专利名称：钻杆柱稳定器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钻孔设备以及在钻孔操作中使用该钻孔设备的方法。尤 其是，本发明涉及一种敲击钻孔设备以及使用该敲击钻孔设备增加线性方向 钻孔作用的方法。
背景技术：
在地层敲击隧穿钻孔的过程中包含将以钻头为尖端的钻杆柱提升到地层 的期望位置处。在钻孔过程中，钻杆柱(并且因此其钻头)被压入地层物质 中进而切挖掉地层物质。当钻头不时地被转动时，钻头将反复地对地层物质 进行锤击。图l表示了传统敲击钻孔设备的一个实例，其中示出了一个包含
钻头l的钻杆柱、延长体2、第一钻杆3、钻杆连接器4以及第二钻杆5。钻 头1可反复地对钻孔底部进行锤击借以切挖物质并由此增加钻孔的深度。
在敲击隧穿钻孔中所遇到的问题之一在于钻孔沿直线进行，也就是说， 要尽可能地保持钻孔为直线。而钻头却趋向于从直线方向偏离，原因是如图 1所示，在导杆与钻孔壁之间存在间隙。而不幸地是此间隙会导致钻头从钻 孔所应当沿的直线轴发生晃动，进而导致钻头偏移并因此使钻孔呈非直线形 态，如
图1所示。与较小的钻杆相比，上述问题在较大的钻杆中较少发生， 原因是由尺寸较大的钻杆所提供的钻孔力度会使钻头的晃动较小。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种使用钻孔设备增加线性方向 钻孔作用的设备和方法。此钻孔设备包含装配有增强套筒的钻杆，增强套筒 位于钻杆之上并尽可能与钻头接近。增强套筒的外径配置成与钻头直径大致 相同，并且如果需要的话，可配制成恰好稍微小于钻头直径。增强套筒加强 了紧邻于钻头的钻杆并减小甚至基本上消除了介于钻杆与钻头附近的钻孔之 间的间隙。因此，增强套筒可减小钻头在钻孔中的晃动并且减小钻头从直线钻孔方向摇摆的幅度。增强套筒可包含螺旋槽用以将钻孔过程中排出的物质 从钻头上移除。
附图简要说明
参照以下附图，随后的说明书可被更加清楚地加以理解，附图中
图1表示了现有技术的敲击钻孔设备；
图2表示了包含有增强套筒的钻孔设备；
图3表示了包含有增强套筒的钻杆将要连接至钻头；
图4和图5表示了包含有增强套筒的钻杆己经连接至钻头；
图6为增强套筒的透视图7表示了与增强套筒联结之前的钻杆；
图8表示了与增强套筒联结之后的钻杆；以及
图9表示了具有两个增强套筒的钻杆。
结合如下的说明，上述附图表明并解释了钻孔设备以及使用该钻孔设备 的方法的原理。在上述附图中，为了表示清楚，部件的厚度和构造可以被放 大。并且在不同附图中的相同标号代表相同的部件。
具体实施例方式
以下说明将提供详细的描述以便全面理解本发明。尽管不利用这些详细 的描述，本领域技术人员也可理解本发明的钻孔设备以及使用该钻孔设备的 有关方法能够得以实现并加以使用。而实际上，该钻孔设备及有关方法可通 过修改所示的钻孔设备及有关方法而被应用到实践中，并且该钻孔设备及有 关方法可被用于相关的已被常规地应用于工业中的任何设备与技术中。例如， 对于下面说明所关注的用于隧穿作业的敲击钻孔设备也可应用于其它多个应 用领域中，如长孔敲击钻孔。实际上，此钻孔设备也可用于任何其钻杆端部 需要加以稳定和/或增强的钻孔设备中。
图2表示了钻孔设备及使用该钻孔设备增加线性方向钻孔作用的方法的 一个实例。图2所示的钻杆柱(DS)使用的钻杆IO具有第一端部，该第一 端部紧邻于钻头12。由现有技术可知，钻杆的另一端部(或远端)可直接通 过杆体的内螺纹或间接地通过联接器连接至钻柄接合器。钻杆的外部具有增强套筒14。
具有钻头12的钻杆柱用于钻穿地层物质，进而形成钻孔18。钻孔18包 含如下所述的钻孔壁17，钻孔壁17位于尽可能接近增强套筒14的外表面的 位置以使得介于钻孔壁表面与增强套筒14的外表面之间的任意一处间隙最 小。
钻头12可为现有技术中的任何一种钻头。在一些实施例当中，钻头12 为附图中所表示的敲击钻头。如图4所示，在一些实例中，敲击钻头包含多 个作为切削元件的扣状体13。如图5所示，在另一些实例中，钻头上的切削 元件包含刀片20。但是钻头12也可采用包含有其它类型的切削元件的钻头。
钻杆10可使用任何现有技术中的机械装置连接至钻头12。在一些实施 例中，钻杆10与钻头12设置有配合螺纹。因此，如图3所示，钻杆10与钻 头12可仅通过螺纹联结。
包含有增强套筒14的部分钻杆10设置有外表面，该外表面与增强套筒 14的内表面紧密配合。如图7所示，在一些实施例中，该部分被加工成具有 一锥度。如图7所示，钻杆10包含紧邻钻头的接触部10.1，紧邻钻杆柱的基 体部10.3，以及位于接触部10.1与基体部10.3之间的延伸部10.2。如图7 所示，在一些实施例中，钻杆10仅包含上述部分，并且基体部10.3与钻杆 柱中的钻柄(或联接器)相邻。在另一些实施例中，虽然只有钻杆的一部分 (该部分最接近于钻头)包含上述三个部分，但在钻杆10中还包含过渡部， 该过渡部位于基体部10.3与钻杆柱中相邻的钻杆之间。
接触部10.1具有稍微呈梯形的形状，此梯形形状的短边(或直径)紧邻 于钻头12且长边紧邻于延伸部10.2。钻杆10的延伸部10.2具有一尺寸大致 不变的直径。基体部10.3也具有一尺寸稍大于延伸部10.2的基本上恒定的直 径。
增强套筒14位于钻杆10之上。增强套筒14具有一大致呈圆柱形的外表 面。增强套筒14的外径基本上相同，但不大于钻头12的直径。换句话说， 增强套筒14的外径尺寸可设置成尽可能接近但不大于钻头的尺寸。在一些实 施例中，增强套筒14可设置成使得介于钻孔壁17与增强套筒外径之间的间 隙尽可能最小。
与钻杆10的外表面相结合的增强套筒14的内表面可设置成与钻杆10的外表面紧密配合。在图8所示的一些实施例中，增强套筒14的内部可设置 有第一部分14.1，该第一部分14.1的内径与钻杆的接触部10.1紧密地配合并 固定。由于有这样的配置，因此可提供锥度配合并且可防止增强套筒14沿着 钻杆移动而从第一端部偏离。上述构造也提供了一种将增强套筒14准确定位 于钻杆10之上的方法。
增强套筒14的第二部分14.2具有尺寸大致上不变的内径，该内径恰好 稍微大于延伸部10.2的外径。第二部分14.2的长度也大致上等于延伸部10.2 的长度。同样地，增强套筒14的第三部分14.3也具有尺寸大致上不变的内 径，该内径恰好稍微大于基体部10.3的外径借以提供一过盈配合，并且第三 部分14.3的长度大致上等于基体部10.3的长度。因此，增强套筒14的长度 大致上等于钻杆10的长度。
在附图中所表示的实施例当中，钻孔设备可设置成向发生切削作用的钻 头表面提供流体。因此，如图2所示，钻杆10配设有流体通道11。钻头12 也可配设有冲洗通道15以便与钻杆中的流体通道11进行流体联系。因此， 钻孔设备可将冲洗介质输送至钻头12的切削表面。所述流体可用来协助将由 钻孔作业排出的物质从钻头上去除，并且在一些实施例中，将沿着图2中所 示的箭头方向移动上述物质。
为了辅助此物质去除处理，增强套筒14的外表面可配设有一些外部特 征。在一些实施例中，这些外部特征包含螺旋槽16。螺旋槽16可被加工成 形为具有容纳钻孔过程中排出的物质的容积，并且在一些实施例中，螺旋槽 16可用于沿着钻杆10的长度传送所排出的物质。如附图中所示，增强套筒 14可包含多条螺旋槽16，或者在一些实施例中，增强套筒14也可仅包含一 条螺旋槽16。
螺旋槽16从增强套筒的底部螺旋盘绕至增强套筒的顶部。螺旋槽16可 具有任意的倾斜角以能够将排出的物质从增强套筒的底部移动至其顶部。在 一些实施例中，螺旋槽16可具有介于大约0度至大约30度的倾斜角。
螺旋槽16的盘绕形式可为任意一种能够使增强套筒14按照本文所描述 的方式进行操作的盘绕形式。并且螺旋槽可具有任意的宽度和深度以能够最 大量的容纳所排出的物质。螺旋槽16的深度与宽度比应设计成与需要容纳和 沿着钻杆10的轴线方向移动所排出的物质的数量相适应。在一些实例中，螺旋槽16可沿着附图中所示的增强套筒14的整个长度 延伸。而在另一些实例中，螺旋槽16可不沿着增强套筒14的整个长度延伸。 上述后一种构造所提供的一部分增强套筒14的外表面上将不具有螺旋槽16。
增强套筒14用于稳固钻杆10的端部以便防止其弯曲和从近于线性的方 向偏离。因此，钻头12在敲击钻孔作业过程中所经受的晃动影响将得以减少。 在一些实施例中，增强套筒14可在另外的软土层中钻出直孔而不会发生明显 的钻孔偏差。
增强套筒14也可使紧邻钻杆10的部分钻头与钻孔壁17相分离而不与钻 孔壁17接触，由此减少或防止钻削物质对部分钻头所造成的任何磨损。增强 套筒14的外表面直径应大致上等于或者仅稍微小于所接触的钻孔壁17的直 径并可导致轻微的磨损，该磨损将仅仅导致螺旋槽16的深度轻微地减小。
即使钻杆柱可包含多个钻杆，但该钻杆柱可仅需要在第一钻杆上设置一 个或多个增强套筒。图9所示的钻杆柱其在第一钻杆上设置有两个增强套筒 14。图9中的第二增强套筒在敲击钻孔作业过程中对钻杆柱增加了进一步的 强化。因此，专门使用的第二 (以及第三、第四等)导轨(如图1中所示) 就可以被省略进而降低成本。
增强套筒14可由能够使其按照本文所描述的方式进行操作的任意种类 的材料或复合材料制成。特别是，增强套筒14可由与钻杆材料相同的材料制 成。
上述钻孔设备可采用任何能够提供上述特性的公知的方法制造而成。当 钻杆制备完成之后，增强套筒14可通过任何公知的加工工艺制成。然后，增 强套筒14将被加热至几百摄氏度的温度以使其膨胀。随后增强套筒14将被 套接(如果需要可通过应力)在钻杆10之上直至增强套筒的第三部分14.3 略过基体部10.3。在此处，增强套筒的第二部分14.2将位于延伸部10.2之上 并且增强套筒的第一部分14.1将位于接触部10.1之上。在增强套筒的冷却状 态下，增强套筒将无法套接至钻杆。但通过高温加热可使增强套筒膨胀，进 而使增强套筒在被冷縮配合于钻杆之上时不需要通过应力即可固定于钻杆的 端部之上。
然后，增强套筒14将被冷却，以使得增强套筒14收縮并固定或附加至 钻杆之上，进而可防止增强套筒在钻杆之上移动。在一些实例中，增强套筒可与钻杆相结合并永久性地附加至钻杆之上。因此，在这些实例中，增强套 筒将变为钻杆的一部分并且将不会随着敲击钻孔过程中的转动和冲击应力而 发生脱落。
在另一些实施例中，增强套筒14则无需与钻杆分开制造并于随后套接在 传统的钻杆之上。在这些实施例中，钻杆将特定地采用任意的公知工艺来加 以制造以便将上述增强套筒的特征结合到钻杆之中。
上述钻孔设备可被用于任何公知的钻孔过程中。包含钻头的钻杆柱可用
来锤击钻孔的底部以便切除相应的物质。当钻头12上的切削元件13或20 被磨损后，钻杆柱将被收回并且新的锐利的钻头12将会被螺接至钻杆10的 端部之上。这里可不必担心在钻孔过程中增强套筒会被移位，这是因为增强 套筒14与钻杆10之间的结合可专门承受住几吨的应力而不会被移位。
除了对前述内容进行任意修改以外，本领域技术人员在不脱离本发明的 精髓与范围的前提下还可做出许多其它的变化以及可供替换的配置方案，并 且所附权利要求的保护范围将覆盖这些修改和可供替换的配置方案。因此， 当被认为是本发明最具实用性且最佳的技术方案的特征及细节经过上面的描 述之后，对于本领域的普通技术人员来说可以显而易见地理解，在不脱离本 文所阐明的原理和概念的前提下，应当能够对包含但不限于本发明的形状、 功能、操作方法及应用等方面提出众多的修改。同时，本文中所使用的实例 其目的仅仅是为了说明本发明而绝非要以任何形式来限定本发明。
权利要求
1、一种钻杆柱，包含包含锥形部分的钻杆；以及包含于所述钻杆的锥形部分之上的增强套筒，所述增强套筒的外径基本上等于或者稍微小于所述钻杆柱所位于的钻孔壁的尺寸。
2、 如权利要求1所述的钻杆柱，其中所述增强套筒的内表面设置成基本 上与所述锥形部分的外表面相匹配，以使得所述增强套筒在所述钻杆运动时 不发生脱落。
3、 如权利要求1所述的钻杆柱，其中所述增强套筒的外表面包含一个螺 旋槽。
4、 如权利要求3所述的钻杆柱，其中所述增强套筒的外表面包含多个螺 旋槽。
5、 如权利要求3所述的钻杆柱，其中在所述钻杆于钻孔过程中转动时， 所述螺旋槽沿着所述钻杆的长度移动通过钻孔作业排出的物质。
6、 如权利要求3所述的钻杆柱，其中所述螺旋槽的倾斜角为0度至30度。
7、 如权利要求1所述的钻杆柱，其中所述钻杆之上包含有多个增强套筒。
8、 一种敲击钻杆柱，包含 包含锥形部分的钻杆；以及包含于所述钻杆的锥形部分之上的增强套筒，所述增强套筒的外径基本 上等于或者稍微小于所述钻杆柱所位于的钻孔壁的尺寸，并且所述增强套筒 的外表面包含螺旋槽。
9、 如权利要求8所述的钻杆柱，其中所述增强套筒的内表面设置成基本上与所述锥形部分的外表面相匹配，以使得所述增强套筒在所述钻杆运动时 不发生脱落。
10、 如权利要求8所述的钻杆柱，其中所述增强套筒的外表面包含多个 螺旋槽。
11、 如权利要求8所述的钻杆柱，其中在所述钻杆于钻孔过程中转动时， 所述螺旋槽沿着所述钻杆的长度移动通过钻孔作业排出的物质。
12、 如权利要求8所述的钻杆柱，其中所述螺旋槽的倾斜角为0度至30度。
13、 如权利要求8所述的钻杆柱，其中所述钻杆之上包含有多个增强套筒。
14、 一种制造敲击钻杆柱的方法，所述方法包含-提供包含锥形部分的钻杆；以及于所述钻杆的锥形部分之上配置增强套筒，所述增强套筒的外径基本上 等于或者稍微小于所述钻杆柱所位于的钻孔壁的尺寸，并且所述增强套筒的 外表面包含多个螺旋槽。
15、 如权利要求14所述的方法，还包含在所述增强套筒制成后加热所述 增强套筒，将所述增强套筒强压于所述钻杆之上，以及随后冷却所述增强套 筒以使所述增强套筒附加至所述钻杆之上。
16、 如权利要求15所述的方法，其中所述增强套筒在冷却过程中联结到 所述钻杆之上。
17、 一种敲击钻孔设备，包含 钻头；钻杆柱，所述钻杆柱包含具有锥形部分的钻杆，所述锥形部分连接至所 述钻头；以及位于所述钻杆的锥形部分之上的增强套筒，所述增强套筒的外径基本上 等于或者稍微小于所述钻杆柱所位于的钻孔壁的尺寸，并且所述增强套筒的 外表面包含螺旋槽。
18、 如权利要求17所述的钻孔设备，其中所述增强套筒的内表面设置成 基本上与所述锥形部分的外表面相匹配，以使得所述增强套筒在所述钻杆运动时不发生脱落。
19、 如权利要求17所述的钻孔设备，其中在所述钻杆于钻孔过程中转动 时，所述螺旋槽沿着所述钻杆的长度移动通过钻孔作业排出的物质。
20、 如权利要求17所述的钻孔设备，其中所述增强套筒的外径基本上等 于或者稍微小于所述钻头的直径。
21、 一种敲击钻孔方法，包含提供一种敲击钻孔设备，所述敲击钻孔设备包含钻头；钻杆柱，所述钻杆柱包含具有锥形部分的钻杆，所述锥形部分连接至所述钻头；以及位于 所述钻杆的锥形部分之上的增强套筒，所述增强套筒的外径基本上等于或者 稍微小于所述钻头的直径，并且所述增强套筒的外表面包含螺旋槽；以及 反复地将所述钻头强压到待进行钻孔的物质上。
22、如权利要求21所述的方法，还包含转动所述钻孔设备以使得通过钻 孔作业排出的物质在所述钻杆转动时沿着所述钻杆的长度移动。
全文摘要
一种使用钻孔设备增加线性方向钻孔作用的设备和方法。此钻孔设备包含装配有增强套筒的钻杆，增强套筒位于钻杆之上并尽可能与钻头接近。增强套筒的外径配置成与钻头直径大致相同，并且如果需要的话，可配制成恰好稍微小于钻头直径。增强套筒加强了紧邻于钻头的钻杆并减小甚至基本上消除了介于钻杆与钻头附近的钻孔之间的间隙。因此，增强套筒可减小钻头在钻孔中的晃动并且减小钻头从直线钻孔方向摇摆的幅度。增强套筒可包含螺旋槽用以将钻孔过程中排出的物质从钻头上移除。
文档编号E21B10/36GK101512097SQ200780029184
公开日2009年8月19日 申请日期2007年6月22日 优先权日2006年6月22日
发明者京·詹姆斯·姚 申请人:宝长年全球控股股份有限公司