体。类似地，通常通过放置在后腔室的后部部分上的空气引导件或者通过进给管的前端部来控制从后腔室排放加压流体。

一般来说，为了将加压流体从钻头的后端部运送至所述钻头的前端部，在钻头的外表面中形成一些通道，所述通道与驱动器短接头的内表面上的键槽和用作密封元件的环或者套筒协作地工作，以便形成包封的通道，从而将加压流体排放至钻头的前端部的外周。加压流体还可以从钻头中的中间位置通过驱动器短接头中的孔口偏离至形成于驱动器短接头的外表面与密封环的内表面之间的通道。可替代地，加压流体可以通过产生于钻头的头部上的纵向孔口从所述中间位置偏离。