用于井下锤钻的动态密封管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及加压的流体驱动式冲击/敲击工具，并且特别涉及井下锤钻。说明书将参考井下锤钻来描述本发明，但本发明不限于该示例。
【背景技术】
[0002]当前的井下钻为附接至钻柱的端部的往复冲击工具。井下锤钻由在壳体内上下移动且反复地撞击钻头砧的活塞组成。井下锤钻具有往复动作，并且活塞在钻头的砧面上的反复冲击使岩石破碎。快速锤击动作将岩石击碎成小片和尘土，并且由来自井下锤钻的排气吹干净。随着孔变得更深，依次添加钻杆。
[0003]当通过穿过在活塞运动期间被揭开的端口的流体进行引导时，加压流体使活塞上下移动。加压流体经由后接头中的孔进入锤，打开止回阀并且流过通道到达形成在活塞和钻头之间的下腔室。随着下腔室中的压力增加，活塞被迫向上。向上运动继续，直到活塞拉过静止的脚踏阀。这允许加压流体从下腔室排放穿过中空的所述脚踏阀和钻头，并且进入钻出的井眼区。紧随在下腔室排放之后，活塞凹部与端口对准，以允许流体流入上腔室。上腔室中的排放通道已被活塞密封，并且上腔室中的压力增加。上腔室的压力增加导致活塞减速、停止，然后在逆向方向上移动。随着向下运动的启动，并且刚好在活塞撞击钻头之前，上腔室开始排放。
[0004]在冲击时，循环立即反复。钻头在夹头键中自由移动，使得冲击力被传递至钻头切割元件以产生岩肩。当锤抬离底部时，钻头下降至延伸位置，在延伸位置，其顶肩靠在挡圈上。当钻头靠在挡圈上时，钻井操作者可以冲刷孔中的水和碎片，并且在需要时加速周期性的井眼清洁。
[0005]井下锤击的往复需要脚踏阀，脚踏阀为刚性并且固定在钻头柄的孔中且从砧面延伸出。活塞以可滑动的方式在向下冲击行程上与固定脚踏阀接合，形成密封腔室，导致活塞减速，直到活塞冲击钻头的砧面。活塞的减速造成传送减小的冲击力。该问题被看作是不可避免的低效，因为为了使活塞加速向上来启动新的循环，下腔室的压力增加是必要的。
[0006]该问题已被其它文献识别并解决。在US 8006776B1中，活塞减速问题通过引入不对称的定时阀来解决，定时阀延迟了向下腔室的加压流体供给的开始并且在动力/冲击行程期间延长了上腔室的加压。包括US 5，984，021、US 6，883，618和US 7，267，205的其它文献已描述了以下方法:控制加压流体供给的时间，增加压力或使用改进材料。尽管尝试了这些，但是由于活塞减速，所提出的解决方案并未成功地解决低效问题。
[0007]本发明的目的
[0008]本发明的目的是提供一种替代的井下锤钻并且至少部分地克服上述问题中的一个或多个。
【发明内容】
[0009]鉴于观察不同的问题并且以替代的途径研发了本发明。所采取的途径是控制下腔室的流体的流动定时，从而减小活塞的减速。发明人已研发出与移动活塞协调地移动且密封的动态密封管。所述动态密封管是当活塞处于不同预定位置时在活塞的孔和钻头的砧部内滑动且协作地作用以从下腔室释放不同体积的加压流体的管。
[0010]在一个方面，本发明广泛地涉及一种为大致圆筒管的动态密封管，所述动态密封管具有沿着所述大致圆筒管在中途的至少一个动态端口 ；其中在使用时，所述动态密封管在活塞和钻头内移动并且与所述活塞的运动协作。
[0011]优选地，所述动态密封管与所述活塞的运动协作，以及时从所述钻头和所述活塞之间的空间释放出加压流体。
[0012]优选地，所述动态密封管被保留在所述活塞和所述钻头内。
[0013]在一个实施方式中，所述动态密封管在所述活塞中的基座和所述钻头中的基座之间移动，而与此同时与所述活塞的运动协作以在所述活塞处于预定位置时允许空气排放穿过所述动态端口。
[0014]在另一实施方式中，所述动态密封管具有基本位于每个端部处的外围唇，并且在使用时，所述动态密封管被所述活塞和所述钻头的每个中的至少一个基座保留在所述活塞和所述钻头内。
[0015]在另一方面，本发明广泛地涉及一种为大致圆筒管的动态密封管，所述动态密封管具有基本位于每个端部处的外围唇以及沿着所述大致圆筒管在中途的至少一个动态端口 ；其中在使用时，所述动态密封管在活塞和钻头内移动并且与所述活塞的运动协作。
[0016]在另一方面，本发明广泛地涉及一种为大致圆筒管的动态密封管，所述动态密封管具有基本位于每个端部处的外围唇以及沿着所述大致圆筒管在中途的至少一个动态端口 ；其中在使用时，所述动态密封管在活塞和钻头内移动并且与所述活塞的运动协作，所述外围唇抵接所述活塞和所述钻头中的相应基座，与此同时与所述活塞的运动协作。
[0017]优选地，具有基本位于每个端部处的外围唇的所述动态密封管与所述活塞的运动协作，以及时从所述钻头和所述活塞之间的空间释放出流体。
[0018]优选地，所述动态密封管被至少一个基座/锁止件或突起保留在活塞孔的下部和钻头孔的站部中。
[0019]优选地，保留在所述活塞内的所述外围唇在所述活塞的内孔内的两个基座/锁止件之间移动，而保留在所述钻头内的所述外围唇在所述钻头的内孔内的两个基座/锁止件之间移动。
[0020]优选地，所述至少一个动态端口沿着所述圆筒管的位置位于由所述动态密封管与所述活塞的功能协作所确定的范围内。
[0021]优选地，针对所述活塞的向下行程的选定部分，所述至少一个动态端口能够排放所述钻头和所述活塞之间的空间。优选地，所述选定部分是所述活塞的所述向下行程的当所述动态端口未被所述钻头密封时的部分。
[0022]优选地，在所述活塞的一部分向上行程期间当所述动态密封管在所述钻头内滑动并且所述动态端口被覆盖时防止从所述动态端口进行排放。优选地，在所述活塞的所述向上行程的早期期间防止排放。
[0023]优选地，在所述活塞的所述向上行程期间当所述动态密封管在所述钻头内滑动并且所述动态端口被覆盖时延迟从所述动态端口进行排放，然后当所述动态端口被露出时能够进行所述排放。在一个优选实施方式中，当所述外围唇抵接所述钻头孔中的基座并被保留在所述钻头内时所述动态端口被揭开。
[0024]利用上述每个方面，可能存在一个或多个动态端口。在存在两个或更多个动态端口的实施方式中，所述动态端口可以被间隔开和/或具有不同的直径。
[0025]在另一方面，本发明广泛地涉及一种为大致圆筒管的动态密封管，其中在使用时，所述动态密封管在活塞和钻头内移动，使得当所述活塞向上移动时，所述圆筒管的端部不接触钻头，从而允许排放物流过所述钻头孔。
[0026]在另一方面，本发明广泛地涉及一种为大致圆筒管的动态密封管，其中在使用时，所述动态密封管在所述活塞的冲击端和所述钻头的砧端内移动，使得当所述活塞向上移动时，所述圆筒管的端部不接触钻头，从而允许空气流过所述钻头孔。
[0027]优选地，本发明的该实施方式与端口管关联地使用，所述端口管延伸穿过活塞孔并且定位在钻头孔内。优选地，所述动态密封管被定位在所述端口管与所述活塞和所述钻头的内孔表面之间。在该优选实施方式中，当升高所述动态密封管时，所述动态密封管与所述端口管协作，以在所述活塞处于预定位置时提供排放端口的出入口。
[0028]在研发特别是在实验期间，为了增加止回阀通道间隙来缓和小碎片堵塞，所述止回阀所揭示的是，所述止回阀的间隙和形状对性能而言是重要的。此外，经试验，弹簧强度和张力实现更好的性能。通过不断的试验和实验，研发出改进的止回阀，其允许加压流体及时通过以去往或来自形成在所述活塞和所述钻头之间的所述下腔室。
[0029]进一步发现，改进的弹簧偏置的止回阀可以与所述动态密封管一起使用以进一步增