JP2001519494A - ハンマ - Google Patents

ハンマ

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JP2001519494A
JP2001519494A JP2000515096A JP2000515096A JP2001519494A JP 2001519494 A JP2001519494 A JP 2001519494A JP 2000515096 A JP2000515096 A JP 2000515096A JP 2000515096 A JP2000515096 A JP 2000515096A JP 2001519494 A JP2001519494 A JP 2001519494A
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イアン・グラエメ・リア
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イアン・グラエメ・リア
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

(57)【要約】 ドリルストリングに装着されるのに適した一端のトップサブ（１２）とピストン室を画定しドリルビット（１４）を収容するのに適した他端のドリルビット支持体（１３）とを有する円筒形ケーシング（１１）と、該一端と該他端との間の往復運動のため該ピストン室内に収容されたピストン（２７）とから成り、該ケーシングの内壁と摺動・密閉嵌合する中央部分が該ピストンに形成され、該中央部分が該トップサブ（１２）に近接した一端に第１肩部（Ｘ）を備え、該ピストンは、該ピストン（２７）が衝突位置に移動するとドリルビットに衝突する一端部（２８）を有し、該一端部（２８）が、該ピストンが衝突位置にある時にドリルビット支持体（１３）および／またはピストン室の内面と密閉嵌合してピストン室と該一端部（２８）とドリルビット支持体（１３）との間に第１空間（Ａ）を画定するように構成され、該トップサブに近接したケーシング（２１）の内壁の長さの一部に該ケーシング（２１）の長さの一部に沿って軸方向に離間した位置に２組の流体送りポート（２４，２５）が設けられ、該ピストン（２７）が衝突位置にある時に該ピストンが該ケーシングの内壁および第１組の流体ポート（２５）と協働して該ピストンが該ドリルビット支持体（１３）から離間関係にある位置である上昇位置まで該ピストン（２７）を移動させるように該ピストン（２７）の外側ラジアル面および／またはピストン室のラジアル面が形成され、該ピストンがトップサブの付近にある時に該ピストンが該ピストンの外側ラジアル面および第２組のポート（２４）と協働してピストンとトップサブの間の第２空間（Ｂ）に流体を流入させてピストンを衝突位置に移動させるように、ピストンの外側ラジアル面および／またはピストン室のラジアル面が形成され、ピストンが完全上昇位置に移動するにつれて第２空間（Ｂ）への流体の流入が少なくとも減少する、ダウンホールハンマ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、ダウンホールハンマに関するものである。
【０００２】 （背景技術） ダウンホールハンマは通常、ハンマ動作を実施するためハンマの往復動作に圧縮
空気を利用する。長年、ハンマの性能を向上させるためにはハンマに送られる空
気の圧力を著しく増大させることが、このようなハンマの特徴であった。しかし
従来設計によるハンマでは増大した圧力に対応するような大きな設計上の変化は
見られないため、結果的に、ハンマ内で発生する応力の増大による圧力の増大に
は対処できないという結果が生じた。そのうえ従来のハンマは送られてきた加圧
流体内のエネルギーを完全には利用していなかった。
【０００３】 本発明の先行技術の例には、米国特許第４，０８４，６４６号と米国特許第４
，７９０，３９０号と米国特許第４，８１９，７４６号とオーストラリア公告特
許第４０７９３／９６号がある。現在ハンマに使われている高い流体圧力に伴う
問題は、ハンマに加圧流体を導入して最小量の流体で最大の効果を達成する方法
に関するものである。ハンマに流体を送ってピストンが完全上昇位置となった時
に衝突位置までピストンを移動させることが、上述の各明細書に開示された従来
の方法である。その結果、ピストンが減速し、方向を変え、加速する時には、加
圧流体が新たに噴射される。これは加圧流体からの利用可能なエネルギーの効果
的な利用から成るものでなく、その結果、関連するポートが必要以上に長い時間
、開くことになる。そのうえ、加圧流体に同伴される潤滑剤は摺動嵌合している
ハンマの表面に直接送られることが重要だが、先行技術の少なくとも一部にはこ
れは見られない。さらに先行技術ハンマの多くは、ハンマの本体を通るポートを
設ける、および／またはピストンの中央ボアの両端にカウンタボアを設けること
により、ハンマの動作に必要な弁を形成する。この特徴は結果的にピストンの構
造的な弱さを生み、ピストンの質量を減少させてハンマのドリル加工能力を下げ
ることになる。
【０００４】 本発明の目的は、従来ハンマの問題点の幾つかを少なくとも部分的に克服する
ダウンホールハンマを提供することである。
【０００５】 （発明の開示） したがって本発明は、ドリルストリングへの取付けに適した一端のトップサブ
と、ピストン室を画定しドリルビットを収容するのに適した他端のドリルビット
支持体とを備えた円筒形のケーシングと、該一端と該他端の間の往復運動のため
ピストン室に収容されたピストンとから成るダウンホールハンマにあり、該ピス
トンには該ケーシングの内壁と摺動・密閉嵌合する中央部分が形成され、該中央
部分はトップサブに近接した端部に第１肩部を備え、ピストンは、ピストンが衝
突位置に移動した際にドリルビットと衝突する一端部を有し、該一端部は、ピス
トンが衝突位置にある時にドリルビット支持体および／またはピストン室の内面
と密閉嵌合してピストン室の内壁と該一端部と該ドリルビット支持体との間に第
１空間を画定するように構成され、トップサブの近くに位置するケーシングの内
壁の長さの一部は、ケーシングの長さの一部に沿って軸方向に離間した位置に２
組の流体送りポートを備え、ピストンの外側ラジアル面またはピストン室のラジ
アル面は、ピストンが衝突位置にある時にケーシングの内壁および第１組の流体
ポートと協働して、流体を第１空間に流入させてドリルビット支持体からピスト
ンが離間した位置にある上昇位置までピストンを移動させるように形成され、ピ
ストンの外側ラジアル面またはピストン室のラジアル面は、ピストンがトップサ
ブの付近にある時にケーシングの内壁および第２組のポートとピストンを協働さ
せてピストンとトップサブの間の第２空間に流体を流入させてピストンを衝突位
置に移動させられるように形成され、ピストンが完全上昇位置に移動するにつれ
て第２空間への流体の流入が少なくとも減少する。
【０００６】 本発明の好適な特徴によれば、ドリルビット支持体はさらに、ドリルビット支
持体からピストン室に延在する、ケーシングに支持された環状ブシュから部分的
に成り、ピストンの一端部は直径の小さな第２肩部を中央部分の近接端部に備え
、第２肩部の面積は第１肩部の面積より大きく、一端部は、ピストンが衝突位置
にある時に環状ブシュと密閉嵌合して第１空間を画定する。
【０００７】 本発明の好適な特徴によれば、ケーシングの内壁の長さの一部は、ドリルビッ
ト支持体の方向にトップサブから延在する内側スリーブにより画定され、トップ
サブから送られた流体と連通するプレナム空間がスリーブとケーシングの間に設
けられ、スリーブには前記流体ポートの組が設けられる。従来の特徴の好適な特
徴によれば、内側スリーブは、ピストン室の内面のうち小さな直径を持つ一部と
なる。
【０００８】 本発明の好適な特徴によれば、ピストンの他端部は直径が小さく、内側スリー
ブと摺動・密閉嵌合する少なくとも２個の環状リブが他端部に沿って軸方向に離
間した位置に形成されており、ピストン室のラジアル面とピストンのラジアル面
と最内リブと第１肩部との間に第３空間が画定される。本発明の好適な特徴によ
れば、ピストンが衝突位置またはその付近にある時、第３空間は第１空間に開放
される。本発明のこの特徴の好適な形態によれば、ピストンの表面とピストン室
との協働形成物により、第３空間と第１空間の間に連通が成立する。一実施例に
よれば、最内リブは第１組のポートと協働して第３空間への流体の送りを制御し
、ピストンが上昇位置に接近すると第３空間への流体の流れは閉じる。別の実施
例によれば、第１組のポートは第３空間と常に連通する。前の好適な形態の好適
な特徴によれば、ピストン表面とピストン室の協働形成物は、中央部分の表面に
形成され、第１肩部から中央部分の中間位置まで延在する複数のフルート状のリ
セスと、ケーシングの内面に形成された１個以上のリセスとから成る。前の好適
な特徴の一実施例によれば、フルート状リセスは、概ね同じ程度かつ概ね同じ方
向にピストンの長手方向軸に対して角オフセットしている。
【０００９】 本発明の好適な特徴によれば、最外リブは第２組のポートと協働して第２空間
への流体の送りを制御し、ピストンが衝突位置から上昇位置に移動する間、最外
リブはピストン室内面の形成物と協働して第２組のポートから第２空間へ流体を
流入させ、ピストンが完全上昇位置に接近するにつれて環状リブの一つは第２組
のポートと嵌合して第２空間への流体の流れを少なくとも制限する。好適な実施
例によれば、他端部には環状リブが２個設けられ、環状リブの一つは最内組のリ
ブから成る。別の実施例によれば、他端部には環状リブが３個設けられ、中間リ
ブは環状リブの一つから成る。前の実施例の好適な特徴によれば、環状リブの一
つは、ドリルビットが衝突位置から軸方向外側に移動する際に、第３空間との連
通から第１組のポートを閉じる。
【００１０】 別の好適な特徴によれば、衝突位置から上昇位置までピストンが移動する間に
トップサブからピストン室に延在する中央筒状要素と協働して該要素と摺動・密
閉嵌合する中央筒状要素と協働する中央ボアが、ピストンに形成される。中央ボ
アが中央筒状要素との嵌合状態から外れると、中央ボアにより流体は第２空間か
ら排出される。一実施例によれば、ハンマは逆循環ハンマで、中央筒状要素はド
リルビットに延出する軸方向延長部を備え、該筒状延長部は中央ボアと密閉嵌合
しない。別の実施例によれば、ピストンのボアに流入した制限された流体の流れ
をドリルビット支持体により支持されたドリルビットから排出させる出口が、中
央筒状要素の外端に設けられており、ドリルビットは、ピストンが衝突位置にあ
る時と、衝突位置から上昇位置へのピストン動作の一部において、ボアと密閉・
摺動嵌合するフート弁を支持する。
【００１１】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明は、三つの特定実施例に関する以下の説明から、より一層理解できるだ
ろう。
【００１２】 各実施例は、毎分２，０００から２５，００サイクル程度の動作サイクル速度
、５０から６５ミリ程度の行程で、高い入口側圧力により効率的な動作を行なう
ハンマに関する。
【００１３】 図１，２，３，４，５，９，１１に図示された第一実施例は、一端でトップサ
ブ１２を他端でドリルビット支持体１３を支持する円筒形のケーシング１１から
成り、トップサブ１２とドリルビット支持体１３の間におけるケーシング内の空
間により、ピストン室が設けられる。ドリルビット支持体は、ドリルビット支持
体１３内の二つの端部位置の間で制限摺動動作が可能なドリルビット１４を摺動
自在に支持する。ドリルビット１４は、ドリルビット支持体に支持されるととも
にドリルビット１４のアンビル１７に設けられた環状リブ１６と嵌合するビット
保持リング１５により、ドリルビット支持体１３内に保持されている。ドリルビ
ット支持体はさらに、ビット保持リング１５からケーシングへと延在する軸受ブ
シュ１０から成る。
【００１４】 第一実施例のハンマは逆循環ハンマから成り、トップサブ１２とドリルビット
支持体１３との間に延在する中央管１８を備えている。中央管の最外端は、ドリ
ルビット支持体に収容されたドリルビットの内側ボアの内壁１９により摺動自在
かつ密閉状態で収容されている。
【００１５】 トップサブ１２は、ハンマへの空気の流れを制御するとともに、ケーシングの
長さの一部にわたってトップサブから内向きに延在してケーシング１１の内壁と
スリーブ２１との間に環状空間２２を画定するスリーブ２１を支持する、チェッ
ク弁アセンブリ２０を備えている。図９Ａに見られるように、トップサブに収容
されたスリーブ２１の端部には、チェック弁２０の部分に一組の孔２３が形成さ
れているため、スリーブ２１とケーシング１１の間の空間２２に空気が流入する
。ピストン室に収容されたスリーブ２１の一部には、２組のポート２４，２５が
設けられ、ポートの組２４，２５はスリーブ２１に沿って軸方向に離間している
。
【００１６】 ケーシング１１の内部により画定されるピストン室は、ドリルビット１４がド
リルビット支持体１３内の最内位置にある時に一端がドリルビット１４のアンビ
ル１７と当接する図１のような衝突位置と、他端がトップサブ１２に近接する図
２のような上昇位置との間で移動可能となるように、ケーシング１１内に摺動自
在に収容されたピストン２６を支持する。スリーブ２１の最外端とドリルビット
支持体１３との間における移動のためピストン２６がケーシングの内壁により摺
動自在かつ密閉状態で収容されるように、ケーシング１１の内径に概ね対応する
径を持つ概ね中央の部分２７が、ピストン２６に設けられている。したがって中
央部分は、トップサブに近い端部に第１肩部Ｘとドリルビット支持体に近い端部
に肩部Ｙとを備え、第２肩部の面積は第１肩部の面積よりも大きい。さらにピス
トンの中央部分２７は、第１肩部Ｘから中央部分２７の長さの一部にわたって延
在する１組のフルート状リセス３３を備えている。図１１のように、フルート状
リセスは、各リセスが同じ方向に同じ角度でオフセットするように、ピストンの
中央長手方向軸に対して角オフセットしている。ケーシング内でピストンが往復
運動を行なうと、軸受ブシュ１０の内端近くだが該内端から軸方向に離間した位
置においてケーシング１１の内面に形成された環状凹部３４とリセスが、循環式
に協働する。ピストン室の内部でピストンが往復摺動動作を行なうと、ピストン
が衝突位置に接近するにつれて、リセス３３と凹部３４とが循環式に相互に連通
する。
【００１７】 中央部分２７とピストンの一端との間でピストンの一端部２８の直径が小さく
なっているのは、軸受ブシュ１０内に密閉状態で収容するためである。さらにピ
ストンの一端部２８には、軸受ブシュ１０の内面と密閉状態で嵌合するような直
径を持つ、軸方向に離間した一対の環状リブ３５，３６が設けられている。
【００１８】 中央部分２７とピストンの他端との間でピストンの他端部２９の直径が小さく
なっているのは、スリーブ２１内に密閉状態で収容するためである。他端部の密
閉部分は、スリーブ２１の内壁と摺動自在かつ密閉状態で嵌合するような外径を
各々が持つ３個の環状リブ３０，３１，３２から成る組により画定される。リブ
３０，３１，３２は、ピストン２６の端部２９の長さに沿って軸方向に離間して
いる。
【００１９】 さらに、トップサブに近接する部分においてスリーブの内面には、図１と９Ｂ
に見られるように、一組のフルート状リセス３７が形成されている。
【００２０】 トップサブに近接した中央管１８の部分には、ピストン２７がトップサブに近
接した上昇位置にある時と、上昇位置に近づいたり離れたりする時にピストン２
７の内側ボアと密閉嵌合するように、直径を増大させた拡大密閉部分３８が管の
残りの部分に形成されている。
【００２１】 ピストンの構成と、ケーシング１１とスリーブ２１とドリルビット支持体１３
と中央管１８との相互作用との結果、ピストンとハンマの残りの部品と間には三
つの空間が形成されるが、これら空間は、ピストンの両端でこれら空間に循環式
に送られた加圧流体にピストンの往復運動および／またはハンマからの流体の排
出を実施させることにより、ピストンの往復運動に役立つ。これら空間は、ピス
トンの一端部２８とケーシング１１の両壁と第２肩部Ｙと軸受ブシュ１０との間
に形成された第１空間Ａと、ピストンの他端とトップサブとの間に形成された第
２空間Ｂと、ピストンの他端部２９のラジアル面とケーシングの内壁とスリーブ
２１との間に形成された第３空間Ｃとから成る。
【００２２】 使用時には、ハンマが図１のような衝突位置にある時、一端部２８に設けられ
た最外リブは軸受ブシュ１０と密閉嵌合して、ピストンの一端とアンビル１７と
の間の空間から第１空間Ａを隔離する。ピストンがこの位置にある時、ピストン
のリセス３３はケーシングの壁の凹部３４と連通し、その結果、リセス３３とケ
ーシング内壁の凹部３４とを介して第１空間Ａが第４空間Ｄと連通する。さらに
、ピストンの他端部２９の最外リブ３２と中間リブ３１はそれぞれ、スリーブ２
１の内面と密閉嵌合するのに対して、最内リブ３０はスリーブ２１の外側に離間
する。この結果、第１流体ポート２４は最外リブ３２により密閉閉鎖されるが、
第２組のポートは第４空間Ｄと開放連通する。結果的に、加圧流体が第３空間Ｃ
に流入し、リセス３３と凹部３４とを介した第１空間Ａと第３空間Ｃとの連通の
結果、加圧流体は第１空間Ａにも流入し、この流体圧力が第２肩部に強くかかる
ために第１肩部Ｘと第２肩部Ｙに加えられる力に差が生じ、その結果、図１の衝
突位置から図２の上昇位置へとピストンが駆動され、その間に図３の中間位置を
通過する。さらにピストンが衝突位置にある時と衝突位置に近づく時または衝突
位置から離れる時に、中央管１８とピストンの内側ボアとの間に設けられた環状
空間を介して、第２空間Ｂがドリルビット支持体の排出部と連通する。したがっ
てピストンが図２の上昇位置へと移動すると、第２空間Ｂ内の何らかの加圧流体
はピストンのボアを介して第３空間Ｃに移動し、ここからドリルビット支持体１
３のボア孔へ排出される。
【００２３】 ピストンが中間位置（図３参照）にある時、ピストンの中央部分に設けられた
リセス３３はケーシングの凹部３４から外れて、第１空間Ａにさらに流体が流入
することを防止し、ピストンの他端部２９の最内リブ３０はスリーブ２１と密閉
嵌合して、この時第３空間Ｃにさらに流体が流入しないように第２組の流体ポー
ト２５を第３空間Ｃから隔離する。さらに、図３のように、他端部２９の最外リ
ブ３２は第２組のポート２４から外れる。
【００２４】 ピストンが上昇位置にさらに移動すると、第１空間Ａがドリルビット支持体の
排出部を介してハンマの外部と連通するように、ピストンの他端部２８の最外リ
ブ３６がドリルビット支持体から外れる。この位置ではさらに、ピストンのボア
が中央管１８の密閉部３８と密閉嵌合し、第２空間Ｂを密閉隔離するとともに、
他端部の最外リブ３２は内側フルート３７を有するスリーブの一部に収容される
。その結果、スリーブの内面に形成されたフルート状リセス３７を介して第１組
の流体ポート２４が第２空間Ｂと開放連通して、加圧流体が第２空間Ｂに流入す
る。この流体は、ピストンの中央部分の第１肩部Ｘに加えられる圧力により上昇
位置に近づく際にピストンを減速させる役割を持つピストンの他の面に圧力を加
えるのに役立つ。しかし、ピストンが完全上昇位置に近づく前に、中間リブが第
１組のポートと嵌合して最終的に第１組の孔を閉じる。このように第２空間への
流体の送りを制限することにより、ピストンの運動量を利用してピストンを完全
上昇位置に移動させられる。完全上昇位置で第２空間と第３空間とにエントラッ
プされた圧縮流体により加えられる流体圧力はピストンに力を加え、図３に図示
された中間位置を通過してピストンを衝突位置まで移動させる。ピストンが完全
上昇位置から移動すると、ピストンの移動につれて第２空間Ｂと第３空間Ｃに新
たな流体が噴射され、第２空間Ｂと第３空間Ｃにそれぞれ収容されたエントラッ
プ圧縮流体によりピストンに最初に供給されたエネルギーを補給する役割を持つ
第１および第２組のポートが開く。
【００２５】 第一実施例のようにハンマを構成した結果、流体圧力はピストンに順に加えら
れてピストンを衝突位置に移動させ、流体圧力は常に加えられるのでなく間欠的
に適当な時に供給される。特に、空気が第３空間Ｃに間欠的に供給されることに
より、ピストンが衝突位置にある時、ピストンが上昇位置へと上昇行程を行なえ
るように第３空間Ｃから第１空間に流体が流入する。続いてピストンが上昇位置
に近づくと、ピストンの減速が望ましい時には上昇行程の上限で第３空間Ｃと第
２空間Ｂとに流体が流入する。しかし第２空間への流体の送りは上昇位置へのピ
ストン移動の上限で少なくとも制限され、ピストンの行程は最大化される。
【００２６】 ピストンが衝突位置にある時に、第３空間Ｃを介して第１空間Ａに空気を送る
第２組の流体ポート２５にピストンの他端部２９の中間リブ３１が近接すること
は、本実施例のさらなる特徴である。ハンマが軟弱な地盤で使用されるという場
合には、ドリルビットがドリルビット支持体に対して外向きにずれてその結果ド
リル加工の効率が下がり加圧流体が無駄になる状況が生じるのは珍しいことでは
ない。本実施例は、ドリルビット１４がドリルビット支持体１３に対して外向き
にずれた場合に他端部２９に設けられた中間リブ３１が第２組の流体ポートと嵌
合して第４空間Ｄと第１空間Ａへの空気の流入を制限、もしくは遮断してハンマ
を停止させるという点で、この慣例を回避できる。
【００２７】 ハンマを停止させる必要がある時は、アンビル１７に設けられた環状リブ１６
がドリルビット保持リング１５によって支持されるようにドリルビットがドリル
ビット支持体１３内で外向きに移動して（つまり排出位置）、ボア孔の底からハ
ンマを持ち上げる。その結果、次のピストン下降行程では、ピストンの他端部２
８に形成された最内部３１がドリルビット支持体と密閉嵌合して、第１空間Ａを
第３空間Ｃから隔絶するとともに第１組の流体ポート２４を第２空間Ｂと自由に
連通し、ピストンの他端に最初に加えられた加圧流体がピストンのボアからドリ
ルビット支持体の排出部に流出するように、ドリルストリングとさらに嵌合する
。
【００２８】 図５，６，７，８に図示された第二実施例は第一実施例と対応する形態を持つ
ため、同じ参照番号が使用され、ピストンの他端部２９に設けられたリブの数を
除いて、第一実施例の説明は第二実施例にも等しく適用される。第二実施例の場
合、ピストンの他端部は第一実施例の最外リブ３２と最内リブ３１にそれぞれ対
応する２組のリブのみを備えている。その結果、第２組の流体ポートはハンマの
往復運動時に第３空間Ｃとの連通から隔離される。さらにピストンが図６の完全
上昇位置に近づくと、ピストンの他端部の最内リブ３１は第１組のポートを閉鎖
して第２空間Ｂへの加圧流体の送りを制限する。第二実施例はより低い流体圧力
で利用できることが予想できるだろう。
【００２９】 図１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに図示された第三実施例は、ハンマ
が従来型ハンマであることを除いて第一実施例と対応する形態を持つため、同じ
参照番号が使用され、第一実施例の説明は第三実施例にも等しく適用される。第
三実施例に関する相違点は、ピストン室内に端部を持つ中央管１８に関するもの
である。中央管１８は閉鎖されているか、または地盤の条件から必要ならば、ド
リルビット支持体を介してボア孔に排出される調節量の流体をピストンのボアへ
送るチョーク４０を収容することができ、これによりハンマ動作の結果チョーク
とピストン室とから排出された流体が、ドリルビット１４により発生した切削物
をドリルストリングとボア孔の間の表面に運ぶ。
【００３０】 各実施例の変形によれば、スリーブ２１の内端とケーシングの内壁との接合部
には、第３空間Ｃに常に加圧流体を送る一以上の孔が設けられている。所望なら
ば、第３空間Ｃへの流体を制限するため孔を制限してもよい。さらに所望ならば
、第1組のポート２５の代わりに孔を設けてもよい。
【００３１】 ハンマに送られた加圧流体は、ピストン室とピストンの壁の間に設けられた空
間を通過して、その結果、流体とともに搬送された潤滑剤は、潤滑剤を必要とす
るピストンとピストン室の両面に直接運ばれる。ある種の先行技術（例えばＡＵ
−Ｂ−４０７９３／９６）のハンマの例では、潤滑剤を同伴する流体は、ハンマ
のうち潤滑剤の作用が重要ではない部分に搬送され、重要な面への潤滑剤の分布
は間接的である。
【００３２】 第１空間に加圧流体を流入させることのできるピストンのフルート状リセス３
３が角オフセットしていることは、各実施例の特徴である。この結果、ケーシン
グ内でピストンをゆっくりと回転させる力がピストンに加えられるが、この力は
、ピストンとケーシングの間の隣接表面を容易に潤滑させて、結果的にピストン
とスリーブと軸受ブシュと中央管とケーシングにおける磨耗を概ね均一にすると
考えられる。
【００３３】 ピストンを衝突位置に移動させるため、加圧流体がピストンの他端と第１肩部
の間の圧力表面に導入されることは、実施例のさらなる特徴である。そのうえ、
すでにピストンに加えられたエネルギーを新たな噴射が補給するように、いった
んピストンが下降行程を開始すると、新たな加圧流体が間欠的かつ連続的に噴射
される。さらに、ピストンが減速し方向を変え加速する時点である完全上昇位置
に近づく時に加圧流体の第２空間への導入が制限されるので、この噴射方法によ
り、加圧流体の利用が一層効果的となる。
【００３４】 ハンマへのバルブ形成はすべてピストンの本体にカウンタボアやポートを設け
ることによってではなくピストンとケーシングにフルートやリセスなどを形成す
ることによって設けられるので、ピストンの質量を最大化できることは、本実施
例のさらなる特徴である。
【００３５】 本明細書を通して（存在するならば特許請求の範囲も含めて）、他の箇所で必
要とされていない限り、”comprise”（「から成る」）の語または”comprises ”や”comprising”のような変形は、記載された整数または整数の群を含むこと
を意味するが他の整数または整数の群を除外するものではないと理解される。
【００３６】 本発明の範囲は上述した実施例の特定範囲に限定する必要はなく、特に第一お
よび第二実施例は逆循環ハンマに関するものであるが、本発明はこれに限定され
ず、流体と切削物とがドリルストリングとボア孔との間の表面に戻される従来型
のダウンホールハンマに関するものでもよい。 （産業上の利用可能性）
【図面の簡単な説明】
【図１】 衝突位置にあるピストンを示す第一実施例によるハンマの側方断面図である。
【図２】 上昇位置にあるピストンを示す第一実施例によるハンマの側方断面図である。
【図３】 上昇位置と衝突位置の間の中間位置にあるピストンを示す第一実施例によるハ
ンマの側方断面図である。
【図４】 排出位置にあるピストンを示す第一実施例によるハンマの側方断面図である。
【図５】 衝突位置にあるピストンを示す第二実施例による側方断面図である。
【図６】 上昇位置にあるピストンを示す第二実施例によるハンマの側方断面図である。
【図７】 中間位置にあるピストンを示す第二実施例によるハンマの側方断面図である。
【図８】 排出位置にあるピストンを示す第二実施例によるハンマの側方断面図である。
【図９Ａ】 図１に示されたスリーブのＡ−Ａ断面図である。
【図９Ｂ】 図１に示されたスリーブのＢ−Ｂ断面図である。
【図９Ｃ】 図１に示されたスリーブのＣ−Ｃ断面図である。
【図９Ｄ】 図１に示されたスリーブのＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】 排出位置にあるピストンを示す第三実施例によるハンマの側方断面図である。
【図１０Ａ】 図１０に図示されたスリーブのＡ−Ａ断面図である。
【図１０Ｂ】 図１０に示されたスリーブのＢ−Ｂ断面図である。
【図１０Ｃ】 図１０に示されたＣ−Ｃ断面図である。
【図１０Ｄ】 図１０に示されたＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】 第一実施例によるピストンの側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】 時に該ピストンが該ケーシングの内壁および第１組の流 体ポート（２５）と協働して該ピストンが該ドリルビッ ト支持体（１３）から離間関係にある位置である上昇位 置まで該ピストン（２７）を移動させるように該ピスト ン（２７）の外側ラジアル面および／またはピストン室 のラジアル面が形成され、該ピストンがトップサブの付 近にある時に該ピストンが該ピストンの外側ラジアル面 および第２組のポート（２４）と協働してピストンとト ップサブの間の第２空間（Ｂ）に流体を流入させてピス トンを衝突位置に移動させるように、ピストンの外側ラ ジアル面および／またはピストン室のラジアル面が形成 され、ピストンが完全上昇位置に移動するにつれて第２ 空間（Ｂ）への流体の流入が少なくとも減少する、ダウ ンホールハンマ。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ドリルストリングに装着されるのに適した一端のトップサブ
    とピストン室を画定しドリルビットを収容するのに適した他端のドリルビット支
    持体とを有する円筒形ケーシングと、該一端と該他端との間の往復運動のため該
    ピストン室内に収容されたピストンとから成り、該ケーシングの内壁と摺動・密
    閉嵌合する中央部分が該ピストンに形成され、該中央部分が該トップサブに近接
    した一端に第１肩部を備え、該ピストンは、該ピストンが衝突位置に移動すると
    該ドリルビットに衝突する一端部を有し、該一端部は、該ピストンが衝突位置に
    ある時に該ドリルビット支持体および／または該ピストン室の内面と密閉嵌合し
    て該ピストン室と該一端部と該ドリルビット支持体との間に第１空間を画定する
    ように構成され、該トップサブに近接した該ケーシングの内壁の長さの一部に該
    ケーシングの該長さの一部に沿って軸方向に離間した位置に２組の流体送りポー
    トが設けられ、該ピストンが衝突位置にある時に該ピストンが該ケーシングの内
    壁および第１組の流体ポートと協働して該ピストンが該ドリルビット支持体から
    離間関係にある位置である上昇位置まで該ピストンを移動させるように該ピスト
    ンの外側ラジアル面および／またはピストン室のラジアル面が形成され、該ピス
    トンが該トップサブの付近にある時に該ピストンが該ピストンの外側ラジアル面
    および第２組のポートと協働してピストンとトップサブの間の第２空間に流体を
    流入させてピストンを衝突位置に移動させるように形成され、ピストンが完全上
    昇位置に移動するにつれて第２空間への流体の流入が少なくとも減少する、ダウ
    ンホールハンマ。
  2. 【請求項２】 前記ドリルビット支持体がさらに、該ドリルビット支持体か
    ら前記ピストン室に延在するように前記ケーシングに支持された環状ブシュから
    部分的に成り、前記ピストンの一端部が直径の小さな第２肩部を前記中央部分に
    近接する端部に備え、該第２肩部の面積が前記第１肩部の面積より大きく、該ピ
    ストンが前記衝突位置にある時に前記一端部が該環状ブシュと密閉嵌合して第１
    空間を画定する、請求項１に記載のダウンホールハンマ。
  3. 【請求項３】 前記ケーシングの内壁の長さの一部が、前記トップサブから
    前記ドリルビット支持体の方向に延在して該トップサブから送られた流体と連通
    するプレナム空間を該スリーブと前記ケーシングの間に形成する内側スリーブに
    より画定され、前記流体ポートの組が該スリーブに設けられる、請求項１または
    ２に記載のダウンホールハンマ。
  4. 【請求項４】 前記内側スリーブが、前記ピストン室の内面のうち直径の小
    さな部分となる、請求項３に記載のダウンホールハンマ。
  5. 【請求項５】 前記ピストンの前記他端部の直径が小さく、前記内側スリー
    ブと摺動・嵌合する少なくとも二つの環状リブが該他端部に沿って軸方向に離間
    して形成され、前記ピストン室のラジアル面と前記ピストンのラジアル面と最内
    リブと前記第１肩部との間に第３空間が画定される、請求項３または４に記載の
    ダウンホールハンマ。
  6. 【請求項６】 前記ピストンが前記衝突位置または該位置の付近にある時に
    前記第３空間が第１空間に開口する、請求項５に記載のダウンホールハンマ。
  7. 【請求項７】 前記ピストンと前記ピストン室の表面の協働形成物により、
    前記第３および第１空間の連通が成立する、請求項６に記載のダウンホールハン
    マ。
  8. 【請求項８】 前記最内リブが前記第１組のポートと協働して前記第３空間
    への流体の送りを制御し、前記ピストンが前記上昇位置に近づくと該第３空間へ
    の流体の流れが閉じられる、請求項５，６，７に記載のダウンホールハンマ。
  9. 【請求項９】 前記第１組のポートが前記第３空間と常に連通する、請求項
    ５，６，７に記載のダウンホールハンマ。
  10. 【請求項１０】 前記最外リブが前記第２組のポートと協働して前記第２空
    間への流体の送りを制御し、前記ピストンが前記衝突位置から前記上昇位置に移
    動する間に該最外リブが前記ピストン室の内面の形成物と協働して該第２組のポ
    ートから該第２空間へ流体を流入させ、該ピストンが完全上昇位置に近づくにつ
    れて前記環状リブの一方が該第２組のポートと嵌合して該第２空間への流体の流
    れを少なくとも制限する、請求項５，６，７，８，９に記載のダウンホールハン
    マ。
  11. 【請求項１１】 前記他端部に２個の環状リブが設けられ、該環状リブの一
    つが最内組のリブから成る、請求項１０に記載のダウンホールハンマ。
  12. 【請求項１２】 前記他端部に３個の環状リブが設けられ、中間リブが該環
    状リブの一つから成る、請求項１０に記載のダウンホールハンマ。
  13. 【請求項１３】 前記ドリルビットが前記衝突位置から軸方向外向きに移動
    すると、前記環状リブの一方が前記第３空間との連通から前記第１組のポートを
    閉じる、請求項１０，１１，１２に記載のダウンホールハンマ。
  14. 【請求項１４】 前記トップサブから前記ピストン室に延在して前記ピスト
    ンが衝突位置から上昇位置に移動する間に中央筒状要素と協働して該要素と摺動
    ・密閉嵌合する中央ボアが該ピストンに形成され、該中央ボアが該中央筒状要素
    との嵌合から外れると該中央ボアにより流体が前記第２空間から排出される、前
    出請求項のいずれか一つに記載のダウンホールハンマ。
  15. 【請求項１５】 前記ハンマが逆循環ハンマであり、前記ドリルビットに延
    出する軸方向延長部が前記中央筒状要素に設けられ、該軸方向延長部が前記中央
    ボアと密閉嵌合する、請求項１４に記載のダウンホールハンマ。
  16. 【請求項１６】 前記ドリルビット支持体により支持される前記ドリルビッ
    トから排出される流体の前記ピストンの前記ボアへの流入を制限するため、前記
    中央筒状要素の外端に出口が設けられ、該ピストンが衝突位置にある時と、該ピ
    ストンの該衝突位置から上昇位置への移動の一部において、該ボアにより密閉・
    摺動嵌合するフート弁を、該ドリルビットが支持する、請求項１４に記載のダウ
    ンホールハンマ。
  17. 【請求項１７】 前記ピストンと前記ピストン室の表面の協働形成物が、前
    記中央部分の表面に形成され該中央部分の前記第１肩部から中間位置まで延在す
    る複数のフルート状リセスと、前記ケーシングの内面に形成された一以上のリセ
    スとから成る、請求項７に記載のダウンホールハンマ。
  18. 【請求項１８】 前記フルート状リセスが概ね同じ角度で概ね同じ方向に前
    記ピストンの長手方向軸から角オフセットしている、請求項１７に記載のダウン
    ホールハンマ。
  19. 【請求項１９】 実質的には添付図面に関連してここに記載されたダウンホ
    ールハンマ。
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