NO20111140A1 - Hoyfrekvent, hoyeffektiv vaeskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner - Google Patents

Hoyfrekvent, hoyeffektiv vaeskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner

Info

Publication number
NO20111140A1
NO20111140A1 NO20111140A NO20111140A NO20111140A1 NO 20111140 A1 NO20111140 A1 NO 20111140A1 NO 20111140 A NO20111140 A NO 20111140A NO 20111140 A NO20111140 A NO 20111140A NO 20111140 A1 NO20111140 A1 NO 20111140A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
hammer
valve
hammer piston
piston
return
Prior art date
Application number
NO20111140A
Other languages
English (en)
Other versions
NO334793B1 (no
Inventor
Per A Vatne
Original Assignee
Pen Rock As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pen Rock As filed Critical Pen Rock As
Priority to NO20111140A priority Critical patent/NO334793B1/no
Priority to US14/239,446 priority patent/US10385617B2/en
Priority to ES12825336T priority patent/ES2763384T3/es
Priority to CA2845789A priority patent/CA2845789C/en
Priority to HUE12825336A priority patent/HUE047284T2/hu
Priority to PL12825336T priority patent/PL2744966T3/pl
Priority to EP12825336.6A priority patent/EP2744966B1/en
Priority to PCT/NO2012/050148 priority patent/WO2013028078A1/en
Priority to DK12825336.6T priority patent/DK2744966T3/da
Priority to CN201280040445.1A priority patent/CN103998706B/zh
Priority to RU2014108528A priority patent/RU2607843C2/ru
Publication of NO20111140A1 publication Critical patent/NO20111140A1/no
Publication of NO334793B1 publication Critical patent/NO334793B1/no

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14Fluid operated hammers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)

Abstract

Det er vist en væsketrykkdrevet, høyfrekvent perkusjonshammer for boring i harde formasjoner. Perkusjonshammerens hammerstempel (20) har en langsgående relativt stor boring (41) som gir minimal strømningsmotstand for en borevæske gjennom boringen (41) under hammerstempelets (20) returslag. Boringen (41) er lukkbar i oppstrømsretningen av en ventilplugg (23) som følger hammerstempelet (20) under slaget. Ventilpluggen (23) er styrt av en relativt lang og slank ventilstamme (49) som mekanisk er i stand til å stoppe ventilpluggen (23) ved om lag 75 % av hammerstempelets (20) fulle slaglengde og skiller den fra en setetetning (40). Dermed åpner boringen slik at borevæsken kan strømme gjennom, og ventilstammens (49) iboende strekkfjæregenskaper returnerer ventilpluggen (23) så raskt at det blir god gjennomstrømning under hammerstempelets (20) retur.

Description

Høyfrekvent, høyeffektiv væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner.
Foreliggende oppfinnelse vedrører en høyfrekvent, høyeffektiv væskedrevet perkusjonshammer for boring i harde formasjoner der perkusjonshammerens hammerstempel har en langsgående relativt stor boring som gir minimal strømningsmotstand for en borevæske gjennom boringen under hammerstempelets returslag og der denne boring er lukkbar i oppstrømsretningen av en ventilplugg som følger hammerstempelet under slaget.
Hydraulisk drevet perkusjonshammer for boring i fjell har vært i kommersiell bruk i over 30 år. Disse brukes med skjøtbare borstenger hvor boredybden begrenses av at slagenergien taper seg gjennom skjøtene, samt at massen av borstangen blir for stor slik at lite energi til slutt kommer frem til borekronen.
Nedihulls borhammer, dvs borhammer montert rett over borekronen, er mye mer effektiv og brukes i stor utstrekning for boring av brønner ned til 2-300 m dybde. Disse er trykkluftdrevne og med trykk opp til ca 22 bar, som da begrenser boredybden til ca 220 m dersom det er vanninnsig i brønnen. Høytrykks vanndrevne borhammere har vært kommersielt tilgjengelig i ca 10 år, men disse er av begrenset størrelse, opp til ca 130 mm hulldiameter. De er dessuten kjent for å ha begrenset levetid og er ømfintlige for urenheter i vannet. De brukes i stor utstrekning i gruveindustrien ettersom de borer meget effektivt og borer veldig rette hull. De brukes i begrenset omfang til vertikal hullboring ned til 1000 - 1500 m dybde, og da uten retningskontrollutstyr.
Det er ønsket å fremstille nedihulls, borevæske drevet borhammere som kan brukes sammen med retningskontrollutstyr, som har høy virkningsgrad, kan brukes med vann som borevæske, kan også brukes med vannbasert borevæske med tilsetninger og har økonomisk levetid. Det er forventet stor anvendelse både til dypbrønnsboring for geotermisk energi samt for vanskelig tilgjenglig olje og gassresurser.
Ved perkusjonsboring brukes borekroner med innsatte hardmetallknaster, såkalte "indenters". Disse er laget av wolfram karbid og er typisk fra 8 til 14 mm i diameter og med sfærisk eller konisk ende. Ideelt sett skal hver "indenter" slås med optimal slagenergi i forhold til bergets hardhet, trykkfasthet, slik at den lager et lite krater i berget. Borekronen roteres slik at neste slag ideelt sett danner et nytt krater med forbindelse til det forrige. Borediameter og geometri bestemmer antall "indenter".
Optimal slagenergi bestemmes av bergets trykkfasthet, det bores i bergarter med trykkfasthet over 300 MPa. Tilførsel av slagenergi utover det optimale, er tapt energi ettersom den ikke destruerer berget, men forplanter seg som energibølger. For lite slagenergi lager ikke krater i det hele tatt. Når slagenergi per "indenter" er kjent og antall "indenter" er bestemt, da er optimal slagenergi for borekronen gitt. Inndrift, eller borsynk, (ROP - rate of penetration) kan da økes kun med å øke slagfrekvensen.
Mengden borevæske som pumpes bestemmes av minimum nødvendig returhastighet (annular velocity) i ringrommet mellom borestrengen og hullveggen. Denne bør være over 1 m/s, helst 2 m/s, for at den utborede masse, borkaks, skal bli transportert til overflaten. Jo hardere og sprøere berget er, og jo høyere slagfrekvens en får til, jo finere blir borkaksen, og desto saktere returhastighet kan aksepteres. Hardt berg og høy frekvens vil produsere borkaks som fortoner seg som støv eller fin sand.
Den hydrauliske effekten tilført borhammeren er bestemt av trykkfallet multiplisert med pumpet mengde per tidsenhet.
Slagenergien per slag multiplisert med frekvensen gir effekten. Ser vi på et tenkt eksempel der det skal bores i granitt med 260 MPa trykkfasthet og borediameter er 190 mm, pumpes det 750 L/min (12,5 L/s) vann fra overflaten. Det kalkuleres med ca 900 J som optimal slagenergi.
Med henvisning til kjente data for tilsvarende boring, men med mindre diametre, kan en påregne en borsynk på 22 m/t med en slagfrekvens på 60 Hz. Vi regner her med å øke slagfrekvensen til 95 Hz, følgelig blir ROP da 35 m/t. Nødvendig netto effekt på borekronen blir da: 0,9 kJ x 95 = 86 kW. Vi regner den foreliggende hammerkonstruksjon til å ha en mekanisk-hydraulisk virkningsgrad på 0,89, hvilket da gir 7,7 MPa nødvendig trykkfall over hammeren.
Denne borhammeren vil da bore 60 % raskere og med 60 % mindre energiforbruk enn kjente tilgjengelig vanndrevne borhammere.
Dette oppnås med en perkusjonshammer av den innledningsvis nevnte type, som kjennetegnes ved at ventilpluggen er styrt av en relativt lang og slank ventil stamme som mekanisk er i stand til å stoppe ventilpluggen ved om lag 75 % av hammerstempelets fulle slaglengde og skiller den fra en setetetning og dermed åpner boringen slik at borevæsken kan strømme gjennom, og ventil stammens iboende strekkfjæregenskaper returnerer ventilpluggen så raskt at det blir god gjennomstrømning under hammerstempelets retur.
Hensiktsmessig er hammeren utstyrt med en innløpsventil som ikke åpner for drift av hammerstempelet før trykket er bygget opp til ca 95 % av fullt arbeidstrykk slik at hammerstempelet drives med full kraft og tilsvarende foretar rekylbevegelse fra første slag, idet innløpsventilen stenger hovedløpet og at et sideløp i hammerhuset trykksetter et ringrom mellom hammerstempelet og huset som løfter hammerstempelet til tetning mot ventilpluggen.
Hammerstempelet og ventilen kan returnere med rekyl, der både hammerstempelet og ventilen er utstyrt med hydraulisk demping som kontrollerer retardasjonen av returslaget til stopp, idet et ringstempel som presses inn i en motsvarende ringsylinder med kontrollerte klaringer, struper evakueringen av den innesperrede væsken.
Hammerkonstruksjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse er av typen såkalt direktevirkende hammer (Direct Acting Hammer), dvs at det er en lukkeventil på hammerstempelet som i lukket stilling gjør at trykket driver den frem, og i åpen stilling gjør at hammerstempelet utsettes for rekyl. Den tidligere varianten av en hydraulisk hammer har et ventilsystem som trykkdriver hammerstempelet begge veier. Dette gir dårligere virkningsgrad, men mer presis styring av stempelet.
Nøkkelen til god virkningsgrad og høy slagfrekvens ligger i ventilkonstruksjonen. Den må virke med høy frekvens og har god gjennomstrømmingskarakteristikk i åpen stilling. Borhammerkonstruksjonen kan med stor fordel også anvendes som overflatemontert hydraulisk drevet hammer for boring med borstenger, men det blir anvendelse som nedihulls borhammer som blir detaljbeskrevet her.
Andre og ytterlige formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor:
Fig. 1 viser skjematisk en typisk hydraulisk borhammer ifølge oppfinnelsen,
Fig. 2 viser en nedihulls borhammer med borekrone,
Fig. 3 viser lengdesnitt av borhammeren der de innvendige hoveddelene er vist,
Fig. 4 viser tilsvarende det som er vist i figur 3, men i slutten av en akselrasjonsfase, Fig. 5 viser tilsvarende det som er vist i fig. 3 og 4, men når hammerstempelet slår mot anslagflaten i borekronen, Fig. 6 viser tilsvarende det som er vist i fig. 3, 4 og 5, men når hammerstempelet er i full returhastighet, Fig. 7 viser tilsvarende det som er vist i fig. 3, 4, 5 og 6, men når hammerstempelet er i siste del av returen, Fig. 8 viser kurver som illustrerer hammerstempelets og ventilens arbeidssyklus, og Fig. 9 viser kurven som illustrerer ventilens bratte lukkekarakteristikk med hensyn til trykkfall. Fig. 1 viser en typisk hydraulisk borhammer for montering på toppen av skjøtbare borstenger der hammermekanismen er innebygget i et hus 1, der en rotasjonsmotor 2 roterer en borstang via en transmisjon 3 som roterer en aksel med et gjengeparti 4 som skrus til borestangen og en borekrone (ikke vist). Hammermaskinen er vanligvis utstyrt med en festeplate 5 for montering til en mateanordning på en borerigg (ikke vist). Tilførsel av hydraulisk driwæske skjer via rør og kobling 6 og hydraulisk retur via rør med kobling 7. Fig. 2 viser en nedihulls borhammer med borekrone. Denne vil bli brukt i den følgende detaljbeskrivelse. Det viste hus 8 rommer det som senere vil bli beskrevet som innløpsventilen, mens et hus 9 rommer en ventil, et hus 10 rommer et hammerstempel og henvisningstallet 11 angir borekronen. Gjennom en åpning 12 blir borevæsken
pumpet inn og et gjengeparti 13 kobler hammeren til borestrengen (ikke vist). Et flart parti 14 er til for bruk av momentnøkkel til å skru hammeren til/fra borestrengen. Et dreneringshull 15 er nødvendig for funksjonen til den senere forklarte innløpsventilen, utløpshull 16 er til for retur av borevæsken i ringrommet (ikke vist) tilbake til overflaten. Hardmetallknaster 17 er de elementer som knuser berget det blir boret i.
Fig. 3 viser et lengdesnitt av borhammeren der de innvendige hoveddelene er: en innløpsventilsammestilling 18, en ventil sammenstilling 19 og et hammerstempel 20. Borevæsken pumpes inn gjennom innløpet 12, passerer innløpsventilen 18 i åpen stilling gjennom boringer 21 vist på snitt A-A, videre gjennom boringer 22 i snitt B-B til en ventilplugg 23 som er vist i lukket stilling i snitt C-C mot hammerstempelet 20 og driver dette til anslag mot borekronens bunnparti 24. Snitt D-D viser et langsgående rilleparti 25 i borekronen 11 og hammerhusets 10 nederste parti som overfører dreiemomentet samtidig som borekronen 11 kan bevege seg aksialt innen tillatte klaringer bestemt av en låseringmekanisme 26. Dette for at ved anslag av hammerstempelet 20 mot borekronen 11 er det kun massen av denne som forflyttes i takt med hardmetallknastenes 17 inntrenging i berget. Det er en forutsetning at borestrengen utøver en viss frammatingskraft slik at hammerhuset 10 trykkes mot borekronen 11 slik at klaringen mot låseringmekanismen 26 tillater aksial forflyttning av kun borekronen 11 i takt med inntrengningen i berget. Dette for at mest mulig av slagenergien skal overføres til knusing av berget og minst mulig skal gå tapt til masseforflytning av den relativt lette borekronen 11.
Detalj utsnittet El viser innløpsventilen 18 i lukket stilling. Når hammerfunksjonen skal igangsettes, startes pumpingen av borevæsken i innløpet 12. En sideboring 27 gjennom veggen til ventilhuset 2 har hydraulisk kommunikasjon med en pilotboring 28 i innløpsventilens montasjeplate 29. Montasjeplaten 29 inneholder en pilotventil 30 som blir holdt i åpen stilling av en fjær 31. Borevæsken strømmer fritt til et pilotkammer over et pilotstempel 32 hvis diameter og areal er større enn de for innløpet 12. Under trykkoppbygging vil en ventilplugg 33 bli presset til lukking mot et sete 34. Under trykkoppbygging mot stengt innløpsventil 18 blir et ringrom 35 trykksatt gjennom sideboringen 27 som via langsgående boringer 36 i ventilhuset 9 og hammerhuset 10 mater innløp 37.
Detalj utsnittene F og G viser hammerstempelets 20 anlegg mot innerveggen i hammerhuset 3. Diameteren til et stempel 38 er litt større enn diameteren til et stempel 39. Ved anvendelse av borhammeren til boring vertikalt nedover vil hammerstempelet 20 i trykkløs tilstand, pga tyngdekraften, opplagt sige mot anslagflaten 24 i borekronen 11.1 denne tilstand vil det være klaring mellom ventilpluggen 23 og dens sete 40 i hammerstempelet 20. Følgelig vil borevæsken strømme fritt gjennom ventilen ved pluggen 23, gjennom en boring 41 i hammerstempelet 20 og boringene 16, og derfor får vi for liten trykkoppbygging til at hammeren starter.
Det viste arrangement med stengt innløpsventil 18 og trykkoppbygging i ringrommet 35 løfter hammerstempelet 20 til tetting mot ventilpluggen 23. Pga den nødvendige klaringen mellom stempelets 38 flate og innerveggen i sylinderen, lekker det borevæske ut i rommet over ventilpluggen 23 gjennom smørekanaler 42 og en boring 43. For å forhindre at dette lekkasjevolumet skal gi trykkoppbygging i rommet over ventilpluggen 23 dreneres dette gjennom en boring 44 i ventilmontasjeplaten 29 og en åpning 45 som pilotventilen 30 i denne stillingen tillater, og videre ut gjennom dreneringshullet 15. Når trykket har steget til over 90 % av arbeidstrykket som hammeren er konstruert for, overvinner stempelkraften i et pilotkammer 46 lukkekraften til fjæren 31 og pilotventilen 30 skifter stilling slik som vist på detaljutsnitt E2.
Pilotkammeret over pilotstempelet 32 dreneres og innløpsventilen 18 åpner. Samtidig stenges åpningen 45 slik at drenering gjennom boringen 44 blir tett slik at det ikke tapes trykk gjennom denne i operasjonsmodus. Trykket i rommet over hammerstempelet 20 og den lukkede ventilpluggen 23 fører til start av arbeidssyklusen med umiddelbar full kraft. Arrangementet med en tilbakeslagsventil 47 og en dyse 48 er til for å ha en redusert dreneringstid av pilotkammeret 46 for dermed å oppnå relativt sakte lukking av innløpsventilen 18. Dette for at innløpsventilen 18 forblir fullt åpen og ikke skal forstyrre i operasjonsmodus da trykket svinger med slagfrekvensen.
Fig. 4 viser borhammeren i slutten av en akselrasjonsfase. Hammerstempelet 20 har på dette tidspunkt kommet opp i full hastighet, typisk cirka 6 m/s. Dette er et resultat av tilgjengelig trykk, eksempelvis som her i underkant av 8 MPa, det hydrauliske arealet av hammerstempelet, eksempelvis som her med diameter 130 mm og hammerstempelets vekt, eksempelvis som her er 49 kg. Ventilpluggen 23 holdes lukket mot hammerstempelets seteåpning da det hydrauliske arealet av ventilpluggen 23, eksempelvis som her med diameter 95 mm, er litt større, ca 4 %, enn ringarealet for hammerstempelet vist i snitt B-B med henholdsvis 23 og 24. På dette tidspunkt har hammerstempelet tilbakelagt ca 75 % av full slagiengde, ca 9 mm. Klaringen mellom hammerstempelet 20 og borekronens anslagflate 24 er ca 3 mm, vist på forstørret detalj utsnitt C.
En ventilstamme 49 med stopperplate 50 lander nå mot anslaget i en ventilstammehylse 51 og stopper ventilen fra videre vandring, som vist på forstørret detaljutsnitt A, hvorpå ventilpluggen 23 blir separert fra setet 40 i hammerstempelet og dermed åpnes.
Den kinetiske energien i ventilpluggens 23 massefart vil ved dennes bråstopp strekke den relativt lange og slanke ventilstammen 49 marginalt og dermed gå over til en relativt stor fjærkraft som veldig raskt akselererer ventilen i retur. Den marginale strekkingen av ventilstammen 49, her eksempelvis beregnet til ca 0,8 mm, må være under utnyttelsesgraden for materialet, som i dette tilfellet er høyfast fjærstål. Massen av ventilpluggen 23 bør være minst mulig, her eksempelvis laget i aluminium, kombinert med lengden, diameteren samt materialegenskapene i ventilstammen 49, bestemmer ventil sammenstillingens egensvingning.
For praktisk anvendelse bør denne være minimum 8-10 ganger frekvensen den skal anvendes for. Egensvingefrekvensen bestemmes av formlene:
Massen og fjærkonstanten betyr mest. Egensvingefrekvensen for den viste konstruksjonen er ca 1100 - 1200 Hz og derfor anvendbar for en arbeidsfrekvens på over 100Hz.
Den viste konstruksjonen har her i dette eksempelet en rekylhastighet som er 93 % av anslaghastigheten.
Fig. 5 viser posisjonen og tidspunktet for når hammerstempelet 20 slår mot anslagflaten 24 i borekronen 11. Ventilpluggen 23 med stammen 49 og stopperplaten 50 er på full fart i retur, slik at det relativt raskt dannes en stor åpning mellom ventilpluggen 23 og hammerstempelets ventilsete 40 slik at borevæsken nå strømmer med relativt liten motstand gjennom hammerstempelets langsgående boring 41.
Den kinetiske energien i hammerstempelets massefart går delvis over i en fjærkraft i hammerstempelet da dette blir litt sammentrykket under sammenstøtet. Når energjbølgen fra sammenstøtet har vandret gjennom hammerstempelet til motsatt ende og tilbake, akselererer hammerstempelet i retur. Returhastigheten er ved start her beregnet til ca 3,2 m/s, ca 53 % av anslaghastigheten, dette fordi at en del av energien har gått med til masseforflytning av borekronen 11, mens resten har gått med til "indentenes" inntrykking i berget.
Fig. 6 viser det tidspunkt når hammerstempelet 20 er i full returhastighet. Ventilen har på dette tidspunkt nesten returnert til endestopp der detaljutsnitt A viser stammen 49 med stopperplaten som entrer en åpning 52 i toppen av ventilstammehylsen 51.
Detaljutsnitt D viser hvordan stopperplatens 50 radielle parti tetter, med relativt trang radiell klaring, mot innsiden av åpningen 52. Det dannes et lite undertrykk i kammeret under stopplaten 50 når denne vandrer de siste 2 mm til stopp. En ringformet tilbakeslagsventil 58 åpner og etterfyller væske gjennom boringer 59. Det innestengte volumet under stopperplaten 50 forhindrer at ventilen foretar rekylbevegelse og forblir i posisjon til neste syklus starter.
Tilbakeslagsventilen 58 av typen "ringtilbakeslagsventil", som i utførelse er en ringformet bladfjær, er valgt da denne har liten masse og relativt stor fjærkraft og følgelig kan arbeide med høy frekvens.
Detaljutsnitt B viser den relativt store åpningen mellom ventilpluggen 23 og ventilsetet 40 i hammerstempelet slik at borevæsken strømmer gjennom med minimal motstand. Undersiden av ventilstammehylsen 51 er formet som en ringformet sylindergrop 53 vist på detaljutsnitt C. Toppen av ventilpluggen 23 er formet som et ringstempel 54 som med relativt trange klaringer passer inn i den ringformede sylindergropen 53. Det innestengte væskevolum blir, ettersom ventilen returnerer helt til endestopp, evakuert på kontrollert måte gjennom de radielle klaringene mellom ringstempelet 54 og ringsylinderen 53 pluss et evakueringshull 55. Denne kontrollerte evakuering virker som dempende kraft og stopper returen av ventilen slik at den ikke foretar rekylbevegelser. Samme type dempearrangement er det på hammerstempelet 20. På detaljutsnitt B vises et ringstempel 56 på toppen av hammerstempelet 20, samt et ringformet sylinderspor 57 i nedre del av ventilhuset 9.
Fig. 7 viser siste del av returen til hammerstempelet 20. Avslutningen av returslaget blir kontrollert dempet til full stans samtidig som ventilsetet 40 møter ventilpluggen 23, vist på detaljutsnitt A. Detaljutsnitt B illustrerer hvordan det innestengte væskevolumet i den ringformede sylindergropen 57 blir fortrengt gjennom de radielle klaringene mellom ringstempelet 56 og et dreneringshull 60.
Gapet mellom ventilsetet 40 og ventilpluggen 23 trenger ikke lukkes fullstendig for at trykket bygger seg opp og en ny syklus starter. Beregninger viser at ved en åpning på 0,5 mm er trykkfallet nesten det samme som arbeidstrykket. Dette gjør at flatetrykket på kontaktflaten mellom ventilpluggen 23 og setet 40 blir lavt og komponentene kan ha lang levetid.
Fig. 8 viser kurver som illustrerer hammerstempelets 20 og ventilens arbeidssyklus. Kurve A viser hastighetsforløpet og kurve B posisjonsforløpet gjennom en arbeidssyklus. For begge kurvene gjelder at horisontalaksen er tidsaksen, inndelt i mikrosekunder.
Vertikalaksen for kurve A viser hastigheten i m/s, slagretning mot borekronen som + oppover og - nedover, her returhastigheten.
Vertikalaksen for kurve B viser avstand i mm fra startposisjonen. Kurveseksjon 61 viser akselrasjonsfasen, der punkt 62 er da ventilen blir stoppet og dennes retur starter. Punkt 63 er hammerstempelets anslag mot borekronen.
Kurveseksjon 64 er forflytningen av borekronen 11 ved framdrift i berget, 65 er rekylens akselrasjon, 66 er returhastigheten uten demping og 67 er returhastigheten med demping. Kurveseksjon 68 er rekylakselrasjonen for ventilen, 69 er returhastigheten for ventilen uten demping og 70 er neddempingsfasen for ventilens retur.
Fig. 9 viser en kurv 71 som illustrerer ventilens bratte lukkekarakteristikk med hensyn til trykkfall og åpning mellom ventilpluggen 23 og setet 40 i hammerstempelet. Horisontalaksen er åpningsgap i mm og vertikalaksen beregnet trykkfall i bar ved nominell mengde pumpet borevæske som eksempelvis her er 12,5 L/sek. Som vist må lukkegapet komme under 1,5 mm før en får vesentlig trykkmotstand.

Claims (3)

1. Væsketrykkdrevet, høyfrekvent perkusjonshammer for boring i harde formasjoner der perkusjonshammerens hammerstempel (20) har en langsgående relativt stor boring (41) som gir minimal strømningsmotstand for en borevæske gjennom boringen (41) under hammerstempelets (20) returslag og der denne boring (41) er lukkbar i oppstrømsretningen av en ventilplugg (23) som følger hammerstempelet (20) under slaget,karakterisert vedat denne ventilpluggen (23) er styrt av en relativt lang og slank ventilstamme (49) som mekanisk er i stand til å stoppe ventilpluggen (23) ved om lag 75 % av hammerstempelets (20) fulle slaglengde og skiller den fra en setetetning (40) og dermed åpner boringen slik at borevæsken kan strømme gjennom, og ventil stammens (49) iboende strekkfjæregenskaper returnerer ventilpluggen (23) så raskt at det blir god gjennomstrømning under hammerstempelets (20) retur.
2. Perkusjonshammer som angitt i krav 1,karakterisert vedat hammeren er utstyrt med en innløpsventil (18) som ikke åpner for drift av hammerstempelet (20) før trykket er bygget opp til ca 95% av fullt arbeidstrykk slik at hammerstempelet (20) drives med full kraft og tilsvarende foretar rekylbevegelse fra første slag, idet innløpsventilen (18) stenger hovedløpet (12) og at et sideløp (27) i hammerhuset (8) trykksetter et ringrom (35) mellom hammerstempelet (20) og huset (10) som løfter hammerstempelet (20) til tetning mot ventilpluggen (23).
3. Perkusjonshammer som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat hammerstempelet (20) og ventilen (18) returnerer med rekyl, der både hammerstempelet (20) og ventilen (18) er utstyrt med hydraulisk demping som kontrollerer retardasjonen av returslaget til stopp, idet et ringstempel (54) som presses inn i en motsvarende ringsylinder (53) med kontrollerte klaringer, struper evakueringen av den innesperrede væsken.
NO20111140A 2011-08-19 2011-08-19 Høyfrekvent væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner NO334793B1 (no)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20111140A NO334793B1 (no) 2011-08-19 2011-08-19 Høyfrekvent væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner
US14/239,446 US10385617B2 (en) 2011-08-19 2012-08-17 High frequency fluid driven drill hammer percussion drilling in hard formations
ES12825336T ES2763384T3 (es) 2011-08-19 2012-08-17 Perforación a percusión con taladro percutor accionado por fluido de alta frecuencia en formaciones duras
CA2845789A CA2845789C (en) 2011-08-19 2012-08-17 High frequency fluidpressure driven drill hammer for percussion drilling in hard formations
HUE12825336A HUE047284T2 (hu) 2011-08-19 2012-08-17 Perkussziós fúrás kemény formációkban nagyfrekvenciás fluidumhajtású fúrókalapáccsal
PL12825336T PL2744966T3 (pl) 2011-08-19 2012-08-17 Wiercenie udarowe w twardych formacjach z wykorzystaniem wysokoczęstotliwościowej napędzanej płynem wiertarki udarowej
EP12825336.6A EP2744966B1 (en) 2011-08-19 2012-08-17 High frequency fluid driven drill hammer percussion drilling in hard formations
PCT/NO2012/050148 WO2013028078A1 (en) 2011-08-19 2012-08-17 High frequency fluid driven drill hammer percussion drilling in hard formations
DK12825336.6T DK2744966T3 (en) 2011-08-19 2012-08-17 High frequency fluid driven drill hammer percussion drilling in hard formations
CN201280040445.1A CN103998706B (zh) 2011-08-19 2012-08-17 用于在硬地层中钻孔的液压驱动高频冲击锤
RU2014108528A RU2607843C2 (ru) 2011-08-19 2012-08-17 Высокочастотный бурильный молоток с гидравлическим приводом, предназначенный для ударного бурения твердых пород

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20111140A NO334793B1 (no) 2011-08-19 2011-08-19 Høyfrekvent væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20111140A1 true NO20111140A1 (no) 2013-02-20
NO334793B1 NO334793B1 (no) 2014-05-26

Family

ID=47746666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20111140A NO334793B1 (no) 2011-08-19 2011-08-19 Høyfrekvent væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10385617B2 (no)
EP (1) EP2744966B1 (no)
CN (1) CN103998706B (no)
CA (1) CA2845789C (no)
DK (1) DK2744966T3 (no)
ES (1) ES2763384T3 (no)
HU (1) HUE047284T2 (no)
NO (1) NO334793B1 (no)
PL (1) PL2744966T3 (no)
RU (1) RU2607843C2 (no)
WO (1) WO2013028078A1 (no)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO335354B1 (no) * 2013-02-18 2014-12-01 Pav Holding As Høyfrekvent væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106948753B (zh) * 2017-05-08 2018-12-21 西南石油大学 一种脉冲式钻井液压锤

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1096886A (en) * 1914-01-14 1914-05-19 Ingersoll Rand Co Fluid-operated percussive tool.
US2758817A (en) 1950-10-03 1956-08-14 Bassinger Ross Percussion tools for wells
US2774334A (en) * 1953-05-01 1956-12-18 Hughes Tool Co Reciprocating prime mover
US2873093A (en) * 1956-09-19 1959-02-10 Jersey Prod Res Co Combined rotary and percussion drilling apparatus
US3130799A (en) * 1961-01-06 1964-04-28 Jersey Prod Res Co Bounding mass drilling tool
US3387671A (en) * 1965-10-15 1968-06-11 Mission Mfg Co Percussion tool
US3327790A (en) * 1966-10-24 1967-06-27 Pan American Petroleum Corp Liquid percussion motor
US3403739A (en) * 1966-11-01 1968-10-01 Bowen Tools Inc Fluid-actuated impact tool
US3410353A (en) * 1967-08-21 1968-11-12 Leo A. Martini Percussion tools
US3570611A (en) * 1968-02-09 1971-03-16 Trustul Deforaj Pitesti Device for freeing seized drill strings
CA1071947A (en) * 1976-10-08 1980-02-19 Abraham Gien Pneumatic hammer drill
AU520087B2 (en) * 1980-08-01 1982-01-14 Abraham Gien Piston for pneumatic percussion machine
ZA814749B (en) * 1981-07-13 1982-07-28 Chamber Of Mines Services Ltd Hydraulic reciprocating machines
SE444127B (sv) * 1984-06-25 1986-03-24 Atlas Copco Ab Tryckvetskedriven senkborrmaskin
US4606408A (en) * 1985-02-20 1986-08-19 Halliburton Company Method and apparatus for gravel-packing a well
AU597152B2 (en) * 1987-02-25 1990-05-24 Salzgitter Maschinenbau Gmbh System with a hydraulic lifting generator for earth drilling
US4958691A (en) * 1989-06-16 1990-09-25 James Hipp Fluid operated vibratory jar with rotating bit
US5156223A (en) * 1989-06-16 1992-10-20 Hipp James E Fluid operated vibratory jar with rotating bit
SU1760067A1 (ru) * 1989-08-29 1992-09-07 Донецкий политехнический институт Гидроударник
US5065824A (en) * 1989-12-28 1991-11-19 Esco Corporation Hydraulically powered repetitive impact hammer
SE502343C2 (sv) * 1991-06-24 1995-10-09 Berema Atlas Copco Ab Säkerhetsanordning vid verktyg till slående handhållna maskiner
US5566771A (en) * 1995-08-30 1996-10-22 Ingersoll-Rand Company Reversible casing for a self-lubricating, fluid-actuated, percussive down-the-hole drill
SE505422C2 (sv) * 1996-05-09 1997-08-25 Sandvik Ab Impedans- och längd-/tidsparameterintervall för hammaranordning samt för tillhörande borrkrona och kolv
NO304199B2 (no) * 1996-10-30 1998-11-09 Weatherford Norge As Hydraulisk slagverktøy
US6062324A (en) 1998-02-12 2000-05-16 Baker Hughes Incorporated Fluid operated vibratory oil well drilling tool
GB0112261D0 (en) 2001-05-19 2001-07-11 Rotech Holdings Ltd Downhole tool
CN1177126C (zh) * 2002-08-07 2004-11-24 中国地质科学院勘探技术研究所 双喷嘴复合阀式液动潜孔锤
SE526252C2 (sv) * 2003-03-26 2005-08-09 Wassara Ab Hydraulisk borrsträngsanordning
US7353890B2 (en) * 2006-01-09 2008-04-08 Sandvik Intellectual Property Ab Down-the-hole hammer and components for a down-the-hole hammer, and a method of assembling a down-the-hole hammer
US7422074B2 (en) * 2006-05-19 2008-09-09 Numa Tool Company Delayed compression sleeve hammer
CA3034320C (en) * 2015-08-20 2023-07-04 Impulse Downhole Solutions Ltd. On-bottom downhole bearing assembly

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO335354B1 (no) * 2013-02-18 2014-12-01 Pav Holding As Høyfrekvent væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner
US10400513B2 (en) 2013-02-18 2019-09-03 Hammergy As Fluid pressure driven, high frequency percussion hammer for drilling in hard formations

Also Published As

Publication number Publication date
ES2763384T3 (es) 2020-05-28
RU2014108528A (ru) 2015-09-27
EP2744966A1 (en) 2014-06-25
NO334793B1 (no) 2014-05-26
EP2744966B1 (en) 2019-10-02
US10385617B2 (en) 2019-08-20
RU2607843C2 (ru) 2017-01-20
CA2845789C (en) 2021-03-09
CA2845789A1 (en) 2013-02-28
CN103998706A (zh) 2014-08-20
PL2744966T3 (pl) 2020-05-18
US20140174779A1 (en) 2014-06-26
CN103998706B (zh) 2016-08-17
HUE047284T2 (hu) 2020-04-28
EP2744966A4 (en) 2016-07-20
DK2744966T3 (en) 2019-12-16
WO2013028078A1 (en) 2013-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7240744B1 (en) Rotary and mud-powered percussive drill bit assembly and method
NO178673B (no) Hydraulisk senkebormaskin
NO20110518A1 (no) Pulsgenerator
AU2009202750A1 (en) Pneumatic drill
US10400513B2 (en) Fluid pressure driven, high frequency percussion hammer for drilling in hard formations
US3410353A (en) Percussion tools
RU2448230C1 (ru) Гидравлическое ударное устройство
NO20111140A1 (no) Hoyfrekvent, hoyeffektiv vaeskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner
JP3818438B2 (ja) 坑底駆動型パーカッションドリル
US20160153236A1 (en) Percussion hammer bit
RU2166057C2 (ru) Устройство для бурения скважин
JP2022133250A (ja) 停止ピストンを備える油圧回転衝撃ハンマードリル
WO2016148575A1 (en) Percussive hammering assembly
RU72714U1 (ru) Гидромониторный породоразрушающий инструмент
Drilling et al. Historical Development
ZA200810094B (en) Hydraulic rock drill hammer

Legal Events

Date Code Title Description
CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: HAMMERGY AS, NO

CREP Change of representative