在地层内产生井眼的钻井装置制造方法及图纸

一种地井钻设装置具有一个旋转驱动头和一个与旋转驱动头相连的且可以通过旋转驱动头一直降入地井中的空心连杆（１０５）。在连杆（１０５）下端上设有一个具有许多向下掘进的且由驱动液驱动的撞锤（４１）的钻头（４０）。在第一实施例中，在连杆（１０５）上部区域内设有一个旋转接头（１２０），通过此旋转接头将高压驱动液供给连杆（１０５）上端且它在其外壳（１２４）内具有一个与工作液外输入管道（１２３）相连的且在两侧轴向密封的过渡腔。在过渡腔两侧设置了许多轴向分级的且逐步得到液压平衡的密封环。在第二实施例中，所述驱动是绕一个限定角摆动地实现的，此实施例允许采用用于输送冲洗液和工作液的活动输入管道并允许排出掘进废料。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种如权利要求1前序所述的地井钻设装置。这种装置或机器已由现有技术公开了。在这里，撞锤大多直接与钻头连在一起，从而通过驱动介质将冲击能传给潜入井眼中的撞锤并由撞锤传递给井眼底部，从而尽量使连杆不受冲击能的影响。钻头通过连杆与设置在井眼外的驱动装置如旋转式驱动装置相连，从而装在钻头上的撞锤总是在新的井眼底部位置上掘进。主要在坚固的岩石中用所谈到的装置进行钻井。这种钻井技术对实践生产越来越重要，这是因为一方面，井眼质量可以较好且可以近似准确地保持钻井方向，另一方面，根据在井眼中所采取的消音方式，不对外界产生严重影响地且明显更好地满足了环境要求如消除了噪音烦扰。在这种装置中，在井眼底部被锤松的或被掘下的石料从井眼中被排出是根据所谓的“气升式掘进法”在空心连杆中实现的，其中在井眼中存在液柱且作为冲洗流体地将空气吹入在钻头上方的钻杆中，从而通过在连杆中上升的空气使连杆内的液柱在地面和井眼之间产生压差，所述压差引起连杆内的流动速度且掘进石料以该流速经连杆被排出。在锤击钻设地井时，用于排出松动材料的连杆内径必须具有某个与向上输送总量匹配的最小值。与单纯的回转钻井相比，被冲松动的碎石料尺寸也比较大。驱动位于连杆下端的撞锤的驱动液是由在连杆上端的适当的旋转接头通过一个设在连杆内或成型于连杆上的供应管供给撞锤的。在连杆直径象上述那样必须较大的情况下，在密封旋转接头时出现了问题。液压驱动或气压驱动的撞锤在约为50巴-150巴的压力下工作。显然，在这种要求高压和大直径的气升式掘进法中，无法在迄今装在固定旋转接头和转动连杆间的过渡区关键位置上的单级密封件中获得经济的使用寿命。本专利技术的目的是改进上述类型的装置，从而该装置可以在较大的空心连杆外径和必需的高压情况下长期不需维修地工作。此目的是通过权利要求1和权利要求8所给的特征完成的。在如权利要求1所述的装置中，连杆被一个原则上垂直设置的外壳环绕。可以由外部输入管道经一个通入过渡腔中的固定接头输入驱动液如空气、水或液压油。此外，过渡腔环绕所述连杆，从而驱动介质与连杆转动位置无关地与工作介质输入管道相互联系。分别在过渡腔两侧设置了许多轴向分级的且逐步受到液压卸载的密封环。在该装置的工作过程中，密封环的卸载(压)是如此选择的，即作用于各密封环上的压差不超过一个由所用密封件的性能决定的最大值。因此，在轴向远离过渡腔的各密封环侧上施加一个小于在朝向过渡腔的密封环侧上所施加的压力的压力。在压差作用下，密封件被压靠在连杆外周面上，所述压差相应于一个密封环可持久忍耐的压差值。在沿轴向靠外的即沿远离过渡腔的方向的后续密封环中布置了作为压紧力的前卸载压力和一个降低了相应值的卸载力，这个卸载力又是用于后续密封件的压紧力。所以压紧力是逐步降低的，其中各密封环分别承受还可允许的压力如10巴-25巴。可以通过所用密封环的数目和所选择的卸载压力来实现与工作液工作压力的匹配。最好由压缩机提供给密封环液压力以进行卸载且所述液压力在环形腔中起作用，所述环形腔分别在两个密封环之间布置在远离过渡腔的侧面上(权利要求2)。在一个考虑的如权利要求3所述的方案中，为了产生逐级卸载压力而使用了泵。但在一个如权利要求4所述的优选设计方案中，例如由于装入一个活塞杆而单侧受压表面缩小的压力气缸型降压器作为压缩机(权利要求5)，其中向具有活塞杆的缸侧供应驱动介质及其压力，从而必然通过活塞杆直径和在活塞另一侧上所保留的缩小作用面而产生一个相对工作介质压力被缩小了一个固定百分比的压力。在这种强制性地通过活塞杆形状产生压力分级的情况下，工作介质压力的波动被自动地分配给作用于各密封环的各压差是很有利的，这样不必再次调节各自的卸载压力。这种提供卸载压力的方式可以与泵和控制阀的功能无关。可以采用与所需的卸载压力级那样多的降压器，其中降压差别是由不同的活塞杆直径造成的。压缩机可以适当地安置在旋转接头的固定外壳上，这在结构上是简单的且可以使用短的连接管路。如果密封环的逐步平衡是在过渡腔的两侧对称进行的(权利要求7)，则总是有两个环形腔可以与降压器相连。本专利技术也体现在如权利要求8所述的第二装置实施例中，其中旋转驱动头使连杆交变地绕一个限定转角来回转动。连杆和钻头在每次转动时必须交叠的角度是由在钻头相同半径上的撞锤数目决定的。当如在同一半径上有两个撞锤时，180度的交叠角就足够了；但是，连杆绕一个大于上述充分角度的角度转动是有利的。第二实施例的优点在于为了使连杆有可能转动，无需在高压工作液输入管道中设置易磨损的旋转密封件。输入管道与供应管之间的接头例如可以通过柔性的输入管道实现，其长度是这样确定的，即它可以追随必需的角度交叠。通过由交变工作方式决定的限定转角，工作液输入管道可以与供应管紧固连接。这样可以省去了用于工作液的带有其上作用有密封件的相对转动表面的原旋转接头。如权利要求9所述的本专利技术装置方案是特另1有利的，其中用于将压缩空气输入连杆内以便向上排出废料的供应管具有一个柔性区，此柔性区可以作交变的限定转动，这是因为通过此方案也可以节省为此所需的转动密封件。在这个意义上，优选这样一个设计方案，除了权利要求8、9的特征外，它还有权利要求10的特征，因为在此方案中，完全可以省去易受磨损的且成本昂贵地制成的具有相应的密封件的回转接头。在如权利要求11所述的一个本专利技术装置的方案中，一个或两个输入管道被设计成柔性软管。但根据权利要求12，输入管道可在整个连杆长度范围内刚性设计且它被设置在连杆上且只有一个由此继续的短的管段是柔性的。在本专利技术装置的第一实施例中，一个与分段连杆上端相连的且高度可变地支承在支承装置上的动力旋转头用作旋转式驱动装置。在此实施例中，掘进是通过动力旋转头的降低造成的。如果动力旋转头已到达其下部位置即井眼降低了一段长度时，它必须脱离连杆上端并随后移入其上部位置。在此位置上，在用于固定动力旋转头驱动部件的法兰和连杆上端之间出现一个自由长度，它至少相应于连杆的一段的长度。现在可以装入另一个连杆段。由此支承装置必须有一定的高度，所述高度至少相应于连杆的一段的长度。在另一个本专利技术装置实施例中，旋转式驱动装置被设计成有选择地与连杆外表面作用连接(如通过夹紧手柄)的且本身结构已由连管装置公开的旋转式驱动装置。如果如权利要求15的装置高度可调地安装在支承装置上，则也可以通过旋转式驱动装置将掘进力传入连杆。掘进整体上是通过旋转式驱动装置的周期“跟进”实现的，即它在松开状态下向上移动一段距离，随后固定于连杆外表面上并重新降低。由于旋转式驱动装置可以设置在连杆纵向的几乎任一个位置上，所以，旋转式驱动装置可沿连杆纵轴方向偏移的升程不再必须至少相应于其一段局部长度，从而与迄今所知的装置相比，驱动装置可以安装得很低。高度调节最好借助于可纵向调节长度的动力源，所述动力源被设计成液压操作的活塞/动力缸(权利要求16、17)本专利技术的其它设计方案可以参照附图从后续说明书中看到。其中附图说明图1是设在地井外的本专利技术第一实施例的驱动部的立体图。图1A是一个旋转式驱动装置，它是在图1所示的驱动装置的实施例中的旋转式驱动装置的另一种形式。图2示意地画出了在本专利技术装置中气升式掘进系统的工作方式。图3是工作液旋转接头的局剖侧视图。图4放大地示出了穿过图3所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地井（９）钻设装置，它具有：一个布置在待钻设地井（９）上方的且带有一个固定设置的旋转驱动头（４）的驱动部（３）；一个与旋转驱动头（４）连接的且穿过旋转驱动头一直降入地井（９）中的空心连杆（５）；一个固定设置在驱动部（３）中的且通过其把冲洗介质供给转动连杆上端的第一旋转接头（１０），冲洗介质可以通过一个沿连杆（５）延伸的第一供应管（１２）供给一个设置在连杆（５）上的输入口（４３）；一个设置在驱动部（３）中的且通过其把高压工作液供给连杆（５）上端的第二旋转接头（２０），所述工作液可以通过沿连杆延伸的第二输入管道（２２）供给连杆（５）下端，所述第二旋转接头具有一个环绕连杆（５）的且具有一个与用于工作液的外部供应管（２３）和第二供应管（２２）上端相连的且沿轴向向两侧密封的过渡腔（２７）的外壳（２４）；一个设置在连杆（５）下端上的且被设计成冲洗头的钻头（４０），此钻头与连杆内腔（８）相通；许多设置在钻头上的且向下掘进的且由驱动液驱动的撞锤（４１），其特征在于，在第二旋转接头（２０）中，在过渡腔（２７）的两侧分别设置了许多轴向分级的且逐步液压卸载的密封环（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗里茨蒂布塞克，彼得海因里希斯，
申请(专利权)人：维尔特机器和钻孔工具制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]