[发明专利]用于扩大钻孔的冲击锤

说明书

技术领域

本发明涉及用流体操作的用于扩大钻孔的冲击锤。本发明尤其关 注用于扩铰用定向钻孔设备或者提升钻进设备形成的导向孔的锤。

背景技术

已知使用定向钻孔设备在土地中形成基本水平的钻孔，用于装设 电气或者电话线缆、气体或者水管道等。定向钻孔设施通常包括经钻 柱操作的冲击钻头，并含有操纵装置，使钻头能够沿着并在道路和街 道路线下面、在河床和道路等下面按希望的基本水平的方向被操纵。 这种定向钻孔设备是公知的，并公开于例如WO97/49889、US6,705,415 和US2004/0188142A中。

在典型的定向钻孔系统中，包含冲击锤以向钻头施加轴向冲击力 的钻柱被用来钻出小于所希望的最终通道直径的小直径(例如 133mm)初始导向孔。最终钻孔通道可以具有从200mm到760mm的 任何直径，这取决于要插进钻出的通路内的线缆、管或者管道的尺寸。

利用已知的水平钻孔方法，当冲击钻头和锤在钻出了导向孔后突 破地表时，取下冲击锤系统，然后将扩孔钻头固定到突出的钻杆上。 接着利用钻柱，将扩孔钻头拉回靠在钻出的导向孔面上。只通过旋转 力(即没有冲击)，这个孔接着被扩孔钻头扩铰到要求的更大直径。因 为没有冲击力参与，扩孔器的穿透速率非常低，尤其是在坚硬的岩层 中。后扩孔工具公开在例如US2002/0108785A中。

另一种已知的扩大导向孔的方法是从导向孔中取出包括冲击钻锤 的钻柱，然后使用具有更大钻头的其他锤系统，将孔扩到尺寸。例如， US4,249,620公开了一种钻孔的方法，该方法包括使用直径更小的第一 自推进位移锤形成末端开放的导向孔。接着，线缆经导向孔引入，然 后，通过更大直径的第二位移锤增大导向孔的直径以形成孔。通过用 线缆拉着第二位移锤，第二位移锤被引导经过导向孔。为此目的，线 缆结合在第二锤的引导端。这种系统的缺点是，因为初始的钻柱已经 被取走，所以存在一种危险的是，更大锤系统将偏离导向孔的路线。 例如，它可能偏移到导向孔轴线的一侧或者另一侧。还有，在破碎条 件下可能存在导向孔坍塌的风险。

已知在钻竖直升降机竖井等时使用类似方法扩大由提升钻井设备 钻出的导向孔。导向孔竖直向下钻出，然后用该导向孔作为引导，向 上拉钻头来扩大这个孔。这样一种钻头的一个例子公开在 US2004/0188142A中。这种钻头利用至少两个，优选是三个冲击锤。

EP0507610A(Rear)公开了一种井口锤，其包括基本为管状的 壳体，壳体一端封闭，并在所述这一端支承基本位于中心的流体供应 管。这种流体供应管沿轴向延伸穿过壳体，并在其另一端连接到钻柱， 并接收由钻柱引导至锤的流体。壳体在其另一端支承钻头，该钻头相 对流体供应管可滑动地被接收。一个活塞也相对流体供应管可滑动地 支承在壳体中，用于在钻头和壳体端之间往复运动。流体引入装置被 设置用于交替地允许流体进入到在活塞各端和相应壳体端之间限定的 空间中，以实现活塞在其冲击在钻头上的第一位置和位于壳体端附近 的第二位置之间往复运动。

EP0507610A中公开的井口锤有很多缺点。它公开了一种沿轴向 延伸穿过锤壳体11的位于中心的流体供应管13。这个管起的作用是 传输扭矩和调节活塞周期。因为管复杂的机加工形状以及设置切穿管 壁的端口30a和30b，所以，管的结构就扭矩传输这个目的来说被显 著减弱。活塞和管之间的间隙必须足够小，以提供实现活塞周期所需 的密封。这种小间隙，再加上扭矩传输以及壁结构的减弱，在管上造 成了过大的应力和弯曲。例如，由于端口30a和30b的存在，以及要 求与活塞的紧密运行间隙，管将可能在扭矩作用下扭曲。避免这种间 隙问题可能有必要增大活塞和管间的间隙，于是降低了效率。

还有，在EP0507610A中，钻头18用钻头保持环19保持在驱动 -接头(drivel-sub)钻头支承件17中，这样导致了较弱的钻头设计。 而且，在EP0507610A中，锤的后端包括一个端板12，该端板12用 销15固定到管状壳体11，并用第二组销16固定到流体供应管13的 一端。有很高的风险是，在操作中，系统的改变可能会造成销变松， 这种情况会导致对锤非常严重的损坏。

发明内容