CN100334320C - 节水钻探潜水泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻探潜水泵。节水钻探潜水泵，其特征是：它包括上接头(28)、脉动水压柱塞往复装置、吸注水装置、下接头(30)，脉动水压柱塞往复装置的第二缸体(5)的下端与吸注水装置的进水阀体(1)的上端连接，吸注水装置的出水阀体(29)的下端与下接头(30)的上端连接；脉动水压柱塞往复装置的工作柱塞(3)与吸注水装置之间设有泵腔(7)，吸注水装置的单向吸水道的一端与泵腔(7)相通，另一端与进水阀体(1)外相通，吸注水装置的单向注水道的一端与泵腔(7)相通，另一端与下接头(30)的相通。本发明不需要外部电源，适用于节水钻探，提高缺水地区节水钻探的效率。
Description
技术领域
本发明属于钻探领域，具体涉及一种钻探潜水泵，用于缺水地区通过孔内地层水的局部循环实现节水钻探。
背景技术
水资源短缺已成为严重制约我国西部地区经济发展的重要因素之一。目前生产实践中采用的传统钻进方法与机具必须消耗大量地表水来冷却钻头、冲洗孔底和排除岩屑，几乎不可能用于严重缺水或供水困难的条件下。
潜水泵大都设有电机、导线部分，其一体积大，其二需要电源，不适用于钻探领域，如申请号：03240373，井用潜水泵。
发明内容
针对西部多为地表无水，地下浅层漏水，而深部有水的情况，本发明的目的在于提供一种不需要外部电源、节水钻探的潜水泵，通过潜水泵实现孔内地层水的局部循环来维持正常钻进。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：节水钻探潜水泵，其特征是：它包括上接头28、脉动水压柱塞往复装置、吸注水装置、下接头30，上接头28的下端通过接头27与脉动水压柱塞往复装置的第一缸体4的上端连接，脉动水压柱塞往复装置与吸注水装置通过脉动水压柱塞往复装置的第二缸体5的下端与吸注水装置的进水阀体1的上端连接，吸注水装置的出水阀体29的下端与下接头30的上端连接，下接头30的下端可与钻杆柱相连接，上接头28、接头27的内腔与脉动水压柱塞往复装置的传动柱塞腔相通，脉动水压柱塞往复装置的工作柱塞3与吸注水装置之间设有泵腔7，吸注水装置的单向吸水道的一端与泵腔7相通，另一端与进水阀体1外环空间相通，吸注水装置的单向注水道的一端与泵腔7相通，另一端与下接头30的相通。
所述的脉动水压柱塞往复装置包括传动柱塞2、工作柱塞3、第一缸体4、第二缸体5、连杆13、上支撑环14、下支撑环15、工作弹簧16、球形铰接17，第一缸体4上端与接头27连接，第一缸体4上部有传动柱塞腔，第一缸体4下部开有连杆腔23，传动柱塞2位于传动柱塞腔内，传动柱塞2下设有连杆13，连杆13的上端套有上支撑环14，上支撑环14的外径大于传动柱塞腔的直径，上支撑环14下的连杆13上依次套有工作弹簧16、下支撑环15，下支撑环15支撑在第二缸体5上；工作柱塞3位于第二缸体5内，连杆13的下端由球形铰接17与工作柱塞3的上端铰接，从而允许安装时存在一定的偏斜和径向位移；工作柱塞3的下端的空腔为泵腔7，第二缸体5下端与进水阀体1的上端连接。
所述的脉动水压柱塞往复装置的传动柱塞2与第一缸体4之间设有第一密封圈25，第一密封圈25位于第一缸体4上的密封圈槽内；工作柱塞3与第二缸体5之间设有第二密封圈26，第二密封圈26位于第二缸体5上的密封圈槽内。
所述的脉动水压柱塞往复装置的下支撑环15上开有水孔，工作柱塞3上端部开有横向通道24，横向通道24与下支撑环15的水孔相通，工作柱塞3的横向通道24下开有中心通道22，中心通道22上端与横向通道24相通，中心通道22下端与泵腔7相通，中心通道22内设有泄水阀10，泄水阀10的下端设有顶簧。
所述的吸注水装置包括进水阀体1、出水阀体29、吸水阀8、出水阀9，进水阀体1的上端与第二缸体5下端连接，进水阀体1的下端与出水阀体29的上端连接，出水阀体29的下端与下接头30连接；进水阀体1上设有单向吸水道，所述单向吸水道包括水眼11、腔室12，水眼11的一端与进水阀体1外部相通，另一端与腔室12相通，腔室12与泵腔7相通，腔室12内设有吸水阀8，吸水阀8上顶有弹簧；进水阀体1上开有通水孔31，出水阀体29上开有出水腔32，所述的单向注水道包括通水孔31、出水腔32，通水孔31的一端与泵腔7相通，另一端与出水腔32相通，出水腔32与下接头30的空腔相通，出水腔32内设有出水阀9，出水阀9下顶有弹簧。
本发明的优点是：该潜水泵不需要外部电源，克服了传统孔内局部循环钻具的结构复杂、大量消耗地表水或循环流量不大等缺点，在基本不消耗地表水的前提下，实现了有压头的强制性孔内冲洗液局部循环，可达到正常钻进所需要的流量，从而完成孔内冲洗液局部循环，保证冷却钻头、排除岩屑所需的流量，而且可自动补偿接头漏水的影响，从而保证钻进中孔内冲洗液局部循环的可靠性，提高钻探效率。本发明体积小，结构简单，结构沿轴向布置，上下两端由上接头28、下接头30直接与钻杆柱相连接，适用于钻探、节水，提高缺水地区节水钻探的效率。
附图说明
图1是本发明结构示意图
图2是本发明的应用示意图
图中：1-进水阀体，2-传动柱塞，3-工作柱塞，4-第一缸体，5-第二缸体，6-工作腔，7-泵腔，8-吸水阀，9-出水阀，10-泄水阀，11-水眼，12-腔室，13-连杆，14-上支撑环，15-下支撑环，16-工作弹簧，17-球形铰接，22-中心通道，23-连杆腔，24-横向通道，25-第一密封圈，26-第二密封圈，27-接头，28-上接头，29-出水阀体，30-下接头，31-通水孔，32出水腔，33-节水钻探潜水泵，34-地表钻探泵，35-脉动器，36-活塞，37-钻杆柱。
具体实施方式
如图1所示，节水钻探潜水泵，它包括上接头28、脉动水压柱塞往复装置、吸注水装置、下接头30，上接头28的上端可与钻杆柱37相连接，上接头28的下端通过接头27与脉动水压柱塞往复装置的第一缸体4的上端连接，脉动水压柱塞往复装置与吸注水装置由脉动水压柱塞往复装置的第二缸体5的下端与吸注水装置的进水阀体1的上端连接，吸注水装置的出水阀体29的下端与下接头30的上端连接；下接头30的下端可与钻杆柱37相连接，上接头28、接头27内为空腔并与脉动水压柱塞往复装置的传动柱塞腔相通，下接头30内为空腔，脉动水压柱塞往复装置的工作柱塞3与吸注水装置之间设有泵腔7，吸注水装置的单向吸水道的一端与泵腔7相通，另一端与进水阀体1外环空间相通，吸注水装置的单向注水道的一端与泵腔7相通，另一端与下接头30的空腔相通。
如图1所示，所述的脉动水压柱塞往复装置包括传动柱塞2、工作柱塞3、第一缸体4、第二缸体5、连杆13、上支撑环14、下支撑环15、工作弹簧16、球形铰接17，第一缸体4上部开有传动柱塞腔，第一缸体4下部开有连杆腔23，传动柱塞2位于传动柱塞腔内，安装传动柱塞后传动柱塞腔与连杆腔23的水路是不相通的，这样才能达到节水钻探目的；传动柱塞2下设有连杆13，连杆13的上端套有上支撑环14，上支撑环14的外径大于传动柱塞腔的直径，上支撑环14下的连杆13上依次套有工作弹簧16、下支撑环15，下支撑环15支撑在第二缸体5上；工作柱塞3位于第二缸体5内，连杆13的下端由球形铰接17与工作柱塞3的上端铰接，从而允许安装时存在一定的偏斜和径向位移；工作柱塞3的下端的空腔为泵腔7，第二缸体5下端与进水阀体1的上端连接。
如图1所示，所述的脉动水压柱塞往复装置的传动柱塞2与第一缸体4之间设有第一密封圈25，第一密封圈25位于第一缸体4上的密封圈槽内；工作柱塞3与第二缸体5之间设有第二密封圈26，第二密封圈26位于第二缸体5上的密封圈槽内。
如图1所示，所述的脉动水压柱塞往复装置的下支撑环15上开有水孔，工作柱塞3上端部开有横向通道24，横向通道24与下支撑环15的水孔相通，工作柱塞3的横向通道24下开有中心通道22，中心通道22上端与横向通道24相通，中心通道22下端与泵腔7相通，中心通道22内设有泄水阀10，泄水阀10的下端设有顶簧。
如图1所示，所述的吸注水装置包括进水阀体1、出水阀体29、吸水阀8、出水阀9，进水阀体1的上端与第二缸体5下端连接，出水阀体29的上端与进水阀体1的下端连接，下接头30的上端与出水阀体29的下端连接；进水阀体1上设有单向吸水道，所述单向吸水道包括水眼11、腔室12，水眼11的一端与进水阀体1外部相通，另一端与腔室12相通，腔室12与泵腔7相通，腔室12内设有吸水阀8，吸水阀8上顶有弹簧；进水阀体1上开有通水孔31，出水阀体29上开有出水腔32，所述的单向注水道包括通水孔31、出水腔32，通水孔31的一端与泵腔7相通，另一端与出水腔32相通，出水腔32与下接头30的空腔相通，出水腔32内设有出水阀9，出水阀9下顶有弹簧。
本发明按以下方式工作：
如图2所示，把节水钻探潜水泵33与钻杆柱37一起下入钻孔内，在节水钻探潜水泵下入的位置必须充满地层水(冲洗液)。由于地表钻探泵34安装了脉动器35，来自地表钻探泵的水力脉冲通过充满钻杆柱的液体传递到节水钻探潜水泵的工作腔6(接头27的空腔)。如图1所示，在脉动水压作用下节水钻探潜水泵的传动柱塞2和连杆13带动工作柱塞3向下位移，压缩连杆13上位于上支撑环14、下支撑环15之间的弹簧16，并把泵腔7中的液体通过通水孔31压向出水腔32，经出水阀9、钻杆柱和粗径钻具流向孔底(图1中未画出)。
当地表钻探泵反向行程(依靠活塞36)时，由于脉动器的作用使管路中的水压力下降，被压缩的弹簧16恢复，并通过上支撑环14给传动柱塞一个向上的作用力；同时，来自管外空间的静水柱压力通过水眼11、腔室12、吸水阀8和泵腔7作用于工作柱塞3的下端，使传动柱塞2和工作柱塞3返回到原来的位置。这时管外空间的水经过打开的吸水阀充满泵腔7。然后，来自脉动器的下一个水力脉冲又来到了，在它的作用下传动柱塞2、工作柱塞3又向下位移，把泵腔7内的液体压向孔底，开始一个新的循环。
由于节水钻探潜水泵所有的阀(包括吸水阀8、出水阀9和泄水阀10)都布置在泵的几何中心轴上，即钻杆柱的回转轴上，所以消除了离心力对阀体的有害影响，从而提高节水钻探潜水泵的工作效率。这种布置方式还允许把潜水泵阀体的尺寸设计得尽量大些，以保证有效冲洗孔底所需的泵量。
如果接头处密封不良，使连杆腔23内充满了液体，在工作柱塞3的反向行程时可沿着通道24、22和泄水阀10将液体排至泵腔7，进一步提高潜水泵的效率。
本发明通过工作弹簧来补偿潜水泵反向行程时的水力脉冲，借助球形铰接来适应传动柱塞、工作柱塞与缸体的不同心度，通过阀体的科学设计来消除回转时离心力的有害影响，提高缺水地区节水钻探的可靠性和效率。吸水阀、出水阀和泄水阀的科学设计，把它们布置在泵的轴线上，从而消除了回转时离心力对阀体工作的有害影响，有利于提高潜水泵的可靠性与效率。
Claims (5)
1.节水钻探潜水泵，其特征是：它包括上接头(28)、脉动水压柱塞往复装置、吸注水装置、下接头(30)，上接头(28)的下端通过接头(27)与脉动水压柱塞往复装置的第一缸体(4)的上端连接，脉动水压柱塞往复装置与吸注水装置由脉动水压柱塞往复装置的第二缸体(5)的下端与吸注水装置的进水阀体(1)的上端连接，吸注水装置的出水阀体(29)的下端与下接头(30)的上端连接；上接头(28)、接头(27)内为空腔并与脉动水压柱塞往复装置的传动柱塞腔相通，下接头(30)内为空腔，脉动水压柱塞往复装置的工作柱塞(3)与吸注水装置之间设有泵腔(7)，吸注水装置的单向吸水道的一端与泵腔(7)相通，另一端与进水阀体(1)外相通，吸注水装置的单向注水道的一端与泵腔(7)相通，另一端与下接头(30)的空腔相通。
2.根据权利要求1所述的节水钻探潜水泵，其特征是：所述的脉动水压柱塞往复装置包括传动柱塞(2)、工作柱塞(3)、第一缸体(4)、第二缸体(5)、连杆(13)、上支撑环(14)、下支撑环(15)、工作弹簧(16)、球形铰接(17)，第一缸体(4)上部开有传动柱塞腔，第一缸体(4)下部开有连杆腔(23)，第一缸体(4)上端与接头(27)连接，第一缸体(4)下端与第二缸体(5)连接，传动柱塞(2)位于传动柱塞腔内，传动柱塞(2)下设有连杆(13)，连杆(13)的上端套有上支撑环(14)，上支撑环(14)的外径大于传动柱塞腔的直径，上支撑环(14)下的连杆(13)上依次套有工作弹簧(16)、下支撑环(15)，下支撑环(15)支撑在第二缸体(5)上；第二缸体(5)内为空腔，工作柱塞(3)位于第二缸体(5)的空腔内，连杆(1 3)的下端由球形铰接(17)与工作柱塞(3)的上端铰接，工作柱塞(3)的下端的空腔为泵腔(7)，第二缸体(5)下端与进水阀体(1)的上端连接。
3.根据权利要求2所述的节水钻探潜水泵，其特征是：所述的脉动水压柱塞往复装置的传动柱塞(2)与第一缸体(4)之间设有第一密封圈(25)，第一密封圈(25)位于第一缸体(4)上的密封圈槽内；工作柱塞(3)与第二缸体(5)之间设有第二密封圈(26)，第二密封圈(26)位于第二缸体(5)上的密封圈槽内。
4.根据权利要求2所述的节水钻探潜水泵，其特征是：所述的脉动水压柱塞往复装置的下支撑环(15)上开有水孔，工作柱塞(3)上端部开有横向通道(24)，横向通道(24)与下支撑环(15)的水孔相通，工作柱塞(3)的横向通道(24)下开有中心通道(22)，中心通道(22)上端与横向通道(24)相通，中心通道(22)下端与泵腔(7)相通，中心通道(22)内设有泄水阀(10)，泄水阀(10)的下端设有顶簧。
5.根据权利要求1所述的节水钻探潜水泵，其特征是：所述的吸注水装置包括进水阀体(1)、出水阀体(29)、吸水阀(8)、出水阀(9)，进水阀体(1)的上端与第二缸体(5)下端连接，进水阀体(1)的下端设有接头，出水阀体(29)的上端与进水阀体(1)的下端连接，出水阀体(29)的下端设有接头，下接头(30)的上端与出水阀体(29)的下端连接；进水阀体(1)上设有单向吸水道，所述单向吸水道包括水眼(11)、腔室(12)，水眼(11)的一端与进水阀体(1)外部相通，另一端与腔室(12)相通，腔室(12)与泵腔(7)相通，腔室(12)内设有吸水阀(8)，吸水阀(8)上顶有弹簧；进水阀体(1)上开有通水孔(31)，出水阀体(29)上开有出水腔(32)，所述的单向注水道包括通水孔(31)、出水腔(32)，通水孔(31)的一端与泵腔(7)相通，另一端与出水腔(32)相通，出水腔(32)与下接头(30)的空腔相通，出水腔(32)内设有出水阀(9)，出水阀(9)下顶有弹簧。
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