[发明专利]用于将钻动能量传送到切削构件上的方法和设备

说明书

发明背景

1．本发明所属技术领域

本发明涉及用于将旋扭钻动能量从动力源传送到钻头的方法和设备。更特别地，本发明涉及具有所描述的用于利用一柔性旋转钻杆来钻取一急剧半径弯曲钻孔的特征的方法及设备。

2．现有技术的描述

现有多种用于不同特定目的的旋转驱动设备。每一种柔性杆的旋转驱动均被设计成能够为实现特定目的而在容许的水平下工作并能够达到具有某种特性的运行参数。但在此处所参考的现有技术中没有一种已经能够按照在硬质材料上钻取一个弯曲钻孔而设定的要求来操作。例如，许多申请人提及并参考的现有技术，虽然涉及柔性旋转钻杆和钢丝丝构件，但都是为了与钻取弯曲钻孔无关的特定目的而参考的。这些设备以非常高的转速工作并通常具有不同的操作性能要求。其中一个这种例子就是Nash的美国专利No.4，686，982，其中公开了一种用于转动送丝导管的螺旋钢丝轴承。这个公开代表了柔性驱动装置的一种典型类型，即没有芯轴并可以以非常高的转速工作，通常超过20，000转/分。这种基本的设计结构由于现有的钻能传送部件(DETM)芯部经受极限载荷而在本发明的钻孔设备中无法使用。

另外一种类型的现有技术是如在Parlato的美国专利No.5，820，464中所公开的一种典型的工业用柔性杆构造，具有一个心轴和共计六层线匝。这些特殊类型的柔性杆由多个由非常细微的钢丝形成的线匝制成，其芯部包括多个以角度非常大的螺旋节距排列的线匝。这种类型柔性杆的问题是其通常非常缠绕得过于紧密，从而在本发明的应用中刚性过大。由于缠绕过紧且在芯部的螺旋节距刚度过大，所以当沿急剧弯曲的半径穿行时其芯部不具备足够的纵向强度或柔韧度来承受巨大的扭转载荷。

在Troost的美国专利No.4，185，473中公开了这种现有技术的另外一个示例。Troost公开的另一示例中具有过多的层或线匝，过多的以过大螺旋节距缠绕的钢丝。同时，Troost的这种杆的另外一个问题是，由于芯部线匝的节距角度过大，无法沿芯部排列以获得纵向线性强度。这种柔性杆在放到现有的操作环境中时同样无法使用，因为绞合钢丝缠绕过紧且缺乏柔韧性，将无法沿紧密弯曲半径传送钻动能量。这些类型的柔性杆通常具有多重由直径大致相同的钢丝形成的线匝，并因此无法正确平衡以处理在多个工作位置遇到的极限载荷，比如在急剧弯曲和直线钻进的状况下。

Hodgson的美国专利No.5，052，404中公开了另外一种类型的扭矩传送装置。这种特殊的扭矩传送装置仅具有非常少的线匝，因此不具备足够的柔韧性以经受沿一急剧弯曲半径钻动。另外一种旋转传送装置是一个如Moore的美国专利No.5，072，759中所公开的旋转传送导管。Moore的传送导管包括一个由聚合物材料制成的内部管状衬垫和一个由粘性材料制成的外部层。这些类型的装置通常由不同类型的钢丝线匝部件组成，并具有另外的元件构造。这类装置的问题在于，该合成元件占据了有用空间，从而使其强度降到高柔韧性弯曲钻孔应用中所需强度之下。在Fleischhacker等人的美国专利No.5，165，421中还描述了这种装置的另外一种类型。Fleischhaker等人公开了一种由螺旋缠绕内部和外部线匝而形成的一种流明(lumen)缆索。这类构造的问题是该结构中没有张力或线性压力元件，结果，如果施加线性应力将会迅速失效。由于缺乏平衡性，所需的柔韧性，以及在钻能传送设备芯部发生的极限载荷，所有这些基本的现有技术设计在目前的急剧半径弯曲孔钻动设备中均无法使用。另外，在加载过程中在多个不同位置必须使用的钻能传送设备中，平衡力也是需要的。

钢丝是具有一些相关性的现有绞合结构的另外一种形式。这些构造主要制成用于在滑轮上线性行进，并有意构造成当它们跨越滑轮时不发生转动。但这种方法的启示与本发明正好相反。

最后还有我本人的专利No.5，700，265；5，509，918；5，002，546；及4，941，466，均描绘了已经在紧急半径弯曲钻动中使用的现有技术柔性杆。这些转动驱动装置的问题在于，它们不对外部扩张力和内部压力件力进行平衡，并因而只有较短的使用寿命。它们的芯部构造没有被排列成能够经受必须的拉伸力，而外部扭矩层也没有被缠绕成对两个外部层相互之间以及与芯部拉伸压力件层之间进行平衡。因此，这类转动驱动装置的使用寿命被缩短。

总的考虑