向下打孔冲击钻机用排放阀和钻头组件的利记博彩app

专利名称：向下打孔冲击钻机用排放阀和钻头组件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及向下打孔(down-hole)钻机组件，且更具体说来，涉及 用于这种向下打孔钻机的钻头组件。
背景技术：
向下打孔沖击钻机通常包括与加压工作流体(例如，压缩空气)源 相连的套管，可移动地安置于套管内并通过流体往复驱动的活塞， 以及与套管连接并在外面上包括切割元件的钻头。在使用中，工作 流体被适当地引导以使活塞在碰撞位置(在该碰撞位置，活塞撞在钻 头内端上)与初始位置或驱动位置之间进行往复运动，其中从该初始 位置或驱动位置驱动活塞以在与钻头相撞之前达成一定量的动量。 通过引入到大体上界定于活塞与钻头之间的返回室内的流体使活塞 向驱动位置移位。然而，在活塞开始向驱动位置移动(即，远离钻头) 之后，必须排空该返回室内的流体，优选地通过钻头的纵向穿孔(bore) 来排出以防止在活塞返回与钻头相撞时该流体减緩活塞。
为了防止该返回室过早排空，冲击钻机常常配备有称作排放管 或"脚"阀的装置，该装置从钻头接触端延伸到返回室内。该阀的 一部分可插入到活塞通道内以防止在活塞到达距钻头特定距离之前 排空腔室。该阀插入到钻头穿孔内且通常通过从该阀凸出的 一或多 个环形肩部而维持在穿孔内，该环形肩部变得被安置于从该穿孔在 径向向外延伸到钻头体内的环形凹槽中。尽管这种用于将阀保持在 钻头穿孔内的设计通常是有效的，但是应力倾向于集中在阀肩部与 钻头凹槽之间的接触点上，这可能造成阀的早期失效。

发明内容
在一个方面，本发明为冲击钻机用钻头组件，该钻机包括具有 内室的套管。该钻头组件包括钻头，该钻头可与该套管连接且具有
纵向穿孔和在中心延伸穿过该穿孔的轴线。该穿孔具有保持器(retainer) 部分，该保持器部分具有绕该轴线在周边延伸且大体上面向该轴线 的至少一个大体上为锥形的内表面。另外，大体上圆柱形的阀具有 纵向通道，该通道具有可与返回室流体连通的入口和与可钻头中心 穿孔流体连通的出口 ，在中心延伸穿过该通道的轴线以及接合部分。 该接合部分具有至少 一个大体上为锥形的外表面，该锥形外表面绕 该阀轴线在周边延伸且大体上背向该阀轴线。此外，阀接合部分可 被安置于钻头穿孔保持器部分内，使得阀锥形外表面被安置于钻头 锥形内表面内并且与该钻头锥形内表面相抵以保持该阀与该钻头结 合。
在另一方面，本发明为沖击钻机组件，其包括具有内室和纵向 轴线的套管，可移动地安置到套管室内的活塞。该活塞大体上可沿 轴线移位且具有中心纵向轴线。钻头可与套管连接且具有纵向穿孔 和在中心延伸穿过该穿孔的轴线。该穿孔具有保持器部分，该保持 器部分具有绕该轴线在周边延伸且大体上面向该轴线的一或多个大
体上为锥形的内表面，当该钻头具有至少两个表面时，该等锥形表 面在轴向间隔。另外，大体上为圆柱形的阀具有纵向通道，该通道 具有与返回室流体连通的入口和与钻头中心穿孔流体连通的出口 ， 在中心延伸穿过该通道的轴线和接合部分。该阀接合部分具有绕该 阀轴线在周边延伸且大体上背向该阀轴线的 一 或多个大体上为锥形 的外表面，当该阀具有至少两个表面时该等锥形表面在轴向间隔。 此外，阀接合部分被安置于钻头穿孔保持器部分内从而使该阀与钻 头结合，每一阀锥形外表面与各自的钻头锥形内表面相抵安置。
在又一方面，本发明仍为冲击钻机用钻头组件，该钻机包括具 有内室的套管。钻头組件包括钻头，该钻头可与套管连接且具有纵
向穿孔和在中心延伸穿过该穿孔的轴线。该穿孔具有保持器部分， 该保持器部分具有绕该轴线在周边延伸且大体上面向该轴线的至少 一个大体上为锥形的内表面，该锥形内表面沿该穿孔的大部分延伸。 大体上为圆柱形的阀具有带纵向通道的阀体，该通道具有可与该套 管室流体连通的入口和可与该钻头中心穿孔流体连通的出口 。轴线 在中心延伸穿过该通道，该阀体具有沿该轴线的长度和接合部分， 该接合部分具有绕该阀轴线在周边延伸并且大体上背向该阀轴线的 至少一个大体上为锥形的外表面。该阀接合部分可安置于该钻头穿 孔保持器部分内，使得阀锥形外表面至少部分被安置于钻头锥形内 表面内以保持该阀与该钻头结合，该阀外表面的至少大部分可与钻 头内表面接合从而在锥形内表面与锥形外表面之间产生大体上均一 的接触压力。
在又一方面，本发明为冲击钻机用排放阀，该钻机包括带内室 的套管和可与该套管连接的钻头。该钻头具有内端和外端以及在两 端之间延伸并且具有内环向表面的纵向穿孔。排放阀包括大体上为 圆柱形的阀体，该圆柱形阀体具有第 一端与第二端和在两端之间延 伸的纵向通道，该通道具有在第一端可与套管室流体连通的入口且 在第二端可与钻头中心穿孔流体连通的出口。该阀体包括可安置于 套管室内大体上为圆柱形的调节器部分和与该调节器部分在轴向间 隔且至少部分可安置于钻头穿孔内端的大体上为锥形的接合部分。 该接合部分具有至少一个大体上为锥形的外表面，该锥形外表面可 与钻头穿孔内表面摩擦接合以保持阀与钻头结合。另外，至少一个 锥形表面具有大体上位于最接近调节器部分的第 一 周向边缘，大体 上位于最接近阀体第二端的第二周向边缘以及在表面第一边缘的第 一值与在表面第二边缘的第二值之间大体上呈线性变化的外直径， 该直径第二值大于该直径第一值。


在结合附图阅读时，前面的发明内容，以及本发明的优选实施 例的详细描述将会被更好地理解。出于说明本发明的目的，在附图 中用图解的方式示出目前优选的实施例。然而，应了解本发明并不 限于所示的精确排列和手段。在附图中；
图1为具有根据本发明的钻头组件的钻机的剖视截面图2为钻头组件的第一结构的放大剖视截面图，其显示钻头与
阀在其结合之前是间隔的；
图3为图2的钻头与阀的另一》t大剖一见截面图，其显示阀与钻
头结合；
图4为图3的一部分的在很大程度上放大的剖视图； 图5为该阀的一个优选结构的正4见图6钻头组件的第二结构的放大剖视截面图，其显示钻头与阀 在其结合之前是间隔的；
图7为图6的钻头与阀的另一;^大剖3见截面图，其显示阀与钻 头相结合；以及
图8为图7的一部分的在很大程度上放大的剖视图。
具体实施例方式
意义。词语"下部"、"上部"、"向上，，"下，，和"向下，，表示 做出参考的附图中的方向。词语"内部"、"向内"和"外部，，、
"向外"分别指朝向和远离所描述元件的指定中心线或几何中心的 方向，特定意义从描述的上下文显而易见。另外，如本文所用的词 语"连接(连通)"意欲包括在无任何其它构件插入其间的情况下两个 构件之间的直接连接(连通)和其中一个或多个其它构件插入其间的构 件之间的间接连接(连通)。术语包括上文具体提到的词语、这些词语 的衍生词以及具有类似意义的词语。
现详细参看附图，其中，在所有附图中相同的附图标记用于表 示相同的元件，在图1至图8中显示了冲击钻机1用钻头组件10。
钻机1包括套管2,该套管2具有内室3和纵向轴线2a;和可移动地 安置于套管室3内以大体上可沿轴线2a移位的活塞4，该活塞4具 有中心纵向通道4a。钻头组件10基本上包括可与套管2连接的钻头 12和可与该钻头12结合的大体上为圆柱形或管状的排放阀14。钻 头12具有纵向穿孔13，在中心延伸穿过穿孔13的轴线12a,和相对 的内轴向端12b和外轴向端12c，当钻头12与套管2连接时，内端 或上端12b被安置到套管2内(且可与活塞4接触)且外端或下端12c 大体上被安置于套管2的外部。钻头穿孔13具有保持器部分16和 流动部分27，该保持器部分16具有绕轴线12a在周边延伸且整体上 面向该轴线12a的至少一个大体上为锥形的内表面18，且流动部分27 在接合部分16与钻头外端12c之间延伸。在图1至图5所示的第一 结构中，钻头12具有沿保持器部分16的大部分(即，基本上整个范 围)延伸的单一锥形内表面18。或者，在图6至图8所描绘的第二结 构中，钻头保持器部分16包括大体上沿钻头轴线12a间隔的多个锥 形表面区19(例如，如图所示，三个区19A、 19B、 19C)和在每一对 邻近锥形表面区19之间延伸的一或多个大体上凹入的表面21(图8)， 如在下文中进一步详细描述的那样。
另外，排;改阀14具有纵向轴线14a、沿轴线14a间隔的相对端 14b、 14c以及纵向通道15。阀通道15具有延伸穿过阀第一端或上端 14b并可与套管室3流体连通的第一端口或入口 15a和延伸穿过阀第 二端或下端14c并可与钻头中心穿孔13流体连通的第二端口或出口 15b,轴线14a在中心延伸穿过通道15。优选地，阀14包括大体上 为圓柱形的阀体17，该圆柱形阀体17具有第一端17a与第二端17b 和在两端17a、 17b之间延伸并提供通道15的大体上为圓形的孔17c, 但是阀14可替代地构造为具有能够大体上如本文所述起作用的任何 其它适当形状/结构。
另外，阀14具有接合部分20,该接合部分20具有绕该阀轴线 14a在周边延伸且大体上背向该阀轴线14a的至少一个大体上为锥形 的外表面22。在图1至图5所示的第一结构中，该阀14具有沿接合 部分20的大部分或轴向范围延伸的单一锥形外表面22。更具体说来， 阀体17具有沿轴线14a的长度L且锥形外表面22(和因此接合部分20) 优选地沿阀体长度L的大部分延伸(例如，长度L的大约一半)，使得 由阀接合部分20提供比较大的接触面积。在图6至图8所描绘的第 二结构中，阀接合部分20包括大体上沿阀轴线14a间隔的多个锥形 表面区23(例如，如图所示，三个区23A、 23B、 23C)和在每一对邻 近锥形表面区23之间延伸的一或多个大体上凹入的表面25，如在下 文更详细地描述的那样。
参看图1、图3和图4，在第一结构中，阀接合部分20可安置 于钻头穿孔保持器部分16内以使阀14与钻头12结合，使得阀锥形 外表面22基本上完全与钻头锥形内表面18相抵安置。换言之，当 阀14与钻头12接合时，阀锥形外表面22的至少大部分与阀锥形内 表面18接触或接合。在第二钻头组件结构的情况下，每一阀锥形外 表面区23A、 23B、 23C等基本上完全分别与钻头锥形内表面区19A、 19B、 19C等的个别的一个相抵安置，如在图6中所示。优选地，阀 锥形外表面22或表面区23各可与钻头锥形内表面18或相应表面区 19摩擦地接合从而使阀14与钻头12结合。更优选地，阀锥形表面 22或表面区23各可与钻头锥形表面18/表面区19接合使得在两个锥 形表面18、 22或表面区19、 23之间的正常压力或"接触，，压力P 在大体上沿钻头轴线14a延伸的接触区Zc内的所有点至少大体上且 优选地基本上均一(参看图4)。换言之，使阀14与钻头12结合的摩 4察力F在阀锥形外表面22或表面区23与穿孔锥形内表面18或表面 区19之间的所有接触点大体上相等。尽管在连接之后优选地维持两 个部件12、 14结合在一起，但可通过施加足够的轴向力使阀接合部 分20从钻头保持器部分16滑出而使阀14与钻头12分开。
参看图2至图5,在钻头组件10的第一结构的情况下，穿孔锥 形内表面18具有在轴向间隔的周向边缘18a、 18b以及内直径Dp 第一边缘18a大体上位于最接近钻头内端12b处且第二边缘18b大体 上位于钻头内端12a与外端12b之间。穿孔锥形表面内直径A在表 面第一边缘18a的第一值V 与表面第二边缘18b的第二值V^之间 大体上呈线性变化，第二值VI2大于第一值V 。换言之，穿孔锥形 内表面18的内直径D一人第二边缘18b到第一边缘18a以大体上恒定 的锥角AB逐渐变小，如图2与图3所示。以类似的方式，阀锥形外 表面22具有在轴向间隔的第一周向边缘22a和第二周向边缘22b以 及外直径D。，当阀14与钻头12结合时阀表面第一边缘22a被安置 于最接近钻头表面第一边缘18a处且阀表面第二边缘22b被安置于最 接近钻头表面第二边缘18b处。阀外直径D。在阀表面第一边缘22a 的第一值VQ1与阀表面第二边缘22b的第二值V。2之间大体上呈线性 变化，第二值V。2大于第一值V01。因此，阀锥形外表面22的外直 径D。从第二边缘22b到第一边缘22a以大体上恒定的锥角Av逐渐 变小(参见图2与图3)。阀锥角Av基本上等于钻头锥角AB;优选地， 钻头锥角Ae与阀锥角Ay中每一者具有在大约0.5°到大约3. 0。之间 的值。
另外，当阀14与钻头12分开或不与钻头12 "接合"时，阀外 直径D。的第 一值V。，大于钻头内直径DT的第 一值Vn且阀外直径D。 的第二值V。2大于钻头内直径^的第二值VI2。换言之，当两个构件 12、 14分开时，阀外表面22自阀轴线14a向外间隔的径向距离大于 钻头内表面18与钻头轴线12a间隔的径向距离。因此，当阀接合部 分20插入到穿孔保持器部分16内时，通过干涉配合使阀14与钻头 12接合。具体说来，阀接合部分20必须压入配合到穿孔保持器部分 16内，由于上文所述的结构的原因，这在配合表面18、 22之间产生 基本上均一的接触压力P和因此保持阀14与钻头12结合的摩擦力。
参看图6至图8，以与第一结构类似的方式，第二钻头结构的每 一穿孔锥形内表面区19具有在轴向间隔的周向边缘19a、 19b和内直 径DSI。每一第一边缘19a大体上位于较接近钻头内端12b处且每一 第二边缘19b大体上位于距钻头内端12b较远处， 一或多个凹入表 面21在一个表面区(例如，19A)的第二边缘19b与邻近表面区(例如， 19B)的第一边缘19b之间延伸。每一穿孔锥形表面区内直径D^在表 面第 一边缘19a的第 一值VSI1与在表面第二边缘19b的第二值VSI2之 间大体上呈线性变化，第二值VSI2大于第一值VSI2，使得内表面区 19A 、 19B 、 19C的每一 内直径DSI从第二边缘19b到第 一边缘19a以 大体上恒定的锥角AsB逐渐减小，如图6所示。同样，第二阀结构的 阀锥形外表面区23各具有在轴向间隔的第一周向边缘23a和第二周 向边缘23b和外直径Dso，在一个表面区(例如，23A)的第二边纟彖23b 与邻近表面区(例如，23B)的第一边缘23a之间延伸的一或多个凹入 表面25。当阀14与钻头12结合时，每一阀表面区第一边缘23a被 安置于最接近相应的钻头表面区第一边缘19a处，且每一阀表面第二 边缘23b被安置于最接近相应钻头表面区第二边缘19b处。每一阀 表面区外直径Ds。在阀表面第一边缘23a的第一值VS()1与阀表面第 二边23b的第二值V践之间大体上呈线性变化，第二值Vs。2大于第 一值VSQ1。因此，每一阀锥形外表面区23的外直径Ds。从每一第二 边缘23b到每一第一边缘23a以大体上恒定的锥角Asy逐渐变小，且 多个表面区23的角度Asv基本上相等(参看图6)。另外，每一阀表面 区锥角Asv基本上等于每一相应钻头表面区19的锥角ASB;优选地， 钻头表面区锥角A③与阀表面区锥角Asv中的每一者具有在大约3°与 大约5。之间的值，且因此大于第一钻头组件结构的锥角AB、 Ay(原 因在下文中解释)。
另外，如同第一结构，当第二结构的阀14与钻头12彼此分开 或彼此并未接合时，每一阀表面区23的外直径D犯的第一值VS01大 于相应钻头表面区19的内直径D^的第一值VSI1,且每一外直径第 二值Vso2大于每一相应的内直径第二值VSI2。因此，当两个构件12、
14分开时，每一阀外表面区23自阀轴线14a向外间隔的径向距离大 于相应钻头内表面区19与钻头轴线12a间隔的径向il巨离。因此，当 阀接合部分20插入到穿孔保持器部分16内时，通过干涉配合使阀14 与钻头12接合，使得阀接合部分20必须压入配合到穿孔保持器部 分16内，由于上文所述结构的原因，这在每一对配合表面19、 23 之间产生基本上均一的接触压力P和因此保持阀14与钻头12结合 的摩擦力。
优选地，穿孔保持器部分16具有位于钻头轴向端12a、 12b之间 的内端16a，使得穿孔流动部分27从保持器端16a延伸到钻头外端12a 且穿孔锥形表面18的第二周向边缘18b与内端16a在轴向间隔(即， 朝向钻头内端12b)。因此，两个钻头组件结构的保持器部分16另外 具有大体上为圆柱形的内表面26和径向肩部表面28，其优选地通过 圓角表面31连接。圓柱形内表面26绕钻头轴线12a在周边延伸且在 保持器部分内端16a与锥形表面第二边缘18b之间在轴向延伸。肩部 表面28在圆柱形内表面26与穿孔流动部分27之间大体上在径向延 伸。另外，圆柱形内表面26优选地相对于穿孔流动部分27的内环 向表面27a在径向向外间隔，使得肩部表面28大体上朝向钻头内端 12b。
此外，第一钻头组件结构的阀锥形外表面22的第二边缘22b或 第二结构的"最下方"锥形外表面区23A(即，最接近阀第二端14c 的外表面区23)优选地与阀第二端14c在轴向间隔。因此，两个钻头 组件结构的阀接合部分20另外具有大体上圆柱形的外表面32。具体 说来，圆柱形外表面32绕阀轴线14a在周边延伸且在阀第二端12b 与锥形外表面第二边缘22b之间大体上在轴向延伸。另外，阀14也 具有位于阀第二端14c的大体上径向端面34，其绕阀第二端口 15b 延伸且可与穿孔肩部表面28接触，如下文所讨论。特别参看图5, 可形成阀接合部分20,以便也包括与圆柱形外表面32径向向内间隔 的偏移区38，使得大体上径向的肩部36在圆柱形外表面32与偏移 区38之间延伸，且在圆柱形表面32与端面34之间在轴向延伸。提 供这种偏移区38以便于将阀接合部分20插入到穿孔内端13a内。
在上文所述结构的情况下，当阀接合部分20被安置于钻头保持 器部分16内时，阀端面34大体上与穿孔肩部表面28相4氐安置且阀 圓柱形外表面32被安置于钻头圆柱形内表面26内。因此，阀肩部 表面32与钻头穿孔第一肩部表面28之间的接触实质上防止了阀14 与钻头12沿钻头轴线12a在第一方向d,的相对移位。另外，在钻机 1正常使用期间，阀锥形外表面22或表面区23分别与钻头锥形内表 面18或表面区19之间的接触防止了在阀14与钻头12之间沿轴线12a 在第二相反方向(12的相对移位。优选地，在钻头组件10的生产寿命 期间，阀14保持与钻头12结合，且钻头组件IO作为单一单元被丟 弃并替换。然而，如果需要将阀14与钻头12分开(例如，如果发现 新连接的阀14有缺陷/损坏)，那么沿轴线12a在第二方向4上向阀 14施加足够的力， -使得阀14径向向内变形到足够使阀锥形外表面22/ 表面区23与钻头锥形内表面18/表面区19相抵在第二方向dj骨动直 到阀14脱离钻头12的程度，如下文更详细地讨论的那样。
再次参看图5，阀接合部分16优选地另外具有从锥形外表面22 大体上径向延伸到阀14内且在接合部分20的相对的第一轴向端20a 与第二轴向端20b之间大体上轴向延伸的至少一个凹槽40。该一个 或多个凹槽40(仅显示一个)各可与套管室3以及与钻头穿孔13流体 连通，以便在阀14与钻头12结合时允许流体大体上在阀接合部分20 与穿孔器保持器部分16之间流动。这种流体流动从两个锥形表面18、 22之间的界面对流地传递可能在钻机1的正常操作期间所产生的热 能。优选地，凹槽40另外绕阀轴线14a在周边延伸，使得每一凹槽 40大体上为螺旋状的，但是可替代地具有相对于阀14的任何其它适 当形状及/或方位，诸如， 一或多个纵向狭槽(未图示)。
再次参看图1至图7,阀14另外具有在接合部分20与阀第一端 14b之间轴向延伸的大体上为圆柱形的"阀控(valving)"或"调节器
部分"50,使得调节器部分50包括阀第一端口 15a与中心通道15的 一部分。当阀14与钻头12结合且钻头12与套管2连接时，调节器 部分50从钻头内端12b且大体上沿套管轴线2a延伸到套管返回室3 内。另外，当活塞4a大体上位于最接近钻头内端12b处时，阀调节 器部分50可安置于活塞通道4a内。阀14通过配置以在调节器部分 50被安置到活塞通道4a内时防止流体在返回室3与钻头穿孔13之 间流动。或者，阀14通过配置以在活塞4以足够的距离与钻头内端 12b间隔时使套管室3与钻头穿孔13流体连通,从而使调节器部分50 与活塞4分开或不与活塞4接合。
优选地，钻头12基本上由金属材料形成，且更优选地由低碳钢 锻件机械加工而成。阀14优选地基本上由聚合材料形成，诸如用可 购自DuPont公司的挤压或模制DELRIN⑧(即，乙酰均聚物)或轻质金 属材料(例如，用铝铸造而成)机械加工而成。然而，利用任何适当材 料及/或通过任何适当方法来形成钻头12或阀14皆属于本发明的范 畴内，诸如，用合金钢铸造钻头12,用另一聚合物将阀14注射成型， 用低碳钢锻件或合金钢锻件机械加工阀14，用聚合材料与合金材料 的复合材料来形成阀14等。
在上文所述结构的情况下，本发明的钻头组件10通常按照以下 方式组装。在钻头12与套管2分开的情况下，阀第二端14c位于穿 孔内端13a处，且接着沿钻头轴线12a在第一方向c^施加力以使阀14 部分收缩(collapse)或变形从而能够使阀14沿钻头轴线12a移动。圆 柱形外表面32和随后锥形外表面22与钻头锥形内表面18或表面区 19相抵滑动直到阀圆柱形外表面32变得安置于穿孔圓柱形内表面26 内且之后阀径向端34接触钻头径向肩部28。在这一点，阀接合部分 20被完全安置于钻头保持器部分16内且然后阀调节器部分50远离 钻头内端12b延伸。如上文所讨论的那样，之后通过钻头与阀锥形 表面18、 22或表面区19、 23以及圆柱形表面26、 32之间的干涉配 合/摩擦相互作用来维持阀14与钻头12的结合。然后可将钻头组件 10安装于套管2中，使得钻头上端12b可与活塞撞击端4b接触且阀 调节器部分50可安置于活塞通道4a内或/及返回室3内。
比较钻头組件10的第一结构与第二结构，如上文所讨论，第一 结构的钻头12与阀14各具有沿保持器部分16和接合部分20的大 体上整个轴向长度IR、 lE轴向延伸的单一锥形表面18、 22。在第二 钻头组件结构中，钻头12与阀14各具有多个表面区19、 23，这些 表面区19、 23沿保持器部分16与接合部分20在轴向间隔且各沿总 保持器部分长度^或总接合部分长度1E的相等部分V、 1ep延伸(参看 图6)。通过减小每一接合表面对19、 23的轴向长度，与第一钻头组 件结构的锥角ASB、 Asv(例如，在大约0.5。与大约3. 0。之间)相比，第 二结构的内表面区19与外表面区23可各以更大或更E4,的锥角 ASB、 Asv形成(例如，在大约3°与大约5。之间)。
利用接合的钻头表面19与阔表面23之间更陡峭的锥角ASB、 Asv,减小了阀14相对于钻头12的轴向移位(一旦阀14开始磨损就 可能发生这种轴向移位)。然而，通过增加锥角ASB、 Asv,对于沿钻 头轴线12a与阀轴线14a的给定距离，内直径DSI与外直径DSQ以更 大的比率增加。因此，每一表面区19、 23的轴向长度部分lRp、 ljjp不 应超过预定值以避免具有大于最小钻头内直径D^以致在将阀14插 入到钻头12内期间阀材料失效或变得永久变形的最大阀外直径Ds。。 因此，为了提供锥角ASB、 Asv的增加值(即，为了减小阀轴向运动)， 防止阀14失效或永久变形并提供接触区Zc的足够的轴向长度，第二 钻头组件结构的钻头保持器部分16与阀接合部分20各形成有多个 锥形表面区19、 23。
本发明的钻头组件10具有优于阀14与钻头12的先前设计的多 种优点。通过在阀14与钻头12之间具有沿两个锥形表面18、 22或 成对表面区19、 23以及片主形表面26、 32大体上轴向延伸并绕两个 锥形表面18、 22或成对表面区19、 23以及柱形表面26、 32在周边 延伸的接触区Zc(参看图4与图7),两个构件12、 14之间的接触压
力被分散在比较大的面积上。因此，实质上减小了在阀14上的应力
集中，因此显著地减小了其失效率。另外，在穿孔锥形表面18或表 面区19大体上背向钻头内端12b且接合互补阀表面22或表面区23 的情况下，钻头12将倾向于向内朝向穿孔肩部表面28并背向钻头 内端12b偏压阀14,即使在阀14变得磨损的情况下。因此，两个接 触表面18、 22或每一对表面区19、 23的几何形状倾向于将阀14维 持在沿钻头轴线12a的所要位置并因此与钻头12结合。
本领域技术人员应了解，在不偏离本发明的广泛发明概念的情 况下，可对上文所述的实施例做出多种变化。因此，应了解，本发 明并不限于所公开的特定实施例，而是本发明意欲涵盖属于如所附 权利要求书所限定的本发明的精神与范畴内的修改。
权利要求
1.一种冲击钻机用钻头组件，所述冲击钻机包括具有内室的套管，所述钻头组件包括钻头，所述钻头可与套管连接且具有纵向穿孔和在中心延伸穿过所述穿孔的轴线，所述穿孔具有保持器部分，所述保持器部分具有绕所述轴线在周边延伸且大体上面向所述轴线的至少一个大体上为锥形的内表面；以及大体上为圆柱形的阀，所述圆柱形的阀具有纵向通道，所述通道具有可与所述套管室流体连通的入口和可与所述钻头中心穿孔流体连通的出口；在中心延伸穿过所述通道的轴线；和接合部分，所述接合部分具有绕所述阀轴线在周边延伸并且大体上背向所述阀轴线的至少一个大体上为锥形的外表面，所述阀接合部分可安置于所述钻头穿孔保持器部分内，使得所述阀锥形外表面被安置于所述钻头锥形内表面内并与所述钻头锥形内表面相抵，从而保持所述阀与所述钻头结合。
2. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于，当所述阀与 所述钻头接合时，所述阀锥形外表面的至少大部分接触所述阀锥形 内表面。
3. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于，所述阀锥形 外表面可与所述钻头锥形内表面摩擦地接合，以便保持所述阀与所 述钻头结合。
4. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于，所述阀锥形 外表面可与所述钻头锥形内表面接合，使得所述两个锥形表面之间 的接触压力在沿所述钻头轴线的所有的点上基本上是均 一 的。
5. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于所述钻头具有相对的内轴向端与外轴向端，当所述钻头与所述 套管连接时，所述内端被安置于所述套管内且所述外端被安置于所 述套管的大体上外部，且所述穿孔锥形内表面具有轴向间隔的周向 述第一边缘和第二边缘以及内直径，所述第一边缘位于最接近所述 钻头内端处且所述第二边缘大体上位于所述钻头内端与外端之间， 所述内直径在所述表面第一边缘的第一值与所述表面第二边缘的第二值之间大体上呈线性变化，所述第二值大于所述第一值；以及所述阀锥形表面具有轴向间隔的第 一周向边缘与第二周向边缘 以及外直径，当所述阀与所述钻头结合时所述阀表面第 一 边缘被安 置于最接近所述钻头表面第一边缘处，且所述阀表面第二边缘被安 置于最接近所述钻头表面第二边缘处，所述外直径在所述阀表面第 一边缘的第一值与所述阀表面第二边缘的第二值之间大体上呈线性 变化，所述外直径第二值大于所述外直径第一值。
6. 根据权利要求5所述的钻头组件，其特征在于，所述阀外直 径第 一值大于所述钻头内直径第 一值，且所述阀外直径第二值大于 所述钻头内直径第二值，使得通过干涉配合使所述阀与所述钻头接 合。
7. 根据权利要求5所述的钻头组件，其特征在于 所述钻头穿孔另外具有在所述保持器部分与所述钻头内端之间延伸的流动部分，且所述保持器部分另外包括大体上圓柱形的内表 面和肩部表面，所述圆柱形内表面绕所述钻头轴线在周边延伸且在 所述锥形内表面第二边缘与所述流动部分之间在轴向延伸，所述肩 部表面在所述圓柱形内表面与所述穿孔流动部分之间径向延伸且绕 所述钻头轴线在周边延伸，所述肩部表面大体上面向所述钻头内端； 以及所述阀具有相对的第一轴向端与第二轴向端，所述阀第一端可 安置于所述套管室内，且所述阔第二端可安置于所述钻头穿孔内， 且所述阀接合部分另外具有大体上圆柱形的外表面以及位于所述阀 第二端的径向端面，所述圆柱形外表面绕所述阀轴线在周边延伸且 在所述锥形外表面第二边缘与所述阀第二端之间大体上轴向延伸， 当所述阀与所述钻头结合时所述阀端面大体上与所述钻头肩部相抵 安置，且所述阀圆柱形外表面被安置于所述钻头圆柱形内表面内。
8. 如权利要求6所述的钻头组件，其特征在于，在所述钻机组 件的使用过程中，所述阀端面与所述钻头肩部表面之间的接触基本对移位，且所述阀锥形外表面与所述钻头锥形内表面之间的接触大 体上防止了所述阀与所述钻头在沿所述轴线在第二相反方向上的相 对移位。
9. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于所述钻头具有相对的内轴向端与外轴向端，当所述钻头与所述 套管连接时所述内端被安置于所述套管内且所述外端被大体上安置 于所述套管外部，且所述穿孔锥形表面具有轴向间隔的周向第一边 缘和第二边缘，所述第 一边缘位于最接近所述钻头内轴向端处且所 述第二边缘大体上位于所述钻头内轴向端与外轴向端之间，所述锥 形内表面具有内直径，所述内直径从所述第二边缘向所述第 一边缘 以大体上恒定的锥角逐渐减小；以及所述阀锥形外表面具有轴向间隔的第 一周向边缘与第二周向边 缘，当所述阀与所述钻头结合时所述阀表面第一边缘被安置于最接 近所述钻头表面第一边缘处，且所述阀表面第二边缘被安置于最接 近所述钻头表面第二边处，所述锥形外表面具有外直径，所述外直 径从所述第二边缘向所述第 一边缘以大体上恒定的锥角逐渐减小， 所述阀锥角基本上等于所述钻头锥角。
10. 根据权利要求9所述的钻头组件，其特征在于，所述钻头锥 角与阀锥角中的每一个都具有在大约0.5°与大约3. 0。之间的值。
11. 根据权利要求9所述的钻头组件，其特征在于 所述钻头锥形内表面的所述内直径具有在所述第一表面边缘的第一值和在所述第二表面边缘的第二值，所述内直径第一值实质上 大于所述第二值；以及 所述阀锥形外表面的所述外直径具有在所述第一表面边缘的第 一值和在所述第二表面边缘的第二值，所述外直径第一值实质上大 于所述第二值。
12. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于 所述钻头具有相对的内轴向端与外轴向端，所述保持器部分大体上从所述钻头内端延伸，所述钻头穿孔另外具有在所述保持器部 分与所述钻头外端之间延伸的流动部分，且所述穿孔保持器部分另 外具有在所述流动部分与所述保持器部分之间大体上在径向延伸且 绕所述钻头轴线大体上在周边延伸的肩部表面，所述肩部大体上面 向所述钻头内端，以及在所述肩部与所述穿孔保持器部分之间在轴 向延伸且绕所述钻头轴线在周边延伸的大体上为圆柱形的内表面； 以及所述阀另外包括相对的第 一 端与第二端，且所述阀接合部分另 外具有大体上圆柱形的外表面和位于所述阀第二端处的大体上径向 的端面，所述圆柱形表面在所述阀第二端与所述锥形外表面之间在 轴向延伸且绕所述阀轴线在周边延伸，当所述阀与所述钻头结合时形外表面被安置于所述钻头圓柱形内表面内。
13. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于，所述阀接合 部分具有相对的轴向端和从所述锥形外表面大体上径向延伸到所述阀内并在所述相对第一轴向端与第二轴向端之间大体上在轴向延伸 的至少一个凹槽，所述凹槽可与所述套管室以及与所述钻头穿孔流 体连通，以便在所述阀与所述钻头结合时允许流体大体上在所述阀 接合部分与所述钻头穿孔保持器部分之间流动。
14. 根据权利要求13所述的钻头组件，其特征在于，所述凹槽 进一步绕所述轴线在周边延伸，使得所述凹槽大体上为螺旋状的。
15. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于 所述钻机另外具有中心轴线和可移动地安置于所述套管室内以 便大体上沿所述钻机轴线移位的活塞，所述活塞具有纵向通道和撞击端；所述钻头具有可与所述活塞撞击端接触的内端；以及 所述阀另外具有调节器部分，当所述阀与所述钻头结合时所述管室内，所述调节器部分可安置于所述活塞通道内，且所述阀配置 成在所述调节器部分被安置于所述活塞通道内时防止流体在所述套 管室与所述钻头穿孔之间流动。
16. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于，所述钻头基 本上由金属材料形成且所述阀基本上由聚合材料、大体上轻质的金 属材料以及聚合材料与金属材料的复合材料中的 一种来形成。
17. 根据权利要求1所述的钻头组件，其特征在于 所述钻头保持器部分具有多个大体上为锥形的内表面区，所述锥形内表面区绕所述轴线在周边延伸且大体上面向所述轴线，所述 锥形内表面区中的每一个都沿所述钻头轴线与每一其它内表面区轴 向间隔；以及所述阀接合部分具有多个大体上为锥形的外表面区，所述锥形 外表面区绕所述轴线在周边延伸且大体上面向所述轴线，当所述阀 接合部分被安置于所述钻头穿孔保持器部分内时所述锥形外表面区 中的每一个都沿所述阀轴线与每一其它外表面区轴向间隔且与所述 钻头锥形内表面区中的各自的一个相抵安置。
18. —种冲击钻机组件，其包括 套管，所述套管具有内室与纵向轴线；活塞，所述活塞可移动地安置于所述套管室内以便大体上可沿 所述轴线移位，所述活塞具有中心纵向轴线，钻头，所述钻头与所述套管连接且具有可与所述活塞撞击端接 触的内端、纵向穿孔以及在中心延伸穿过所述穿孔且大体上与所述 套管轴线共线的轴线，所述穿孔具有保持器部分，所述保持器部分 具有绕所述轴线在周边延伸且大体上面向所述轴线的大体上为锥形的内表面；以及大体上为圆柱形的阀，所述圆柱形的阀具有纵向通道，所述通 道具有与所述套管室流体连通的入口和可与所述钻头中心穿孔流体 连通的出口，在中心延伸穿过所述通道的轴线，以及接合部分，所 述接合部分具有绕所述阀轴线在周边延伸且大体上背向所述阀轴线 的大体上锥形的外表面，所述阀接合部分可安置于所述钻头穿孔保 持器部分内，使得所述阀锥形外表面被安置于所述钻头锥形内表面 内并与所述钻头锥形内表面相抵以保持所述阀与所述钻头结合。
19. 一种冲击钻机用钻头组件，所述钻机包括具有内室的套管， 所述钻头组件包括钻头，所述钻头可与所述套管连接且具有纵向穿孔和在中心延 伸穿过所述穿孔的轴线，所述穿孔具有保持器部分，所述保持器部 分具有绕所述轴线在周边延伸且大体上面向所述轴线的至少一个大 体上锥形内表面，所述锥形内表面沿所述穿孔的大部分延伸；以及大体上圆柱形的阀，所述圆柱形的阀具有纵向通道，所述通道 具有可与所述套管室流体连通的入口和可与所述钻头中心穿孔流体 连通的出口，在中心延伸穿过所述通道的轴线，所述阀具有沿所述 轴线的长度和接合部分，所述接合部分具有绕所述阀轴线在周边延 伸且大体上背向所述阀轴线的至少 一 个大体上锥形的外表面，所述 至少 一个锥形外表面沿所述阀长度的大部分延伸，所述阀接合部分可安置于所述钻头穿孔保持器部分内，使得所述阀锥形外表面至少 部分安置于所述钻头锥形内表面内，以便保持所述阀与所述钻头结所述锥形内表面与所述锥形外表面之间产生大体上均一的接触压 力。
20. —种冲击钻机用排放阀，所述钻机包括具有内室的套管和可 与所述套管相连接的钻头，所述钻头具有内端与外端，在所述内端 与外端之间延伸且具有内周向表面的纵向穿孔，所述排放阀包括大体上为圆柱形的阀体，所述圆柱形的阀体具有第 一 端与第二 端和在所述第一端与第二端之间延伸的纵向通道，所述通道具有在 所述第一阀体端可与所述套管室流体连通的入口和在所述第二阀体 端可与所述钻头穿孔流体连通的出口，所述阀体包括可安置于所述 套管室内大体上为圆柱形的调节器部分和与所述调节器部分在轴向 间隔且至少部分可安置于所述钻头穿孔内的大体上锥形的接合部 分，所述接合部分具有至少一个大体上为锥形的外表面，所述大体 上为锥形的外表面可与所述钻头穿孔内表面摩擦接合以保持所述阀 与所述钻头结合，所述锥形表面具有位于大体上最接近所述调节器 部分的第一周向边缘、位于大体上最接近所述阀体第二端的第二周 向边缘和在所述表面第一边缘的第一值与所述表面第二边缘的第二 值之间大体上呈线性变化的外直径，所述直径第二值大于所述直径 第一值。
全文摘要
本发明公开了一种冲击钻机用钻头组件，该钻头组件包括具有内室的套管并包括可与该套管连接并具有纵向穿孔和穿过该穿孔的轴线的钻头。该穿孔具有保持器部分，该保持器部分具有绕该轴线在周边延伸且大体上面向该轴线的一或多个大体上为锥形的内表面。大体上为圆柱形的阀具有纵向通道，其具有可与该套管室流体连通的入口和可与该钻头中心穿孔流体连通的出口和穿过该通道的轴线。具有至少一个大体上为锥形外表面的接合部分绕该阀轴线在周边延伸且大体上背向该阀轴线。该阀接合部分可安置于该钻头穿孔保持器部分内，使得该阀锥形外表面被安置于在该钻头锥形内表面内并与该钻头锥形内表面相抵以保持该阀与该钻头结合。
文档编号B23Q5/033GK101365560SQ200680022655
公开日2009年2月11日 申请日期2006年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者D·R·沃尔菲尔, L·H·莱昂, T·J·普伦克特 申请人:阿特拉斯·科普科·西科罗克有限责任公司