DE1806385A1

DE1806385A1 - Drilling device

Info

Publication number: DE1806385A1
Application number: DE19681806385
Authority: DE
Inventors: Wilder Lawrence B; Vencent Renic P
Original assignee: Pan American Petroleum Corp
Current assignee: Pan American Petroleum Corp
Priority date: 1967-11-01
Filing date: 1968-10-28
Publication date: 1969-10-16
Also published as: FR1587035A; GB1245617A; US3464505A; JPS493361B1

Description

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P 685 O/G P 685 O / G

ψ Pan Imeriean Petroleum Corporation ψ Pan Imeriean Petroleum Corporation

Tulsa Oklahoma, V.St.A.Tulsa Oklahoma, V.St.A.

BohrvorrichtungDrilling device

Die Erfindung "bezieht sich auf Stoßbohrwerkseuge und insbesondere auf strömungsmittelfoetätigte Werkzeuge, um wiederholte Stoßschläge auf einen Bohrmeißel beim Bohren von Öl- und Gasbohrlöchern und dgl. auszuüben. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Stoßmotoren zur Einverleibung in Bohrstränge, um Bohrmeißel zu veranlassen, axial in der gleichen Zeit zu vibrieren oder zu oszillieren, wo sie für das Bohren solcher üohrlöcher gedreht werden. Die Erfindung bezieht sich besonders auf Verbesserungen in Ventileinrichtungen in Stoßmotoren«.The invention "relates to ram diggers and more particularly on fluid operated tools to get repeated To exert impact blows on a drill bit when drilling oil and gas wells and the like. In particular, the Invention on impact motors for incorporation in drill strings to To cause drill bits to vibrate or oscillate axially at the same time as they are for drilling such holes to be turned around. The invention particularly relates to improvements in valve assemblies in shock motors.

Es ist bereits in der Vergangenheit eine Anzahl von Konstruktionen von Stoßmotoren zum Bohren von Bohrlöchern in der Erde vorgeschlagen worden. Jene, die einen Erfolg in der Praxis aufgewiesen haben, sind zur Benutzung mit einem Strom von Hochdruckgas, z.^. komprimierter Luft oder natürlichem Gas entworfen worden. Der Stoßmotor ist an dem unteren Ende des Bohrstranges angebracht und ist seinerseits mit einem geeigneten Bohrmeißel verbunden. Der Hochdruckgasstrom, der durch den Bohrstrang, den Stoßmotor und den Meißel zirkuliert,veranlaßt den Meißel,stoßend gegen die Bodenformation zu oszillieren und erzeugt so einen Hauptteil der Bohrwirkung. Der Bohrstrang wird gewöhnlich gedreht,It has been a number of designs in the past impact motors for drilling wells in the earth have been proposed. Those who have shown success in practice are for use with a stream of high pressure gas, e.g. compressed air or natural gas been. The impact motor is attached to the lower end of the drill string and is in turn connected to a suitable drill bit tied together. The high pressure gas flow passing through the drill string, the Impact motor and the chisel circulates, causing the chisel to thrust to oscillate against the soil formation, thus creating a major part of the drilling action. The drill string is usually twisted

909842/0245 ~²~909842/0245 ~ ² ~

τικ sowohl eine weitere Bohrwirkung zu erzeugen als auch Abweichungen in der Richtung des Loches auf das geringste herabzusetzen. Das komprimierte Gas aus dem Stoßmotor strömt normalerweise aus Kanälen in dem Meißel und dem Singraum zwischen den Wänden des Loches und dem Bohrstrang nach oben, wobei es das Formationsbohraehl und das Bohrlochströmungsmittel an die Oberfläche transportiert.τικ to generate both a further drilling effect and deviations in the direction of the hole to diminish to the least. The compressed gas from the impact motor flows normally up from channels in the bit and singing space between the walls of the hole and the drill string, it being the Formation drilling fluids and downhole fluid to the surface transported.

Obwohl der Gebrauch von Druckgas sich als ziemlich vorteilhaft beim Bohren von manchen Bohrlöchern erwiesen hat, gibt es viele Situationen, wo Druckgas nicht als Bohrströmungsmittel benutzt werden kann. Häufig ist es nötig, Flüssigkeit (gewöhnlich ein Wasser- oder ein Olbasisbohrströmungsmittel) zu benutzen, um FormationsstrÖmungsmittelflüsse in das Bohrloch zu steuern oder zu kontrollieren und um Formationsbohrmehl an die Oberfläche zu transportieren. Bs ist bekannt, daß der hydraulische Kopf, welcher durch die Flüssigkeitssäule in dem Bohrloch beaufschlagt ist, eine Steuerung gegen den Formationsströmungsmittelfluß in die Bohrlochbohrung bietet. Die früher benutzten Stoßmotoren, die hauptsächlich für Druckluft oder Gas entworfen waren, arbeiten nicht alle gut, wenn das BohrströmungEmittel eine Flüssigkeit ist, Selbst wenn die Bohrflüssigkeiten, die an die Oberfläche zurückkehren, gewöhnlich durch vibrierende Siebe hindurchgehen, und durch Absetzzonen in der Schlammgrube zum Umlauf gebracht werden, ist es im wesentlichen unmöglich, einen Materialstrom zu erzeugen, der durch den Bohrstrang zum Umlauf gebracht wird und keine Menge von abschleifenden Feststoffen enthält. Dementsprechend ist es ein sehr bestimmtes Problem in dem Entwurf von flüssigkeitsbetätigten Stoßbohrmotoren, Ventilarbeiten ohne übermäßiges Abschleifen und sich daraus ergebenden Verschleiß aufrechtzuerhalten. Es ist daher ein Zweck der Erfindung, eine Verbesserung in dem Ventilsystem eines Stoßmotors zu schaffen, und insbesondere für einen flüssigkeitsbetätigten Stoßmotor, obwohl das verbesserte Ventilsystem auch bei Motoren benutzt werden kann, die, wenn gewünscht, durch Gas betätigt werden. 909842/0245 - 3 - 'Although the use of pressurized gas has proven to be quite beneficial In drilling some wells, there are many situations where pressurized gas is not used as the drilling fluid can be. Often it is necessary to use fluid (usually a water or an oil base drilling fluid) in order to To control or control formation fluid flows into the wellbore and to bring formation cuttings to the surface transport. It is known that the hydraulic head, which is acted upon by the column of liquid in the borehole is a control against formation fluid flow in the borehole provides. The shock motors previously used, designed primarily for compressed air or gas, work not all well when the drilling fluid is a liquid is, even if the drilling fluids that return to the surface usually pass through vibrating screens, and being circulated through settling zones in the sludge pit, it is essentially impossible to establish a flow of material to produce, which is circulated through the drill string and does not contain a lot of abrasive solids. Accordingly, it is a very specific problem in the design from fluid operated impact drill motors, valve work without excessive grinding and wear and tear maintain. It is therefore an aim of the invention to provide an improvement in the valve system of a shock motor, and particularly for a fluid operated shock engine, although the improved valve system also applies to engines gas actuated if desired. 909842/0245 - 3 - '

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Gemäß der Erfindung ist ein StoBboiirwerkeeug geschaffen, welches ein Gehäuse enthält, einen axial hohlen Hammer, der verschiebbar in dem Gehäuse angeordnet ist und dicht in dasselbe paßt, einen axialen hohlen Amboß, der verschiebbar in dem Gehäuse angeordnet ist und dicht in dasselbe paßt und angrenzend an einem Ende des Hammers angeordnet ist, ferner eine Ventileinrichtung, welche diesen Hammer zwischen einer oberen Stellung entfernt von dem Amboß und einer unteren Stellung den Amboß berührend durch die Ventilwirkung der Ventileinrichtung auf einem Stromungsmittelstrom hin- und herbewegt, der in dem axialen hohlen Teil fließt, wobei die Ventileinrichtung ein Ventilelement enthält, einen inneren ringförmigen Ventilsitz an dem Hammer, welcher derart angeordnet ist, daß die untere Oberfläche des ringförmigen ' Sitzes eine obere Fläche des Ventilelementes berührt, wobei ' das genannte Element sich gleitend zwischen einer oberen Stellung und einer unteren Stellung bewegt, ferner Ventilführungsmittel, die von dem Gehäuse in dem Hammer getragen werden und das genannte Element führen, sowie einen Ventilanschlag, der durch das Ventilführungsmittel abgestützt und eingestellt ist, um die Aufwärtsbewegung des Ventilelementes derart anzuhalten, daß das Ventilelement, wenn es sich in seiner obersten Stellung befindet, von dem ringförmigen Ventilsitz an dem Hammer auf Abstand steht, wenn dieser Hammer sich in seiner oberen Stellung beMndet.According to the invention, a StoBboiirwerkeeug is created which a housing includes an axially hollow hammer that is slidable disposed in and tightly fitting within the housing, an axial hollow anvil slidably disposed in the housing and fits tightly therein and is disposed adjacent one end of the hammer, further valve means which this hammer between an upper position remote from the anvil and a lower position contacting the anvil through the Valve action of the valve device on a flow medium flow reciprocating flowing in the axial hollow part, the valve means including a valve element, a inner annular valve seat on the hammer, which is arranged such that the lower surface of the annular ' Seat contacts an upper surface of the valve element, said element sliding between an upper position and moved to a lower position, valve guide means carried by the housing in the hammer and guide said element, as well as a valve stop which is supported and adjusted by the valve guide means, to stop the upward movement of the valve element so that the valve element when it is in its uppermost position is spaced from the annular valve seat on the hammer when this hammer is in its upper position ends.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist sie nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnungen beschrieben, in welchen sind:For a better understanding of the invention it is given below by way of example described with reference to the drawings, in which are:

Fig. 1A und 1B untere und obere Teile eines Querschnittes eines Stoßmotors, welcher die Ventilanordnung nach der Erfindung benutzt,1A and 1B lower and upper parts of a cross section of a Shock motor using the valve arrangement according to the invention,

Fig. 2-6 einschließlich, schematische Darstellungen, welche verschiedene Phasen während der Arbeit des Stoßmotors zeigen,Figs. 2-6 including, schematic representations showing different phases during the operation of the shock motor demonstrate,

Fig. 7 ein unterer Teil, teilweise im Schnitt, einer Abwandlung des Stoßmotors nach den Fig. 1A und 1B, ^7 shows a lower part, partly in section, of a modification of the shock motor according to FIGS. 1A and 1B, ^

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Fig. $ eine Ansicht, teilweise im Schnitt, des oberen Teiles eines Stoßmotors, der einen abgestuften Differentialflächenhammer aufweist, welcher eine Abwandlung des Abstuf ungsmerkmales des Hammers der Pig. 1A und 1B zeigt,Fig. $ Is a view, partially in section, of the upper part of a shock motor having a stepped differential surface hammer which is a modification of the grading feature of the hammer of Pig. 1A and 1B shows

Fig. 9 eine Spezialdichtung für die Verwendung in dem Werkzeug.9 shows a special seal for use in the tool.

Bin Stoßmotor enthält normalerweise zwei grundsätzliche .bewegungsteile, die ein abgestufter kolbenartiger Hammer und eine zentrale zylindrische Ventilverbindung sind. Obwohl diese Erfindung hauptsächlich die verbesserte Ventilanordnung betrifft, schließt diese Verbesserung sowohl die grundsätzlichen .bewegungsteile wie die beiden ein, die zusammenwirken, um die gewünschte Ventilwirkung zu erzeugen. Es wird eine Erklärung des gesamten Motors und besonders darüber gegeben, wie die Ventilverbindung mit den anderen Teilen zusammenwirkt, um eine verbesserte Gesamtoperation zu erzeugen, um eine erhöhte Lebensdauer für das Werkzeug zu erzielen. Ferner besitzt ein Stoßmotor zu dem kolbenartigen Hammer und der Ventilverbindung einen Mantel oder ein Gehäuse, um das Antriebsströmungsmittel und einen Amboß einzuschließen, der in dem Gehäuse unterhalb des Hammers angeordnet ist, wobei der Amboß Jedoch für nur eine begrenzte Axialbewegung angeordnet ist. Das Gehäuse kann die gewöhnliche Abwärtskraft von den Bohrbunden durch den Amboß an den Meißel übertragen. Der Amboß ist so angeordnet, daß seine obere Fläche Stöße von einer unteren Fläche des Hammers bei seiner Hin- und Herbewegung aufnimmt. Das untere Ende des Amboß ist mit dem .Bohrmeißel verbunden. Der Amboß ist zusätzlich mit Keilnuten und Vorsprüngen versehen, die mit ähnlichen Keilnuten und Vorsprüngen in dem inneren unteren Teil des Gehäuses zusammenpassen, so daß auf den Bohrstrang von dem Gehäuse ausgeübte Drehmomente den .Bohrmeißel drehen, während das Stoß- oder Schlagbohren fortschreitet.A shock motor usually contains two basic moving parts, which are a stepped piston-like hammer and a central cylindrical valve connection. Although this invention Concerning primarily the improved valve assembly, this improvement includes both the basic .moving parts like the two one that work together to create the desired valve action. There will be an explanation of the entire engine and especially how the valve connection interacts with the other parts for an improved Overall operation to generate increased service life for the tool to achieve. It also has an impact motor to the piston-like hammer and the valve connection a jacket or housing to enclose the drive fluid and an anvil contained in the housing below of the hammer, however, the anvil is arranged for limited axial movement. The housing can transmit the ordinary downward force from the drill collars through the anvil to the bit. The anvil is arranged that its upper surface receives shocks from a lower surface of the hammer as it reciprocates. The lower end the anvil is connected to the drill bit. The anvil is additional provided with keyways and projections which are similar to keyways and projections in the inner lower part of the housing so that torques applied to the drill string by the housing rotate the drill bit while the impact or impact drilling progresses.

Im Betrieb ist der Stoßmotor an den .boden eines Bohrrohr st range β angebracht. Der Bohrstrang wird von der Oberfläche aus gedreht und ein Hochdruckströnungeiiittel wird durch ihn nach unten gerichtet. 109842/0245 - 5 - In operation, the shock motor is attached to the bottom of a drill pipe st range β. The drill string is rotated from the surface and a high pressure fluid is directed downward through it. 109842/0245 - 5 -

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Das Strömungsmittel führt bei seinem Durchgang durch den Stoßmotor Arbeit aus und wird aus einem EntlefLrungsdurchgang in dem Bohrmeißel abgeführt. Das Bohrströmungsmittel erfährt einen beträchtlichen Druckabfall, wenn es durch das Bohrwerkzeug und den Bohrmeißel hindurchgeht, wobei der Druck des Strömungsmittele in dem Singraum, zwischen dem Werkzeug und dem Bohrloch nor-The fluid passes through the shock motor as it passes Work out and is made from a drainage pass in removed from the drill bit. The drilling fluid experiences a significant pressure drop as it passes through the drilling tool and passes through the drill bit, the pressure of the fluid in the singing space between the tool and the borehole normal

2 2 P2 2 P

malerweise 7,03 kg/cm - 42,2 kg/cm oder 56,2 kg/cm oder mehrsometimes 7.03 kg / cm - 42.2 kg / cm or 56.2 kg / cm or more

beträgt, weniger als der Druck des Strömungsmittels in dem Bohrstrang. Diese Druckdifferenz wird benutzt, um den Hammer vorteil- w haft hin- und herzubewegen.is less than the pressure of the fluid in the drill string. This pressure difference is used to the hammer advanta- w way reciprocate.

Die zentrale Ventilverbindung oder Ventilbaugruppe oszilliert zwischen einer oberen und einer unteren Stellung, welches eine Kraft veranlaßt, abwechselnd auf die Spitze und den Boden des verschiebbaren Hammers ausgeübt zu werden, wodurch er veranlaßt wird, axial oder vertikal zu oszillieren. Mach Jedem Aufwärtshub des Hammers wird er nach unten getrieben, um auf den Amboß zu schlagen,,dies veranlaßt andererseits den Amboß, eine Reihe von Stoßschlägen auf den .bohrmeißel auszuüben, der sich mit der Erdformation in Berührung befindet. Wie ersichtlich ist, ist die Ventileinrichtung so ausgeführt, um Verschleiß, insbesondere Erosion der Ventilglieder zu verringern»The central valve link or valve assembly oscillates between an upper and a lower position, which one Force causes the top and bottom of the sliding hammer to be applied alternately, thereby causing will oscillate axially or vertically. Do each upstroke of the hammer it will be driven down to hit the anvil to strike, this in turn causes the anvil to make a series of impacts on the drill bit that is in contact with the earth formation. As can be seen, the Valve device designed to avoid wear, in particular To reduce valve member erosion »

In den Zeichnungen ist das rohrförmige Gehäuse 10 durch den Teil 50 (sub 50) an dem unteren Ende eines nichtgezeigten herkömmlichen Bohrstranges angebracht. Das rohrförmige Gehäuse 10 enthält einen oberen Teil 12 von kleinerem Innendurchmesser als derjenige des unteren Teiles 14·. Es ist ein radialer Kanal 18 d«reh die Wand des Gehäuses 10 hindurch unter, aber in der Nähe der Verbindung 16 der oberen und unteren Teile vorhanden.In the drawings, tubular housing 10 is defined by part 50 (sub 50) at the lower end of a conventional one, not shown Drill string attached. The tubular housing 10 includes an upper part 12 of smaller inner diameter than that of the lower part 14 ·. There is a radial channel 18 through the wall of the housing 10, but in the Close to the connection 16 of the upper and lower parts.

Sin hohler abgestufter zylindrischer Hammer 20 ist zur Axialbewegung in dem Gehäuse 10 angebracht. Der obere AuSendurchmeeser des Hammers 20 ist so bearbeitet, daß er dicht in den oberen Teil 12 des Gehäuses paßt. In ähnlicher Weise paßt derA hollow stepped cylindrical hammer 20 is for axial movement mounted in the housing 10. The upper outer diameter the hammer 20 is machined to fit tightly into the upper part 12 of the housing. Similarly, the

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untere Außendurchmesser des Hammers 20 dicht in den angrenzenden unteren Teil 14 des Gehäuses 10. Dichtungen 22 und 24 sind vorzugsweise zwischen dem Hammer und dem Gehäuse in den oberen und unteren Teilen desselben vorgesehen. Das Werkzeug enthält eine hohle Bohrung 26 an ihrem oberen Ende, welche im .betrieb in direkter und freier Verbindung mit dem Bohrstrang steht. Das Werkzeug ist so angeordnet, daß im wesentlichen kein Strömungsmitte lauslaß aus der Hohlbohrung 26 an den Kanal 18 vorhanden ist.lower outer diameter of the hammer 20 tightly into the adjacent lower part 14 of the housing 10. Seals 22 and 24 are preferably between the hammer and the housing in the upper and lower parts thereof are provided. The tool contains a hollow bore 26 at its upper end, which in .betrieb is in direct and free communication with the drill string. The tool is arranged so that there is essentially no center of flow The outlet from the hollow bore 26 to the channel 18 is present.

Eine besonders wirksame Dichtung ist in Fig. 9 dargestellt. Diese Dichtungen können sich beispielsweise in der Nut 24A in Fig. 7 befinden. Diese Dichtungen sind ringförmig und nehmen, wenn sie unbeschränkt sind, im Querschnitt die in Fig. 9 gezeigte Form an. Die linke vertikale Linie 150 stellt die Oberfläche des Hammers dar und die rechte vertikale Linie 152 stellt die Lage der Oberfläche der unteren Seite der Nut 24A des Gehäuses 10 dar. Wenn sie in ein Werkzeug eingesetzt sind, sind sie zwischen den Linien I50 und 152 begrenzt. Die Dichtung hat eine Lippe 154, welche eine Tasche 156 bildet. Diese Tasche ist dem Hochdruck auegesetzt, der in dem Spielraum zwischen dem Hammer 20 und dem Gehäuse 1O vorhanden sein kann. Typische Abmessungen des Querschnittes der Dichtung nach Fig. 4 in ihrer uneingeschränkten Gestalt, wo die Linie 152 der Dichtung einen ßadius von etwa 165,1 mm (6,5") hat, schließen einen Winkel zwischen der Ebene der Lippe 154 und einen rechten Winkel zu der Basis 160 von etwa 4° ein. Der Winkel 162 der Fläche 164 beträgt ebenfalle etwa 4°. Die vertikale Gesamtdicke des Querschnittes ist typisch etwa 15,24 mm (0,6"), wobei Abschnitt etwa 3,18 mm (0,125") ist und die Länge 164 etwa 121 mm (4,75") beträgt. Die Länge 17O beträgt 7,32 mm (0,288") und die Länge 172 ist etwa 7,92 mm (O,312^W). Wenn die Dichtung in das Werkzeug eingesetzt ist, ist sie zwischen den Linien 150 und 152 begrenzt. Das Hochdruekströmungsmittel in der Kammer 156 drückt die Lippe 154 gegen die Linie 152 und die Fläche 154 fest gegenA particularly effective seal is shown in FIG. These seals can be located in groove 24A in FIG. 7, for example. These seals are annular and, when unconstrained, assume the shape shown in FIG. 9 in cross section. Left vertical line 150 represents the surface of the hammer and right vertical line 152 represents the location of the surface of the lower side of groove 24A of housing 10. They are bounded between lines 150 and 152 when inserted into a tool . The seal has a lip 154 which forms a pocket 156. This pocket is exposed to the high pressure that may be present in the clearance between the hammer 20 and the housing 10. Typical dimensions of the cross-section of the seal of FIG. 4 in its unrestricted configuration, where the line 152 of the seal has a radius of about 165.1 mm (6.5 "), include an angle between the plane of the lip 154 and a right angle to the base 160 of about 4 °. The angle 162 of the surface 164 is also about 4 °. The total vertical thickness of the cross-section is typically about 15.24 mm (0.6 ") with section about 3.18 mm (0.125 ") and the length 164 is approximately 121 mm (4.75"). Length 170 is 7.32 mm (0.288 ") and length 172 is about 7.92 mm (0.312 ^watts ). When the seal is installed in the tool, it is bounded between lines 150 and 152. The high pressure fluid in chamber 156, lip 154 presses against line 152 and surface 154 firmly against

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den Hammer, der durch die Linie 150 dargestellt ist. Die Verschleißoberfläche ist die Oberfläche 164. Wenn diese Fläche verschleißt, drückt der Druck in dem Hohlraum 156 die Fläche nach auswärts, um diesen Verschleiß auszugleichen.the hammer represented by line 150. The wear surface is surface 164. As this surface wears, the pressure in cavity 156 pushes the surface outwards to compensate for this wear.

In dem unteren Ende des Gehäuses 10 ist verschiebbar zur begrenzten Axialbewegung der Amboß 28 angebracht. An seinem unteren Ende ist der Amboß 28 mit Mitteln zur Drehmomentübertragung von dem Gehäuse 10 an einen nichtgezeigten Bohrmeißel versehen, der in einer üblichen Weise an das untere Ende, z.B. durch Ge-In the lower end of the housing 10 is slidable to the limited Axial movement of the anvil 28 attached. At its lower end, the anvil 28 is provided with torque transmission means from the housing 10 to a drill bit, not shown, which is attached in a conventional manner to the lower end, e.g.

" winde 30 anbringbar ist. Es können verschiedene Variationen von Drehmomentübertragungsanordnungen benutzt werden. Eine Ausführungsform ist in Fig. 1A gezeigt, in welcher der unterste Teil des Gehäuses eine Mehrzahl von vertikalen Leisten 32 aufweist', wobei sich zwischen je zweien von ihnen Nuten befinden. Biese ' Leisten 32 greifen in äquivalente Jüuten oder Keilnuten ein, die in den äußeren umfang des unteren Amboßteiles 28 eingeschnitten sind. Der untere Teil 28A des Ambosses 28 ist auf annähernd den gleichen Durchmesser wie derjenige des Gehäuses 10 vergrößert. Die obere Fläche 102 des Amboßteiles 28A ist so entworfen, um das untere Ende 100 des Gehäuses 10 aufzunehmen, so daß ein Teil des Gewichtes des Bohrstranges darüber auf den Meißel auegeübt werden kann, wobei so die Leistungsfähigkeit beim Bohren verbessert wird. Die Nuten oder Keilnuten sowohl in dem Amboß 28 und dem Gehäuse 10 sind langer als die entsprechenden oder damit zusammenpassenden Leisten, so daß, bis der Bohrmeißel den Boden berührt, ein vertikaler Abstand vorhanden ist, damit der Amboß 28 sich zwischen der in Fig. 1A gezeigten Stellung und einer unteren Stellung bewegen kann, in welcher angrenzende Nuten und Leisten sich in Spitzenberührung befinden. Es sind nichtgezeigte Mittel vorgesehen, um diese vertikale Abwärtsbewegung in typischer Weise von etwa 25»4 mm bis etwa 76 mm zu begrenzen. Wie ersichtlich ist, macht diese Erstreckung den Hammer unwirksam."winch 30 is attachable. There can be several variations of Torque transmission assemblies are used. One embodiment is shown in Fig. 1A in which the lowermost part of the housing comprises a plurality of vertical ledges 32 ', where there are grooves between every two of them. Piping ' Strips 32 engage with equivalent Jüuten or keyways that are cut into the outer periphery of the lower anvil portion 28. The lower part 28A of the anvil 28 is on approximately the the same diameter as that of the housing 10 is enlarged. The upper surface 102 of the anvil portion 28A is designed to the lower end 100 of the housing 10 so that some of the weight of the drill string is applied thereover to the bit can be, thereby improving the drilling efficiency. The grooves or keyways in both the anvil 28 and the housing 10 are longer than the corresponding or with it mating ledges so that by the time the bit hits the ground there is vertical clearance for the anvil 28 can move between the position shown in Fig. 1A and a lower position in which adjacent grooves and Last are in tip contact. They are not shown Means are provided to this vertical downward movement in typical Way to limit from about 25 »4 mm to about 76 mm. As can be seen, this extension makes the hammer ineffective.

Der Amboß 28 ist mit einer Mittelbohrung 34 versehen. Die Spitzenoberfläche 36 des Ambosses 28 paßt mit der Bodenoberfläche 38The anvil 28 is provided with a central bore 34. The top surface 36 of anvil 28 mates with floor surface 38

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des Hammers 20 zusammen. Die Oberfläche 36 ist mit einer Mehrzahl von wüten 40 versehen. In dem Amboß 28 ist ebenfalls eine Mehrzahl von Leitungen 4-2 vorgesehen, die sich von der Oberfläche 36 bis in die Bohrung 34 erstrecken. Die Nuten 40 sind gekreuzt oder sonstwie in Strömungsmittelverbindung mit den Leitungen 42. Die Nuten 40 können sich in die zylindrische Ventilbohrung 77 erstrecken. Diese fluten und Leitungen einzeln oder in Kombination gestatten es der .Flüssigkeit, zwischen dem Hammer und dem Amboß schnell evakuiert zu werden, um nicht den Stoß zwischen den beiden abzupolstern.of the hammer 20 together. The surface 36 is a plurality provided by anger 40. Also provided in the anvil 28 are a plurality of conduits 4-2 extending from the surface 36 extend into the bore 34. The grooves 40 are crossed or otherwise in fluid communication with the lines 42. The grooves 40 can extend into the cylindrical valve bore 77 extend. These floods and lines, individually or in combination, allow the .Liquid between the hammer and evacuating the anvil quickly so as not to cushion the joint between the two.

Die Leitung 42 dient auch dazu, dem Werkzeug zu gestatten, unter gewissen Bedingungen zu starten, wenn es dasselbe sonst nicht würde. Es sei nun das Werkzeug in der Stellung von Fig. 2 betrachtet. Wenn die Dichtung 24 wirksam zwischen dem Amboß 28 und dem Gehäuse 10 vorgesehen ist, kann unter bestimmten Bedingungen Strömungsmittel in dem ringförmigen Baum 89 tingefangen sein, wenn er nicht für Leitung 42 wäre. Wenn dies geschieht, kann der Hammer 20 nicht nach unten gehen, bis das Strömungsmittel in der Kammer 89 verlagert ist. Dies ist so, weil das Ventil 58 in dem ringförmigen Sitz 78 von Amboß 28 aufgesetzt ist und der innere Ventilring 82 ein Ventil mit dem Element der Ventilführung 46 biüfet. Das Entweichen von Strömungsmittel aus der Kammer 89» wenn das Werkzeug sich in dieser Stellung befindet, geschieht nach unten durch die Leitung 42.The line 42 also serves to allow the tool to start under certain conditions when it does not otherwise would. Let us now consider the tool in the position of FIG. When the seal 24 is effectively provided between the anvil 28 and the housing 10, under certain conditions Fluid trapped in the annular tree 89 if it weren't for line 42. When this happens, the hammer 20 cannot go down until the fluid is displaced in the chamber 89. This is because the valve 58 is seated in the annular seat 78 of the anvil 28 and the inner valve ring 82 is a valve with the element the valve guide 46 biüfet. The escape of fluid From chamber 89 when the tool is in this position, it goes down through line 42.

Das Mittelventil oder das Führungsrohr 46 ist in dem Gehäuse abgestützt, welches durch Gewinde mit dem Teil 50 verbunden ist. Ein Kugelgelenk 48 (ball Joint) ist an dem oberen Ende des Führungsrohres 46 befestigt und paßt mit dem Kugelgelenklager 47 zusammen, welches in der Aussparung 51 des !Teiles 50 angebracht ist. Die Abstandshalter 49 und die Abstandshalterfeder 49A halten das Kugelgelenk und das Lager in Stellung. Nahe dem unteren Snde des Führungsrohres ist die stegartige Führungseinrichtung 53 in dem Hammer vorgesehen, um das Bohr in dem hohlen Teil desThe center valve or guide tube 46 is supported in the housing which is threadedly connected to the part 50. A ball joint 48 is attached to the upper end of the guide tube 46 and mates with the ball joint bearing 47 together, which is attached in the recess 51 of the part 50 is. Spacers 49 and spacer spring 49A hold the ball joint and bearing in place. Near the lower end of the guide tube, the web-like guide device 53 is provided in the hammer to the drill in the hollow part of the

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Hammers genau zu zentrieren. Es ist gefunden worden, daß diese Art von Montage es gestattet, das Rohr 46 genauer zu zentrieren, als wenn das Eohr starr an dem Teil 50 z.B. durch Gewinde befestigt ist.Center the hammer exactly. It has been found that this type of assembly allows the tube 46 to be centered more precisely, than when the ear is rigidly attached to part 50, e.g., by threading is.

Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, schafft das Teil 50 (sub) auch das Mittel, um den Bohrstrang zu verbinden. Das Mittelventilrohr 4-6 ist zur Benutzung in der Steuerbewegung der Ventilverbindung vorgesehen. Das Eohr 46 ist vorzugsweise ein dünnwandiges Rohr von gleichmäßigem Durchmesser, welches konzentrisch in dem Gehäuse 10 montiert ist. Das obere Ende des Ventilrohres 46 steht in direkter Strömungssiittelverbindung mit dem Strömungsmittelkanal 26« Das obere Ende des Ventilführungsrohres 46 ist mit einer Mehrzahl von Kanälen 52 versehen, die von genügender Größe und Anzahl sind, so daß dort sehr kleiner Druckabfall zwischen dem Druck de» StrömungsmitteXs in dem Strömungsmittelkanal 26 und dem Strömungsmittelkanal 55 vorhanden ist, welcher der ringförmige Raum zwischen der Außenseite des Ventilrohres 46 und dem Inneren des Hammers 20 ist. Eine Hauptventilverbindung oder -baugruppe ist für das untere Ende des Ventilrohres 46 vorgesehen, und enthält einen Ventilschaft 54, einen Ventilkolben 56 und einen Ventilkopf 58, der eine obere fläche 58A und eine untere Fläche 58B hat. Der Ventilkoüten 56 ist dichtungsmäßig in dem unteren Ende der Ventilrohrführung 46 eingepaßt, Der ringförmige Ventilkopf 58 ist mit dem unteren Ende des Ventilschaftes 54 verbunden. Der Ventilschaft 5M- erstreckt sich gleitend in Dichtungsbeziehung durch das Endglied 60 des Ventilrohres 46 hindurch. Gerade über dem Endglied 60 befindet sich eine Mehrzahl von Kanälen 62 in der Wand des Ventilrohres 46. Das Verhältnis der Anbringung dieser Kanäle zu dem übrigen Teil des Werkzeuges, wenn der Amboß 28 sich in seiner unteren Lage befindet, wird nachfolgend besprochen. Der Ventilschaft 54- hat genügende Länge, daß, wenn sich die bewegenden Teile des Werkzeuges in der in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigten Stellung befinden, ein Hohlraum 64· in dem Ventilrohr 46 unter dem Ventil-As shown in the drawings, member 50 (sub) also provides the means to connect the drill string. The center valve tube 4-6 is intended for use in the control movement of the valve connection. The tube 46 is preferably a thin-walled tube of uniform diameter that is concentrically mounted in the housing 10. The upper end of the valve tube 46 is in direct fluid communication with the fluid channel 26. The upper end of the valve guide tube 46 is provided with a plurality of channels 52 which are of sufficient size and number so that there is a very small pressure drop between the pressure of the flow center is present in the fluid channel 26 and the fluid channel 55, which is the annular space between the outside of the valve tube 46 and the inside of the hammer 20. A main valve connection or assembly is provided for the lower end of the valve tube 46 and includes a valve stem 54, a valve piston 56 and a valve head 58 having an upper surface 58A and a lower surface 58B. The valve head 56 is sealingly fitted in the lower end of the valve tube guide 46. The annular valve head 58 is connected to the lower end of the valve stem 54. The valve stem 5M- extends through the end member 60 of the valve tube 46 in a sliding manner in sealing relationship. Just above the end member 60 are a plurality of channels 62 in the wall of the valve tube 46. The relationship of the attachment of these channels to the remainder of the tool when the anvil 28 is in its lower position is discussed below. The valve stem 54 is of sufficient length that when the moving parts of the tool are in the position shown in Figure 1 of the drawings, a cavity 64 in the valve tube 46 under the valve

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- ίο -- ίο -

kolben 56 vorhanden ist. Wenn sich der Kolben 56 über den Kanälen 62 befindet, hat der Hohlraum 64 den gleichen Druck P, wie der Druck in dem Bingraum 55 zwischen dem Ventilrohr und dem Hammer 20. Dieser Druck wirkt gegen eine Fläche welche die horizontale Komponente der Fläche der unteren Seite des Ventilkolbens 56 ist, die mit dem Hohlraum 64 in Verbindung steht. In dem Ventilrohr 46 ist über dem Ventilkolben 56 eine Strömungsmittelbeschränkungseinrichtung vorhanden, die in der Zeichmig als eine Düse oder Drossel 66 dargestellt ist. Diese Düse funktioniert so, daß der Druck P,- in dem Innern 45 des Ventilführungsrohres 46 zwischen dem Kolben 56 und der Düse 66 immer wesentlich geringer als der Druck P, in dem Hingraum zwischen dem Ventilrohr 46 und dem Hammer ist, mit einer Ausnahme, die später gezeigt wird, wenn die Kanäle 62 mit dem Innern 45 in Verbindung stehen. MiO anderen Worten, sorgt diese Anordnung für einen reduzierten Druck- um nach unten gegen die wirksame horizontale Komponente Ayp des Ventilkolbens 56 zu wirken. Die Düse 66 sollte einen genügenden Abstand über dem Kolben 56 haben, so daß keine bemerkenswerte Strahlwirkung auf den Ventilkolben erteilt wird.piston 56 is present. When the piston 56 over the Channels 62 is located, the cavity 64 has the same pressure P, like the pressure in the bing space 55 between the valve tube and the hammer 20. This pressure acts against a surface which is the horizontal component of the area of the lower side of the valve piston 56 that communicates with the cavity 64 stands. A fluid restriction device is provided in the valve tube 46 above the valve piston 56 and is in the Is shown in the form of a nozzle or throttle 66. These The nozzle works so that the pressure P, - in the interior 45 of the valve guide tube 46 between the piston 56 and the nozzle 66 is always substantially lower than the pressure P, in the space between the valve tube 46 and the hammer, with one exception which will be shown later when the channels 62 with the interior 45 in communication stand. MiO in other words, this arrangement takes care of a reduced pressure downwards against the effective horizontal Component Ayp of the valve piston 56 to act. The nozzle 66 should have a sufficient distance above the piston 56, so that no noticeable jet effect is given on the valve piston.

Ein wirksamer Anschlag 68 ist in dem Ventilführungsrohr 46 vorgesehen, um die Aufwärtsbewegung der Ventilverbindung 54, 56, auf eine vorherbestimmte Lage zu begrenzen, was nachfolgend erklärt wird.An effective stop 68 is provided in the valve guide tube 46, the upward movement of the valve connection 54, 56, to a predetermined location, which is explained below.

Wie ersichtlich ist, sind der Anschlag und seine Stellung sehr wichtig für die weitgehende Erhöhung der Lebensdauer der Ventileinrichtung. Der Anschlag 68 ist vorzugsweise aus einem harten Metall hergestellt, um dem Verschleiß zu widerstehen. Der Anschlag ist als ein abgestuftes ringförmiges Glied dargestellt und wird durch Ankermittel, z.B. ein ringförmiges Glied ?0 in Stellung gehalten, welches den ringförmigen Anschlag 68 ergänzt und welches starr an dem Ventilführungsrohr 46 befestigt ist,As can be seen, the stop and its position are great important for the extensive increase in the service life of the valve device. The stop 68 is preferably made of a hard one Metal made to withstand wear and tear. The attack is shown as a stepped annular member and is secured by anchoring means such as an annular member? 0 in Held position, which complements the annular stop 68 and which is rigidly attached to the valve guide tube 46,

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z.B. durch Schweißung oder damit aus einem einstückigen Teil hergestellt ist. Ein stoßabsorbierendes Material 72 ist zwischen dem wirksamen Anschlag 68 und dem Verankerungsmittel 70 vorgesehen. Ein solches stoßabsorbierendes Material kann ein elastisches Material, wie Gummi oder eine Feder sein. Die untere Seite des Anschlages 68 kann auch Nuten 74- enthalten, welche als ein Strömungsmittelpolster wirken, das zu der Reduzierung von Stoßermüdung des Kolbens beiträgt. Diese stoßabeerbierenden Merkmale sind ziemlich wichtig und verringern weitgehend den Verschleiß fc und die Stoßermüdung des Ventilkolbens 56 und des Anschlagese.g. is made by welding or from a one-piece part. A shock absorbing material 72 is between the effective stop 68 and the anchoring means 70 are provided. Such a shock absorbing material can be an elastic material such as rubber or a spring. The lower side of the stop 68 can also contain grooves 74- which act as a Fluid cushions act to help reduce piston impact fatigue. These shock-inheriting traits are quite important and greatly reduce the wear fc and shock fatigue of the valve piston 56 and stop

Fig. 7 erläutert eine besonders wünschenswerte Form von Mitteln zum Anhalten der Aufwärtsbewegung der Ventilverbindung 54-, 56« 58. Diese können in der Wirkung als Dämpfungsanschlag angesehen werden. Das obere ^Ende des Ventilkopfes 56 ist abgewandelt, um eine ringförmige Höhlung 56C einzuschließen. Das untere Ende des Ventilführungsrohre* 46 ist abgewandelt worden, um eine nach unten gekehrte Höhlung 4-7 aufzuweisen. Diese Höhlung 4-7 ist in der Form ringförmig und die Größe der Höhlung 4-7 ist derart, um das obere -b'nde des Ventilkopfes 56 gleitend aufzunehmen, welcher die Höhlung 56C bildet. Das Einfangen von Strömungsmittel in den Höhlungen 4-7 und 560, wenn das obere Ende des Ventil-' kopfes 56 die untere Oberfläche 4-6A der Ventilführung erreicht, bewirkt ein sehr wirksames dämpfungsartiges Anhalten der Aufwärfcsbewegung der Ventilverbindung.7 illustrates a particularly desirable form of means for stopping the upward movement of the valve connection 54-, 56-58. These can be viewed in effect as damping stops. The upper ^E walls of the valve head 56 is modified to include an annular cavity 56C. The lower end of the valve guide tube * 46 has been modified to have a downward facing cavity 4-7. This cavity 4-7 is annular in shape and the size of the cavity 4-7 is such as to slidably receive the upper end of the valve head 56 which defines the cavity 56C. The trapping of fluid in cavities 4-7 and 560 when the upper end of the valve head 56 reaches the lower surface 4-6A of the valve guide is very effective in dampening the valve joint's warming-up motion.

Beide, die obere 58A und untere 58B Oberfläche des Ventilkopfes 58 wirken als Ventile. Es wird zuerst auf eine Betrachtung der Sitzverbindung für die untere Seite des Ventilkopfes 58 der hin- und hergehenden Hauptventilverbindung hingewiesen. Es ist eine Amboßventilaussparung 76 in dem oberen Ende des Ambosses vorgesehen. Dies kann eine zylindrische Aussparung sein, die tatsächlich eine vergrößerung der Bohrung 34· sein kann. A>er Sitz 78 ist in der Ventilaussparung 76 angebracht. Der obere Teil der Aussparung 76 über dem Sitz 78 ist als Ventiltasche 77 bezeichnet,Both the upper 58A and lower 58B surfaces of the valve head 58 act as valves. Attention is first drawn to a consideration of the seat connection for the lower side of the valve head 58 of the main reciprocating valve connection. An anvil valve recess 76 is provided in the upper end of the anvil. This can be a cylindrical recess, which can actually be an enlargement of the bore 34. A> he seat 78 is mounted in the valve recess 76. The upper part of the recess 76 above the seat 78 is referred to as the valve pocket 77 ,

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die durch, das fiingglied 77A gebildet ist, welches einen Durchmesser hat, der nur etwas größer als der Durchmesser des Ventilkopfes -58 ist. Typischerweise kann der Spielraum von etwa 0,254mm (O,O1O^H) bis etwa 2,032 mm (0,080") betragen. Das Innere der Tasche 77 und die äußere zylindrische Oberfläche des Ventilkopfes 58 bilden in der Wirkung ein Hülsenventil, welches den Strömungsmittelfluß reduziert, bevor das Ventil 58 sich auf den ringförmigen Sitz 78 setzt. Der ringförmige Sitz 78 bildet einen Sitz für die untere Oberfläche 58B des Ventilkopfes 58. Der große Durchmesser des Ventilkopfes 58 ist größer als der Durchmesser des Kolbens 56. Dies sorgt für richtige Differentialflächen. Die Spitzenoberfläche des ringförmigen Ventiles oder der Amboßsitz 78 ist eine genügende Strecke unter der Spitzenoberfläche 36 des Ambosses, so daß im wesentlichen der gesamte Ventilkopf 58 in der Ventiltasche 77 aufgenommen wird. Unter der unteren Seite des ringförmigen Ventilsitzes 78, welcher sich in dem unteren Teil der Ventilaussparung 76 befindet, ist ein Stoßabsorbierungsmittel 80 angebracht. Dieses Absorbierungsmaterial kann dem Material 72 ähnlich sein, welches an dem wirksamen Ventilanschlag 68 vorgesehen ist. Um zu der Verringerung der Stoßbeanspruchungen in dem Ventilkopf 58 und dem ringförmigen ventilsitz 78 beizutragen, sind beide vorzugsweise aus einem Hartmetall, z.B. Wolfram-Karbid hergestellt. Der Ventilkopf 58, wenn er gegen den Amboßsitz 78 geschlossen ist, verhindert Strömungsmittelfluß aus dem Hing 55 an die Bohrung 34· in dem Amboß 28. Der Druck in der .bohrung 34· ist zur Bequemlichkeit mit P2 bezeichnet und wenn das Ventil 58 gegen den Sitz 78 geschlossen ist, nähert sich P2 dem Druck außerhalb des Werkzeuges (und auch P1 in dem Ventilrohrführungsinneren 4-5) j da, wenn das Werkzeug geschlossen ist, der Strömungsmittelfluß durch den Meißel anhält (außer einer kleinen Menge, welche durch die Drossel 66 fließt) und der Druck in der Bohrung 34- nähert sich, dem Druck außerhalb des Werkzeuges.which is formed by the fiingglied 77A, which has a diameter that is only slightly larger than the diameter of the valve head -58. Typically, the clearance of about 0.254 mm (O, O1O ^H) can be up to about 2.032 mm (0.080 "). The inside of the bag 77 and the outer cylindrical surface of the valve head 58 constitute in effect, a sleeve valve, which reduces the fluid flow before the valve 58 seats on the annular seat 78. The annular seat 78 forms a seat for the lower surface 58B of the valve head 58. The large diameter of the valve head 58 is larger than the diameter of the piston 56. This provides proper differential surfaces of the annular valve or anvil seat 78 is a sufficient distance below the tip surface 36 of the anvil that substantially all of the valve head 58 is received in the valve pocket 77. Under the lower side of the annular valve seat 78 which is in the lower portion of the valve recess 76, there is attached a shock absorbing means 80. This absorbing material can be attached to the mate rial 72, which is provided on the effective valve stop 68. To help reduce the impact stresses in the valve head 58 and the annular valve seat 78, both are preferably made from a hard metal such as tungsten carbide. The valve head 58, when closed against the anvil seat 78, prevents fluid flow from the ring 55 to the bore 34 · in the anvil 28. The pressure in the bore 34 · is labeled P2 for convenience and when the valve 58 is against the Seat 78 is closed, P2 approaches the pressure outside the tool (and also P1 in the valve tube guide interior 4-5) j because when the tool is closed the flow of fluid through the bit stops (except for a small amount which is passed through the restrictor 66 flows) and the pressure in the bore 34- approaches the pressure outside the tool.

- 13 909 8 42/02k5 - 13 909 8 42/02 k 5

Per Ventilkopf 58 enthält eine sorgfältig bearbeitete obere Fläche 58A sowohl wie eine sorgfältig bearbeitete untere Fläche 58B. In der Nähe des Bodens des abgestuften Hammers 20 ist die Bohrung des Hammers verringert und es ist ein ringförmiges Hülsenventilglied 88 vorgesehen, welches eine Hammerventiltasche 85 biMet, die in der Tiefe gleich oder etwas tiefer als die Strecke ist, welche die Sitze 58A und 58B trennt. Dieses Tiefenerfordernis ist wichtig und ist deutlich in Fig. 1A gezeigt Ein ringförmiger Ventilsitz 90 ist über dem ringförmigen GliedPer valve head 58 contains a carefully machined upper one Surface 58A as well as a carefully machined lower surface 58B. Near the bottom of the stepped hammer 20 is the Reduced bore of the hammer and there is an annular sleeve valve member 88 is provided, which is a hammer valve pocket 85 biMet, which in depth is equal to or slightly deeper than is the distance separating seats 58A and 58B. This depth requirement is important and is clearly shown in Figure 1A An annular valve seat 90 is over the annular member

™ 88 für die obere Fläche 58A des Ventilkopfes 58 vorgesehen.™ 88 for the upper surface 58A of the valve head 58.

Stoßabaorbungsringe 92 sind für den ringförmigen ventilsitz 90 vorgesehen. Bin Zurückhalter 93 ί der eine Ausdehnung des ringförmigen, unten beschriebenen Ventiles 82 sein kann, ist für die Sboßabsorbiervorrichtungen vorgesehen und verankert die ßtoßabsorbierer und das Ventil 90 gegen Aufwärtsbewegung mit Bezug auf den Hammer 20, Es ist zu bemerken, daß, wenn der Venbilkopf 58 sich in seiner geschlossejaea Stellung in dem Amboß befindet, d.h. die untere Oberfläche 58B auf dem Sitz ?8 ist, daß seine obere fläche 584 sich nicht in Berührung mit dem Ventilsitz 90 noch in der Hammerventiltasche 85 befindet, wenn sich der Hammer 20 in seiner unteren Stellung befindet. Dies gestattet einem Hochdruckströmungsmittel, auf die Bodenoberfläche des Hammers 20 zu wirken, wobei er so nach aufwärts gezwungen wird.Shock absorbing rings 92 are for the annular valve seat 90 intended. Am retainer 93 ί of an extension of the annular, valve 82 described below is for the Sboßabsorbiervorrichtungen provided and anchored the ßtoßabsorbierer and the valve 90 against upward movement with With respect to hammer 20, it should be noted that when venbil head 58 is in its closed position in the Anvil, i.e., lower surface 58B on seat? 8 is that its upper surface 584 is not in contact with the Valve seat 90 is still in hammer valve pocket 85, if the hammer 20 is in its lower position. This allows a high pressure fluid to hit the soil surface of the hammer 20 to act, thus being forced upwards will.

Bs wird nun auf ein zweites oder ringförmiges Ventil hingewiesen, welches als ein Ringventil bezeichnet werden kann. Dieses schließt ein kreisförmiges Hingventil 82 ein, welches an dem Inneren des unteren Endes von Hammer 20 über dem Stoßabsorberhaltering 93 angebracht ist. Das Ringventil 82 ist vorzugsweise mit einer harten Stirnfläche 84· versehen» Der untere Teil 86 des unteren Gliedes 60 der Ventilführung 46 ist vorzugsweise ein Hartmetall, z.B. aufgespritztes Wolfram-Karbid und ist sorgfältig bearbeitet, so wie es das Innere der harten Stirnfläche 84· des Ringventiles 82 ist, so daß, wenn derA second or ring-shaped valve is now pointed out, which can be referred to as a ring valve. This includes a circular hanging valve 82 attached to the Inside the lower end of hammer 20 is mounted above shock absorber retaining ring 93. The ring valve 82 is preferably provided with a hard face 84 · The lower one Part 86 of the lower member 60 of the valve guide 46 is preferably a hard metal, such as a sprayed-on tungsten carbide and is carefully machined as is the inside of the hard face 84 · of the ring valve 82 so that when the

«9842/0245 ""9842/0245"

Hammer 20 sich nach aufwärts bewegt, das Ringventil 82 mit dem unteren Teil 86 zusammenwirkt, um im wesentlichen allen Strömungemitte Ifluß nach abwärts aus dem Bingraum 55 zu stoppen. *<s wird noch eine Strömung aus dem Bingraum 55 an den Hohlraum 64 vorhanden sein, während sich die Ventilverbindung 54, 56, nach aufwärts bewegt.Hammer 20 moves upward, ring valve 82 with the lower portion 86 cooperates to substantially center all of the flow Stop flowing downward from bing room 55. * <s there is still a flow from the bing space 55 to the cavity 64 be present, while the valve connection 54, 56, moved upwards.

Nachdem die Hauptgestaltung des Bohrwerkzeuges beschrieben ist, wird nunmehr auf die Wirkungsweise und besonders auf das innere Verhältnis von verschiedenen Teiles des Ventiles hingewiesen, welche als am wichtigsten befunden worden sind. Sin Betriebszyklus kann mit den Teilen in den relativen Stellungen beginnen, die in den Tig. 11 und 1B dargestellt sind. Es ist ersichtlich, daß das primäre Ventil« d.h. der Ventilkopf 58 auf den Amboßventilsitz 78 aufgesetzt ist, und der Hammer 20 auf dem Amboß 28 ruht. Sine Betrachtung der vorherrschenden Kräfte an dem Ventil und dem Hammer, wenn Strömungsmitteldruck durch den Bohrstrang ausgeübt wird, soll nunmehr für jede der Stellungen durchgeführt werden , die in den Pig. 2-5 und Fig. 1A und 1B gezeigt sind, wobei die Fig. 2-6 gezeichnet sind, um hauptsächlich die relativen Stellungen der verschiedenen Teile für verschiedene Phasen eines Betriebszyklus, anstatt ihre relative Größe zu zeigen. Der Hammer wird aus der in Fig. 1A gezeigten Stellung nach oben starten, weil die Nettokraft auf den Hammer nach oben gerichtet ist. Dies ist durch Betrachtung der vorherrschenden hydraulischen Kräfte gezeigt. Die Abwartskraft auf den Hammer 20 ist After the main design of the drilling tool is described, attention is now drawn to the mode of operation and especially to the internal relationship of different parts of the valve, which have been found to be most important. A cycle of operation can begin with the parts in the relative positions those in the Tig. 11 and 1B are shown. It can be seen that the primary valve i.e. the valve head 58 is seated on the anvil valve seat 78 and the hammer 20 is on the anvil 28 rests. Consider the prevailing forces on the valve and hammer when fluid pressure is through the drill string should now be performed for each of the positions that result in the Pig. 2-5 and Fig. 1A 1 and 1B, with Figs. 2-6 drawn primarily to show the relative positions of the various parts for different phases of an operating cycle rather than theirs to show relative size. The hammer will start up from the position shown in Fig. 1A because the net force is on the hammer is pointing upwards. This is shown by considering the prevailing hydraulic forces. The wait force on hammer 20 is

(1) P₂ A₅ + P₃ A₇ ,(1) P ₂ A ₅ + P ₃ A ₇ ,

worin Α_ς die obere horizontale Komponente der Fläche des abgestuften Hammers in Kontakt mit dem Strömungsmittel ist, das den Druck P₂ hat, welches der uruck des Strömungsmittels in dem ringförmigen Äußeren des Werkzeuges ist. An ist die horizontale Komponente der oberen Fläche des abgestuften Hammers in Verbindung mit dem Hauptstrom des Bohrströmungsmittels in dem Bingraum 55 bei einem Druck P,.where Α _{ς is} the upper horizontal component of the face of the stepped hammer in contact with the fluid having pressure P ₂ , which is the pressure of the fluid in the annular exterior of the tool. An is the horizontal component of the top surface of the stepped hammer in communication with the main flow of drilling fluid in the bing space 55 at a pressure P i.

909842/0245 - ^ -909842/0245 - ^ -

Die Aufwärtskraft auf den Hammer 20 istThe upward force on hammer 20 is

(2) P₃ A₆ ,(2) P ₃ A ₆ ,

worin Ag die horizontale Komponente der Fläche der unteren Oberflächen dee Hammers ist. Ba Ag gleich Ae plus A« ist, ist leicht ersichtlich, daß eine Aufwärtskraft an dem Hammer 20 infolge des Differenzdruckes vorhanden ist.where Ag is the horizontal component of the area of the lower surfaces dee hammers is. Ba Ag equals Ae plus A «is easy it can be seen that there is an upward force on hammer 20 due to the differential pressure.

Die Kraft auf die Ventilverbindung, während der Hammer ansteigt (und bevor das Hingventil 82 aufsitzt oder über dem Sitz 86 an der Außenseite des Ventilführungsgliedes 46 schließt), wird nunmehr gegeben.The force on the valve connection as the hammer rises (and before the hanging valve 82 seats or closes over the seat 86 on the outside of the valve guide member 46) now given.

Die Kraft nach unten istThe force is down

(3) Pj (Ay₁J - A_vs) + P₁ (Ayp _ Ayg)(3) Pj (Ay ₁ J - A _vs ) + P ₁ (Ayp _ Ayg)

und die Kraft nach oben istand the power is up

(*) P₃ (Ayp - *v_S) + ^₁ (Ay_n - -W .(*) P ₃ (Ayp - * v _S ) + ^ ₁ (Ay _n - -W.

worin Ayg die Querschnittsfläche des Ventilkopfes 58 ist. ist die Querschnittsfläche des Ventilschaftes und ist die Querschnittsflache des Ventilkolbens 56·where Ayg is the cross-sectional area of valve head 58. is the cross-sectional area of the valve stem and is the cross-sectional area of the valve piston 56

P, ist der größere Druck in der Höhlung 64 und im Ringraum 55·P, is the greater pressure in the cavity 64 and in the annulus 55

F¹. ist der reduzierte Druck des Strömungsmittels in der Bohrung 34 und da in diesem Augenblick wenig Strömung zwischen der Bohrung 34 und der Außenseite des Werkzeuges ist, außer für die Menge, die durch die Drossel 66 hindurchgeht, kann für diese Erklärung angenommen werden, daß P¹. auch der angenäherteF ¹ . is the reduced pressure of the fluid in bore 34 and since at this point there is little flow between bore 34 and the outside of the tool, except for the amount that passes through restrictor 66, for this explanation it can be assumed that P ¹ . also the approximate

■fruck P₁ des Strömungsmittels in dem ringförmigen Äußeren des Werkzeuges ist.■ fruck P _{1 of} the fluid is in the annular exterior of the tool.

Die Nettokraft ist zu diesem Zeitpunkt von der Ventilverbindung unten und istThe net force is down from the valve link at this point and is

«5) (P, - P₁) (A₇₁₁) - (P₅ - P₁)«5) (P, - P ₁ ) (A ₇₁₁ ) - (P ₅ - P ₁ )

da Arm durch die Konstruktion größer als Ayp ist.because Arm is larger than Ayp by its construction.

- 16 -'$09842/0245- 16 - '$ 09842/0245

Der Ventilkopf 58 "bleibt geschlossen, d.h. in dem Amboß aufgesetzt, bis der Hammer 20 sich zu einer Stellung erhebt, die in Fig. 2 gezeigt ist, und das Sekundärventil schließt, d.h. das Ringventil 82 paßt mit dem unteren Teil 86 der Ventilführung 46 zusammen. Wenn dies geschieht, ist die Höhlung 87 unter dem Glied 86 und die Außenseite des Schaftes 54 von dem Hauptbohrströmungsmittelstrom abgeschlossen. Sobald sich das ringförmige Glied 84 angrenzend an dem unteren Snde 86 des Rohres 46 befindet, reduziert es den Strömungsmittelfluß in die Höhlung 87. Diese Reduktion im Strömungsmittelfluß ist von einer wesentlichen Abnahme im Druck unter dem Hammer 20 begleitet, da auch das Volumen der Kammer 89 zwischen dem Hammer 20 und dem Amboß 28 sich ausdehnt. Wenn der Druck in der Kammer 89 genügend abnimmt, wird die Ventilverbindung nach aufwärts gedruckt. Die JNettokraft an der Ventilverbindung istThe valve head 58 "remains closed, i.e. seated in the anvil, until the hammer 20 rises to a position shown in Figure 2 and the secondary valve closes, i. the ring valve 82 mates with the lower portion 86 of the valve guide 46 together. When this occurs, the cavity 87 below the member 86 and the outside of the shaft 54 is from the main drilling fluid flow closed. Once the annular member 84 is adjacent to the lower end 86 of the tube 46, it reduces fluid flow into cavity 87. This reduction in fluid flow is one of a kind is accompanied by a substantial decrease in pressure under hammer 20, as so is the volume of chamber 89 between hammer 20 and the anvil 28 expands. When the pressure in chamber 89 decreases enough, the valve connection is pushed upward. The JNet force on the valve connection is

(6) (P₃ - P₁) A₇P + (P₁ - Ρ·₃) A₇₁₁ ,(6) (P ₃ - P ₁ ) A ₇ P + (P ₁ - Ρ ₃ ) A ₇₁₁ ,

worin eine positive Bezeichnung die Aufwärtskrafb darstellt und eine negative Bezeichnung eine Abwärtskraft.where a positive term represents the upward force and a negative designation a downward force.

P¹, nähert sich T^t weil das Volumen des Hohlraumes 87 und der Kammer 89 zwischen dem Ringventil, d.h. dem oberen Ringventil 84 und der Amboßfläche sich schneller ausdehnt als Strömungsmittel aus dem Ringventil nachlaufen kann. Daher ist die iJettoaufwärtskraft an dem ventilP ¹ , approaches T ^ t because the volume of the cavity 87 and the chamber 89 between the ring valve, ie the upper ring valve 84 and the anvil surface, expands faster than fluid can follow up from the ring valve. Hence the iJetto upward force is on the valve

(7) (P₃ - P₁) Αγρ ♦ P₁ A_7n ♦(7) (P ₃ - P ₁ ) Αγρ ♦ P ₁ A _7n ♦

Da dieser Wert positiv und P, viel größer als P₁ ist, und nur etwas größer als A₇P ist, wird die Ventilverbindung buchstäblich nach aufwärts geworfen. Fig. J ist Fig. 2 ähnlich, aber zeigt das Ventil 58 etwa halbwegs nach oben zwischen dem Amboß und dem Hammersitz. Das Ventil geht nach aufwärts weiter, bis es den Anschlag 68 trifft, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Der Anschlag 68 ist so eingestellt, daß die Ventilverbindung gestoppt wird, bevor der Ventilkopf 58A den kreisförmigenSince this value is positive and P, is much larger than P ₁ , and only slightly larger than A ₇ P, the valve connection is literally thrown upward. Fig. J is similar to Fig. 2 but shows valve 58 approximately halfway up between the anvil and hammer seat. The valve continues upward until it hits stop 68, as shown in FIG. The stop 68 is adjusted so that the valve connection is stopped before the valve head 58A the circular

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Ring 90 berührt. Wenn daß" Ventil durch den kreisförmigen Ring 90 gestoppt wäre, dann würde, wenn der Hammer und die Ventilverbindung sich nach aufwärts bewegen, der Hohlraum 85 im Volumen abnehmen und das darin gefangene Strömungsmittel würde schnell im Druck ansteigen. Dies würde das Strömungsmittel veranlassen, kräftig durch die Ventiloberfläche 58A und den Ventilsitz 90 zu fließen, wobei schwere Erosion bewirkt wird. In dieser Erfindung ist der Ventilanschlag 68 so eingestellt, daß, wenn das Sekundärventil, d.h. das Ringventil 82 schließt, der Hohlraum 87 nicht in eine "eingeschlossene" Stellung schrumpfen kann, nachdem der Ventilkopf 58 gestoppt ist. Der Anschlag 68 ist so eingestellt, daß der Ventilkopf 58 in einer Stellung gerade unter dem Ventilsitz 90 angehalten wird, wenn der Hammer sich in seiner oberen Stellung befindet. Der Ventilanschlag 68 ist auch so eingestellt, daß das Ringventil 82 noch geschlossen ist (d.h. wobei das Ventilglied 86 angegriffen wird), wenn der kreisförmige Ring 90 den Ventilkopf 58A bei dem Hammerabwärtshub berührt. Ein Weg_s dies auszuführen, besteht daring den Anschlag 68 so anzuordnen, daß die Ventilverbindung angehalten wird, nachdem dem Ventilkopf 58 eine Strecke "h" erreicht oder vorzugsweise etwas weniger als "h", von dem Punkt 17 an der Fläche 86, wo "h" die Strecke von dem ventilsitz 90 zu dem oberen Ende der harten Fläche 84 des Ringventiles 82 ist. Dies gewährleistet, daß der Hohlraum 87 mit Strömungsmittel in demselben in einem geschlossenen Zustand nicht "schrumpfen" kann. Die Ventiloberfläche 58A sollte mit dem Sitz 90 aufsitzen, bevor die Oberfläche 84 des Ringgliedes 82 genügend nach unten wandert, um den Punkt 17 an dem Ventilführungsrohr 46 freizugeben.Ring 90 touches. If the valve were stopped by the circular ring 90, then as the hammer and valve link move upward, the cavity 85 would decrease in volume and the fluid trapped therein would rapidly increase in pressure. This would cause the fluid to be vigorous causing severe erosion to flow through valve surface 58A and valve seat 90. In this invention, valve stop 68 is adjusted so that when the secondary valve, ie, ring valve 82, closes, cavity 87 does not shrink to a "trapped" position after the valve head 58 is stopped, the stop 68 is adjusted so that the valve head 58 is stopped in a position just below the valve seat 90 when the hammer is in its upper position. The valve stop 68 is also adjusted so that the ring valve 82 is still closed (ie, with the valve member 86 being attacked) when the circular ring 90 the Ve ntilkopf 58A touched on the hammer downstroke. One way _s to accomplish this, daring is 68 to be arranged as the stop, that the valve connection, is stopped after the valve head a distance reaches 58 "h" or preferably somewhat less than "h" from the point 17 on the surface 86, where " h "is the distance from valve seat 90 to the top of hard surface 84 of ring valve 82. This ensures that the cavity 87 cannot "shrink" with fluid in a closed condition. The valve surface 58A should seat 90 before the surface 84 of the ring member 82 descends sufficiently to expose the point 17 on the valve guide tube 46.

Es wurde ein Werkzeug konstruiert, welches ein Gehäuse.von 177,8 mm (7") hat, einen Hammer von 136,53 mm (5,375"), einen Ventilkolben von 60,33 mm (2,375"), einen Ventilschaft von 41,28 mm (1,625") und einen Ventilteil 86 an der Ventilführung 46. In diesem Werkzeug ist die Spitze des Ringes 82 in seinerA tool was constructed which has a housing of 177.8 mm (7 ") has a 136.53 mm (5.375") hammer 60.33 mm (2.375 ") valve piston, 41.28 mm (1.625") valve stem, and valve portion 86 on the valve guide 46. In this tool, the tip of the ring 82 is in his

»09842/0245 " ¹⁸ ~"09842/0245" ¹⁸ ~

obersten Stellung etwa 1,016 mm (0,040") bis 6,35 nun (0,250") über dem Punkt oder der Grenze 17. In diesem Werkzeug ist der Anschlag 68 vorzugsweise so eingestellt, daß die Oberfläche 58A an einer Strecke gleich ^whⁿ minus etwa 2,54- mm (0,100") unter dem Funkt 17 gestoppt wird.topmost position about 1.016 mm (0.040 ") to 6.35 mm (0.250") above point or boundary 17. In this tool, stop 68 is preferably set so that surface 58A is at a distance equal to ^w h ⁿ minus about 2.54 mm (0.100 ") is stopped below point 17.

Eine kurze Betrachtung der tiberwiegenden Kraft an der Ventilverbindung (ungeachtet der Kraft infolge des Gewichtes der Verbindung selbst) wird nunmehr gegeben, wenn die verschiedenen Teile sich in der in Pig. 4 gezeigten Stellung befinden, in welcher der Kolben 56 sich gegen den Anschlag 68 befindet, das Kingventil 82 noch geschlossen ist und das Ventil 58 nicht irgendwo aufgesetzt ist. Die Nettokraft an dem Ventil istA brief consideration of the predominant force on the valve connection (regardless of the force due to the weight of the joint itself) is now given when the various parts in the in Pig. 4, in which the piston 56 is against the stop 68, the King valve 82 is still closed and the valve 58 is not placed anywhere. The net force on the valve is

(8) (P₃ - P₁) (Ayp) + (P«₅ - P₁) A₇₃,(8) (P ₃ - P ₁ ) (Ayp) + (P « ₅ - P ₁ ) A ₇₃ ,

worin die Pluskraft nach aufwärts und die negative nach unten wirkt. Da P¹- annähernd P₁ ist, ist dann die Nettokraft (P₅-P₁) Ayp, die positiv ist, da P, viel größer als P₁ ist.in which the positive force works upwards and the negative force works downwards. Since P ¹ - is approximately P ₁ , then the net force is (P ₅ -P ₁ ) Ayp which is positive since P ₁ is much larger than P 1.

Wenn der Strömungsmittelfluß abgeschnitten oder unter der Oberfläche Ag des Hammers reduziert und das Ventil 58 gestoppt ist, überschreitet die Nettoabwärtskraft an dem Hammer schnell die Aufwärtskraft und der Hammer wird nach unten gedrückt. (Am meisten des Abwärtshubes bewegen sich die Ventileinheit und der Hammer zusammen. Wenn der Hammer 20 nach unten startet, wird der Hohlraum 87 vergrößert und im wesentlichen fließt kein Strömungsmittel zwischen dem Sitz 90 an dem Hammer und der oberen Ventiloberfläche 58A des Ventiles, wenn es schließt. Mit anderen Worten, drückt nach etwas Abwärtsbewegung der Hammer durch den Ventilsitz 90 das Ventil mit ihm nach unten. Die relative Stellung der Teile ist in Fig. 5 gezeigt. Die Aufwärtskraft an dem Ventil ist größer als die Abwärtskraft wegen der Dichtung zwischen dem Ventilkopf 58A und dem Ventilsitz 90. Die Nettokraft an der Ventilverbindung infolge des Strömungsmitteldruckes ist (9) (P₃ - P₁) (Αγρ) + P₁ A_7n - P₃ A_HS,If the fluid flow is cut off or reduced below the surface Ag of the hammer and the valve 58 is stopped, the net downward force on the hammer quickly exceeds the upward force and the hammer is depressed. (Most of the downstroke the valve assembly and hammer move together. When the hammer 20 starts down, the cavity 87 is enlarged and essentially no fluid flows between the seat 90 on the hammer and the upper valve surface 58A of the valve when it does In other words, after moving the hammer slightly downward through valve seat 90, the valve will be pushed down with it, the relative position of the parts is shown in Figure 5. The upward force on the valve is greater than the downward force due to the seal between the valve Valve head 58A and valve seat 90. The net force at the valve connection due to the fluid pressure is (9) (P ₃ - P ₁ ) (Αγρ) + P ₁ A _7n - P ₃ A _HS ,

worin eine positive Bezeichnung einer Aufwärtskraft ist und einewhere is a positive designation of an upward force and a

909842/0245 " ¹⁹ "909842/0245 " ¹⁹ "

negative Bezeichnung anzeigt, daß die Kraft eine Abwärtskraft ist und Agg die Fläche des Ventilkopfes 58 in Verbindung mit dem Strömungsmitteldruck P, ist. Durch Entwurf ist k^„ größer als Ayp, welciies größer als A—g ist. Daher ist die Nettokraft an der Ventilverbindung nach aufwärts gerichtet. Der Innendurchmesser des Rohres 46 1st größer gemacht als der Minimaldurchmesser von Sitz 90. Wenn der Hammer den Amboß schlägt, wird der Hammer anhalten, jedoch wird die Trägheit des Ventiles dasselbe von dem ringförmigen Sitz 90 anheben und das Ventil gegen seinen Sitz 78 in dem Amboß starten, wie es in Pig. 1A gezeigt ist. Nunmehr hat das Ventil nicht länger eine Nettoauf wärt skraft." Die Ventiltasche 85 dient beim dichten Anpassen des Ventiles 58 einem sehr nützlichen Zweck, da sie es ermöglicht, ein Druckdifferential über das Ventilelement 58 aufrecht zu erhalten, so daß es fortfährt, nach unten an den Sitz 78 zu feehen. Die Ventiltasche 77 paßt auch eng mit dem Kopf 58 zusammen, welcher zusammen mit der Ventiltasche 85 den Ventilkopf 58 an der vorzeitigen Rückkehr an Sitz 90 hindert, wo er sitzen und die Verbindung sperren könnte. Natürlich könnte das Werkzeug bloß durch Anheben desselben von dem Boden entsperrt werden, während das Bohrströmungsmittel unter Druck gehalten wird. Ferner wird irgendeine Neigung des Ventiles, von dem Sitz 78 zurückzuprallen, durch den engen Sitz des Ventilkopfes 58 in der Ventiltasche 77 vermindert.negative designation indicates that the force is a downward force and Agg is the area of valve head 58 associated with fluid pressure P i. By design, k ^ "is greater than Ayp, which is greater than A-g. Hence the net force on the valve connection is directed upward. The inside diameter of tube 46 is made larger than the minimum diameter of seat 90. When the hammer strikes the anvil, the hammer will stop, but the inertia of the valve will lift it off the annular seat 90 and lift the valve against its seat 78 in the anvil start like it in Pig. 1A is shown. Now the valve no longer has a net upward force. "The valve pocket 85 serves a very useful purpose in sealing the valve 58, as it enables a pressure differential to be maintained across the valve element 58 so that it continues to move downward the seat 78. The valve pocket 77 also fits tightly with the head 58 which together with the valve pocket 85 prevents the valve head 58 from returning prematurely to seat 90 where it could sit and lock the connection by lifting it from the ground while maintaining the drilling fluid under pressure, and any tendency for the valve to bounce back from seat 78 is reduced by the tight fit of valve head 58 in valve pocket 77.

Der Hammer 20 stößt auf die Spitzenfläche des Ambosses 28. Es ist wichtig, daß dort keine Bewegungsbehinderung des Hammers vorhanden ist, gerade dann, wenn er in Begriff ist, den Amboß zu treffen. Dementsprechend ist es erwünscht, obwohl nicht wesentlich, die vorerwähnten Radialnuten 40 in dem oberen Ende des Ambosses 28 und die Leitungen 42 vorzusehen, so daß Flüssigkeit, die zwischen diesen Flächen des Hammers und des Ambosses verbleibt, schnell in den Auslaßdurchgang 34 ausgestoßen werden kann. Der Strömungswiderstand durch die Leitungen 42 ist viel größer als durch die Bohrung 34. Dies gestattet einen maximalenThe hammer 20 strikes the tip surface of the anvil 28. It is important that there not be any obstruction to the movement of the hammer is present, just when it is about to hit the anvil. Accordingly, it is desirable, though not essential to provide the aforementioned radial grooves 40 in the upper end of the anvil 28 and the conduits 42 so that liquid, remaining between these surfaces of the hammer and anvil can be expelled quickly into the outlet passage 34 can. The flow resistance through the lines 42 is much greater than through the bore 34. This allows a maximum

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Impuls während der Hammermomentübertragung an den Amboß 28. Die Nuten 40 können sich, wenn gewünscht, in der unteren Oberfläche des Hammers befinden.Pulse during hammer torque transfer to the anvil 28. The grooves 40 can be located in the lower surface, if desired of the hammer.

Es ist ersichtlich, daß die Ventilelemente und die Mittel zur Begrenzung ihrer Bewegung vorgesehen sind, um übermäßigen Verschleiß an dem Ventilmechanismus zu verhindern. Das Ventilelement, welches viel leichter als der Hammer ist, wird mit einer höheren Geschwindigkeit nach aufwärts gedrückt als der Hammer. Jedoch ist in dieser Konstruktion zu sehen, daß die Aufwärtsbewegung durch besonders konstruierte Anschläge gestoppt wird, welche als sehr wichtig, mit stoßabsorbierendem Material versehen sind und am wichtigsten der Teil der Verbindung, welcher das wirkliche Ventil ist, nicht in das Anhalten der Aufwärtsbewegung eingeschlossen ist.It can be seen that the valve elements and the means for Limits to their movement are provided to prevent undue wear and tear on the valve mechanism. The valve element, which is much lighter than the hammer is pushed upwards at a higher speed than the Hammer. However, in this construction it can be seen that the upward movement is stopped by specially designed stops which is very important, provided with shock-absorbing material and most importantly the part of the connection, which is the real valve is not included in stopping the upward movement.

Es ist ferner zu sehen, daß die Abwärtsbewegung des Ventiles durch hydraulischen Druck verursacht ist, der auf den Hammer wirkt, und der Hammer transportiert die Ventilverbindung mit Hammergeschwindigkeit nach unten, nicht mit der Geschwindigkeit, mit welcher die Ventilverbindung nach aufwärts transportiert wurde. In diesem .Falle ist auch zu sehen, daß der Ventilsitz an dem Hammer mit einem stoßabsorbierenden Mittel 92 versehen ist, um zum bchutz der oberen Fläche des Ventilkopfes 58 beizutragen. Y/enn das Ventil 58 sich mit dem Amboßventilsitz 78 zusammensetzt, ist auch dieser Sitz mit einem stoßabsorbierenden Mittel 80 versehen. Es ist so ersichtlich, daß die Ventilverbindung mit Merkmalen versehen ist, welche den Verschleiß oder die Beschädigung des Ventilsystemes auf das geringste vermindern, ihm jedoch gestatten, mit dem erforderlichen Hin- und Herbewegungsgrad zu arbeiten.It can also be seen that the downward movement of the valve is caused by hydraulic pressure acting on the hammer, and the hammer carries the valve connection with it Hammer speed down, not the speed at which the valve link is moving up became. In this case it can also be seen that the valve seat on the hammer is provided with a shock-absorbing means 92 is to help protect the top surface of valve head 58. When the valve 58 is assembled with the anvil valve seat 78, this seat is also shock absorbing Means 80 provided. It can thus be seen that the valve connection is provided with features which reduce wear or reduce the damage to the valve system to the smallest possible extent, but allow it, with the necessary and float level to work.

Wenn gewünscht wird, den Umlauf durch das Werkzeug auszuführen, ohne den Hammer hin- und herzubewegen, ist alles, was nötig ist,If it is desired to go around the tool without moving the hammer back and forth, all that is necessary is

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das Werkzeug anzuheben. Die Teile nehmen dann die relativen Stellungen ein, die in Fig. 6 gezeigt sind. Dort zirkuliert das Strömungsmittel primär aus dem Ringraum 55 zwischen dem Hammer 20 und der Ventilführung 46 durch Kanäle 62 an das Innere 45 über dem Ventilkolben 56} dann nach unten durch den großen hohlen Teil 57 der Ventilverbindung an die Bohrung 34 des Ambosses. Dies drückt auch den Hammer 20 nach aufwärts, so daß das Singventil 82 geschlossen ist. Wenn gewünscht wird, so den Umlauf auszuführen, sollte ein Kanal in der Wand des IHihrungs-to lift the tool. The parts then take the relative ones Positions shown in FIG. There the fluid circulates primarily from the annular space 55 between the Hammer 20 and the valve guide 46 through channels 62 to the interior 45 above the valve piston 56} then down through the large hollow portion 57 of the valve connection to the bore 34 of the anvil. This also pushes the hammer 20 upwards so that the singing valve 82 is closed. If it is desired to circulate in this way, a channel should be made in the wall of the

w rohres 46 nahe seinem unteren Ende sein, wie es durch den Kanal 62A gezeigt ist, so daß Strömungsmittel nicht unter dem Kolben 56 eingefangen wird, welches die Abwärtsbewegung verhindern würde. Das Hämmern des Werkzeuges aus der Stellung, die in Fig.6 gezeigt ist, kann begonnen werden, während Strömungsmittel bloß durch Senken des Werkzeuges zum Zirkulieren gebracht wird, bis der Meißel den Boden des Bohrloches berührt, wobei der Amboß 28 und die Ventilverbindung 54, 56, 58, die auf dem Amboßsitz 78 aufsitzen, nach aufwärts gedrückt werden, bis der Kolben 56 sich nach oben bewegt, um die Ventilrohrkanäle 62 abzuschließen. Gewisse Abwandlungen des Werkzeuges verbessern seine Wirkung. Beispielsweise ist die Hinzufügung des Scherstiftes (als Teile 174A und 174B abgeschert gezeigt) zwischen dem unteren Abschnitt des Gehäuses und dem Amboß ziemlich nützlich. Dies verhindert die Bewegung des Ambosses,während er in das Loch geht. Wenn der Amboß mit Bezug auf das Gehäuse in seiner untersten Stellung gehalten wird, dann kann das Strömungsmittel kreisen gelassen werden und es können Räumoperationen und dgl. ausgeführt werden, während das Werkzeug gesenkt wird, ohne daß der Hammer versucht, sich hin- und herzubewegen. Ohne einen Scherstift versucht der Hammer hin- und herzugehen und während er gesenkt wird, fällt der Hammer, wenn der Meißel und Amboß unregelmäßige Teile der Bohrlochwand treffen, relativ gesprochen, in seine untere Stellung. Wenn dies geschieht, sammelt sich häufig Bohrmehl in den Kanälen 18 und dem Raum über dem oberen Ende des abgestuften w tube 46 should be near its lower end, as shown by channel 62A, so that fluid is not trapped under piston 56 which would prevent downward movement. Hammering of the tool from the position shown in Figure 6 can be commenced while fluid is circulated merely by lowering the tool until the bit contacts the bottom of the borehole with the anvil 28 and valve connection 54, 56, 58 seated on the anvil seat 78 are pushed upward until the piston 56 moves upward to close off the valve tube channels 62. Certain modifications of the tool improve its effectiveness. For example, the addition of the shear pin (shown as parts 174A and 174B sheared) between the lower portion of the housing and the anvil is quite useful. This prevents the anvil from moving as it goes into the hole. With the anvil held in its lowermost position with respect to the housing, the fluid can be circulated and broaching operations and the like can be performed while the tool is being lowered without the hammer attempting to reciprocate. Without a shear pin, the hammer tries to reciprocate and as it is being lowered, when the chisel and anvil hit irregular parts of the borehole wall, relatively speaking, the hammer falls to its lower position. When this happens, drill dust often collects in the channels 18 and the space above the top of the tiered

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Hammers, welcher in Strömungsmittelverbindung mit der Außenseite des Werkzeuges steht. Wenn die Ansammlung von Bohrmehl ausreicht, kann es das Werkzeug bewegungsunfähig machen. Durch Hinzufügung eines Scherstiftes kann das Werkzeug jedoch sich nicht hin- und herbewegen und der Hammer befindet sich in seiner oberen Stellung, bis das Werkzeug den Boden erreicht. Die Schwierigkeit der Ansammlung von Bohrmehl wird so verhindert. Nachdem das Werkzeug den Boden erreicht, kann der Meißel auf dem Boden des Loches ruhen und durch die Belastung dem Bohrstrang hinzugefügt, den Soherstift abscheren. Der Stift ist in Fig. 7 gezeigt, wie er abgeschert worden ist. Er enthält einen äußeren Teil 174A in dem Gehäuse und den inneren Teil 174B in dem Amboß. Nachdem der Stift abgeschert worden ist, arbeitet das Werkzeug in seiner gewöhnlichen Weise.Hammer which is in fluid communication with the outside of the tool. When the accumulation of drill dust sufficient, it can immobilize the tool. However, by adding a shear pin, the tool can turn itself do not rock and the hammer will be in its up position until the tool hits the ground. the Difficulty in the accumulation of drill dust is thus prevented. After the tool hits the ground, the chisel can open resting at the bottom of the hole and added to the drill string by the load, shear the Soher pin. The pen is in Fig. 7 shows how it has been sheared off. It contains one outer portion 174A in the housing and inner portion 174B in the anvil. After the pin is sheared, works the tool in its ordinary way.

Die Ausführung nach Fig. 8 kennzeichnet einen umgekehrt abgestuften Hammer. Der Hammer 2OA hat einen oberen Abschnitt 176, der einen größeren Innendurchmesser als der untere Abschnitt bat. Dies bildet eine nach aufwärts gekehrte Schulter 180 zwischen den beiden, welche dem Hochdruckströmungsmittel in dem Durchgang zwischen dem Hammer und dem Ventilführungsrohr 46 ausgesetzt ist. Der obere Abschnitt 176 ist in seinem Inneren mit Dichtungen 182 abgedichtet, in einem nach unten verlaufenden rohrförmigen Glied 184, welches an dem Gehäuse befestigt ist. Der obere Hammerabschnitt 176 hat eine obere Schulter 186, die durch die Kanäle 188 in Strömungsmittelverbindung mit der Außenseite des Werkzeuges steht.The embodiment according to FIG. 8 denotes an inversely graduated one Hammer. The hammer 20A has an upper section 176 that is larger in inner diameter than the lower section asked. This forms an upturned shoulder 180 between the two exposed to the high pressure fluid in the passage between the hammer and the valve guide tube 46 is exposed. The upper section 176 is sealed in its interior with seals 182, in a downward direction tubular member 184 attached to the housing. The upper hammer portion 176 has an upper shoulder 186 which is in fluid communication with the outside of the tool through channels 188.

Obwohl nur eine beschrankte Anzahl von Erläuterungen dieser Erfindung offenbart ist, können im Rahmen der Erfindung verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden.Although only a limited number of illustrations of this invention are disclosed, various illustrations can be made within the scope of the invention Modifications are made.

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Claims

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1. Impact drilling tool with a housing, an axially hollow hammer, which is slidably disposed in and fits tightly within the housing, an axially hollow anvil which is slidable is located in the housing and fits tightly therein and is located adjacent one end of the hammer, a Valve means which move the hammer between an upper position remote from the anvil and a lower position the anvil touching position by the valve action of the valve device on a fluid flow moves back and forth, which flows in the axially hollow part, characterized in that the valve means includes a valve element (56), an inner annular valve seat on the hammer (2C) which is adjusted so that the lower surface of the annular seat is an upper surface of the valve element contacts, wherein the element slidably moves between an upper position and a lower position, further a valve exerciser (46) supported by the housing in the hammer is carried and guides the element, and one carried by the valve guide means and thus adjusted Valve stop (68) to stop the upward movement of the valve element (56) so that this valve element in its uppermost position at a distance from the annular valve seat (90) on the hammer when the Hammer (20) is in its upper position

2. Tool according to claim 1. characterized by an inner, ring member (90) carried on hammer (20), the tip of which extends a fixed distance "h" above the annular valve seat is located, this ring member together with an outer surface (with a lower contact line) on the Valve guide forms a ring valve (82), the valve element in its upper position a distance "h" below the lower line of contact of said circumferential surface the valve guide cannot exceed.

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5. Drilling tool according to claim 1, characterized in that the housing is a tubular housing (10) with a fluid inlet (18) which has an upper part of smaller inner diameter than that of the lower part thereof has, wherein a channel (18) through the wall of the housing (10) below but near the junction of the upper and lower Part is present that the valve guide device is a tubular valve guide device (46), which is essentially mounted concentrically and stationary with respect to the housing (10), the upper part of the tube is in fluid communication with the drill bit and wherein the upper end of the hollow portion (34) of the anvil (28) is enlarged to form a recess to receive the valve element and so shaped adjacent the tip is to form a seat for the lower side of the valve element (56), the largest diameter of this seat exceeds the diameter of said piston.

4. Tool according to claim 3 · »characterized in that the The tip of the anvil (28) is provided with grooves (40) which are in fluid communication with the hollow part (34) of the anvil stands.

5. Tool according to claim 4, characterized by lines (42) in the body of the anvil (28) for the connection of the Grooves (40) in the tip of the anvil with the hollow central part (34) of the same, the lines having greater flow resistance as the hollow part of the anvil.

6. Tool according to claim 3, characterized in that the,. Stop (68) contains a shock-absorbing material (72), which is between a joint surface of the stop (68) and its attachment (70) to the valve guide is provided.

7. v / tool according to claim 3, characterized in that the valve a sufficient distance is recessed below the surface of the anvil (28) so that with each downward stroke of the

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Hammer (20) the anvil is hit by the hammer before the valve element is seated in the anvil and that a shock absorbing device (80) between the anvil (28) and the valve seat is provided in the anvil.

8. Tool according to claim 3, characterized by a shock absorbing device (92) between the top of the second annular member and its attachment to the Hammer.

9 · Tool according to claim 1, which at the lower end of a String of a drill pipe can be attached, characterized in that that the housing is a tubular housing (10) which can be connected to the drill string, and a fluid passage in the upper end thereof, the housing having an upper portion (12) of smaller inner diameter (66) than that of a lower part (14) that the anvil (28) in the lower end of the tubular housing is mounted, the upper end of the anvil having a cylindrical recess and a seat has thereon and wherein the anvil (28) includes conduits (42) extending from its upper surface to its hollow Inner (34) extend that further the hammer (20) is an annular stepped hammer with an upper extension of smaller diameter than the lower part of the same and in the tubular housing is arranged above the anvil and is movable between an upper position and a lower position, so that the hammer strikes the anvil, the outside of the stepped extension of the hammer with the housing (10) forms an annular cavity between the hammer and the tubular housing, which cavity in Fluid communication (18) is with the outside of the tubular housing and wherein the hammer (20) has an upper Surface of its lower portion in the cavity with an upper surface of its extension in fluid communication with the drilling fluid passage of the housing (10)

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furthermore a lower surface for striking the anvil (28), that further that the valve guide is a cylindrical, attached to the housing and into the hollow part of the Hammer's extending valve guide (46) with an inner annular shoulder near the lower end the valve guide (46) is provided which defines a passage of reduced diameter, the guide channels (62A) in the wall of this guide, just above the Shoulder, and wherein the exterior of the valve guide (46) is of smaller diameter than the interior of the Hammer (20) is so that an annular space is formed that further means (62) are provided which a fluid connection between the drilling fluid passage and the annular space between the valve guide (46) and establishing the hammer (20) with the valve connector having a longitudinal passage therethrough and has an upper enlarged member which is in the valve guide means (46) is located and sealingly fits therein, over the inner annular Shoulder of the same, as well as a lower enlarged link outside of the valve guide device, which lower enlarged end member is seated in the cylindrical recess of the anvil (28), and wherein the valve seat element is in and recessed in the lower end of the hammer (20) for engagement with the upper side of said lower one enlarged end member, further a circular ring valve on the lower interior of the hammer above the valve seat element, wherein the exterior of the lower end of the valve guide means (46) is added, further a throttle (66) in the upper end of the valve guide in fluid communication with the drilling fluid passage, the Valve stop (68) limits the upper movement of the enlarged end member (56) of the valve element.

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10. Tool according to claim 9> characterized in that the the lower enlarged end member (58) is made from a hard metal.

11. Tool according to claim 9 »characterized in that the stop device (68) has a surface made of a hard metal surface for contacting the valve element (56) in its upward movement and shock absorbing means between the contains said surface made of hard metal and said valve guide device.

12. Tool according to claim 9, characterized in that the seat (78) in the anvil (28) below the surface of the anvil a sufficient distance is recessed so that on each downstroke of the hammer (20) the anvil passes through the hammer before the valve is seated in the anvil, struck and that shock absorbing means (80) between the anvil and the valve seat are provided in the anvil.

13. Tool according to claim 1, characterized in that the Housing a tubular housing (10) with an upper part (12) of smaller inner diameter than that of the lower one Part (H) of the same, with a channel (18) through the wall of the housing below, but near the connection of the upper and lower parts are present that the valve guide a central valve guide tube (46) is substantially concentric is in the housing, at least a portion of which extends down into the lower part of the housing, that the tube has a side channel (62) therein, means being provided to the central inner Part of the tube above the side channel at a pressure substantially below that of the fluid inlet to adhere to the device, the valve means

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said connecting valve element includes a piston (56) fitting within the inside of the tube and a hollow "connecting shaft (54) which removes a fixed distance, connecting the valve element and the piston, and an annular member in this central tube (46) on the lower one End of the same and under the side canal, this limb having a central passage that is close to the outside the connecting shaft fits, a fluid inlet, wherein the valve means includes a piston which fits into the inside of the tubular valve guide device (46), a shaft of smaller diameter, which connects the valve element and the piston, a longitudinal passage being provided through the valve device, and in that the hammer is a stepped cylindrical hammer (20) slidable between the lower and upper Position in the housing (10) and around at least one rope of the valve guide device (46) is attached, wherein an upper outside diameter is the upper part of the housing adapts and a lower outer diameter adapts to the lower cable of the housing, the upper surface of the upper Part of the hammer (20) hxä is in fluid communication with the fluid inlet of the housing and that the The internal diameter of the hammer generally exceeds the external diameter of the valve guide device (46), which Hammer above the bottom of the same a first annular member with an inside diameter of approximately the same as the outer diameter of the tubular valve guide means has to substantially reduce the flow of fluid stop in the annular space between when the hammer is in a first position and around the free To allow flow when the hammer is in a second lower position, the hammer additionally in a fixed distance below the first annular member a second annular member above but in proximity

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of the bottom of the hammer, the minimum inner diameter of the hammer being less than the maximum diameter of the Piston, and which can form said seat for the upper side of the valve element, wherein a stop (68) is provided in the tubular valve guide member (46) which limits the upward movement of the valve device, so that the upper side of the valve element is spaced from the seat of the second annular member when the The hammer is in its first position, but such that the upper surface of the valve element when in the upper position, is in contact with the second annular member of the hammer when said first annular member A member of the tubular valve guide device is free, that furthermore the anvil (28) is a hollow cylindrical one Is an anvil which is slidably mounted in and conforms to the lower part of the housing (10), the The tip of the same is located under the bottom of the hammer (20), and the anvil so shaped relative to the housing is to transmit axial moments while the bottom of the anvil is designed to engage with said member to couple, which is arranged so that when the piston contacts this member, at least the upper part of said Lateral channel is located above the piston, further that the hammer is a stepped cylindrical hammer (20), the slidably disposed in the housing and around the valve guide tube, the upper outer diameter mates with the upper part of the housing and the lower outer diameter rests against the lower part of the housing, that the inside diameter of the hammer generally exceeds the outside diameter of the valve guide tube (46), the hammer carrying an annular member above the bottom thereof so shaped as to slidably abut the tube, to form a ring valve, which is the flow connection

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between the bottom of the hammer and the annulus between the hammer and the barrel when said annular member fits the barrel, the hammer additionally carrying a second annular member under the annular member above but near the bottom of the hammer and spaced a fixed distance "h" under the first annular member, the minimum inner diameter of the second annular member being less than the diameter of said piston and which can seat the top of the valve element so as to form an annular valve Further, the anvil is a cylindrical anvil slidably included in the lower part of the housing in spline relationship therewith and fits therewith the tip of the anvil being under the bottom of the hammer while the bottom of the anvil is for coupling with a drill bit and the anvil is shaped adjacent the tip to have an oitz (76) forms for the lower side of the valve element, the largest diameter of the seat exceeding the diameter of the piston and wherein the stop (68) is located in the tube above the side channel and limits the upward movement of the valve device so that the valve element, if it is in its upper position, about the distance ⁿ h ^M under the point at which the annular member rests.

14. Tool according to claim 13, characterized in that the stop (68) has a surface made of a hard metal surface for Contact of the piston during its upward movement and a shock-absorbing device (72) between the hard metal surface and the pipe has.

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15. Tool after. Claim 13, characterized in that the wall of the anvil (28) has conduits (42) which provide fluid communication between its hollow interior (34) under the anvil seat and its point, these leads having substantially more resistance to the Have fluid flow as the hollow interior (34) of the anvil.

16. Tool according to claim 13, characterized by a device (53) in order to mount the valve guide tube (46) essentially concentrically in the housing (10), whereby this Device includes a ball joint (48) attached to the upper end of the valve guide tube. Ball joint bearing (47), which is concentric in the upper * End of the housing is mounted, and a center guide device attached to the lower end of the valve guide tube device is attached, the anvil (28) being shaped to form a recess adjacent the tip, to form the seat for the lower side of the valve element, the depth of the recess being greater than the thickness of said valve element, whereby the hammer (20) hits the anvil before the valve element is seated in the recess *

17. Tool according to claim 1, characterized in that the valve stop contains the upper end of the valve device, which is shaped to form an annular member and an annular cup that opens and closes downward of the valve guide device is attached, the annular cup having a size such that it slidably the can accommodate annular member, the annular member is in such a position that when it is in the annular cup enters, the valve element in its

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uppermost position is arranged at a distance from the annular valve seat on the seat of the hammer (20) when the called hammer is in its upper position.

18. Tool according to claim 17, characterized in that the anvil (28) with lines (42) in the body of the same for Connection of the anvil support to the hollow central part (34) the same is provided.

19. Tool according to claim 1 or 17, characterized in that the hammer (20) has an upper part of a larger one Has inner diameter than the inner diameter of the lower part of the hammer, and includes a cylindrical member whose Outside diameter slightly smaller than the inside diameter of the upper part of the hammer, the upper end of the cylinder member being supported by the housing (10) and that Sealing means are provided between the upper part of the hammer and the cylinder member.

20. Tool according to claim 1, characterized in that

the cylindrical member is located on the inside of the upper end of the upper part of the hammer (20).

21. Tool according to claim 1, characterized in that the hammer (20) has an upper part of a larger inner diameter than the inner diameter of the lower part of the hammer and that a cylindrical member is provided, the outer diameter of which is slightly smaller than the inner diameter of the upper part of the hammer, the upper end of the cylinder member being supported by the housing, and Sealing means are provided between the top of the hammer and the cylindrical member.

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22. Tool according to claim 21, characterized in that the sealing means has an annular sealing ring with a A cross-section that has a shape with two parallel ends (160), a center line and two sides, where a first side has a lip (154) extending less than half the distance between the parallel ends (160) extends with the outside of the lip (154) inwardly toward the centerline at an angle of about Is tapered 4 ° and the other side has two sections ", the first section of which is much closer to the center line lies as the section, while the second section is below from one end inward towards the centerline is inclined at an angle of about 4 °, and wherein the second section does not extend as far in one direction as it runs the lip in the other direction.

23 · Tool according to claim 21, characterized by a shear pin, which holds the anvil in its lowest position relative to the anvil.

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