CN105683490B - 用于冲击钻具的钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于流体操作式设备的钻杆(2)，特别涉及冲击钻具(1)。钻杆(2)包括在第一端(101)处的第一连接接口(100)和在第二端(103)处的第二连接接口(102)。第一连接接口(100)用于钻杆(2)到相似钻杆(3)的第二连接接口(102)或该装置(1)的连接。第二连接接口(102)用于钻杆(2)到相似钻杆(3)的第一连接接口或者流体输送装置的连接。钻杆还包括通过钻杆的多个独立流体流动通道(4、6、8)，可移动地安装在该第一连接接口(100)中的第一可移动构件(23)和可移动地安装在第二连接接口中的第二可移动构件(22)。第一可移动构件是第一连接接口中的最内组件，而第二可移动构件是该第二连接接口中的最内组件。当钻杆(2)连接到相似钻杆(3)或者该设备(1)或者该流体输送装置时，仅通过第一可移动构件(23)和第二可移动构件(22)的移动来使得至少两个流体流动通道(4、6)处于与相似钻杆或者该设备或者流体输送装置的对应通道(4，6)流体连通。

Description

用于冲击钻具的钻杆

发明领域

本发明涉及诸如冲击钻具之类的流体动力式装置(包括潜孔锤)，特别涉及用于液体动力潜孔锤的钻杆。

背景技术

在高强度岩石中使用潜孔(DTH)冲击锤钻孔是一种行之有效的技术。有多种常用的这种锤，用于广泛的各种钻孔应用。几乎所有应用通常使用的锤都具有“开路(opencircuit)”设计，在这种设计中，加压流体被用来向锤传送能量，然后同一流体一旦已经被从冲击机构排出，它就被用于从正在被钻的孔中冲洗钻屑。空气是在这种锤中最常用的流体，并且在大多数情况下，是非常合适的冲洗介质。然而，这种气动锤是低效能的，并且经常遇到性能约束，在钻小径孔时尤其如此。

在提高能源效率和性能的努力中，液体动力锤已经开发出来。这些包括开路水动力设计以及使用被称为钻孔“泥浆”的特殊流体的设计。这些液体动力设计已经在牵涉到能效和性能这两个方面，显示出了优于气动设计的明显优点。然而，即使对于由液体提供动力的那些设计，开路设计也具有许多缺点。

第一个缺点是，不具有对冲洗流速对冲击机构流速的独立控制。最小冲洗流速是冲击流速。然而，有效冲洗孔所需要的流体流速可能明显不同于有效驱动冲击机构所需要的流体流速。每当在这两个要求之间具有很大差异时，能量将被浪费和/或锤性能将受到损害。

另一个缺点是，驱动锤的流体选择仅限于适合于既驱动冲击机构又冲洗孔的那些。这几乎总是导致液体的使用，对于任何一个目的来说，都不是最佳的。例如，油是驱动冲击机构的优选流体，因为它有着宽范的工作温度范围和良好的润滑和防腐性能。然而，由于明显的环境和经济原因，它不适合于冲洗钻孔。另一方面，水可能适合于冲洗这种孔，但一般对于在冲击机构中使用来说，不是一个好的选择。

开路***的再一个缺点是，选择来驱动锤的流体必须大量可用，或者它一旦被排出钻孔，就必须回收。这对于许多钻孔应用来说，是一个明显缺点，因为任何一个钻机都必须连接到充足供应的新鲜流体，或者它必须利用一个复杂的流体捕获和过滤***。在大多数情况下，两者都是必需的，从而明显降低了这种钻机的机动性。

在克服这些缺点的努力中，在保留液体动力锤的性能和能效优点的同时，提出了基于“闭路”原理操作的锤。在这些设计中，冲洗流体流是与用于驱动锤的压力流体流分开的。压力流体不是被排放到钻孔，而是作为返回流体流直接返回到原动机再利用。这种结构具有许多优点。

第一个优点是，冲洗和压力流体流可以独立控制。另一个优点是，可以为冲击流体流和冲洗流体流分别选择合适的流体，包括利用气态冲洗介质的组合。在大多数情况下，优选组合将是油/空气，或在一些应用中是油/水，这两者被称为液压DTH。进一步的一个优点是，如果清洁冲洗流体没有足够量可用，它也可能被回收，而无需开路设计的严格洁净度要求。再一个优点是，钻机机动性提高了，因为不需要新流体的大量供应或回收***。

然而，尽管它们有这些优点，但闭路液体动力锤至今没有得到通用。造成这种情况的主要原因是，输送这种锤所需要的钻杆很复杂，而且必须满足大量要求。首先，钻杆必须为压力、返回和冲洗流体而在连接时同时建立三条独立流体流动路径，并且在操作期间，在各种流动路径之间必须可靠地密封。这些杆也必须足够坚固，以便能够在典型钻孔环境下提供足够的使用寿命。对于在液压锤中使用的钻杆，即，在冲击流体是油的情况下，它们在断开时必须能够存储工作流体在内部而***漏，并且在正在连接或断开时，必须不允许工作流体的明显量的损耗。杆在使用期间还必须提供对所有三个流体流动的最小约束，因为如果在相继的钻杆之间的压力损耗过大，则锤的节电功能将不起作用。

欧洲专利申请公开第0571346号公开了一种具有三个同轴管的钻柱组件，可以与液体驱动潜孔钻机一起使用。这三个管运送锤操作所需要的三个流。在相邻杆的管之间具有密封结构，以在杆相连接时停止流之间的交叉泄漏。然而，没有提供一旦相邻杆断开时用于存储工作流体的装置，这使得这个文件所公开的钻杆不适于液压DTH。

德国专利第DE4027414号公开了同心圆式钻杆，其具有密封结构来防止在断开时的流体损耗。然而，该设计在杆连接的每一半中需要两个移动部件，以分别密封压力流体和返回流体路径。这降低了液压组件之间的连接强度，从而不利地影响了其可靠性。此外，液压组件不完全包围在外管内，这使它们容易受到损害。

国际专利申请公开第WO96/08632号公开了一种具有并排流体路径的钻杆，在该杆连接的每一半中具有一个移动部件，而且液压连接被外管完全包围。它也包括关闭装置，该装置在杆分离时关闭液压流体传送路径，而在杆彼此连接时自动打开路径。然而，该设计具有液压组件的很长的接合长度，而且当它们接合时没有足够的手段来确保组件的同心度和角度对准。这些缺点被这样一个事实进一步放大：连接中的密封件在组件接合时扫过端口，从而降低了连接的可靠性。在极冷或极热的气候条件下，该连接暴露于各种组件的、不允许的差异热膨胀的不利影响中。此外，虽然只在连接的每一半中具有一个移动部件，但在一个半中它是最内组件，而在另一半中它是一个包围组件。这意味着它难以维持足够的开放区域，以确保在操作期间整个该连接的压力损耗处于可以接受限度内。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于流体操作式设备的钻杆，该钻杆包括：

在第一端中的第一连接接口和在第二端中的第二连接接口，其中该第一连接接口用于该钻杆到相似钻杆的第二连接接口或者该设备的连接，而该第二连接接口用于该钻杆到相似钻杆的第一连接接口或流体输送装置的连接；

多个通过钻杆的独立流体流动通道；

第一可移动构件，可移动地安装在该第一连接接口中；

第二可移动构件，可移动地安装在第二连接接口中，并且

其特征在于，该第一可移动构件是该第一连接接口中的最内组件，而该第二可移动构件是该第二连接接口中的最内组件，并且当该钻杆连接到相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置时，仅通过该第一和第二可移动构件的移动来使得至少两个流体流动通道处于与该相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置的对应通道流体连通。

本文所用的术语“最内”表示每一个可移动构件是其相应连接接口中到该钻杆的中心线的最接近组件，即没有其他组件布置或容纳在该可移动构件内。

在一种实施方式中，该第一连接接口是阴连接接口，而该第二连接接口是阳连接接口。在备选实施方式中，这种结构可以颠倒。本发明的钻杆非常适合于与诸如液压潜孔锤之类的流体操作式冲击钻具一起使用，但也可以与需要远程操作的任何其它流体动力式装置一起使用。该流体输送装置也可以是旋转装置。

这种结构的一个优点是，通过沿着该钻杆的中心线定位该可移动构件，当相邻钻杆相连接以便使得至少两个流体流动通道处于流体连通时，该流体流动得尽量接近该钻杆的中心线。这允许维持该钻杆的最大强度，同时也最大化流体可以流过的区域，从而保持压力损耗最小。

在某些实施方式中，当钻杆连接到相似钻杆或者该设备时，在钻杆的轴向(纵向)方向上在可移动构件之间基本上没有重叠。

例如，这意味着，在轴向(纵向)方向上，第一和第二可移动构件任何一个都不会容纳在另一个内或重叠另一个。在优选实施方式中，该第一可移动构件具有大致平坦端面，该第二可移动构件也具有大致平坦端面，并且当钻杆连接到相似钻杆或者该设备时，平坦端面彼此邻近。

这种结构的一个优点是，因为在可移动构件之间没有重叠，所以由可移动构件占据的钻杆横截面区域被最小化，从而允许开放区域(即，通过该流体可以流动的区域)被最大化。这确保了在每一个连接接口处的压力损耗保持在最低限度。

在一种实施方式中，第一可移动构件被偏置地安装在该第一连接接口中，而该第二可移动构件被偏置地安装在该第二连接接口中，使得当钻杆从相似钻杆或者该设备或从流体输送装置断开时，该至少两个流体流动通道由该第一和第二可移动构件密封。因此，当钻杆在杆的第一端从相似钻杆或流体操作式设备断开时，该至少两个流体流动通道由该第一可移动构件密封。当钻杆在杆的第二端从相似钻杆或从流体输送装置断开时，该至少两个流体流动通道由该第二可移动构件密封。

这种结构的一个优点是，当钻杆断开时，包含在每一个钻杆中的流体被存储在其中，从而避免在断开时的流体损耗。

在本发明的一种实施方式中，多个独立流体流动通道同心地布置在钻杆的长度的至少相当大部分之上。这使得每一个流体路径是尽可能直，从而避免通过钻杆的压力损耗。

多个独立流体流动通道可以包括至少压力流体通道和返回流体通道，并且当钻杆连接到相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置时，可以仅通过该第一和第二可移动构件的移动，来使得该压力流体通道和该返回流体通道处于与相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置的相应通道流体连通，并且当该钻杆从相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置断开时，该压力和返回流体通道可以由该第一和第二可移动构件密封。

根据本发明的一种实施方式，该钻杆还包括：

外管；

中间管，同心地安装在该外管内；和

中心管，同心地安装在该中间管内，

其中这些管提供通过钻杆的三个独立流体流动通道，并且其中该外管轴向(纵向)延伸超过该中间管和该中心管的末端。

因为该外管延伸超过该中间和中心管，所以避免了对该中间和中心管的潜在损害。

在一种实施方式中，该第一连接接口包括在该外管的第一端处的具有锥形螺纹的阴工具接头，而该第二连接接口包括在该外管的第二端处的具有锥形螺纹的阳工具接头，并且该阴工具接头用于该钻杆到相似钻杆的阳工具接头或者该设备的螺纹连接，而该阳工具接头用于到相似钻杆的阴工具接头或流体输送装置的螺纹连接。在备选实施方式中，阴螺纹可以提供在该第二连接接口中，而阳螺纹可以提供在该第一连接接口上。

这种结构的一个优点是，当多个钻杆被放在一起时，锥形螺纹具有针对这些钻杆的对准作用，以允许这些钻杆即便在具有明显轴向偏离的情况下也彼此接合。

在一种实施方式中，该钻杆还包括：

在第一连接接口中的至少一个液压组件，配置成通过该钻杆运送压力流体，并且在其朝外指向端处具有用于压力流体的出口；和

在第二连接接口中的至少一个液压组件，配置成通过该钻杆运送压力流体，并且在其朝外指向端处具有用于压力流体的入口，

其中当该钻杆连接到相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置时，压力流体从该第一连接接口中的该至少一个液压组件流动到在第二连接接口中的液压组件，并且在钻杆的轴向(纵向)方向上在液压组件之间没有重叠。

本文所用的术语“液压组件”表示工作流体可以流过的组件。本文所用的术语“朝外”表示在钻杆的轴向或纵向方向(而不是径向)上朝外。

这种结构的一个优点是，因为在该第一和第二连接接口中的液压组件之间没有重叠，所以消除了对仔细控制多个连接接口当它们被放在一起时的同心度的要求。由于组件不重叠，因此不需要径向密封件，从而像组件在彼此之上的移动那样的对这种密封的损害不再是一个问题。

在一种实施方式中，在该第一连接接口中的该至少一个液压组件具有第一大致平坦端面，而在该第二连接接口中的该至少一个液压组件具有第二大致平坦端面，并且当钻杆连接到相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置时，该第一和第二平坦端面被放成接近彼此。因此，当钻杆在第一端连接到相似钻杆或流体操作式设备时，该钻杆的第一平坦端面处于紧邻于相似钻杆的第二平坦端面或者该流体操作式设备。此外，当钻杆在第二端连接到相似钻杆或者该流体输送装置时，该钻杆的第二平坦端面端处于紧邻于相似钻杆的第一平坦端面或者该流体输送装置。优选地，这两个面不放成通过杆的连接而接触，但彼此几乎邻近。在备选实施方式中，该流体操作式设备和流体输送装置还具有带有平坦端面的接口组件。

在一种实施方式中，该第一和第二平坦端面布置成在该钻杆连接到相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置时，该钻杆的第一平坦端面维持与相似钻杆的第二平坦端面或者该设备或该流体输送装置接触，而在压力流体通道中的压力比在返回流体通道的压力更高。该液压组件的加压使得该两个平坦面相互接触。

优选地，端面密封件提供在该第一和第二平坦端面中的至少一个中，以实现与相对端面的密封。该端面密封件是在其中密封表面垂直于密封件的轴线的密封件，也就是说，它通过主要在该第一和第二端面之间的纵向或轴向方向上交互作用来实现密封。该端面密封件可以提供在该第一或第二平坦端面上的环形凹部中。该端面密封件可以包围用于压力流体的出口或用于压力流体的入口中的至少一个。

这种结构的一个优点是，相比于现有技术中的径向密封件，端面密封件在彼此邻近的两个端面之间的使用，具有对在连接时相邻钻杆之间的轴向(平行)偏离的明显更多的容忍。这意味着，即使相邻杆的中心轴在连接时彼此偏移，仍然可以实现可靠的密封。端面密封件相比于径向密封件，也不太容易在断开时损害。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于流体操作式设备的钻杆，该钻杆包括：

在第一端处的第一连接接口和在第二端处的第二连接接口，其中该第一连接接口用于该钻杆到相似钻杆的第二连接接口或者该设备的连接，而该第二连接接口用于该钻杆到相似钻杆的第一连接接口或流体输送装置的连接；

在该第一连接接口中的至少一个液压组件，配置成通过该钻杆运送压力流体，并且在其朝外指向端处具有用于压力流体的出口；和

在该第二连接接口中的至少一个液压组件，配置成通过该钻杆运送压力流体，并且在其朝外指向端处具有用于压力流体的入口，

其中当该钻杆连接到相似钻杆或者该设备或者该流体输送装置时，压力流体从在该第一连接接口中的该至少一个液压组件流动到在该相似钻杆的第二连接接口或者该设备或流体输送装置中的该至少一个液压组件，并且在该钻杆的轴向方向上在液压组件之间没有重叠。

在一种实施方式中，该第一连接接口是阴连接接口，而该第二连接接口是阳连接接口。在备选实施方式，这种结构可以颠倒。本发明的钻杆非常适合于与诸如液压潜孔锤之类的流体操作式冲击钻具一起使用，但也可以与需要远程操作任何其它流体动力式装置一起使用。该流体输送装置也可以是旋转装置。

现在将参照附图描述本发明的实施方式。

附图说明

图1是包括根据本发明的钻杆的液压潜孔钻孔***的横截面视图；

图2是在分解状态下根据本发明的一种实施方式的钻杆的组件的横截面视图；

图3是组装起来的图2的钻杆的横截面视图；

图4是放在一起来产生连接的两个相邻钻杆的横截面视图；

图5是部分地接合的图4的钻杆的横截面视图；

图6是完全接合的图4的钻杆的横截面视图；

图7是图示通过连接的压力流体流动路径的图6的钻杆的一部分的一横截面视图；

图8是图示通过连接的返回流体流动路径的图6的钻杆的一部分的一横截面视图；

图9a是图6沿着线A-A截取的横截面图；

图9b是图6沿着线B-B截取的横截面图；和

图9c是图6沿着线C-C截取的横截面图。

具体实施方式

图1示出合并了两个根据本发明的钻杆2、3的液压潜孔钻孔***。该***包括锤1，其被进给压力流体和冲洗流体并通过钻杆2、3排出返回流体。

图2和图3示出了根据本发明的实施方式的钻杆2。钻杆2在第一端101处具有阴连接接口100，而在第二端103处具有阳连接接口102。阴连接接口100用于钻杆2到相似钻头3的阳连接接口102或锤1的连接，如图1中所示。钻杆2具有多个由同心管结构提供的独立流体流动通道4、6、8。钻杆包括中心管4，其运送压力流体并且由中间管5包围。在中心管4与中间管5之间的环形通道6中运送返回流体。中间管由外管7包围。在中间管5和外管7之间的环形通道8中运送冲洗流体。

阴连接接口100包括加强型壳体或焊接到外管7的第一端的阴工具接头10。阴工具接头通常是圆柱形的，并且具有提供在其中的内孔。锥形螺纹提供在工具接头的内壁。阳连接接口102包括加强型壳体或焊接到外管7的第二端的阳工具接头9。阳工具接头通常是圆柱形的，并且具有提供在其外壁上的锥形螺纹。阴工具接头10用于钻杆2到相似钻杆的阳工具接头10或锤1的螺纹连接，而阳工具接头9用于到相似钻杆3的阴工具接头10或旋转装置的螺纹连接，如图1所示。在备选实施方式中，工具接头可以通过焊接方法之外的手段固定到外管。

在中心管4的第一端处提供端件13。在中心管4的第二端处，将密封件托架11焊接到管并且配合密封件12。类似地，将端件16焊接到中间管5的第一端，并且将配合密封件15的密封件托架14焊接到中间管5的第二端。在备选实施方式中，端件可以通过焊接方法之外的手段固定到中心和中间管。

通过首先将阴液压***件17推入阴工具接头10直到***件17的末端邻近在阴工具接头10中的朝内指向肩为止，来组装钻杆2。然后，将中间管5通过阳工具接头9进给到外管7，直到该密封件托架14邻近在阳工具接头9中的朝内指向肩18为止。密封件15接合工具接头9的内壁。当中间管5处于适当位置时，其端件16接合提供在阴工具接头10的内壁中的周向凹槽中的径向密封件19。然后，将阳性液压***件20推入阳工具接头9中，直到其邻近密封件托架14为止。中心管4则通过阳液压***件20***，直到其密封件托架11接合提供在液压***件20上朝内指向肩21为止。一旦中心管处于适当位置，其端件13就接合提供在液压***件17中的周向凹槽中的径向密封28。如在图3中所示，当组装这些管时，外管7沿轴向延伸超过中间管和中心管的末端。

钻杆还包括可移动地安装在阴连接接口100中的阴控制阀芯23，以及可移动地安装在阳连接接口102中的阳控制阀芯22。借助于弹簧25将阴控制阀芯23偏置地安装在阴连接接口100中，并且借助于弹簧24将阳控制阀芯偏置地安装在阳连接接口102中。如图3中所示，阴控制阀芯23是在阴连接接口100中的最内组件，而阳控制阀芯22是在阳连接接口102中的最内组件，也就是说，没有其它组件布置或容纳在控制阀芯22、23的任何一个内。

为了完成组装，将带有弹簧24和25的控制阀芯22和23分别进给到阳液压***件20和阴液压***件17，并且将阳阀芯挡块26和阴阳阀芯挡块27分别拧入阳液压***件20和阴液压***件17。阀芯挡块26、27都具有大致平坦端面。阀芯挡块27在其端面具有用于压力流体的出口，而阀芯挡块26在其端面上具有用于压力流体的入口。端面密封件34提供在阀芯挡块26的平坦端面中的环形凹部中，其中端面密封件34包围用于压力流体的入口。这些阀芯挡块26、27上的螺纹制造成具有附加轴向间隙，以便阀芯挡块26、27可以在轴向方向上少量移动。当通过施加压力“给能”时，阀芯挡块26、27彼此接触。控制阀芯22和23上的密封件29和30确保包含在中心管4中的油当钻杆从另一个钻杆断开时，不会从钻杆向外泄漏。控制阀芯22和23上的密封件31和32确保包含在环形返回流体流动通道6中的油不会在断开时向外泄漏。因此，当钻杆从相似钻杆或钻具断开时，压力和返回流体流动通道被阳控制阀芯和阴控制阀芯密封。

一旦完全组装好，中心管4和中间管5由于它们分别与肩21和18的接合的缘故，就将被仅固定在阳连接接口102中的适当位置。在这些管的相对端处的端件13和16是自由的，以便在密封件28和19内轴向移动。这允许在管曾经被单独更换过的情况下，管有轻微的长度变化，并且更重要的是，还允许在操作期间在各管的长度方面的差异热或压力诱导变化。

如图4中所示，通过将钻杆3上的阴工具接头10的螺纹与钻杆2上的阳工具接头9的螺纹接合，并且通过相对于杆2旋转杆3，来将相邻钻杆2、3连接在一起。

如图5中所示，当杆变成在一起时，控制阀芯22和23变成彼此接触。如附图中所示，每一个控制阀芯都具有大致平坦端面，并且当钻杆被放在一起时，平坦端面彼此邻近。相比于弹簧24施加到阳阀芯22的预负载力，弹簧25施加更高的预负载力到阴控制阀芯23。钻杆之间的螺纹连接的持续接合会导致阳阀芯22远离其阀芯挡块26移动，直到其接触中心管4上的密封件托架11为止，在该点处没有进一步的移动是可能的。连接的进一步接合导致阴控制阀芯23远离其阀芯远挡块27移动。在图5中所示的点处，阳控制阀芯22已经就其所能地移动，并且处于与密封件托架11接触，而阴控制阀芯23刚好将要脱离阀芯挡块27。因为阴连接接口处在连接的上游侧，所以当阴阀芯23移离阀芯挡块27时，来自中心管4的油会从杆3释放而充满连接区域。这确保了连接区域在其行程的最后部分之前得到良好润滑。在此相同的位置上，提供在阴液压***件17的外壁上的周向凹槽中的径向密封件33与阳工具接头9的鼻部接合，以确保充满连接区域的流体不会向外泄漏。

如在图6中所示，当连接完全接合时，两个阀芯挡块26、27变成彼此非常接近。阀芯挡块的平坦端面彼此邻近，并且如附图中所示，在要么可移动控制阀芯22、23要么阀芯挡块26、27之间在纵向或轴向方向上不具有重叠。阳阀芯挡块26上的端面密封件34接合阴阀芯挡块27的平坦端面，并且在钻杆2，3之间的接口处的压力流体流动路径周围提供密封件。在图6中所示的位置中，阴阀芯23已经被远离其挡块27与阳阀芯22离开其挡块26的距离相同的距离，以便仅由控制阀芯的移动来使得钻杆3的压力流体流动通道4和返回流体流动通道6处于与钻杆2的对应通道流体连通。如在图7和8中所示，流动通道基本上是对称的。

如在图7和8中所示，阀芯22和23远离它们的挡块26、27的移动基本上同时打开压力和返回流体流动路径。压力流体流过钻杆3的中心管4和阴控制阀芯23，并且进入阳控制阀芯22和钻杆2的中心管4。返回流体从钻杆2中的环形通道6，通过在液压***件20中的多个钻孔，流入控制阀芯22的外壁中的凹部中，然后通过在钻杆3的液压***件17中的钻孔，在阳工具接头9与液压***件20和17之间，进入在控制阀芯23的外壁中的凹部中，并且进入钻杆3中的环形通道6。在断开时，相反的情况下发生，并且紧接在阳工具接头9的鼻部脱开密封件33之间基本上同时关闭流动路径。这确保了对于每一个连接/断开周期，都不具有液压流体的明显损耗。

图9a到9c的横截面视图在通过阳工具接头9和阴工具接头10的纵向钻孔以及在液压***件17、20中的返回通道钻孔的形式下，示出了冲洗通道。

如上该，在每一个连接接口中只具有一个可移动构件，即控制阀芯，而且在轴向方向上在控制阀芯之间没有重叠，即没有任何一个可移动构件容纳在另一可移动构件内。每一个可移动构件是连接接口的最内组件。控制阀芯的移动控制在连接的每一半中的工作流体流动。

在附图中所示并如上该的实施方式中，压力流体从一个钻杆中的阴连接接口流动到相邻钻杆的阳连接接口。在备选实施方式中，连接接口可以颠倒，以便压力流体从在一个钻杆中的阳连接接口流动到在一个相邻钻杆的阴连接接口。本实施方式钻杆所需要的唯一变更将是弹簧24和25的颠倒。

具有与这种设计相关的许多优点。它允许使用行业标准的锥形螺纹的引人注目的工具接头配置，其允许工具接头即使具有初始平行偏离的情况下，也接合并引导连接在一起。钻具接头内的液压***件可以制成使得在螺纹接合的至少前80％期间，即使在具有明显角度偏离的情况下，相对立的工具接头也不能与它们接触。如果这些部件之间的接触不是可能的，那么就没有可能导致磨损或损害，从而在现有技术设计之上大大提高了连接的可靠性。如上该，并且如图5中所示，在阳工具接头和阴液压插件之间不具有任何接合，直到阳控制阀芯已经达到其完全移位位置为止，在该点处阳工具接头9的鼻部与对阴液压***件17上的密封件33接合。此外，因为控制阀芯占据了最小横截区域，所以可以使得液压***件相对于工具接头在横截面区域和弯曲强度方面非常引人注目。这进一步增强了可靠性。在该工具接头处的每一个流动路径可用的区域可以维持高达工具接头的总内部截区域的20％，而不会影响可靠性。这减少了在相邻钻杆之间的每一个连接处的压力损耗。

在压力流动路径连接处端面密封件代替径向密封的使用提供了许多进一步的优点。由于没有组件在密封件之上的移动，因此它很少受到接合期间的损害或磨损的影响。它可以忍受明显的平行偏离，甚至径向密封件的更多角度偏离。接合密封件阴控制阀芯挡块的表面不触碰任何其它组件，即使当连接被偏离了也如此。这保证了它不会受到磨损或损害，而这种磨损或损害可能会影响阀芯挡块之间的密封件的可靠性。阀芯挡块26、2 7为了彼此接触而在压力下的(轻微)轴向移动确保了端面密封件34在没有挤压间隙的情况下操作，从而进一步增强其可靠性。

在液压***件17的外壁中的径向密封件33只经受低压返回流体，并且其与阳工具接头的接合长度很短，接近杆直径的约10％。由于阳工具接头在密封件之上移动仅整体螺纹接合长度的一小部分，因此这提高了密封件的可靠性。

因为管4和5的端件容纳在径向密封件内并且没有固定到位，所以该设计允许这些组件的差异热膨胀。

钻杆是完全模块化的，每一个组件可以按照需要单独更换。

同心管结构确保在操作期间从压力通道泄漏的任何少量流体被完全包含在返回通道中，从而确保没有工作流体丢失。这种结构也包含在压力通道中的任何地方的密封故障的情况下的工作流体。

在参考本发明时在本文中使用的词语“包括/包含”和“具有/包括”用于指定所陈述的功能、整数、步骤或组件的存在，而不排除一个或多个其它功能、整数、步骤、组件或它们的组合的存在或添加。

可以理解，为清楚起见而在单独实施方式的上下文中描述的本发明的某些功能，也可以组合在单个实施方式中提供。相反，为清楚起见而在单个实施方式的上下文中描述的本发明的各种功能也可以单独地或以任何合适的部分组合的方式提供。

Claims (15)

1.一种用于流体操作式设备的钻杆，所述钻杆包括：

在第一端的第一连接接口和在第二端的第二连接接口，其中所述第一连接接口用于所述钻杆到第一相似钻杆的第二连接接口或所述设备的连接，而所述第二连接接口用于所述钻杆到第二相似钻杆的第一连接接口或流体输送装置的连接；

通过所述钻杆的多个独立流体流动通道，所述多个独立流体流动通道至少包括压力流体通道和返回流体通道；

第一可移动构件，其可移动地安装在所述第一连接接口中；

第二可移动构件，其可移动地安装在所述第二连接接口中；

在所述第一连接接口中的至少一个液压组件，在所述第一连接接口中的所述至少一个液压组件配置成通过所述钻杆运送压力流体，并且在其朝外指向端处具有用于压力流体的出口，在所述第一连接接口中的所述至少一个液压组件具有第一大致平坦端面；和

在所述第二连接接口中的至少一个液压组件，在所述第二连接接口中的所述至少一个液压组件配置成通过所述钻杆运送压力流体，并且在其朝外指向端处具有用于压力流体的入口，在所述第二连接接口中的所述至少一个液压组件具有第二大致平坦端面；并且

其特征在于，所述第一可移动构件是所述第一连接接口中的最内组件，而所述第二可移动构件是所述第二连接接口中的最内组件，并且所述钻杆连接到第一相似钻杆或所述设备的连接和连接到第二相似钻杆或所述流体输送装置的连接使得第一可移动构件和第二可移动构件移动，从而仅通过所述第一可移动构件和第二可移动构件的移动来使得所述流体流动通道中的至少两个流体流动通道处于与所述第一相似钻杆或所述设备的对应通道流体连通并且与所述第二相似钻杆或所述流体输送装置的对应通道流体连通，以及使得所述钻杆的第一大致平坦端面紧邻于所述第一相似钻杆的所述第二大致平坦端面或者所述设备并且所述钻杆的第二大致平坦端面紧邻于所述第二相似钻杆的所述第一大致平坦端面或者所述流体输送装置，

其中，在所述第一大致平坦端面和第二大致平坦端面中的至少一个上提供端面密封件，当所述压力流体通道中的压力高于所述返回流体通道中的压力时，第一液压组件和第二液压组件中的至少一个沿着轴向方向移动，使得钻杆中第一液压组件的第一大致平坦端面保持与第一相似钻杆的第二液压组件的第二大致平坦端面或设备接触，或者钻杆中第二液压组件的第二大致平坦端面保持与第二相似钻杆的第一液压组件的第一大致平坦端面或流体输送装置接触。

2.如权利要求1所述的钻杆，其中当所述钻杆连接到第一相似钻杆或者所述设备时，在所述钻杆的轴向方向上在第一可移动构件和第二可移动构件之间基本上没有重叠。

3.如权利要求1或2所述的钻杆，其中所述第一可移动构件被偏置地安装在所述第一连接接口中，而所述第二可移动构件被偏置地安装在所述第二连接接口中，使得当所述钻杆从所述第一相似钻杆或设备和从所述第二相似钻杆或所述流体输送装置断开时，至少两个流体流动通道由第一可移动构件和第二可移动构件密封。

4.如权利要求1或2所述的钻杆，其中所述多个独立流体流动通道同心地布置在所述钻杆的长度的至少主要部分之上。

5.如权利要求1或2所述的钻杆，其中当所述钻杆连接到第一相似钻杆或所述设备并且连接到第二相似钻杆或所述流体输送装置时，仅通过所述第一可移动构件和第二可移动构件的移动来使得所述压力流体通道和所述返回流体通道处于与第一相似钻杆或所述设备并且与第二相似钻杆或所述流体输送装置的对应通道流体连通，并且当所述钻杆从第一相似钻杆或所述设备并且从第二相似钻杆或所述流体输送装置断开时，所述压力流体通道和返回流体通道由所述第一可移动构件和第二可移动构件密封。

6.如权利要求1或2所述的钻杆，还包括：

外管；

中间管，其同心地安装在所述外管内；和

中心管，其同心地安装在所述中间管内，

其中外管、中间管和中心管提供通过所述钻杆的三个独立流体流动通道，并且其中所述外管轴向延伸超过所述中间管和所述中心管的末端。

7.如权利要求6所述的钻杆，其中所述第一连接接口包括在所述外管的第一端处的具有锥形螺纹的阴工具接头，而所述第二连接接口包括在所述外管的第二端处的具有锥形螺纹的阳工具接头，并且其中所述阴工具接头用于所述钻杆到相似钻杆的阳工具接头或者到所述设备的螺纹连接，而所述阳工具接头用于到相似钻杆的阴工具接头或者到流体输送装置的螺纹连接。

8.如权利要求6所述的钻杆，其中所述第一连接接口包括在所述外管的第一端处的具有锥形螺纹的阳工具接头，而所述第二连接接口包括在外管的第二端处的具有锥形螺纹的阴工具接头，并且其中所述阳工具接头用于所述钻杆到相似钻杆的阴工具接头或者到所述设备的螺纹连接，而所述阴工具接头用于到相似钻杆的阳工具接头或者到流体输送装置的螺纹连接。

9.如权利要求1或2所述的钻杆，其中当所述钻杆连接到第一相似钻杆或所述设备时，压力流体从所述第一连接接口中的所述至少一个液压组件流动到所述第一相似钻杆的所述第二连接接口中的所述至少一个液压组件或流动到设备，并且在所述钻杆的轴向方向上在所述液压组件之间没有重叠。

10.如权利要求1所述的钻杆，其中所述至少一个端面密封件提供在所述第一大致平坦端面或第二大致平坦端面的环形凹部中。

11.如权利要求1或10所述的钻杆，其中所述端面密封件包围用于压力流体的所述出口或者用于压力流体的所述入口中的至少一个。

12.一种用于流体操作式设备的钻杆，所述钻杆包括：

在第一端处的第一连接接口和在第二端处的第二连接接口，其中所述第一连接接口用于所述钻杆到相似钻杆的第二连接接口或所述设备的连接，而所述第二连接接口用于所述钻杆到相似钻杆的第一连接接口或者流体输送装置的连接；

在所述第一连接接口中的至少一个液压组件，在所述第一连接接口中的所述液压组件是具有贯通的压力流体路径的组件，并且在其朝外指向端处具有用于压力流体的出口并且具有第一大致平坦端面；和

在所述第二连接接口中的至少一个液压组件，在所述第二连接接口中的所述液压组件是具有贯通的压力流体路径的组件，并且在其朝外指向端处具有用于压力流体的入口并且具有第二大致平坦端面，

其中，在所述第一连接接口中的所述至少一个液压组件的压力流体路径和在所述第二连接接口中的所述至少一个液压组件的压力流体路径形成在所述第一连接接口和所述第二连接接口之间延伸通过钻杆的压力流体通道的一部分，其中压力流体朝向所述设备流动通过所述压力流体通道，其中，返回流体通道延伸通过所述钻杆；

其中当所述钻杆连接到第一相似钻杆或所述设备并且连接到第二相似钻杆或所述流体输送装置时，朝向所述设备，压力流体从所述第二相似钻杆或所述流体输送装置流动到所述钻杆的所述第二连接接口中的所述至少一个液压组件，并且从所述钻杆的所述第一连接接口中的所述至少一个液压组件流动到所述第一相似钻杆的所述第二连接接口中的所述至少一个液压组件或所述设备，所述钻杆的第一大致平坦端面紧邻于所述第一相似钻杆的所述第二大致平坦端面或者所述设备，并且在钻杆的轴向方向上在所述液压组件之间没有重叠；

其中，在所述第一大致平坦端面和第二大致平坦端面中的至少一个上提供端面密封件，当所述压力流体通道中的压力高于所述返回流体通道中的压力时，第一液压组件和第二液压组件中的至少一个沿着轴向方向移动，使得钻杆中第一液压组件的第一大致平坦端面保持与第一相似钻杆的第二液压组件的第二大致平坦端面或设备接触，或者钻杆中第二液压组件的第二大致平坦端面保持与第二相似钻杆的第一液压组件的第一大致平坦端面或流体输送装置接触。

13.如权利要求12所述的钻杆，其中当所述钻杆连接到第一相似钻杆或所述设备时，所述压力流体通道和所述返回流体通道与第一相似钻杆或所述设备的对应通道流体连通。

14.如权利要求12所述的钻杆，其中所述至少一个端面密封件提供在所述第一大致平坦端面或第二大致平坦端面上的环形凹部中。

15.如权利要求12－14中任一项所述的钻杆，其中所述端面密封件包围用于压力流体的所述出口或用于压力流体的所述入口中的至少一个。

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