CN110621847B - 使用水锤单元的定向钻探装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置包括：锤体，在锤体中，配置为进行钻孔工作的钻头单元安装为在锤体的端部部分处可向上并向下移动；活塞，可滑动地安装在锤体上，并且包括在纵向方向上形成的工作流体排出部；驱动单元，安装在锤体与活塞之间以支承活塞的上部部分，并且配置为利用通过与锤体连接的杆所供应的水向上和向下移动活塞；锤单元，包括旋转轴，旋转轴通过第一联接部联接至钻头，以便在锤单元穿过安装在锤体上的活塞并且通过钻头向上或向下移动的状态下传递旋转力；以及泥浆马达单元，联接至锤体，并且配置为旋转旋转轴。

Description

使用水锤单元的定向钻探装置

技术领域

本发明涉及使用水锤单元的定向钻探装置，更具体地，涉及使用水锤单元的定向钻探装置，该装置能够旋转水锤单元的钻头，并且在与垂直方向不同的预定的轨道方向上从造斜点(KOP)到标记点进行钻探工作。

背景技术

通常，“钻探”是指在地壳中钻一个直径相对较小的孔，以便了解地层的结构或者特性，并且进行钻探以获取各种知识或者获得石油、天然气、温泉、地下水等。钻探深度和钻孔的直径依据使用的目的而不同。

根据钻探方法，将钻探工作分类为指向钻头式方法、推靠钻头式方法、造斜器方法和喷射方法，其中，指向钻头式方法是通过改变钻探钻头的方向来改变钻探方向，推靠钻头式方法是通过从壁表面推动钻探部的壳体来改变钻探方向，造斜器方法是通过在特定方向上插入具有倾斜度的辅助单元来改变钻探方向，喷射方法是通过仅在特定方向上射击泥水以弱化地面来改变钻探方向。通过当进行挖掘时在横向方向上施加驱动力以提供方向性，通过仅改变钻探轴的方向以改变方向，或者通过调节泥水的排出方向来执行这种改变钻探方向的方法。这种方法有助于精确控制钻探方向。

具体地，通过在垂直方向或者水平方向或者以预设和预定的角度进行钻孔，从而进行建筑行业和采矿业的电缆铺设和地面调查以及用于设计并建造隧道和各种结构的钻探勘测，并且因而需要测量钻探方向、钻探角度和正确的方位。

在钻探过程中钻出具有统一等向性的金属材料的情况下，误差不大，但是在钻出包括各种材料并且具有异向性的岩石的情况下，钻探方向的误差和偏差相对较大，并且在岩石具有裂纹和节理断裂的情况下，钻探方向的误差和偏差更加严重。

另外，当使用上述传统的钻探方法进行钻探时，存在用于钻孔的钻探速度相对较低的问题。

在早期公开号为0525998(1993年2月2日)的日本专利申请中，公开了用于挖掘机的方向控制方法和方向控制装置。所公开的方法和装置使用包括头部和可弯曲地连接到其背部的尾部的屏蔽体，并且使用沿着诸如待建航站楼的投影线等的参考线定向的光束来控制挖掘机的钻探方向。

然而，这种用于挖掘机的常规方向控制方法可使用沿着参考线定向的光束来进行方向控制，但是，在地面脆弱且塌陷的情况下，可能无法顺利地进行挖掘工作。

同时，在用于钻探地面的挖掘装置中，彼此连接的杆中的一根杆安装在钻孔装置的头部，并且锤装置安装在杆的端部部分，用于石油钻探、气体钻探、隧道钻孔、用于地下电缆的施工、地下热源开发、地下水开发等。

锤装置包括使用依据工作流体的气压的气锤、使用高压水的水锤等。气锤利用气压来运转活塞，以便对地面钻孔提供击打力，并且钻出相对较深的孔比较难。另外，在水锤的情况下，由于将作为不可压缩的流体的水用作工作流体，所以具有如下优点：击打力可能较高，并且当排出提供的流体时，在钻孔过程中产生的土壤和岩石碎块可以同时排出。然而，当以一定的倾斜度进行钻探工作时，存在不容易控制方向的问题。

在注册号为876450的韩国专利和注册号为1300243的韩国专利中，公开了使用水驱动的锤子。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供使用水锤单元的定向钻探装置，该装置能够旋转提供击打力的钻头，并且控制钻探方向。

本发明还旨在提供使用水锤单元的定向钻探装置，该装置能够防止当钻孔的深度在地面中增加时由于钻孔内部的水压增加而导致钻头的挖掘力由活塞而降低。

技术方案

本发明的一方面提供了使用水锤单元的定向钻探装置，该装置包括：锤体，在锤体中，配置为进行钻孔工作的钻头单元安装为在锤锤体的端部部分处可向上并向下移动；活塞，可滑动地安装在锤体上，并且包括在纵向方向上形成的工作流体排出部；驱动单元，安装在锤体与活塞之间，以支承活塞的上部部分，并且配置为利用通过与锤体连接的杆所供应的水向上并向下移动活塞；锤单元，包括旋转轴，旋转轴通过第一联接部联接至钻头，以便在锤单元穿过安装在锤体上的活塞并且通过钻头向上或向下移动的状态下传递旋转力；外管体，通过钻探方向角调节单元联接至锤体；内管体，安装在外管体内部，以形成第一工作流体供应路径，并且包括第二工作流体供应路径，其中，通过第一工作流体供应路径将工作流体供应到外管体的内周表面和锤单元；泥浆马达，安装在内管体的下端部侧，并且包括与旋转轴连接以便旋转旋转轴的驱动轴；以及泥浆马达单元，包括压力分配单元，压力分配单元安装在外管体以及内管体的另一侧的端部部分上，以便将压力分配到第一工作流体供应路径和第二工作流体供应路径。

使用水锤单元的定向钻探装置还可包括工作流体疏散部分，工作流体疏散部分安装在锤体与活塞之间以引导活塞，形成了疏散空间，将气泡与引入到疏散空间中的水分离，并且将水存储在疏散空间的上侧，其中，锤体布置在钻头单元与驱动单元之间，当活塞击打钻头时，活塞与钻头之间的水被疏散到疏散空间。

工作流体疏散部分可包括：子壳体，子壳体的两个端部部分固定在锤体内部的内周表面，以支承活塞的下部部分和钻头的上部部分，在锤体的内周表面与子壳体之间形成疏散空间，并且形成工作流体疏散孔，其中，当活塞击打钻头时，作为活塞与钻头之间的工作流体的水被疏散到疏散空间，通过工作流体疏散孔引入或排出活塞与钻头之间的水；以及气水分离部，形成在与活塞和钻头的击打部相邻的子壳体与锤体之间，并且配置为将气泡与当活塞击打钻头时所疏散的水分离，以将水存储在疏散空间的上部部分处。

气水分离部可包括限定构件，限定构件安装在活塞引导部与钻头引导部相邻的外周表面与锤体的内周表面之间，并且在限定构件中形成有多个气体通过孔。

通过在钻头中在纵向方向上形成中空部分，并且分别在中空部分的内周表面和旋转轴的端部部分的内周表面中形成内花键和外花键以彼此联接，可形成连接钻头和旋转轴的第一联接部。

压力分配单元可包括：插座，安装在外部的端部部分处，以与杆联接；节流主体构件，具有中空部分，并且在节流主体构件中形成有多个通气孔，其中，中空部分与内管体的端部部分联接，具有与插座的内周表面联接的端部部分，并且与第二工作流体供应路径连通，通气孔与中空部分和第一工作流体供应路径连通；以及节流构件，插入节流主体构件的中空部分中，以控制通过通气孔和中空部分的工作流体的流量，以便分配压力。

有益效果

根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置能够根据待钻的钻孔的设计来控制方向性，并且还能够执行定向钻探工作。

另外，在使用水锤单元的钻探装置中，由于工作流体疏散部分形成在锤体中，因而当通过驱动单元向上或向下移动的活塞击打钻头时，作为钻头与活塞的端部部分之间的工作流体的水能够被引入到疏散空间或者从疏散空间排出。另外，使用水锤单元的钻探装置能够将气泡与引入到疏散空间中的水分离，并且将空气存储在疏散空间的上侧中。由于能够由工作流体疏散部分防止在活塞向上或向下移动时因位于活塞与钻头之间的水的妨碍而导致的活塞的击打力和上升力的减小，并且能够同时击打并旋转钻头，所以能够提高弹性。

具体地，根据本发明的钻探装置能够进行定向钻探工作和直线钻探工作。

附图说明

图1是示出将根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置安装在钻孔装置中并且进行钻探的状态的示意性侧面剖视图。

图2是示出根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置的分解剖视图。

图3是示出根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置的剖视图。

图4是示出根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置的驱动单元的放大剖视图。

图5和图6是示出根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置的运行状态的剖视图。

图7是示出与根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置分离的钻头部分的立体图。

具体实施方式

根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置和定向压入方法用于执行定向钻探工作，以用于地热发电、石油和天然气、温泉、地下水、用于地壳内部的知识的岩心样本、电缆铺设等，以及本发明的一个实施方式在图1至图7中示出。

参考附图，根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置安装在钻孔装置1中，以对地面进行钻探，并且包括水锤单元10和泥浆马达单元200，其中，水锤单元10使用钻头对地面进行钻探，泥浆马达单元200通过钻探角调节单元130联接至水锤单元10，并且配置为旋转水锤单元10的钻头，即，被活塞击打的钻头32。在泥浆马达单元200与钻探角调节单元130之间还可设置用于缓冲的蓄积单元300。

下面将更详细地描述根据本发明的、如上所述形成的使用水锤单元的定向钻探装置10。

水锤单元10和使用水锤单元的定向钻探装置10的水锤单元10通过钻孔装置1的头部2向下移动，并且由通过彼此连接的杆3和泥浆马达单元200所供应的工作流体进行操作，以对地面进行钻孔。

水锤单元10包括锤体20，锤体20在其上侧具有联接至钻探角调节单元130的联接部21，并且在锤体20中，配置为进行钻孔工作的钻头单元30安装在其下侧。另外，水锤单元10包括活塞40，活塞40可滑动地安装在锤体20中，并且在纵向方向上包括工作流体排出部41。

另外，水锤单元10包括旋转轴48，旋转轴48通过第一联接部47联接至钻头32，以在旋转轴48穿过安装在锤体20中的活塞40并且向上或向下移动钻头32的状态下传递旋转力。

旋转轴48的一侧通过第一联接部47联接至钻头，以便在旋转轴48穿过安装在锤体中的活塞并且向上或向下移动钻头的状态下传递旋转力，并且在旋转轴48的另一侧的端部上形成有联接至将在下面描述的泥浆马达单元200的驱动轴的第二联结部49。

形成在中空部分34的内周表面上的内花键47a和形成在旋转轴48的端部部分处的外花键47b可联接，使得可形成将钻头32联接至旋转轴48的第一联接部47(参见图2、图3和图7)，其中，中空部分34在纵向方向上形成在钻头32中。

水锤单元10包括驱动单元50，驱动单元50安装在锤体20的内周表面与活塞40的上部的外周表面之间，以支承活塞40的上部，并且配置为使用通过与锤体20连接的泥浆马达单元200或蓄积单元300所供应的水向上或向下移动活塞40。水锤单元10还包括工作流体疏散部分100，工作流体疏散部分100安装在锤体20的内表面与活塞40的外表面之间，以引导活塞40，在活塞40使用钻头单元30击打钻头时形成活塞40与钻头之间的水的疏散空间，将气泡与引入疏散空间的水分离，并且将气泡存储在其中，其中，锤体20的内表面在安装在锤体20的下端部部分处的钻头单元30与驱动单元50之间。在本发明中，不一定必须安装工作流体疏散部分100。

另外，通过与水锤单元10连接的杆供应的工作流体可包括多个气泡。也就是说，工作流体可包括气泡，这是由于气泡(空气)由于泵而渗入水中并且使用泵在高压下泵送水。

水锤单元10的锤体20具有管形，管形中具有中空部分22，以及在锤体20的上端部侧形成用于与杆联接的联接部21。在锤体20的端部侧的内周表面上可形成有螺丝钉，以形成联接部21。

另外，活塞40安装在锤体20的中空部分22中，以能够上下移动，并且如上所述，活塞40由形成工作流体疏散部分100的子壳体110、锤体20的内周表面以及安装在活塞40的上侧的驱动单元50支承。另外，如上所述，活塞40包括在纵向方向上穿过活塞40的工作流体排出路径41。旋转轴48穿过工作流体排出路径41。

在安装在水锤体20的下侧的钻头单元30中，套环构件31安装在锤体20的端部处，包括击打部32的钻头32可旋转地安装在套环构件31中，以能够向上并向下移动。另外，在钻头32和套环构件31中设置了行程距离限制单元35，行程距离限制单元35配置为根据钻头32的向上或向下移动来限制行程距离。在行程距离限制单元35中，具有(与钻头的行程距离对应的)预定长度的钻头引导槽36在纵向方向上形成在钻头32的外周表面中，并且钻头锁定器37安装在套环构件31上，内端部分在钻头锁定器37中联接至钻头引导槽36。当钻头32向上或向下移动时，钻头锁定器37沿着钻头引导槽36引导钻头32，以根据钻头32向上或向下的移动限制行程距离。与活塞40的工作流体排出部41连通的排出路径34形成在钻头32的中央部分。

驱动单元50使用作为通过杆供应的工作流体的水向上并向下移动活塞40，在驱动单元50中安装有具有圆筒形状并且与锤体20的中空部分22联接的活塞壳体51，并且活塞40可滑动地安装在活塞壳体51中以击打钻头32。

活塞40包括引导部42、加压部44和台阶部分43，其中，引导部42引导活塞40在子壳体110中滑动，以及加压部44和台阶部分43从引导部42逐渐变为台阶状，并限定阀门安装空间，其中，在阀门安装空间中，在活塞壳体51的内周表面与活塞40之间安装了将在下面描述的阀门构件70，其中，引导盘44a形成在加压部44上，引导盘44a配置为与将在下面描述的阀门构件70的第一止动件71接触。另外，在活塞40的台阶部分43中形成有与工作流体排出部41连通的第一连通孔45。在这里，活塞40的引导部42的直径D1大于加压部44的直径D2，并且其中形成有第一连通孔45的部分的台阶部分43的直径D3小于直径D2。

在活塞壳体51的上侧安装有套筒构件52，套筒构件52插入至锤体20中，并由锤体20支承并且包括容纳部53，台阶部分43插入并引导入容纳部53中。

在锤体20的上端部分中，套筒构件52联接至第一连接管54，第一连接管54具有与工作流体疏散部41连通的中空部54a，并且在第一连接管54的外周表面与锤体20的内周表面之间形成有翼缘54c，在翼缘54c中形成有多个工作流体流经的多个第一贯通孔54b。

同时，由活塞40限定的阀门安装空间60形成在活塞壳体51和套筒构件52内侧。活塞壳体51、活塞40和阀门构件70安装在阀门安装空间60中，阀门构件70由于套筒构件52而安装为可滑动的，将阀门安装空间60限定至第一空间61、第二空间62和第三空间63(参见图2和图3)中，并且利用供应到空间侧部的水压活塞40向上或向下移动活塞40。

如图1和图2至图4中所示，阀门构件70包括第一止动件71、延伸部72和第二止动件73，其中，第一止动件71安装在加压部44的外周表面与活塞壳体51的内周表面之间，以具有预定的宽度，并且限定第一空间61，延伸部72从第一止动件71延伸，并且形成与第一连通孔45连接的第二空间62，第二止动件73从延伸部72的端部部分延伸，滑动至活塞40的端部侧，并且通过活塞40和套筒构件52的内周表面限定第三空间63。在阀门构件70的延伸部72的侧部形成有贯通部分74，贯通部分74从第二空间62朝向套筒构件52形成，并且减小上面施加有水压的相对的横截面积。另外，在阀门构件70的延伸部72处形成有插入部分75，插入部分75具有与活塞40的加压部44的直径D2大致相同的直径。由于延伸部72在插入部分75的上侧的内表面形成为具有比加压部44的直径大的直径D4，因此在第二止动件72暴露于第三空间63的横截面积与第一止动件71的横截面积之间可能会产生差异。

在这里，由形成在活塞40的加压部44处的引导盘44a和第一止动件71形成的活塞40在与活塞40的纵向方向垂直的方向上的横截面积大于台阶部分43暴露于第三空间的横截面积，第三空间由活塞40的台阶部分43的外周表面、套筒构件52和阀门构件70的第二止动件73限定。另外，与引导盘44a接触的第一止动件71具有长度，以使得即使当阀门构件70向上移动时，第一止动件71也不会与引导盘44a分离，并且当活塞40向上移动时，第一止动件71与引导盘44a分离，以通过第二空间62、第一连通孔45和活塞40的工作流体排出部41排出由第一空间61供应以使得活塞40向上移动的水。

在这里，在活塞40最初开始向上移动的时间点，即，第一止动件71与加压部44的引导盘44a分离的时间点，第一连通孔45与第二空间62连接并且活塞40进一步向上移动，活塞40的加压部44的具有直径D2的部分联接至插入部分75，并且因而第一连通孔45与第二空间62断开连接。

另外，在第一空间61和第三空间63中设置有配置为供应用作具有预定压力的工作流体的水的工作流体供应器80，以向上移动阀门构件70和活塞40。

另外，在工作流体供应器80中，第一水压路径81形成在套筒构件52与锤体20的外周表面之间，以及第二水压路径82与第一水压路径81连通，并且形成在锤体20的内周表面与活塞壳体51的外周表面之间。另外，第二连通孔83形成在套筒构件52中，以与第一水压路径81和第三空间63连通，并且第三连通孔84形成在活塞壳体51中，第三连通孔84与第二水压路径82连通，以用于向第一空间61供应工作流体。在由本发明人发明并注册的注册号为0562954的韩国专利中公开了以上所描述的水锤装置的驱动单元。

水锤单元10的工作流体疏散部分100具有如下结构：其中，当活塞40击打钻头32时，疏散作为钻头32与活塞40的端部部分之间的工作流体的水，并且当活塞向上移动时，在钻头32与活塞40的端部部分之间供应工作流体。

工作流体疏散部分100包括子壳体110和气水分离部120，其中，子壳体110安装在锤体20的内表面处，并且支承活塞40的下部部分和钻头32的上部部分，并且形成疏散空间101，疏散空间101形成在锤体的内周表面与子壳体110之间，并且当活塞击打钻头32时，将用作活塞40与钻头32之间的工作流体的水疏散到疏散空间101，气水分离部120布置在与活塞40和钻头32相邻的子壳体110与锤体20的内周表面之间，并且将气泡与已经在活塞击打钻头32时被疏散的水分离，从而存储在疏散空间的上部部分中。

子壳体110包括固定部分111、活塞引导部112和止动件113，其中，在固定部分111处，固定部分111的上端部部分与锤体20的内周表面固定接触，并且疏散空间101的上端部侧被子壳体和锤体20阻塞，活塞引导部112从固定部分111向下延伸，以引导活塞40的下部部分，并且在锤体20的内周表面与活塞引导部112之间形成疏散空间101，止动件113从活塞引导部112延伸，以引导钻头32的外周表面，并且阻塞在钻头32的外周表面与锤体20的内周表面之间，以密封并限定疏散空间101的下侧。

另外，子壳体110包括钻头引导部115，其中，工作流体疏散孔114形成在钻头引导部115中，当活塞40向上或向下移动以用于击打钻头32时，活塞40与钻头32之间的工作流体通过工作流体疏散孔114被引入疏散空间101或者从疏散空间101排出。在这里，止动件113和钻头引导部115可由不同的材料形成，并且联接至子壳体110，其中，工作流体疏散孔114形成在钻头引导部115中。另外，与工作流体疏散孔114连通的工作流体移动空间116可形成在钻头32和活塞40的端部周围的钻头引导部115的内侧上。

另外，气水分离部120包括限定构件122，其中，气水分离部120配置为当活塞40向上或向下移动时，将气泡与作为通过工作流体疏散孔114引入到疏散空间101中的工作流体的水分离，以将水存储在疏散空间101的上侧处，限定构件122安装在活塞引导部112与钻头引导部115相邻的外周表面与锤体20的内周表面之间，并且在限定构件122中形成有多个气体通过孔121。气水分离部120可形成在固定部分111与钻头引导部115相邻的一侧处，在钻头引导部115中形成有工作流体疏散孔114。

另外，水锤单元10的联接部21通过蓄积单元300联接至钻探角调节单元130。另外，蓄积单元300联接至泥锤单元。

钻探角调节单元130包括具有第一钻探角联接部131和第二钻探角联接部132的联接构件135，第一钻探角联接部131联接至锤单元10的联接部，第二钻探角联接部132联接至蓄积单元300。

为了定向钻探，第一钻探角联接部131和第二钻探角联接部132以在1°至1.5°的范围内的角度倾斜(参见图2和图3)。相对于与第二钻探角联接部132联接的泥浆马达单元200以及蓄积单元300，与第一钻探角联接部131联接的锤单元10的倾斜角在1°至1.5°的范围内。

另外，在蓄积单元300中，第一外管构件301与第一内管构件305联接，并且第一外管构件301的下端部部分联接至钻探角调节单元130的第二钻探角联接部132，并且因而形成第三工作流体供应路径310。第一内管构件301联接至旋转轴48穿过的第一芯管构件320，并且因而在第一内管构件301的内周表面与第一芯管构件320的外周表面之间形成储气罐321。另外，在第一内管构件301的下端部侧形成有连接孔322，第三工作流体供应路径310通过连通孔与储气罐321连通，使得水流过第三工作流体供应路径310，并且因而通过储气罐321将工作流体供应到水锤单元。因此，使得工作流体中包括的气泡向上移动并且存储在储气罐321中。

另外，通过钻探方向角调节单元130与蓄积单元300联接的泥浆马达单元200包括第二外管体201、第二内管体202、泥浆马达250和压力分配单元260，其中，第二内管体202安装在第二外管体201中，与第二外管体201的内周表面一起形成第一工作流体供应路径210，并且包括第二工作流体供应路径220，水通过第一工作流体供应路径210供应到水锤单元10，泥浆马达250安装在第二内管体202的下端部侧处，并且包括与旋转轴48连接以旋转旋转轴48的驱动轴251，压力分配单元260安装在第二外管体201以及第二内管体202的另一侧的端部部分处，并且配置为将压力分配到第一工作流体供应路径210和第二工作流体供应路径220。

压力分配单元260包括插座261、节流主体构件262和节流构件265，其中，插座261安装在外部的端部部分处以与杆联接；节流主体构件262具有中空部分，并且在节流主体构件262中形成有多个通气孔263，其中，中空部分与第二内管体202的端部部分联接，具有与插座261的内周表面连接的端部部分，并且与第二工作流体供应路径220连通，中空部分通过通气孔263与第一工作流体供应路径210连通；节流构件265插入节流主体构件262的中空部分中，并且在节流构件265中形成有节流孔264，其中，节流孔264配置为控制通过通气孔263和中空部分的工作流体的流量，并且配置为分配压力。

将参考图5和图6描述根据如上所述形成的根据本发明的钻孔装置的钻孔的操作。

首先，将钻孔装置1的彼此连接的驱动杆(未示出)、泥浆马达单元200和钻探角调节单元130联接，以执行定向钻探工作。根据上述联接，水锤单元10相对于泥浆马达单元200以在1°至1.5°的范围内的倾斜角联接。

在联接完成的状态下，供应通过杆供应的具有高压的工作流体。然后，如图2和图3中所示，通过压力分配单元260的通气孔263和节流构件265的节流孔264分配并引入工作流体。压力分配可通过考虑通过节流孔264供应到泥浆马达250的流量来相对减小供应到泥浆马达250的工作流体的压力。

因此，通过节流孔264供应的工作流体使泥浆马达250运转，并且由于泥浆马达250的驱动轴251与旋转轴48连接，所以旋转轴48旋转，并且因而钻头旋转。

另外，通过泥浆马达250的工作流体与通过第一工作流体供应路径210的水混合，穿过蓄积单元300，并且被引入水锤单元10的工作流体供应器80的第一水压路径81和第二水压路径82。

如上所述引入的工作流体通过形成在套筒构件52中的第二连通孔83和形成在活塞壳体51中的第三连通孔84被供应到第一空间61和第三空间63。

因此，由于在活塞40的纵向方向上施加有第一止动件71的压力的横截面积大于施加有第二止动件73的压力的横截面积，所以由于横截面积之间的差异而在阀门构件70的第一止动件71和第二止动件73之间产生了压力差。阀门构件70由于压力差而向上移动。此时，由于第一止动件71没有离开活塞40的加压部44的引导盘44a，所以施加到第一空间61的压力不会泄漏。

另外，由于施加到第一空间61的压力中的、施加到活塞40的加压部44的压力，即，施加到引导盘44a的下表面的压力，活塞40向上移动。

如图3中所示，当活塞40向上移动到预定高度时，加压部44的引导盘44a的外周表面与第一止动件71分离，第二空间62中向第一空间61提供压力的一些水通过间隙、第二空间62和形成在活塞40中的第一连通孔45排出到工作流体排出部41，其中，间隙形成在加压部44、引导盘44a和第一止动件71之间。

另外，当活塞40进一步向上移动时，形成在台阶部分43中的第一连通孔45被阻塞，这是因为具有直径D2的加压部44的端部侧联接至由滑动构件52和活塞壳体51支承的阀门构件70的插入部分75(参见图3和图4)。

因此，由于第一空间61和第三空间61中的压力相同，并且在施加到阀门构件70的暴露于第三空间的第二止动件73的横截面积的压力与施加到第一止动件71的压力之间产生压力差，所以阀门构件70向下移动。也就是说，由于第二止动件73的暴露于第三空间63的横截面积相对大于第一止动件71的暴露于第二空间62的横截面积，所以阀门构件70向下移动。

因此，形成了一个密封空间，在密封空间中，第一空间61和第二空间62彼此连通。在该状态下，由于包括引导盘44a的止动件44的横截面积大于台阶部分43的暴露于第三空间的横截面积，并且施加到加压部32c的压力相对较高，所以活塞40的向下移动到止动件44的引导盘44a，并且击打由旋转轴48旋转的钻头32。

同时，在如上所述操作的过程中，由锤装置钻出的孔和工作流体排出部41填充有用作工作流体的水，并且由于在锤装置中形成了工作流体疏散部分100，所以可防止由于位于活塞40与钻头32之间的水妨碍活塞40而可能发生的击打力和上升力的减小。

更具体地，当驱动单元50运转以向下移动活塞40以便击打旋转钻头32时，用作活塞40的端部部分与钻头32之间的工作流体的水通过工作流体疏散孔114被引入到疏散空间101中，以减小抵抗活塞40向下移动的阻力。

由于气泡包括在用作工作流体并且被疏散到疏散空间101的水中，所以气泡通过形成在限定疏散空间101的限定构件122中的气体通过孔121向上移动，被存储在疏散空间101的上侧，并且压缩在其中。另外，当活塞40击打钻头32并向上移动时，如图4中所示，存储在疏散空间101的上侧的压缩空气和位于疏散空间101的下侧的工作流体通过位于疏散空间101下方的工作流体疏散孔114被引入并供应到活塞40与钻头32之间，并且引入的水用作使活塞40向上移动的压力，并且因此活塞40易于向上移动。

具体地，随着地面中钻孔深度的增加，驱动杆应连续连接，并且在这种情况下，当引入水时，驱动杆的空白空间中的空气会渗入水，随水一起移动，并与水分离，并且因而供应到疏散空间的气泡向上移动。为了增加存储在疏散空间中的空气的压力，空气还渗入到用于运转水锤装置的工作流体中，并且可以以高压用泵输送，如上所述。

如上所述，在由根据本发明的使用水锤单元的定向钻探装置进行钻探工作时，由于因为钻探角调节单元130，水锤单元以预定角度(范围为1°到1.5°)倾斜地安装在泥浆马达单元200中，所以能够进行定向钻探。也就是说，由于钻头由泥浆马达单元200进行旋转并且因为泥浆马达单元200而倾斜地安装了水锤单元10，所以根据钻探相对于笔直方向进行定向钻探。

已经参考附图中示出的实施方式描述了本发明，但是本发明仅是示例，并且本领域技术人员可以由此做出各种修改和等同的实施方式。

因此，本发明的范围将仅由所附权利要求限定。

Claims (7)

1.使用水锤单元的定向钻探装置，包括：

锤体，在所述锤体中，配置为进行钻孔工作的钻头单元安装为在所述锤体的端部部分处能够向上和向下移动；

活塞，可滑动地安装在所述锤体上，并且包括在纵向方向上形成的工作流体排出部；

驱动单元，安装在所述锤体与所述活塞之间，以支承所述活塞的上部部分，并且配置为利用通过与所述锤体连接的杆所供应的水向上和向下移动所述活塞；

锤单元，包括旋转轴，所述旋转轴通过第一联接部联接至钻头，以便在所述锤单元穿过安装在所述锤体上的所述活塞并且通过所述钻头向上或向下移动的状态下传递旋转力；

外管体，通过钻探方向角调节单元联接至所述锤体；

内管体，安装在所述外管体内部，以形成第一工作流体供应路径，并且包括第二工作流体供应路径，其中，通过所述第一工作流体供应路径将工作流体供应到所述外管体的内周表面和所述锤单元；

泥浆马达，安装在所述内管体的下端部侧，并且包括与所述旋转轴连接以便旋转所述旋转轴的驱动轴；以及

泥浆马达单元，包括压力分配单元，所述压力分配单元安装在所述外管体以及所述内管体的另一侧的端部部分上，以便将压力分配到所述第一工作流体供应路径和所述第二工作流体供应路径。

2.根据权利要求1所述的定向钻探装置，还包括：工作流体疏散部分，所述工作流体疏散部分安装在所述锤体与所述活塞之间以引导所述活塞，形成了疏散空间，将气泡与引入到所述疏散空间中的所述水分离，并且将所述水存储在所述疏散空间的上侧，其中，所述锤体布置在所述钻头单元与所述驱动单元之间，当所述活塞击打所述钻头时，所述活塞与所述钻头之间的所述水被疏散到所述疏散空间。

3.根据权利要求2所述的定向钻探装置，其中，所述工作流体疏散部分包括：

子壳体，所述子壳体的两个端部部分固定在所述锤体内部的内周表面，以支承所述活塞的下部部分和所述钻头的上部部分，在所述锤体的内周表面与所述子壳体之间形成疏散空间，并且形成工作流体疏散孔，其中，当所述活塞击打所述钻头时，作为所述活塞与所述钻头之间的工作流体的所述水疏散到所述疏散空间，通过所述工作流体疏散孔引入或排出所述活塞与所述钻头之间的所述水；以及

气水分离部，形成在与所述活塞和所述钻头的击打部相邻的所述子壳体与所述锤体之间，并且配置为将所述气泡与当所述活塞击打所述钻头时所疏散的所述水分离，以将所述水存储在所述疏散空间的上部部分处。

4.根据权利要求3所述的定向钻探装置，其中，所述子壳体包括：

固定部分，所述固定部分的上端部部分与所述锤体的所述内周表面固定接触；

活塞引导部，从所述固定部分向下延伸，以引导所述活塞的所述下部部分，并且在所述锤体的所述内周表面与所述活塞引导部之间形成所述疏散空间；

钻头引导部，从所述活塞引导部延伸，并且在所述钻头引导部中形成有工作流体疏散孔，其中，当所述活塞向上或向下移动以击打所述钻头时，所述活塞与所述钻头之间的所述工作流体通过所述工作流体疏散孔被引入所述疏散空间或者从所述疏散空间排出；以及

止动件，从所述钻头引导部延伸，以引导所述钻头的外周表面，并且阻塞在所述锤体的所述内周表面与所述钻头的所述外周表面之间，

其中，与所述工作流体疏散孔连通的工作流体移动空间形成在所述钻头和所述活塞的端部部分周围的所述钻头引导部的内部表面中。

5.根据权利要求3所述的定向钻探装置，其中，所述气水分离部包括限定构件，所述限定构件安装在所述活塞引导部与所述钻头引导部相邻的外周表面与所述锤体的所述内周表面之间，并且在所述限定构件中形成有多个气体通过孔。

6.根据权利要求1所述的定向钻探装置，其中，

通过在所述钻头中在所述纵向方向上形成中空部分，并且分别在所述中空部分的内周表面和所述旋转轴的端部部分的内周表面中形成内花键和外花键以彼此联接，形成连接所述钻头和所述旋转轴的所述第一联接部。

7.根据权利要求1所述的定向钻探装置，其中，所述压力分配单元包括：

插座，安装在外部的端部部分处，以与所述杆联接；

节流主体构件，具有中空部分，并且在所述节流主体构件中形成有多个通气孔，其中，所述中空部分与所述内管体的端部部分联接，具有与所述插座的内周表面联接的端部部分，并且与所述第二工作流体供应路径连通，所述通气孔与所述中空部分和所述第一工作流体供应路径连通；以及

节流构件，插入所述节流主体构件的所述中空部分中，以控制通过所述通气孔和所述中空部分的工作流体的流量，以便分配压力。

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