倒划井眼工具 【技术领域】
本发明涉及一种用于扩展由钻柱(串接在一起的钻杆组)产生的导孔的倒划井眼工具。
背景技术
定向钻井(特别是水平钻井)用于在无需连续挖掘的情况下产生可接收管、公用事业管线等的孔。首先利用钻柱钻出一个导孔。接着该孔被扩大以接收所需的管、公用事业管线等。利用倒划井眼方便地进行扩孔，所述倒划井眼方法包括：使倒划井眼工具与从导孔凸出的钻柱的前端相连，接着在钻柱旋转的同时沿着相反的方向将钻杆通过导孔拉动。当倒划井眼工具通过在钻柱端部上的导孔被拉动时，它扩大并且压实孔壁。
已经提出了各种倒划井眼工具，US-A-5,921,331中示出了一个实例。尽管这样的工具在较软的土地中能够以令人满意的方式工作，但是当土地中包含连续的或者间断的岩石、卵石等时会遇到问题。这样的倒划井眼工具易于在土地中卡住或者仅能够非常缓慢地前进，因此当面对岩石和卵石时它们自身被磨削。
WO99/19596描述了一种能够在岩石中进行有效地定向钻井的定向钻井工具。它还描述了一种倒划井眼工具，其中钻柱与冲击锤结合使用。
冲击锤(也被称为“掘进机(moles)”)在挖掘领域中是已知的。通常以气动的方式对它们进行操作，但是其它驱动装置也是已知的。这样的冲击锤在向前和在相反的方向被驱动也是已知的。WO91/19073中示出了具有后退机构的冲击锤地一个实例。
【发明内容】
本发明提供一种用于扩展由钻柱产生的导孔的倒划井眼工具，所述倒划井眼工具包括与钻柱结合的气动冲击锤，钻柱可转动并且可反向通过导孔以利用气动冲击锤进行倒划井眼；
其中，气动冲击锤具有与钻柱前端邻接的第一端、远离钻柱的第二端和压缩空气输入管，所述压缩空气输入管通过第一端并且进入到所述锤的工作缸中，从而使工作缸能够往复移动并且在第一端处的所述锤内端表面上施加锤击；
其中，所述压缩空气输入管与钻柱的前端相连，以使压缩空气通过钻柱被供给到空气输入管中，并且所述压缩空气输入管以可纵向滑动和转动固定的方式与气动冲击锤相连，从而使气动冲击锤能够相对于钻柱纵向调节但可根据钻柱的转动而转动；
其中，以这样的方式使空气输入管相对于工作缸定位，即，当所述锤纵向接近钻柱端部时使供给到工作缸中的压缩空气被切断或者处于中性位置，接着随着所述锤逐渐远离钻柱而恢复压缩空气的供给，以防止锤击落在钻柱的前端上。
本发明还提供一种扩展已经由钻柱产生的导孔的方法，所述方法包括：使气动冲击锤与钻柱前端相连，使压缩空气通过钻柱被供给到气动冲击锤并且在钻柱转动的同时使钻柱反向通过所述孔，从而利用气动冲击锤进行导孔的倒划井眼；
其中，通过供给压缩空气来驱动气动冲击锤以朝向钻柱产生锤击；以及
其中，当所述锤纵向接近钻柱端部时使供给到气动冲击锤的压缩空气被切断或者处于中立位置，接着随着所述锤逐渐远离钻柱而恢复压缩空气的供给，以防止锤击落在钻柱的前端上。
也可在所述锤和钻柱之间使用减震装置以进一步确保锤击不撞击钻柱。
【附图说明】
现将参照附图，在附图中：
图1是本发明的一个实施例所涉及的倒划井眼工具的侧视图，其中被供给到气动冲击锤的压缩空气被切断；
图2是与图1相应的视图，其中压缩空气供给已经被恢复以开始锤击循环；
图3是与图2相应的视图，其中示出了锤击出现的位置；
图4是本发明的一个实施例所涉及的倒划井眼工具的侧视图，其中示出了外部结构特征；
图5可用于倒划井眼工具中的能够改变尺寸的头部的示意图；
图6和图7是与倒划井眼工具结合使用的头部的前视图和后视图；以及
图8和图9示出了可使用的头部的其他实施例。
【具体实施方式】
首先参见图1、2和3，其中示出了构成本发明所涉及的倒划井眼工具的一部分的气动冲击锤1。气动冲击锤1本身采用常规设计。它具有前端2和后端3，并且其在后端3处与钻柱(未示出)的前端相连。在所示的实施例中，气动冲击锤1适于以“反向”模式操作，即，锤击朝向后端3。但是，本发明不限于这种布置形式，也可使气动冲击锤的前端与钻柱的前端相连，并且所述气动冲击锤接着以“正向”模式移动。
所述气动冲击锤具有可纵向地在圆筒形室5内滑动的锤部件4。锤部件4具有内工作缸6。通道7在工作缸6和圆筒形室5之间连通。压缩空气输入管8通过气动冲击锤的后端3并且加入到工作缸6中。压缩空气输入管8在其前端9处是开放的以将压缩空气供给到工作缸6中。利用螺纹接头等使压缩空气输入管8在其后端10处被固定到钻柱的前端。压缩空气通过钻柱被供给到压缩空气输入管中。
压缩空气输入管8在其端部中间具有一个纵向带键或者带键槽(keged)的套环，它构成了能够与一个内部带键或者带键槽的凹入式部件相互配合的凸出式部件，所述内部带键或者带键槽的凹入式部件构成了气动冲击锤的后端结构的一部分。该带键或者带键槽的连接能够使压缩空气输入管8相对于气动冲击锤1纵向滑动。当压缩空气输入管8固定在钻柱上时，气动冲击锤1本身可相对于钻柱纵向调节。在压缩空气输入管8和气动冲击锤1之间的带键或者带键槽的连接还意味着钻柱的转动将使气动冲击锤1进行相应的转动。
压缩空气输入管8的前端部分具有一个控制阀11，控制阀11是可在工作缸6的孔内滑动的直径增大的部分。根据压缩空气输入管8的纵向位置，控制阀11能够覆盖通道7的端部以防止工作缸6和圆筒形室5之间的连通。
在图1中所示的位置中，控制阀11已经被推到其最靠前的位置处，即，气动冲击锤1比较接近钻柱的端部。在该位置处，控制阀11覆盖通道7，并且锤4抵靠在圆筒形室5的前内端。锤4的移动停止在该位置处。当钻柱继续反向通过导孔时，钻柱和压缩空气输入管8的后端10之间的连接开始反向拉动控制阀11，这是由于作用在抵靠孔的侧面的气动冲击锤的外表面上的拉力导致的。接着到达图2中所示位置。控制阀11已经移动到通道7的后端，从而使这些通道不再被覆盖，并且来自于工作室6的压缩空气可通过通道7进入圆筒形室5。锤4的前部具有能够使压缩空气通往圆筒形室5的前部的侧沟槽(未示出)。接着，如图3中所示，压缩空气作用在锤4的前表面上，以向后驱动锤4，直至锤4的背表面撞击在圆筒形室5的内后端上。在该位置处，通道7目前已经通向控制阀11的后部，并且压缩空气目前反向通过这些通道进入到工作缸6的后部，然后，通过排出沟槽12通向气动冲击锤的外部。接着，利用通过压缩空气输入管8的前端进入工作缸6中的压缩空气重复该循环。所产生一系列的反向锤击使气动冲击锤1开始赶上反向通过导孔的钻柱。当气动冲击锤1再次到达钻柱的前端时，控制阀11再次被推进并且停止锤循环。这样，可防止当气动冲击锤接近钻柱时产生锤击。
在当气动冲击锤赶上反向通过导孔的钻柱时的阶段中，气动冲击锤反向施加锤击。这能够使气动冲击锤起到倒划井眼作用。采用环形部件的头部13被安装在气动冲击锤的后端3上。头部13最好具有一个平的后表面。如图4中所示，该表面上可具有渗碳齿14。头部13是一个可拆卸的部件，如图5中所示，并且可提供不同尺寸的头部13以适应不同的土地环境和钻孔要求。
图4还示出了在压缩空气输入管的后端10和钻柱的前端16之间的螺纹连接15。图4中还示出了用于气动冲击锤的外壳17，外壳17能够使气动冲击锤在导孔中存在水时被使用，不会因进水而影响正常的操作。或者，所述锤可构造有单向排气通道以防止水的进入。
图6至图9示出了切割头部13的各种设计形式。可面朝前方和后方设置通道，并且可与轴线形成一定的角度。这些使空气或者流体(诸如水、膨润土或者泡沫)通过头部。如附图标记18所示，还可在周向上设置较大的通道，或者如附图标记19所示，还可设置比较接近中心的通道以排出挖掘的土。该头部也可具有如图8所示的星形形状一个减小的或者非中断的周向表面使粉末状的挖掘土被该空气压迫并且被压缩到土地中的裂缝、空隙等中，同时未中断的表面使孔平滑。
头部13的工作面最好是平的。这能够使最大的作用力被施加在土地上，并且特别是施加在岩石和卵石上。确保这些材料在能够被压回到头部通道中或者在通过头部通道之前被完全切割和粉碎。这与通常是逐渐缩小并且易于在土地中卡住或者几乎停止以及当面对岩石和卵石时其本身被磨光的常规倒划井眼工具相反。它们还易于移去通过刮刀或者切割轮和位于孔中的整个或者部分岩石，或者它们移去完全塌陷的孔。因此，本发明所涉及的倒划井眼工具的设计形式能够克服这样的问题。