帶有抗破裂沖洗孔的柄部適配器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]—種形成巖鉆設備的組成部分的巖鉆柄部適配器，并且具體地但不排它地，一種具有沖洗孔的柄部適配器，沖洗孔的邊緣的形狀型面構(gòu)造成使得在孔的區(qū)域處響應于壓縮力和/或拉伸力形成的應力和應力集中最小化。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊鉆進是一種成熟技術(shù)，其通過從安裝在鉆柱一端處的巖石鉆頭傳遞到鉆孔底部處的巖石的錘打沖擊來破碎巖石破碎巖石需要的能量由液力驅(qū)動活塞產(chǎn)生，該液力驅(qū)動活塞接觸被設置在鉆柱的與鉆具相反的端部處的柄部適配器?；钊矒暨m配器，形成應力(或者震動)波，該應力(或者震動)波通過鉆柱傳播并且最終傳播到鉆孔的巖石底部。
[0003]柄部適配器典型地包括內(nèi)部孔道，用以允許將沖洗流體傳送到鉆具的區(qū)域。沖洗流體既能冷卻工具，又能將鉆肩和細粉從鉆孔排出常規(guī)地，流體經(jīng)由適配器壁中的徑向延伸孔被引入到柄部適配器中，該徑向延伸孔浸沒在流體箱中，且在孔的任一側(cè)上軸向地對適配器的外表面密封。帶有內(nèi)部沖洗孔道的示例柄部適配器在CA 2,247,842,GB 2352671、WO 2012/032485、W0 2008/133584和WO 2004/079152中描述。
[0004]現(xiàn)有柄部適配器的常見問題在于:部分地由于撞擊活塞產(chǎn)生的壓縮應力和拉伸應力以及特別地通過適配器傳輸?shù)姐@柱且最終傳輸?shù)姐@具的沖擊波，適配器壁易于隨著起源于沖洗孔且從沖洗孔傳播的裂縫而破裂。在地下應用中，氣蝕破壞促使了裂紋發(fā)生，從而加劇了該問題。柄部適配器故障對于用戶來說是一特殊問題，因為它經(jīng)常破壞在圍繞適配器的流體殼體處的橡膠密封件。在檢修部件時需要費時的替換工作，結(jié)果導致非常不期望的停機時間。WO 2004/079152公開了一種沖洗孔，其嘗試降低在孔的區(qū)域處的應力，以緩和破裂。但是，仍存在對于如下柄部適配器的需求，該柄部適配器的沖洗孔進一步降低或者消除了響應于通過適配器施加和傳輸?shù)膲嚎s力及拉伸力而破裂的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種巖鉆柄部適配器，其具有用于將沖洗流體引入到適配器中的進入孔，該進入孔構(gòu)造用以最小化或者消除適配器壁經(jīng)由從沖洗孔傳播的裂縫而破裂的可能性。另一目的在于提供一種柄部適配器，其構(gòu)造用以抵抗在沖洗孔的區(qū)域處經(jīng)受的拉伸力和壓縮力。
[0006]該目的通過沖洗孔的具體形狀構(gòu)造且特別地通過孔相對于適配器的軸向長度的最前區(qū)域和最后區(qū)域的形狀構(gòu)造實現(xiàn)。具體地，本發(fā)明的沖洗孔包括位于孔的這些軸向最前和最后部分處的非彎曲直部段，用以在不增大其它孔區(qū)域處的應力的情況下明顯降低在這些區(qū)域處的拉伸應力。因此，本發(fā)明的構(gòu)造有利地明顯增大了適配器的使用壽命，特別是在這一破壞模式成問題的環(huán)境中。根據(jù)具體實現(xiàn)，本發(fā)明的沖洗孔包括超橢圓形形狀型面，其中孔或者狹槽的軸向最前區(qū)域和最后區(qū)域不包括弧形，該弧形否則將引起從其可開始裂縫的區(qū)域?，F(xiàn)有適配器的孔的彎曲的、圓化的或者弧形的軸向端部區(qū)域用根據(jù)本發(fā)明的直部段替換。重要的是，直部段的端部延續(xù)到彎曲部段中，彎曲部段中的各曲線由多個曲率半徑形成，以便提供從孔的前向部段和后向部段到孔的相應的側(cè)部段的平滑且漸變的過渡。
[0007]根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種巖鉆柄部適配器，其包括:伸長的主體，其具有朝向活塞定位的第一端，和朝向鉆柱定位的第二端;主體，其包括軸向延伸的內(nèi)部孔道，以允許沖洗流體經(jīng)由第二端流到鉆柱;沖洗孔，其在徑向上通過主體延伸至內(nèi)部孔道，所述孔在外部側(cè)由邊緣限定，所述邊緣具有軸向前向區(qū)域，該軸向前向區(qū)域定位為比軸向后向區(qū)域更接近第二端，所述軸向后向區(qū)域定位為更接近第一端;其特征在于:所述邊緣的最前區(qū)域和最后區(qū)域包括直部段，各直部段在每個端部處均由一相應的彎曲部段接界。
[0008]適配器進一步包括典型可以被認為是側(cè)部段的部分，該側(cè)部段在軸向上在相應的彎曲部段的端部之間延伸，以完成邊緣，從而形成閉環(huán)。優(yōu)選地，側(cè)部段是直的。更優(yōu)選地，側(cè)部段平行于適配器的縱向軸線對準。這樣的構(gòu)造有利地便于制造，因為沖洗孔可用常規(guī)鉆具在軸向上推進以產(chǎn)生伸長的狹槽而形成。
[0009]優(yōu)選地，直部段垂直于適配器的縱向軸線對準。這有益地使得在孔的區(qū)域處的應力集中最小化，這是因為圍繞所述孔的應力相對于適配器的縱向軸線以非對稱方式變化。亦即，本發(fā)明構(gòu)造成盡可能地降低由于沖擊波通過適配器傳輸時圍繞所述孔的應力類型(壓縮和拉伸)差異而引起的適配器壁破裂的風險。
[0010]優(yōu)選地，彎曲部段包括由多個半徑形成的彎曲型面，以便彎曲半徑在離開各直部段、垂直于適配器的縱向軸線的方向上減小。這有利地提供了從直部段到側(cè)部段的平滑漸變過渡，以便由于壓縮載荷以及拉伸載荷引起的應力集中最小化，特別是降低了響應于壓縮力的疲勞。
[0011]所述孔的邊緣的形狀型面離開軸向最末端的直部段逐漸地彎曲，以消除適配器壁中可能因非平滑或成角度的邊緣部段而產(chǎn)生高應力集中區(qū)域的區(qū)域。
[0012]優(yōu)選地，邊緣的形狀型面是伸長的，以便在垂直于適配器的縱向軸線的平面中，孔的軸向長度大于孔的寬度。優(yōu)選地，孔在邊緣處的形狀型面是大致矩形的，其中矩形的角部按照多個曲率半徑彎曲。將一系列不同的曲率半徑用于孔邊緣的各弓形區(qū)域消除了在相對于縱向軸線的邊緣方向上的急劇變化。優(yōu)選地，在垂直于適配器的縱向軸線的平面中，各前向直部段和后向直部段的長度大致相等。優(yōu)選地，在軸向平面且在垂直于適配器的縱向軸線的平面中，邊緣的形狀型面均是對稱的。對稱的形狀型面既有利于易制造性，而且有利于圍繞孔的區(qū)域以及在大體整個適配器上的均勻應力分布。
[0013]優(yōu)選地，邊緣的形狀型面在徑向方向上從外部側(cè)通過伸長的主體到內(nèi)部孔道被保持。亦即，孔的形狀型面通過適配器壁的徑向方向在外表面和內(nèi)部孔道之間是均一的。具體地，沖洗孔的內(nèi)部邊緣的形狀型面對應于在適配器的外部側(cè)處的邊緣的形狀型面，且與之大致相同。因此，在孔的區(qū)域處的應力特性旨在圍繞孔的區(qū)域在徑向方向上通過適配器壁且特別地通過伸長的主體的外表面及內(nèi)表面都是均一的。
[0014]可選地，邊緣的形狀型面通過等式(x/a)n+(y/b)n=l限定，其中X與適配器的縱向軸線對準。優(yōu)選地，a大致等于b，并且其中η是包括小數(shù)的實數(shù)，其中可選地，3<n<5?？蛇x地，a = r; b = r+dr，其中_r < dr < r并且優(yōu)選地dr = O，其中r可以在O到W/2的范圍中，其中W是孔在垂直于適配器的縱向軸線的方向上的寬度?？蛇x地，根據(jù)具體實現(xiàn)，r在O和15之間，且可選地，在2至13之間。
[0015]根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了包括如本文要求保護的柄部適配器的巖鉆設備。優(yōu)選地，設備進一步包括:伸長的活塞，該伸長的活塞具有主長度和與適配器的第一端接觸的能量傳遞端;和鉆柱，其由多個被聯(lián)接的伸長的鉆桿形成，其中鉆柱的最后的鉆桿聯(lián)接到適配器的第二端。
【附圖說明】
[0016]現(xiàn)在將參考附圖僅僅舉例說明本發(fā)明的具體實現(xiàn)，其中:
[0017]圖1例示了根據(jù)本發(fā)明具體實現(xiàn)的形成巖鉆設備的組成部分的柄部適配器的外側(cè)視圖，包括伸長的鉆柱和液力驅(qū)動的往復移動活塞；
[0018]圖2例示了通過圖1中的適配器的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0019]圖3例示了在圖2的適配器中的沖洗孔道的放大橫截面圖；
[0020]圖4例示了形成在根據(jù)本發(fā)明具體實現(xiàn)的圖1的適配器中的沖洗孔的放大外側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0021]參考圖1，巖鉆設備包括伸長的能量傳遞適配器100，能量傳遞適配器100包括主體(或長度部段)101，主體101具有相對于縱向軸線109的前向端103和后向端104。多個軸向平行的伸長的花鍵106在伸長的主體1I的朝向后向端104的后向區(qū)域處從外表面102向外徑向突出。花鍵106構(gòu)造成由旋轉(zhuǎn)馬達(未示出)的相應的花鍵接合，以在鉆進操作期間引起適配器100繞軸線109的旋轉(zhuǎn)。適配器100進一步包括沖洗孔道105，沖洗孔道105在軸向上定位在端部103、104之間，并且從外表面102在徑向上延伸通過適配器主體101至在適配器100中軸向延伸的內(nèi)腔或者區(qū)域。
[0022]適配器100構(gòu)造用于聯(lián)接到伸長的鉆柱，并允許將應力波傳輸?shù)轿挥阢@孔的最深區(qū)域處的鉆具(未示出)，以施加沖擊鉆進動作。具體地，適配器的前向端103可以聯(lián)接到最后的伸長的鉆桿107的后向端，鉆桿107形成鉆柱的組成部分。最后的適配器端104構(gòu)造成由液力驅(qū)動活塞108接觸，以在適配器100和鉆柱內(nèi)產(chǎn)生應力波。該設備進一步包括圍繞適配器表面102定位在外部的沖洗流體箱及關聯(lián)的密封、閥和栗(未示出)，以便沖洗孔105浸沒