JPH02504657A - 液圧ダウンホールロツクドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 液圧タウンホールロツタドリル 本発明は、シリンダおよび弁室が組み込まれたハウジングと、高圧の液体が供給 されるようになった前記ハウジングの後端部のボートと、低い液圧に維持される 前記ハウジング内のダクトと、前記ハウジングの前端部により摺動可能に収納さ れかつ保持されたドリルビットと、前記ドリルビットに衝撃力を反復して伝達す るために前にシール状態で摺動可能なピストンが組み込まれたハンマと、加圧液 体を前記ポートから前記シリンダにかつ前記シリンダから前記ダクトに女工に供 給して前記ハンマを往復動させるために前記ハウジング内の液体通路と協働する 前記弁室内の往復動可能な弁とを有する液圧ダウンホールロツタドリルに関する 。

前記型式のダウンホールドリルにおいては、ハンマの戻り行程を行うために、通 常、ハウジングの前半部に高圧の液体を供給しなければならない。ハウジングの 所定の外径に対して、常にまたは間欠的に高圧をうけるこのような前方に延びる 通路は必然的にハンマ本体のために利用される直径方向のスペースを減少し、そ れによりドリルの所定の長さに対して得られる衝撃力が制限される。

そのうえ、ドリルの前側領域を加圧することは、洗浄流体により上方に運ばれた 岩屑粒子がドリルビットの後方、すなわち、ドリルの前側領域の／−ウジング内 に侵入するときに最大の研削作用を有し、それにより液体通路の摩耗が促進して 破裂しかつロックトリル機械の故障の原因となる傾向があるので、望ましくない 。

本発明の目的はロックトリル機械の内部およびノ１ンマの主要部分のまわりの通 路が弱められる必然性をなくすことによりロックトリル機械の前側部分が加圧さ れることを完全に回避してそれにより所定の外径に対してより大きい直径スペー スをノ＼ンマのために得られるようにしかつドリルの使用寿命を延ばすことであ る。これらの目的は以下に述べる請求項１〜８に記載のロックトリルを提供する ことにより達成される。

本発明は、さらに、シリンダが組み合わされｔ；ケーシングと、加圧洗浄水が供 給されるようになった前記ケーシングの後端部のポートと、前記ケーシングの前 端部により摺動可能に収納されかつ保持されかつ前端部に至る貫通した洗浄通路 を有するドリルビットと、前記ドリルビットトに衝撃力を反復して伝達するため に加圧洗浄水の作用により前記ケーシング内で往復動可能なノ九ンマとを有し、 前記ハンマは前記洗浄通路と対向した貫通したみぞを有しており、さらに、洗浄 水を前記／ＸＸママみぞに間欠的に排出するために前記ハンマの位置に応答する ように前記ハウジング内に設けられた弁装置と、前記シリンダ内にシール状態で 摺動可能な前記／＼ンマ上のピストンと、作動行程においてハンマを前方に押圧 するために前記シリンダの駆動室内の前記ピストンの駆動面とを有する液圧ダウ ンホールロックトリルに関する。

特許公報ＳＥ　８４０３３７０−３Ｂに例示された前記洗浄水により駆動される 型式のロックトリルにおいては、ハンマ作動用加圧水通路の構成に関する設計が コンパクトでありかつ非常に簡単であるけれども、ハンマの制御弁装置の使用寿 命が短いために機能的な問題があった。例えば、特許公報ＧＥ　２０７４６６３ 号およびＤＥ　３３４３５６５　Ｃ２に例示された閉鎖液体回路の型式の単一の 弁を有する液圧作動ダウンホールドリルにおいては、加圧液体分配および戻り通 路がスペースを必要とし、ドリルの設計を複雑化しかつドリルストリングの延長 中にシールに関する問題を生ずる。

このような関係において、本発明の一つの目的は、前述した問題を回避しかつド リルが使用頻度の高い場合ですらも効率的でありかつ信頼可能な作動に好適であ る洗浄水により駆動されるダウンホールドリルのための弁装置および制御装置を 提供することである。□本発明を添付図面についてさらに詳しく説明する。添付 図面において、第１Ａ図および第１Ｂ図はハンマか前側位置を占めた状態の本発 明のダウンホールロツタドリルの後側部分および前側部分の一部欠載縦断面を示 す。

この断面は第３図を１−１線に沿って裁った断面である。

第２図はハンマが前側位置を占めた状態の短縮した一部欠載断面図である。第３ 図は第１Ａ図を３−３線に沿って裁った横断面である。第４図は第１Ａ図を４− ４線に沿って裁った横断面図である。

第１Ａ図および第１Ｂ図には、環状の内側衝撃部分１３を有する均一な厚さの細 長い円筒形のチューブからなるロックトリル１０用のケーシング１８を示しであ る。好ましく！マ弁室１２と一体に構成されたシリンダ１１がケーシング１８内 に収納されかつ半径方向に分割された第３図にも示されたリング１４．１５によ り支持されている。リング１４．１５は衝接部１３により支えられている。シリ ンダ１１は弁室１２の後面とケーシング１８の後端部にねじ込まれて固定されか つケーシング１８に慣用の方法で回転を伝達するようになった図示していない後 側頭部（ｂａｃｋｈｅａｄ）との間に延びる管状のライナ１６によりケーシング １８内に軸線方向に固定されている。ライナ１６の内部は通常のドリルチューブ により後側頭部を介して高圧の液体、好ましくは、水が供給されかつダウンホー ルドリルを駆動する作用をするボート１７を形成している。ドリルビット２０は 、部分図で示したように、ケーシング１８の前端部にねじ込まれ！；カラー２１ 内に摺動可能に収納されかつ保持されている。ドリルビット２０のアンビル１９ はカラー２１の環状のみぞ２２の中に突出している。みぞ２２の後方には、カラ ー２１のガイド軸受２３が設けられている。ドリルピント２０はその作用端部に 至る通常の貫通した洗浄みぞ２４を有しており、かつカラー２１とドリルビット ２０との間には通常のスプラインを有する連結部が設けられており、それにより ケーシング１８から連結部に回転が伝達されるようになっている。

ケーシング１８により形成された細長い室２５はドリルビットカラー２１のガイ ド軸受２３とシリンダ１１の分割されたリング１４．１５との間に延びている。

室２５は、該室をドリルビット２０内の洗浄みぞ２４と連絡する環状みぞ２２と 接続する１個またはそれ以上の逃し通路２６が設けられているために、低い液体 圧力、すなわち、逃し圧力に常に維持されている。ハンマ２８は、ドリルビット ２０のアンビル１９に衝撃力を反復して伝達するためにケーシング１８内で往復 動可能になっている。ハンマ２８の後側部分、好ましくは、その後端部には、駆 動ピストン２９が設けられている。ハンマ２８の前側の衝撃端部はカラー２１の ガイド軸受２３内に摺動可能に受は入れられるジャーナル３ｏとして形成されて いる。室２５内には、ハンマの円筒形拡大部分３２が往復動可能に設けられてい る。この直径が拡大した部分３２はハンマ２８の衝撃エネルギを高める作用をな しかっハンマ２８が往復動しているときに室２５の両方の端部の間に低圧の液体 を実質的に妨害されることなく移動させるために十分な隙間を室２５の内部に有 している。直径を小さくしたのど部３１がピストン２９とハンマの拡大部分３２ との間に設けられかつジャーナル３０の直径と等しい直径を有することが好まし い。のど部３１は半径方向に分割されたリング１４．１５によりシール状態に囲 繞されかつ該リング内に自由に往復動可能である。軸線方向の中央みぞ３４がハ ンマ２８を貫通して延びかつその後部において、シリンダ１１の一部を同心状に 形成するかまたはシリンダ１１に固定された中央の低圧ダクト、すなわち、逃し ダクト３８上にシール状態で摺動可能なピストン２９の内部に大きく形成された 穴３５を有している。ダクト３８はピストンの中央のみぞ３４および弁室１２の 内部と連絡するように開口している。

ピストン２９は該ピストンの後端面４０と対向した駆動室３９を形成するシリン ダｌｌ内に摺動可能にかつシール状態で収納されている。駆動室３９はハンマ２ ８をその作動行程中に前方に駆動する作用をする。直径が減少したのど部３１の まわりには、環状の対向した駆動面４２と対向した円筒形の室４１が設けられて いる。駆動面４２は駆動面４０よりも小さくかつピストン２９を後方に押し込ん でノ翫ン７２８の戻り行程を行うようになっている。

弁室１２は軸線方向の穴４５を有している。穴４５内には、管状の制御弁４６が 往復動可能に装着されている。制御弁４６の内部は常にダクト３８に開口してお り、したがって洗浄みぞ３４．２４内の低い液体圧力に保たれる。洗浄弁４６は 穴４５内にシール状態で摺動可能に収納されＩ；差動ピストン４７を有しかつ弁 室１２にねじ込まれたキャップ４８により閉ざされている。キャップ４８はその 内部に制御弁４６の上側スカート４９を摺動可能にかつシ、−ル状態で受は入れ ている。制御弁４６の反対側の端部は下側スカート５１を形成している。下側ス カート５１と差動ピストン４７との間には、直径が減少した胴部が設けられてい る。下側スカート５１の外径は上側スカート４９の外径よりも若干大きくかつ穴 ４５の直径よりも若干小さくしである。穴４５は中間のランド（ｌａｎｄ）５０ に終端している。ランド５０の次に、環状の内側みぞ５５と、中間のランド５０ と等しい直径を有する下側ランドとが形成されている。第２図に示した突出した ガイドタグ５４が下側スカート５１の軸線方向の面に設けられかつ制御弁４６が 下側スカート５１が下側ランド５３をシールする第１Ａ図に示した位置と下側ス ヵー）５１が中間ランド５０をシールする第２図に示した位置との間に往復動す るときにガイドの役目をする。

第４図にも示した液体通路５８は、分岐通路５９および高圧ポート１７を介して 弁穴４５に接続しており差動弁ピストン４７の下側に常に作用してそれにより制 御弁４６を第２図に示した後備位置に偏位している。そのうえ、前記通路５８は シリンダｌｌ内の反対側のシリンダ室４１まで延びてそれによりハンマ２８を同 様に第２図に示したその後側位置まで常に偏位させている。液体通路６ｏが駆動 用シリンダ室３９の上側部分を弁室１２内の環状の内側みぞ５５と接続している 。

制御弁４６は、作動中、ハンマ２８の移動に応答して、さらに詳しくはピストン ２９の制御みぞ３３の位置に応答して往復動するようになっている。この目的の ために、第１Ａ図および第２図に示した液体通路６１は弁穴４５の上端部をピス トン制御みぞ３３と整列した室３９．４１の間のシリン図の位置では、通路６１ を低圧室２５に通じる液体通路６２と接続している。弁穴４５の上端部が圧力を 逃がしているときに、前述した弁を上方に偏位する力により制御弁４６が第２図 に示した位置に配置され、弁の下側スカート５１が中間ランド５０をシールする 。

したがって、ハンマ２８が第１Ｂ図に示したようにアンビル１９と衝突しかつ弁 穴４５の上端部に作用する圧力が軽減されたときに、ボート１７から通路５８． ５９を介して弁穴４５の下端部に伝達された高い液圧により制御弁４６が第２図 に示した位置に上昇せしめられる。このときにかつハンマ２８が上向きの偏位力 により第２図の位置まで移動するまで、駆動室３９内の流体は通路６０および開 口したランド５３を介してダクト３８に排出される。排出される液体はみぞ３４ ，２４を通して導かれてドリルされた穴を洗浄する。

制御弁４６が第２図の位置に達したときに、ピストン２９の制御みぞ３３が高圧 通路５８からの分岐通路６３を通路６１と接続して弁穴４５の後端部を加圧する 。弁スカート４９．５１の直径が異なっているために、差動弁ピストン４７の後 面が弁ピストン４７を常に後方に偏位させる反対側の正味の表面の面積よりも大 きく、その結果制御弁４６が第１Ａ図の位置に戻される。そのときに、中間の弁 ランド５ｏが開かれかつ駆動シリンダ室３９が通路５８，５９、弁の胴部５２お よび通路６０を介して高い液体圧力の側と接続される。その結果、ハンマ２８が その作動工程を行うように強制されて、第１Ｂ図に示すようにドリルビットのア ンビル１９と衝突する。その後、前記の作動サイクルが反復される。

ロックトリルの持ち上げられた位置において、ドリルビット２０は第１Ｂ図に示 した位置から前方に若干沈降する。このときに、ハンマ２８の拡大部分３２が捕 捉され、ハンマ２８が室２５内の前側の六６６内に捕捉されかつ下降せしめられ る。それと同時に、高圧の分岐通路６３が駆動室３９に開口し、駆動室３９内の 圧力が穴６７を介してダクト３８内ｌ二強力な液体による洗浄を行うために逃が される。

本発明のロックビットの衝撃エルルギを変更する目的のために、室２５は種々の 長さの拡大部分３２を有するハンマと組み合わせることができる。このような可 能性を第１Ｂ図に点線によりハンマ６８として示しである。

ポート１７に送られる水圧は約１８０バールである。ハンマの往復動中の種々の 液体の雷要は、通常、ダウンホールロックトリル１０に液体を供給するチュービ ング内の水柱を圧縮しかつ再膨張させることにより均等化され、それによりガス が装填されるダウンホールアキュムレータを使用することを回避することができ る。

水圧を１８０パールとしかつドリルケーシングの直径を９６ｒｔｒｒｎとするこ とにより、この新蜆の弁の設計により約２５〜３０ｋＷの衝撃二ルルギおよび６ ０ヘルツに近い打撃周期が得られる。毎分約１５０〜２００リツトルの水を消費 することにより毎秒０．６黛以上の洗浄水速度が得られる。この洗浄水速度は得 られた穴の直径が１１６ｍｍの場合に垂直にさく岩する際の岩屑を効率的に昇揚 して排除するｔ；めに十分である。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 平成２年１月１２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．シリンダ（１１）および弁室（１２）が組み込まれたケーシング（１８）と 、高圧の液体が供給されるようになった前記ケーシング（１８）の後端部のポー ト（１７）と、低い液圧に維持される前記ケーシング（１８）内のダクト（３８ ）と、前記ケーシング（１８）の前端部により摺動可能に収納されかつ保持され たドリルビツト（２０）と、前記ドリルビツト（２０）に衝撃力を反復して伝達 するために前記ケーシング（１８）内で往復動可能でありかつ前記シリンダ（１ １）内にシール状態で摺動可能なピストン（２９）が組み込まれたハンマ（２８ ）と、加圧液体を前記ポート（１７）から前記シリンダ（１１）にかつ前記シリ ンダ（１１）から前記ダクト（３８）に交互に供給して前記ハンマ（２８）を往 復動させるために前記ケーシング（１８）内の液体通路（５８，５９，６０）と 協働する前記弁室（１２）内の往復動可能な制御弁（４６）とをする液圧ダウン ホールロックドリル（１０）において、前記ハンマ（２８）の往復動中に前記ハ ンマ（２８）の主要部分（３２）を収納するために前記ドリルビツト（２０）と 前記シリンダ（１１）との間に配置された前記ケーシング（１８）内の細長い低 圧室（２５）と、前記シリンダ（１１）に対してシールされかつ前記ピストン（ ２９）および前記ハンマ部分（３２）の両方に対して直径を小さくした前記ハン マ（２８）ののど部（３１）と、前記室（２５）を前記ケーシング（１８）内の 低い液圧側と常に接続する前記ケーシング（１８）内の逃げ通路装置（２６）と を備えたことを特徴とする液圧ダウンホールロツクドリル（１０）。 ２．前記ドリルビツト（２０）内に貫通した洗浄みぞ（２４）が設けられ、前記 室（２５）の前記逃げ通路装置（２６）が前記洗浄みぞ（２４）に開口連絡し、 かつ前記ハンマ（２８）が前記洗浄みぞ（２４）に常に開放した貫通した中央み ぞ（３４）を有する請求項１に記載のロックドリル。 ３．前記ハンマ（２８）の前端部にジャーナル（３０）が設けられ、前記ジャー ナル（３０）が該ジャーナルを摺動可能に収納するために前記ドリルビツト（２ ０）に隣接して前記ハウジング（１０）内のガイド軸受（２３）と協働する請求 項１に記載のロックドリル。 ４．前記ピストン（２９）が前記ハンマ（２８）の後側部分を構成し、前記ピス トン（２９）の後端面（４０）がハンマ（２８）をその作動工程中に前方に押し 込むために前記シリンダ（１１）の駆動室（３９）内に配置され、前記ピストン （２９）の反対側の面（４２）がハンマ（２８）をその戻り行程中に後方に押し 込むために前記シリンダ（１１）の反対側の室（４１）内に配置され、前記ハン マの前記主要部分（３２）が前記室（２５）内で自由に往復動するように隙間を 有しかつその実質的な長さにわたって前記ピストン（２９）と比較して大きい直 径を有している請求項２に記載のロックドリル。 ５．前記ケーシング（１８）が種々の長さの拡大部分（３２）を有するハンマ（ ２８，６８）を選択可能に収納するようになった請求項４に記載のロックドリル 。 ６．前記の反対側のシリンダ室（４１）が前記ピストン（２９）と前記ハンマ（ ２８）の前記拡大部分（３２）との間ののど部（３１）をシール状態で囲繞する 半径方向に分割されたリング（１４，１５）により前記低圧室（２５）に対して 閉鎖された請求項４に記載のロックドリル。 ７．前記ダクト（３８）が前記弁室（１２）から前記シリンダ（１１）中に前方 に延びかつ前方ハンマ（２８）の中央みぞ（３４）内の中央にシール状態でかつ 摺動可能に収納された請求項４に記載のロックドリル。 ８．往復動可能な制御弁（４６）が液圧により一方に偏位されかつ交互に前記制 御弁（４６）の圧力を前記洗浄みぞ（２４）に逃がして該制御弁を前記一方向に 移動させかつ前記制御弁（４６）を加圧して該制御弁を反対の方向に移動させる 前記ピストン（２９）の環状の制御みぞ（３３）を介して前記ハンマ（２８）の 位置に応答して往復動するようになっている請求項４に記載のロックドリル。 ９．シリンダ（１１）が組み込まれたケーシング（１８）と、加圧洗浄水が供給 されるようになった前記ケーシング（１８）の後端部に形成されたポート（１７ ）と、前記ケーシング（１８）の前端部により摺動可能に収納されかつ保持され かつ前端部に至る貫通した洗浄みぞ（２４）を有するドリルビツト（２０）と、 前記ドリルビツト（２０）に衡撃力を反復して伝達するために加圧洗浄水の作用 により前記ケーシング（１８）内で往復動可能なハンマ（２８）とを有し、前記 ハンマ（２８）は前記洗浄みぞ（２４）と対向した貫通したみぞ（３４）を有し ており、さらに、洗浄水を前記ハンマのみぞ（３４）に間欠的に排出するために 前記ハンマ（２８）の位置に応答する前記ハウジング内の弁装置（４６）と、前 記シリンダ（１１）内にシール状態で摺動可能な前記ハンマ（２８）上のピスト ン（２９）と、ハンマ（２８）を作動行程中に前方に押し込むために前記シリン ダ（１１）の駆動室（３９）内の前記ピストン（２９）の駆動面（４０）とを有 する液圧ダウンホールロツクドリル（１０）において、ハンマ（２８）を戻り行 程中に後方に押し込むために前記駆動面（４０）よりも小さくかつ前記ケーシン グ（１８）内の反対側の室（４１）内に配置された前記ハンマ（２８）の反対側 の駆動面（４２）と、前記反対側の室（４１）を前記ポート（１７）に常に接続 する通路装置（５８）とを有し、前記弁装置（４６）が第１位置において前記ポ ート（１７）を前記駆動室（３９）と接続しかつ第２位置において前記駆動室（ ３９）を前記ハンマみぞ（３４）に接続して内部の液体を排出することを特徴と する液圧ダウンホールロツクドリル（１０）。 １０．前記ケーシング（１８）が前記シリンダ（１１）の後方に配置されかつ前 記ハンマ（２８）と共軸をなして整列した往復動可能な単一の制御弁（４６）を 有する弁室（１２）を備え、ダクト（３台）が前記ケーシング（１８）内に設け られかつ低い液圧に維持され、前記制御弁（４６）が加圧液体を交互に前記ポー ト（１７）から前記シリンダ（１１）にかつ前記シリンダ（１１）から前記ダク ト（３８）に供給して前記ハンマ（２８）を往復動させるために液体通路（５８ ，５９，６０）と協働し、かつ前記ダクト（３８）が前記弁室（１２）から前方 に延び、前記ハンマの前記の貫通した中央みぞ（３４）内にシール状態で摺動可 能に収納されかつ前記制御弁（４６）に対向した請求項９に記載のロツクドリル （１０）。 １１．前記の往復動可能な制御弁（４６）が一方向に液圧により偏位されかつ交 互に前記制御弁（４６）内の圧力を前記洗浄みぞ（２４）に逃がして該制御弁を 前記一方向に移動させかつ前記制御弁（４６）を加圧して該制御弁を反対方向に 移動させる前記ピストン（２９）の環状の制御みぞ（３３）を介して前記ハンマ （２８）の位置に応答して往復動するようになっている請求項１０に記載のロツ クドリル。 １２．前記制御弁（４６）がその両端部において開口しかつ管状でありかつその 内部が常に前記ダクト（３８）に対して常に整列しかつ開口し、前記制御弁（４ ６）が前記ダクト（３８）に隣接しかつ前記ダクト（３８）を制御するためのス カート（５１）を有する請求項１０に記載のロツクドリル。 １３．前記制御弁（４６）がその両端部において開口しかつ管状でありかつその 内部が常に前記ダクト（３８）に対して常に整列しかつ開口し、前記制御弁（４ ６）が該制御弁を偏位させかつ該制御弁の圧力を逃がす外向きの差動ピストン（ ４７）を有する請求項１１に記載のロツクドリル。 １４．前記ピストン（２９）が前記ハンマ（２８）の後側部分を構成し、前記ピ ストン（２９）の後端面（４０）がハンマ（２８）をその作動行程中に前方に押 し込むために前記シリンダ（１１）の前記駆動室（３９）内に配置され、前記ピ ストン（２９）の反対側の駆動面（４２）がハンマ（２８）をその戻り行程中に 後方に拝し込むために前記シリンダ（１１）の反対側の室（４１）内に配置され 、前記ハンマの主要部分（３２）が前記ドリルビツト（２０）と前記シリンダ（ １１）との間の細長い室（２５）内で自由に往復動するように隙間を有しかつ前 記ハンマ部分（３２）の実質的な長さにわたって前記ピストン（２９）と比較し て大きい直径を有し、かつ逃げ通路装置（２６）が前記室（２５）を前記ドリル ビツト（２０）の前記洗浄みぞ（２４）と連絡させるように前記室（２５）と接 続する請求項１０に記載のロツクドリル。 １５．前記の反対側のシリンダ室（４１）が前記ピストン（２９）と前記ハンマ （２８）の拡大部分（３２）との間ののど部（３１）をシール状態で囲繞する半 径方向に分割されたリング（１４，１５）により前記低圧室（２５）に対して閉 鎖された請求項１４記載のロツクドリル。