[发明专利]用于潜孔锤的具有多个工作室的加压流体流动系统及其正循环潜孔锤和反循环潜孔锤

说明书

背景技术

存在很多不同的潜孔锤(DTH)，其可以用于在采矿业、土木工程和水利建设、油气和地热井中实施钻孔和样本回收。这些潜孔锤由加压流体供给动力，根据潜孔锤的设计和潜孔锤的类型(正循环潜孔锤用于进行生产，而反循环潜孔锤用于进行样本回收)，所述加压流体由不同装置交替引导到提升室和驱动室中，所述提升室和所述驱动室位于潜孔锤活塞的相对端部处。随着一个室填充有加压流体，另一个室被清空,并且提升室和驱动室之间的压差致使活塞往复运动而且通过活塞的每次工作行程活塞撞击在钻头上。

大多数已知潜孔锤仅仅具有一个驱动室和一个提升室。在这些情况中，活塞仅仅具有一个驱动区域和一个提升区域。然而，为了增加有效推动区域(即，驱动区域和提升区域)，多种潜孔锤使用多于两个室以用于使得活塞运动，在下文描述了这些示例中的两个。

专利US5915483

在这个专利中描述的正循环潜孔锤设计具有有中央孔的活塞，所述活塞成形为在活塞与潜孔锤外壳的内壁之间提供了额外的驱动室和额外的提升室。这两个额外的室由活塞的外径上的凹陷部产生且由隔离构件分隔开。

为了控制加压流体流入和流出这些室，设置了控制杆，所述控制杆从潜孔锤的后端板或后短节沿轴向向下延伸到活塞的中央钻孔，所述控制杆具有一条纵向延伸的供应通道和一条纵向延伸的排放通道。在活塞往复运动期间，当控制杆中的口与活塞中的口对准时，控制杆中的口和活塞中的口分别使得这些通道与提升室和驱动室连通。

主驱动室连续连接到加压流体源并且从此处将加压流体运送到控制杆的纵向供应通道，用于在利用控制杆由活塞的相对位置控制的条件下向额外的提升室和驱动室交替地供应加压流体。

由活塞与底阀或已延伸的控制杆之间的相对位置控制加压流体从主提升室的排放，而由活塞和控制杆之间的相对位置控制加压流体从额外的提升室和驱动室的排放。

这种设计的一个劣势在于：主驱动室中压力的平均值等于工作流体的供应压力，这意味着由加压流体对这个活塞区域所做的功为零，使得对潜孔锤的功率造成负面影响。另一个劣势在于：横截面面积由控制杆占据，从而导致前推动区域和后推动区域减小。

专利US5992545

本专利描述了正循环潜孔锤设计，其中，活塞包括：向前活塞头；设置有主驱动区域的向后活塞头；和位于这些活塞头之间的腰部。中间壁围绕活塞腰部布置，使得两个室在中间壁的每个侧部上形成在活塞腰部与置于潜孔锤壳体中的前衬里和后衬里之间。销布置成穿过中间壁，以将衬里锁止在相对于中间壁的固定角度位置中。

在前衬里和后衬里与壳体之间布置有相应的通道。这些通道中的第一通道通过后衬里中的径向孔与活塞后方的空间连通，所述空间连续连通到加压流体源。这些通道中的第二通道与位于活塞前方中的空间连通，前活塞头位于所述空间中并且在所述空间中限定了主提升区域。

形成于向前活塞头和中间壁之间的室经由中间壁中的第一通道和后衬里中的孔与后衬里和壳体之间的通道连续连通，由此来自该流体源的加压流体连续填充所述室。向后活塞头和中间壁之间的室经由中间壁中的第二通道连通到前衬里和壳体之间的通道并且从此处与活塞的前端部中的空间连通。

由布置在管上的阀部分控制将加压流体供应到在向后活塞头内部主驱动区域所位于的空间，所述管连接到锤柱，所述管具有开口到该空间的孔。通过活塞的内表面与所述管中的径向孔重叠控制所述空间的排放，所述径向孔运送加压流体通过活塞中的中央通道至钻头的冲洗孔。底阀用于控制活塞前端部中空间的排放。

由活塞的外表面与前衬里的内表面的相对位置来控制将加压流体供应到活塞前端部中的空间中。

因为在这个设计中形成在向前活塞头和中间壁之间的室连续地连通到加压流体源，所以由活塞的这个区域所做的功为零。

本发明的目的

上述现有技术的潜孔锤具有下述缺陷：它们不能利用所提供的额外的驱动室和提升室的整体容量，原因在于这些室中的至少一个连续地连接到加压流体源，因此由室所做的功为零。

因此，由于操作钻孔设备的高成本以及在诸如油气和矿产勘探的某些应用中需要更大深度的井，因此期望具有用于潜孔锤的加压流体流动系统，所述潜孔锤可够包含以下改进而同时又不会影响锤的使用寿命。

·加压流体消耗更大并且结果功率更高且进尺速度更大，

·在能量转换过程中具有更高效率，以提供甚至更高的功率和甚至更大的进尺速度，和

·在更大的深度处的钻进能力增大。