具有滑動環規的流體鑽削頭的製作方法

2023-05-06 12:12:06 2

具有滑動環規的流體鑽削頭的製作方法
【專利摘要】一種用於穿過巖石鑽削鑽孔的流體鑽削頭（1），所述流體鑽削頭具有可旋轉的噴嘴組件（2），所述可旋轉的噴嘴組件（2）包括多個噴嘴（3、4、7、8、9），所述多個噴嘴（3、4、7、8、9）布置成當被提供有壓力下的流體供應時形成流體噴射流（5、6、10、11、12）。所述流體噴射流包括：引導噴射流（5、6），沿著所述鑽削頭的運動的總體方向被引導；擴展噴射流（10、11、12），總體上沿著徑向被引導並被布置成擴大通過所述引導噴射流形成的最初的孔。設置環規（13），所述環規（13）位於所述切割頭之後並且大小為所述鑽孔的所需直徑，所述環規被布置成相對於所述旋轉切削頭在所述擴展噴射流被暴露的向後位置和一些或者所有擴展噴射流被環規覆蓋的向前位置之間沿著軸向滑動，並且所述環規抑制鑽孔直徑被擴大。
【專利說明】具有滑動環規的流體鑽削頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有滑動環規(gauging ring)的流體鑽削頭，並且已經特別地、雖然不是唯一地設計以用於在澳大利亞第PCT/AU02/01550號國際專利說明書(在第WO03/042491A1號國際公布下)中描述的類型的流體鑽削設備，該申請的內容通過交叉引用被包含於此。
【背景技術】
[0002]在PCT/AU02/01550中描述的類型的流體鑽削設備中，已知使用具有一定尺寸的環規，使得所述環的外直徑接近將被鑽削的鑽孔(bore hole)的期望的尺寸，以控制流體鑽削頭穿過巖石的向前運動。在在該PCT說明書中給出的示例中，環規與鑽削頭的可旋轉噴嘴組件分開，從而由於可旋轉鑽削頭中的流體噴射流的作用而被切割開或者爆破開的巖石的碎片會穿過環規和鑽削頭的主體之間而與來自引導噴射流(pilot jet)和擴展噴射流(reaming jet)的回流鑽削流體一起向後奔流。
[0003]已經發現保持通過鑽孔流回的鑽削流體的速度是重要的，以避免在鑽孔中形成或者建成切下物的場所，其會明顯增加軟管和橫側鑽孔的壁之間的摩擦。
[0004]與傳統的鑽削系統相比，流體噴射鑽削包含的推力非常小。通常通過來自鑽削頭的具有相對小的推力的鑽削流體的回射流(retro jet)向前驅動鑽削頭。軟管基系統避免應用能夠另外通過在其他形式的鑽削頭中所使用的盤繞的管道提供的非常大的「推動」，這是因為這種特性的任何推動易於成螺旋形地扣住鑽孔中的軟管，從而對鑽削頭的向前運動產生附加的摩擦和阻力。
[0005]已經說明了當軟管部分地進入到通過鑽削頭向下衝刷回鑽孔中的切下物中時，軟管和橫向鑽孔之間的摩擦會增加很多倍。由於孔中大的摩擦使向前的推動非常快地失效並抑制使用流體鑽削頭所能夠鑽削的孔的長度，所以最期望軟管位於乾淨的鑽孔中。
[0006]為了使橫向鑽孔中流動的流體的速度保持足夠高，以帶走切下物並防止在橫側孔中形成或建成切下物的場所，流體速度必須保持在臨界水平之上，以帶走碎片或者切下物。
[0007]已經發現在第PCT/AU02/01550號國際專利說明書中描述的類型的具有環規的流體鑽削頭雖然通過非常快的運動在防止鑽削頭在孔中堵塞方面是有用的，但是所述流體鑽削頭會使鑽削的向前的前進減速或者停止，同時引導噴射流以切割的方式穿過硬巖石的碎屑或者處理其他障礙物。在這種情況下，擴展噴射流持續擴大鑽孔直徑並快速切割大於環規的直徑的直徑。該大直徑孔導致回流的鑽削流體的速度減慢，進而導致在橫側鑽孔的底部中建起切下物的場所，並導致軟管上的摩擦拖拽增大。一旦軟管上的摩擦拖拽增大超過基礎水平，工具在任何情況下都將不能以最好的速率進給，並都將進行鑽削大的鑽孔。這通常與水平和豎直的緊急的急轉彎以及橫向鑽孔的後續終點有關。

【發明內容】

[0008]因此，本發明提供一種用於穿過巖石鑽削鑽孔的流體鑽削頭，所述流體鑽削頭具有可旋轉的噴嘴組件和環規，所述可旋轉的噴嘴組件包括多個噴嘴，所述多個噴嘴布置成當被提供有壓力下的流體供應時形成流體噴射流，所述流體噴射流包括:一個或者更多引導噴射流，沿著所述鑽削頭的運動的總體方向被引導；一個或者更多擴展噴射流，總體上沿著徑向被引導並被布置成擴大通過所述引導噴射流形成的最初的孔，所述環規位於所述切割頭之後並且所述環規的大小為所述鑽孔的所需直徑，所述環規被布置成相對於所述旋轉切削頭在所述或者每個擴展噴射流被暴露的向後位置和一些或者所有擴展噴射流被環規覆蓋的向前位置之間沿著軸向滑動。
[0009]優選地，設置有偏置裝置，所述偏置裝置被布置成使環規朝著向前位置偏置。
[0010]優選地，所述偏置裝置包括彈簧。
[0011]可選地，所述偏置裝置包括來自在抵住環規上的向後面對的表面的壓力下所供應的鑽削流體的液壓力。
[0012]在本發明的某些形式中，所述偏置裝置可包括液壓力和彈簧的組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]儘管任何其他形式可能處在其範圍之內，但現在將參照附圖僅通過示例的形式描述本發明的一個優選形式，其中:
[0014]圖1是根據本發明的流體鑽削頭的總體透視圖；
[0015]圖2是在圖1中示出的流體鑽削頭的側視圖，處於中間位置的環規阻擋最後面的擴展噴射流；
[0016]圖3是在圖1中示出的流體鑽削頭的橫截面視圖，示出了處於向前位置的環規，以覆蓋所有的擴展噴射流；
[0017]圖4是與圖3相似的視圖，示出了處於向後位置的環規，所有的擴展噴射流被暴露出來。
【具體實施方式】
[0018]在本發明的優選形式中，流體鑽削頭I由具有噴嘴3和4的可旋轉的噴嘴組件2形成，從噴嘴3和4分別發出高壓的鑽削流體(通常是水)引導噴射流5和6。
[0019]可旋轉噴嘴組件還包括擴展噴嘴7、8和9，從擴展噴嘴7、8和9分別發出擴展水噴射流10、11和12。
[0020]在附圖中以理想的方式將流體噴射流的軌跡示出為從每個噴嘴發射出的細長杆，另外，雖然實際上這些杆會被環規覆蓋或者阻擋，但是為了使它們的方向清楚起見，這些杆被示出為通過環規(稍後將進行描述)延伸。
[0021]流體鑽削頭設置有環規13，環規13的總直徑稍微小於將被鑽削的鑽孔的所需直徑，並且環規安裝在流體鑽削頭上，以被布置成在如圖4中所示的向後位置和如圖3中所示的向前位置之間相對於可旋轉的噴嘴組件2軸向地滑動，在向後位置，擴展噴射流10、11和12全部暴露，在向前位置，擴展噴射流被環規覆蓋或者蓋住，從而超過了由環規阻礙的程度而不能操作。擴展噴射流可從流體鑽削頭徑向地延伸，並且優選地，向後呈角度，如在附圖中所示。
[0022]環規適於接收通過所述環和所述切削頭的主體之間的環形孔14在各種噴射流的作用下而發出的切下物和鑽削流體流，並允許這些切下物向後通過環規的後邊緣中的開口15，在該開口 15處，這些切下物可通過鑽削頭的主體17中的通道16而向下流動到流體鑽削頭的主體。
[0023]滑動環規通過偏置裝置或者可選地通過流體壓力偏置到如圖3中所示的向前位置，所述偏置裝置可以是如可在圖3中看到的抵住環規的向後面對的肩部19的彈簧18，所述流體壓力由通過鑽削頭的軟管供應到腔室20的高壓鑽削流體提供，所述流體壓力再抵住肩部19，如圖4中所示。
[0024]在使用中，隨著流體鑽削頭在鑽孔中向如運動，環規13將最終接觸所述孔的端部，在所述端部處，引導噴射流5和6也已僅切割出相對小直徑的孔。這時，環規將由於周圍巖石而不能向前運動，但是工具的其餘部分將由於彈簧18或者液壓室20的抵住作用而自由地繼續向前運動。可仔細選擇偏置裝置的構造，以使工具相對於環規的向前運動具有所需要的速率。
[0025]隨著工具相對於環規向前運動，工具到達如圖4中所示的所有擴展噴射流10、11和12暴露的位置，從而允許擴展噴射流擴大鑽孔，直到鑽孔的直徑超過環規的直徑為止。接著，環規在彈簧18或者液壓室20的偏置作用下向前運動通過在圖2中所示的最後面的擴展噴射流12被蓋住或者覆蓋的位置，如果需要，環規會到達在圖3中所示的極限位置，在該極限位置，環規完全向前，所有的擴展噴射流10、11和12被蓋住或者覆蓋。
[0026]一旦處於圖3中所示的位置，在允許旋轉切割頭向前運動並且再次使環規被較窄直徑的鑽孔阻擋並向後運動方面，引導噴射流5和6的作用會再次變成主導作用。
[0027]在中間鑽削的情況下，環規可能位於如圖2中所示的平衡位置，但是在易於鑽削的情況下，環規通常將完全向前運動到在圖3中所示的位置，從而允許引導噴射流5和6在沒有擴展噴射流的作用下持續延長孔，所述擴展噴射流使孔的直徑變得過大，並使帶走切下物噴射流的回流水的流速減小。
[0028]假設滑動環規將在均勻的巖石的條件下很好地工作，但是在不均勻的巖層下，例如，當切割頭沿著石頭/煤界層運行時，環規將被較硬的材料(石頭)往回推，並且更易於被鑽削的巖層(煤)將被過多地鑽削或者過多地擴展到過大的直徑。假設可開發出該發明的進一步的實施例，其中，環規沿著其周向被分割，使得每部分可與相鄰的部分獨立地操作，以克服該問題。
[0029]按照這種方式，提供一種流體鑽削頭，與迄今為止能夠穿過巖石和煤或者各種密度的其他巖層而鑽的鑽孔的直徑相比，該流體鑽削頭將能使鑽孔的直徑更加均勻。滑動環規的使用避免了對鑽削流體的非常高的進給速率的需求以及過分仔細的噴嘴選擇，二者是當前僅有的嘗試控制鑽孔直徑的方式。通過仔細地控制鑽孔直徑並因此保持通過橫向鑽孔的流體的回流流速處於高水平，避免了在橫向鑽孔的底部建起切下物的場所，並減小了對軟管的摩擦拖拽。與迄今為止使用傳統的流體鑽削頭鑽削的鑽孔的長度相比，這允許鑽孔被鑽削得更長。
【權利要求】
1.一種用於穿過巖石鑽削鑽孔的流體鑽削頭，所述流體鑽削頭具有可旋轉的噴嘴組件和環規，所述可旋轉的噴嘴組件包括多個噴嘴，所述多個噴嘴布置成當被提供有壓力下的流體供應時形成流體噴射流，所述流體噴射流包括:一個或者更多引導噴射流，沿著所述鑽削頭的運動的總體方向被引導；一個或者更多擴展噴射流，總體上沿著徑向被引導並被布置成擴大通過所述引導噴射流形成的最初的孔，所述環規位於所述切割頭之後並且所述環規的大小為所述鑽孔的所需直徑，所述環規被布置成相對於所述旋轉切削頭在所述或者每個擴展噴射流被暴露的向後位置和一些或者所有擴展噴射流被環規覆蓋的向前位置之間沿著軸向滑動。
2.如權利要求1所述的流體鑽削頭，其中，設置偏置裝置，所述偏置裝置被布置成使環規朝著向前位置偏置。
3.如權利要求2所述的流體鑽削頭，其中，所述偏置裝置包括彈簧。
4.如權利要求2所述的流體鑽削頭，其中，所述偏置裝置包括來自在抵住環規上的向後面對的表面的壓力下所供應的鑽削流體的液壓力。
5.如權利要求2所述的流體鑽削頭，其中，所述偏置裝置包括來自在抵住環規上的向後面對的表面的壓力下所供應的鑽削流體的液壓力和彈簧的組合。
6.如權利要求1所述的流體鑽削頭，其中，環規沿著其周向被分割，使得每個部分能夠獨立於相鄰的部分沿著軸向滑動。
7.如前述權利要求中任一項所述的流體鑽削頭，其中，所述一個或者更多擴展噴射流向後呈角度。
8.一種流體鑽削頭，所述流體鑽削頭基本上能夠按照參照附圖描述於此的方式被構造、布置和操作。
【文檔編號】E21B7/18GK103443387SQ201280010491
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年2月23日 優先權日:2011年2月25日
【發明者】斯科特·克里斯多福·亞當 申請人:Cmte發展有限公司