CN209976459U - 一种扭力冲击装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种扭力冲击装置,包括外筒、阶梯型过滤管,上端接头与外筒上端固定连接,下端接头与外筒下端固定连接,外筒内安装有冲击锤体,冲击锤体内安装有换向阀,外筒的两端分别设有定位台阶,外筒的上端设有上限位板,上限位板的下端支撑在外筒上端的定位台阶上,上限位板的上端通过上端接头定位,下限位板的上端面通过外筒下端的定位台阶定位,下限位板的下端面支撑在下端接头上,阶梯型过滤管支撑在上限位板上,阶梯型过滤管的小径段位于换向阀的中心轴孔内,阶梯型过滤管的大径段与上端接头的轴向通孔间隙配合。通过过滤管对钻井液中的砂粒沉积进行过滤,使过滤后的钻井液进入外筒、冲击锤体和换向阀内,保证冲击单元正常运转。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油、天然气开采钻井工具技术领域,特别涉及一种扭力冲击装置。
背景技术
随着国家对油气需求量的大幅增加,石油天然气的勘探开发力度不断加大。深井超深井的钻井数量日益增多,钻井难度也在不断加大。粘滑振动是钻深井超深井过程中常见的易造成钻具失效并导致机械钻速下降的重要因素,在钻进深部硬地层时尤为明显。现有的轴向旋冲钻井无法有效缓解下部钻具的粘滑振动(下部钻具扭矩周期性地积聚与释放),甚至由于增大钻头的吃入量而可能加剧粘滑振动。最近的理论和试验研究表明,施加于下部钻具的高频扭转冲击可用于抑制其粘滑振动。
现有扭力冲击工具流道结构复杂,结构磨损较快,冲击单元定位密封效果不好,且钻井液中含有多种添加剂和重晶石等,但现有扭力冲击工具都未设置除砂装置,易导致因砂粒沉积而使冲击单元无法正常运转。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术对应的不足,提供一种可以至少解决上述一种问题的扭力冲击装置。
本实用新型的目的是采用下述方案实现的:本实用新型公开了一种扭力冲击装置,包括外筒、冲击锤体、换向阀、上限位板、下限位板、阶梯型过滤管以及用于连接钻杆的上端接头和用于连接钻头的下端接头,所述上端接头与外筒上端固定连接,所述下端接头与外筒下端固定连接,所述外筒的圆周内壁设有两个沿外筒的轴向延伸的冲击锤体槽,两个冲击锤体槽关于外筒的轴心线呈中心对称,所述外筒位于冲击锤体槽两侧的圆周内壁分别对称设有两个进液槽和一个出液槽,外筒位于冲击锤体槽每侧的出液槽位于两个进液槽之间,且出液槽、进液槽均沿外筒的轴向延伸贯穿外筒,所述冲击锤体的圆周外壁设有两个沿冲击锤体的轴向延伸的锤头,两个锤头关于冲击锤体的轴心线呈中心对称,所述冲击锤体位于外筒内,所述冲击锤体的外壁与外筒内壁间隙配合,所述冲击锤体的两个锤头分别位于外筒的两个冲击锤体槽内,所述冲击锤体的圆周内壁设有两个沿冲击锤体的轴向延伸的凸起,冲击锤体的两个凸起关于冲击锤体的轴心线呈中心对称,所述换向阀位于冲击锤体内,所述换向阀的外壁设有两个呈中心对称的弧形凸块,所述弧形凸块上设有开口,与换向阀的中心轴孔连通,所述换向阀的弧形凸块与冲击锤体的内壁间隙配合,所述换向阀的外壁位于各弧形凸块的两侧分别设有沿轴向延伸的凸起,各弧形凸块与其左右两侧的凸起之间分别形成出液腔,换向阀外壁的两个相邻的凸起之间形成换向腔,所述冲击锤体内壁的凸起伸入换向阀外壁的两个相邻的凸起之间,所述冲击锤体的凸起两侧分别设有径向贯穿冲击锤体的第一过流孔,冲击锤体的凸起一侧的第一过流孔用于连通换向阀的换向腔与外筒的进液槽,冲击锤体的凸起另一侧的第一过流孔用于连通换向阀的换向腔与外筒的出液槽,所述冲击锤体的锤头两侧分别设有径向贯穿冲击锤体的第二过流孔,冲击锤体的锤头一侧的第二过流孔用于连通换向阀弧形凸块上的开口与外筒的冲击锤体槽,冲击锤体的锤头另一侧的第二过流孔用于连通换向阀的出液腔与外筒的冲击锤体槽,所述上限位板、下限位板分别位于外筒轴向两端,所述冲击锤体、换向阀位于上限位板与下限位板之间,所述上限位板与上端接头的下端面之间设有间距隙,所述上限位板上设有四个过流孔,分别与外筒上设有的进液槽对应连通,所述阶梯型过滤管支撑在上限位板上,且阶梯型过滤管的小径段位于换向阀的中心轴孔内,所述阶梯型过滤管的大径段与上端接头的轴向通孔间隙配合,所述下限位板上设有两个第一过流孔分别与外筒上设有的两个出液槽对应连通,所述下限位板上设有两个第二过流孔,与换向阀上设有的两个出液腔对应连通。
所述冲击锤体的两个凸起的中心对称点连线与两个锤头的中心对称点连线垂直,且相交点位于冲击锤体的轴心线上。
换向阀外壁的四个凸起与弧形凸块的外壁位于同一圆周上。
所述上端接头、下端接头均设有轴向通孔,所述上限位板设有中心通孔,分别与上端接头的轴向通孔以及换向阀的中心轴孔连通,所述下限位板设有中心通孔,分别与下端接头的轴向通孔以及换向阀的中心轴孔连通。
所述阶梯型过滤管的小径段延伸至下限位板设有的中心通孔内,所述上端接头的轴向通孔为上小下大的阶梯孔,所述阶梯型过滤管的上端伸入上端接头轴向通孔的大径段内。所述阶梯型过滤管的管壁上均布有若干过滤孔。
所述外筒的内孔两端均设有阶梯,形成阶梯孔,所述外筒的内孔中间段的孔径大于两端的孔径。
所述下端接头的上端面设有圆柱凹槽,所述圆柱凹槽的直径大于外筒的内孔孔径;所述圆柱凹槽的直径等于下限位板的两个第一过流孔之间的最大距离L。
各弧形凸块左右两侧的出液腔连通。
所述上端接头采用公扣或母扣。
本实用新型具有的优点是:
本实用新型通过阶梯型过滤管对钻井液中的砂粒沉积进行过滤,使过滤后的钻井液进入外筒、冲击锤体和换向阀内,保证冲击单元正常运转。阶梯型过滤管还可对换向阀导向。
本实用新型采用上限位板、下限位板对冲击锤体和换向阀轴向定位,避免了冲击锤体和换向阀发生轴向移动,且过滤管采用阶梯型,上限位板支撑在外筒的定位台阶上,上端通过上限位板定位。上限位板与上端接头的下端面之间留有间隙,使小部分钻井液经过滤后通过上限位板的过流孔流入外筒的进液槽。利用上限位板、下限位板、外筒、换向阀、冲击锤体的结构及其彼此之间的相互配合,在钻进过程中,钻井液经上端接头的内孔进入阶梯型过滤管,绝大多数流入换向阀的中心轴孔,小部分钻井液经过滤后通过上限位板的过流孔流入外筒的进液槽,换向阀的中心轴孔内的钻井液在过滤后经换向阀的进入弧形凸块上的开口再通过冲击锤体的锤头一侧的第二过流孔进入外筒的冲击锤体槽内,钻井液推动冲击锤体顺时针转动,外筒的冲击锤体槽内的液体经过冲击锤体的锤头另一侧的第二过流孔进入换向阀的出液腔,然后通过下限位板的第二过流孔进入下端接头的内孔,所述换向阀靠着惯性以及液体推动力随着冲击锤一起顺时针转动。冲击锤体达到极限位置后,冲击锤体沿顺时针给外筒一个敲击力,也就是给下端连接的PDC钻头一个顺时针的敲击力。同时,进入外筒进液槽的钻井液经冲击锤体的凸起一侧的第一过流孔进入换向阀的换向腔内,钻井液推动换向阀继续顺时针转动,换向阀的换向腔内的液体经过冲击锤体的凸起另一侧的第一过流孔进入外筒的出液槽,依次经外筒的出液槽、下限位板的第一过流孔进入与下端接头的内孔连通的凹槽内。换向阀到达极限位置后,从而实现给冲击锤体换向,即冲击锤体接下来逆时针运动,这样本实用新型会持续的给PDC钻头提供一个周期性的敲击力,可以提高可钻性差地层的机械钻速,同时还能解决钻头一钻柱的“卡滑”问题,并且提高PDC钻头剪切破岩效率,有效解决深井地层可钻性差的难题。
附图说明
图1为本实用新型的扭力冲击装置实施例一的第一剖视图;
图2为本实用新型的扭力冲击装置实施例一的第二剖视图;
图3为本实用新型的扭力冲击装置的第三剖视图(图中阶梯型过滤管未示意出);
图4为本实用新型的外筒的结构示意图;
图5为本实用新型的冲击锤体的结构示意图;
图6为图5的A-A向示意图;
图7为本实用新型的冲击锤体的俯视图;
图8为本实用新型的换向阀的剖视图;
图9为本实用新型的换向阀的俯视图;
图10为图9的B向示意图;
图11为本实用新型的上限位板的结构示意图;
图12为本实用新型的下限位板的结构示意图;
图13为本实用新型的扭力冲击装置实施例二的第一剖视图;
图14为本实用新型的扭力冲击装置实施例二的第二剖视图。
附图中,1为外筒,1-1为冲击锤体槽,1-2为进液槽,1-3为出液槽,2为下端接头,3为阶梯型过滤管,4为上限位板,4-1为上限位板的过流孔,4-2为上限位板的环形安装凹槽,5为下限位板,5-1为下限位板的第一过流孔,5-2为下限位板的第二过流孔,5-3为下限位板的环形安装凹槽,6为换向阀,6-1为弧形凸块,6-2为开口,6-3为换向阀的凸起,6-4为换向腔,6-5为出液腔,7为冲击锤体,7-1为锤头,7-2为冲击锤体的凸起,7-3为冲击锤体的第一过流孔,7-4为冲击锤体的第二过流孔,8为销轴,9为堵头螺丝,10为环形垫板,11为上端接头,12为第一推力轴承,13为钢球保持架,14为第二推力轴承。
具体实施方式
实施例一
参见图1至图12,本实施例提供一种扭力冲击装置,包括外筒1、冲击锤体7、换向阀6、上限位板4、下限位板5、阶梯型过滤管3以及用于连接钻杆的上端接头和用于连接钻头的下端接头,所述上端接头与外筒上端固定连接,所述下端接头与外筒下端固定连接,所述上端接头11、下端接头2均设有轴向通孔,所述外筒的圆周内壁设有两个沿外筒的轴向延伸的冲击锤体槽1-1,两个冲击锤体槽关于外筒的轴心线呈中心对称,所述外筒位于冲击锤体槽两侧的圆周内壁分别对称设有两个进液槽1-2和一个出液槽1-3,外筒位于冲击锤体槽每侧的出液槽位于两个进液槽之间,且出液槽、进液槽均沿外筒的轴向延伸贯穿外筒,所述冲击锤体的圆周外壁设有两个沿冲击锤体的轴向延伸的锤头,两个锤头关于冲击锤体的轴心线呈中心对称,所述冲击锤体位于外筒内,所述冲击锤体的外壁与外筒内壁间隙配合,所述冲击锤体的两个锤头分别位于外筒的两个冲击锤体槽内,所述冲击锤体的圆周内壁设有两个沿冲击锤体的轴向延伸的凸起,冲击锤体的两个凸起关于冲击锤体的轴心线呈中心对称,所述换向阀位于冲击锤体内,所述换向阀的外壁设有两个呈中心对称的弧形凸块,所述弧形凸块上设有开口,与换向阀的中心轴孔连通,所述换向阀的弧形凸块与冲击锤体的内壁间隙配合,所述换向阀的外壁位于各弧形凸块的两侧分别设有沿轴向延伸的凸起,各弧形凸块与其左右两侧的凸起之间分别形成出液腔6-5,换向阀外壁的两个相邻的凸起6-3之间形成换向腔6-4,所述冲击锤体7内壁的凸起伸入换向阀外壁的两个相邻的凸起之间,所述冲击锤体的凸起两侧分别设有径向贯穿冲击锤体的第一过流孔,冲击锤体的凸起一侧的第一过流孔用于连通换向阀的换向腔与外筒的进液槽,冲击锤体的凸起7-2另一侧的第一过流孔7-3用于连通换向阀的换向腔与外筒的出液槽,所述冲击锤体的锤头7-1两侧分别设有径向贯穿冲击锤体的第二过流孔7-4,冲击锤体的锤头一侧的第二过流孔用于连通换向阀弧形凸块6-1上的开口6-2与外筒的冲击锤体槽,冲击锤体的锤头另一侧的第二过流孔用于连通换向阀的出液腔与外筒的冲击锤体槽,所述上限位板、下限位板分别位于外筒轴向两端,所述冲击锤体、换向阀位于上限位板与下限位板之间,所述上限位板与上端接头的下端面之间设有间距隙,所述上限位板上设有四个过流孔4-1,分别与外筒上设有的进液槽对应连通,所述阶梯型过滤管支撑在上限位板上,且阶梯型过滤管的小径段位于换向阀的中心轴孔内,所述阶梯型过滤管的大径段与上端接头的轴向通孔间隙配合,所述下限位板上设有两个第一过流孔5-1分别与外筒上设有的两个出液槽对应连通,所述下限位板上设有两个第二过流孔5-2,与换向阀上设有的两个出液腔对应连通。下限位板的第二过流孔为弧形条形孔。
所述冲击锤体的两个凸起的中心对称点连线与两个锤头的中心对称点连线垂直,且相交点位于冲击锤体的轴心线上。
换向阀外壁的四个凸起与弧形凸块的外壁位于同一圆周上。
所述上限位板设有中心通孔,分别与上端接头的轴向通孔以及换向阀的中心轴孔连通,所述下限位板设有中心通孔,分别与下端接头的轴向通孔以及换向阀的中心轴孔连通。
所述阶梯型过滤管的小径段延伸至下限位板设有的中心通孔内,所述上端接头的轴向通孔为上小下大的阶梯孔,所述阶梯型过滤管的上端伸入上端接头轴向通孔的大径段内。所述阶梯型过滤管的管壁上均布有若干过滤孔。所述阶梯型过滤管与上端接头轴向通孔的大径段配合的一段的管壁上没有设置过滤孔。
所述外筒的内孔两端均设有阶梯,形成阶梯孔,所述外筒的内孔中间段的孔径大于两端的孔径。
所述下限位板的下端面与下端接头的上端面之间设有环形垫板10,使下限位板的下端面与下端接头的上端面之间留有间距。当然,所述下端接头的上端面也可以设置圆柱凹槽,所述圆柱凹槽的直径大于外筒的内孔孔径;所述圆柱凹槽的直径等于下限位板的两个第一过流孔之间的最大距离L。
各弧形凸块左右两侧的出液腔连通。
所述上端接头采用公扣或母扣;所述上端接头通过销轴8与外筒周向固定连接。所述上端接头设置有与外筒花键配合的键槽。所述销轴通过堵头螺丝固定在外筒与上端接头上。所述下端接头通过销轴与外筒周向固定连接。所述销轴通过堵头螺丝9固定在外筒与下端接头上。所述下端接头上端设置有与外筒花键配合的键槽,下端设置有母扣。
所述上端接头与外筒还可以采用螺纹固定连接或螺栓固定连接或焊接等等。所述下端接头与外筒还可以采用螺纹固定连接或螺栓固定连接或焊接等等。
实施例二
参见图3至图14,本实施例还公开了一种扭力冲击装置,扭力冲击装置还包括第一推力轴承12、第二推力轴承14,所述冲击锤体的两轴端分别与上限位板、下限位板之间设置第一推力轴承,所述换向阀的两轴端分别与上限位板、下限位板之间设置第二推力轴承。所述第一推力轴承包括钢球保持架、两个止推垫板和若干钢球,钢球保持架设置在第一止推垫板和第二止推垫板之间,若干钢球安装在第一止推垫板与第二止推垫板之间的钢球保持架上,所述第一止推垫板、第二止推垫板分别设有环形凹槽,所述第一止推垫板、钢球保持架、钢球安装在上限位板、下限位板上设有的环形安装凹槽内,所述第二止推垫板固定在冲击锤体的两轴端,冲击锤体两轴端的第二止推垫板分别伸入上限位板设有的环形安装凹槽4-2、下限位板上设有的环形安装凹槽内5-3,与钢球间隙配合。所述第二推力轴承包括钢球保持架、两个止推垫板和若干钢球,钢球保持架设置在第一止推垫板和第二止推垫板之间,若干钢球安装在第一止推垫板与第二止推垫板之间的钢球保持架上,所述第一止推垫板、第二止推垫板分别设有环形凹槽,所述第一止推垫板、钢球保持架13、钢球安装在上限位板、下限位板上设有的环形安装凹槽内,所述第二止推垫板固定在换向阀的两轴端,换向阀两轴端的第二止推垫板分别伸入上限位板、下限位板上设有的环形安装凹槽内,与钢球间隙配合。所述换向阀、冲击锤体的两轴端分别设有环形凸起,所述换向阀、冲击锤体两轴端的环形凸起对应伸入上限位板、下限位板的环形安装凹槽内,并与环形安装凹槽内壁之间设有密封圈。
使用时,本实用新型上端通过上端接头公扣与钻杆相连,下端通过下端接头的母扣与PDC钻头相连。钻进过程中,钻井液经上端接头的内孔进入阶梯型过滤管,绝大多数流入换向阀的中心轴孔,小部分钻井液经过滤后通过上限位板的过流孔流入外筒的进液槽,换向阀的中心轴孔内的钻井液在过滤后经换向阀的进入弧形凸块上的开口再通过冲击锤体的锤头一侧的第二过流孔进入外筒的冲击锤体槽内,钻井液推动冲击锤体顺时针转动,外筒的冲击锤体槽内的液体经过冲击锤体的锤头另一侧的第二过流孔进入换向阀的出液腔,然后通过下限位板的第二过流孔进入下端接头的内孔,所述换向阀靠着惯性以及液体推动力随着冲击锤一起顺时针转动。冲击锤体达到极限位置后,冲击锤体沿顺时针给外筒一个敲击力,也就是给下端连接的PDC钻头一个顺时针的敲击力。同时,进入外筒进液槽的钻井液经冲击锤体的凸起一侧的第一过流孔进入换向阀的换向腔内,钻井液推动换向阀继续顺时针转动,换向阀的换向腔内的液体经过冲击锤体的凸起另一侧的第一过流孔进入外筒的出液槽,依次经外筒的出液槽、下限位板的第一过流孔进入与下端接头的内孔连通的凹槽内。换向阀到达极限位置后,从而实现给冲击锤体换向,即冲击锤体接下来逆时针运动,这样本实用新型会持续的给PDC钻头提供一个周期性的敲击力。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并不用于限制本实用新型,显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种扭力冲击装置,其特征在于:包括外筒、冲击锤体、换向阀、上限位板、下限位板、阶梯型过滤管以及用于连接钻杆的上端接头和用于连接钻头的下端接头,所述上端接头与外筒上端固定连接,所述下端接头与外筒下端固定连接,所述外筒的圆周内壁设有两个沿外筒的轴向延伸的冲击锤体槽,两个冲击锤体槽关于外筒的轴心线呈中心对称,所述外筒位于冲击锤体槽两侧的圆周内壁分别对称设有两个进液槽和一个出液槽,外筒位于冲击锤体槽每侧的出液槽位于两个进液槽之间,且出液槽、进液槽均沿外筒的轴向延伸贯穿外筒,所述冲击锤体的圆周外壁设有两个沿冲击锤体的轴向延伸的锤头,两个锤头关于冲击锤体的轴心线呈中心对称,所述冲击锤体位于外筒内,所述冲击锤体的外壁与外筒内壁间隙配合,所述冲击锤体的两个锤头分别位于外筒的两个冲击锤体槽内,所述冲击锤体的圆周内壁设有两个沿冲击锤体的轴向延伸的凸起,冲击锤体的两个凸起关于冲击锤体的轴心线呈中心对称,所述换向阀位于冲击锤体内,所述换向阀的外壁设有两个呈中心对称的弧形凸块,所述弧形凸块上设有开口,与换向阀的中心轴孔连通,所述换向阀的弧形凸块与冲击锤体的内壁间隙配合,所述换向阀的外壁位于各弧形凸块的两侧分别设有沿轴向延伸的凸起,各弧形凸块与其左右两侧的凸起之间分别形成出液腔,换向阀外壁的两个相邻的凸起之间形成换向腔,所述冲击锤体内壁的凸起伸入换向阀外壁的两个相邻的凸起之间,所述冲击锤体的凸起两侧分别设有径向贯穿冲击锤体的第一过流孔,冲击锤体的凸起一侧的第一过流孔用于连通换向阀的换向腔与外筒的进液槽,冲击锤体的凸起另一侧的第一过流孔用于连通换向阀的换向腔与外筒的出液槽,所述冲击锤体的锤头两侧分别设有径向贯穿冲击锤体的第二过流孔,冲击锤体的锤头一侧的第二过流孔用于连通换向阀弧形凸块上的开口与外筒的冲击锤体槽,冲击锤体的锤头另一侧的第二过流孔用于连通换向阀的出液腔与外筒的冲击锤体槽,所述上限位板、下限位板分别位于外筒轴向两端,所述冲击锤体、换向阀位于上限位板与下限位板之间,所述上限位板与上端接头的下端面之间设有间距隙,所述上限位板上设有四个过流孔,分别与外筒上设有的进液槽对应连通,所述阶梯型过滤管支撑在上限位板上,且阶梯型过滤管的小径段位于换向阀的中心轴孔内,所述阶梯型过滤管的大径段与上端接头的轴向通孔间隙配合,所述下限位板上设有两个第一过流孔分别与外筒上设有的两个出液槽对应连通,所述下限位板上设有两个第二过流孔,与换向阀上设有的两个出液腔对应连通。
2.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:所述冲击锤体的两个凸起的中心对称点连线与两个锤头的中心对称点连线垂直,且相交点位于冲击锤体的轴心线上。
3.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:换向阀外壁的四个凸起与弧形凸块的外壁位于同一圆周上。
4.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:所述上端接头、下端接头均设有轴向通孔,所述上限位板设有中心通孔,分别与上端接头的轴向通孔以及换向阀的中心轴孔连通,所述下限位板设有中心通孔,分别与下端接头的轴向通孔以及换向阀的中心轴孔连通。
5.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:所述阶梯型过滤管的小径段延伸至下限位板设有的中心通孔内,所述上端接头的轴向通孔为上小下大的阶梯孔,所述阶梯型过滤管的上端伸入上端接头轴向通孔的大径段内;所述阶梯型过滤管的管壁上均布有若干过滤孔。
6.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:所述外筒的内孔两端均设有阶梯,形成阶梯孔,所述外筒的内孔中间段的孔径大于两端的孔径。
7.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:所述下端接头的上端面设有圆柱凹槽,所述圆柱凹槽的直径大于外筒的内孔孔径;所述圆柱凹槽的直径等于下限位板的两个第一过流孔之间的最大距离L。
8.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:所述下限位板的下端面与下端接头的上端面之间设有环形垫板,使下限位板的下端面与下端接头的上端面之间留有间距。
9.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:各弧形凸块左右两侧的出液腔连通。
10.根据权利要求1所述的扭力冲击装置,其特征在于:所述上端接头采用公扣或母扣。
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Legal Events
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GR01 | Patent grant | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200121 |