液動(dòng)沖擊鉆井工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種液動(dòng)沖擊鉆井工具，在上短節(jié)與連接短節(jié)構(gòu)成的圓筒內(nèi)由上向下順序固定設(shè)有導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒和下端蓋；一換向器擺動(dòng)地設(shè)置在導(dǎo)流筒內(nèi)；換向器內(nèi)設(shè)有一缸體；一沖錘組件滑設(shè)在上短節(jié)與連接短節(jié)構(gòu)成的圓筒內(nèi)，其包括有滑設(shè)于缸體內(nèi)的活塞及其上、下活塞桿，一鉆頭座周向固定地掛設(shè)在連接短節(jié)的底端，上活塞桿與換向器間設(shè)有第一凸輪機(jī)構(gòu)，下活塞桿與換向器間設(shè)有第二凸輪機(jī)構(gòu)；導(dǎo)流筒和缸體上設(shè)有導(dǎo)通缸體的液體配流通道，換向器上設(shè)有接通相應(yīng)配流通道的配流孔，由換向器的正、反向擺動(dòng)使進(jìn)入缸體內(nèi)的液體流向間歇地變化，由此，驅(qū)動(dòng)沖錘組件上下往復(fù)移動(dòng)。該工具可提高沖錘換向穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命，提高破巖效果和工作效率。
【專利說明】液動(dòng)沖擊鉆井工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于石油開發(fā)領(lǐng)域中一種井下鉆具，尤其涉及一種液動(dòng)沖擊鉆井工具。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代常規(guī)鉆井主要采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，當(dāng)鉆遇硬地層或研磨性地層時(shí)，會(huì)出現(xiàn)鉆井機(jī)械鉆速的降低，會(huì)大幅度的增加鉆井的成本。而在鉆水平井或大位移井時(shí)，由于摩阻等因素，造成鉆具難以下入井內(nèi)，進(jìn)而出現(xiàn)鉆壓不能加載或部分加載在鉆頭上，嚴(yán)重影響鉆井系統(tǒng)的穩(wěn)定性和鉆井成本。
[0003]旋沖鉆井技術(shù)是目前解決上述問題的一個(gè)有效的方法，其方法為在鉆頭的上部增加一個(gè)沖擊鉆井工具，其原理是:鉆井時(shí)，高壓氣體或鉆井液推動(dòng)沖擊器，驅(qū)動(dòng)沖錘上下往復(fù)沖擊鉆頭，從而沖擊巖石，使得巖石形成裂縫，進(jìn)而形成巖石的破碎。這種技術(shù)在鉆遇硬質(zhì)地層或研磨性地層時(shí)具有鉆速快、鉆井成本低、巖屑大、鉆壓低等優(yōu)點(diǎn)。而其中沖擊鉆井工具是這項(xiàng)技術(shù)的核心。在石油鉆井領(lǐng)域研究應(yīng)用最多的是空氣錘和液壓沖擊工具；其中空氣錘主要應(yīng)用于氣體鉆井，其應(yīng)用受到一定限制；而液壓沖擊工具應(yīng)用面較廣，雖然這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的時(shí)間較長(zhǎng)，但還是存在著很多的問題。這些問題和缺陷與現(xiàn)有沖擊鉆井工具的結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要包括結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，易損件較多，沖錘的沖程較短，使用壽命不長(zhǎng)，穩(wěn)定性、可靠性不高等等，這些問題限制著旋沖鉆井技術(shù)在石油鉆井工業(yè)中的推廣應(yīng)用。如:長(zhǎng)春科技大學(xué)研制的YSC-178型射流式?jīng)_擊器，其射流孔內(nèi)徑較小，在工作中高壓鉆井液高速經(jīng)過射流孔，鉆井液中的顆粒會(huì)造成射流孔的沖蝕磨損，造成壽命的減少；再如:中國(guó)石油大學(xué)研制的SYZJ型雙作用沖擊器，其沖錘的沖程較短，沖錘加速度的時(shí)間較短，驅(qū)動(dòng)沖錘運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)沖擊力很大，易造成沖錘和活塞連接處的疲勞損壞，進(jìn)而降低工具的使用壽命。
[0004]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種液動(dòng)沖擊鉆井工具，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種液動(dòng)沖擊鉆井工具，以提高沖錘換向的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命，提高破巖效果和工作效率。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種液動(dòng)沖擊鉆井工具，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減少易損件，增加軸向沖錘的沖程，提高單次軸向的沖擊功。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種液動(dòng)沖擊鉆井工具，該鉆井工具包括上短節(jié)和固定連接于上短節(jié)下端的連接短節(jié)，在上短節(jié)與連接短節(jié)構(gòu)成的圓筒內(nèi)由上向下順序設(shè)有軸向和周向均固定的導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒和下端蓋，上、下端蓋上均設(shè)有貫通的導(dǎo)流孔；一圓筒形換向器往復(fù)擺動(dòng)地同軸設(shè)置在所述導(dǎo)流筒內(nèi)壁；換向器內(nèi)同軸設(shè)有一缸體，所述缸體與導(dǎo)流筒呈相對(duì)固定設(shè)置；一沖錘組件上下移動(dòng)地滑設(shè)在上短節(jié)與連接短節(jié)構(gòu)成的圓筒內(nèi)，所述沖錘組件包括有滑設(shè)于缸體內(nèi)的活塞及其上、下活塞桿，所述上活塞桿向上穿過缸體頂部和上端蓋延伸至導(dǎo)向套筒內(nèi)，上活塞桿頂端設(shè)有一配重體，所述下活塞桿向下穿過缸體底部和下端蓋延伸至連接短節(jié)下部，下活塞桿底端設(shè)有一沖頭體；一管狀鉆頭座周向固定地掛設(shè)在連接短節(jié)的底端，由所述移動(dòng)的沖頭體撞擊該鉆頭座的頂部；所述上活塞桿與換向器上端設(shè)有驅(qū)使換向器沿其轉(zhuǎn)軸朝正向擺動(dòng)的第一端面凸輪機(jī)構(gòu)，所述下活塞桿與換向器下端設(shè)有驅(qū)使換向器沿其轉(zhuǎn)軸朝反向擺動(dòng)的第二端面凸輪機(jī)構(gòu)；所述導(dǎo)流筒和缸體上設(shè)有導(dǎo)通缸體上腔和下腔的液體配流通道，所述換向器的筒壁上設(shè)有接通相應(yīng)配流通道的配流孔，由換向器的正、反向擺動(dòng)使進(jìn)入缸體內(nèi)的液體流向間歇地變化，由此，驅(qū)動(dòng)沖錘組件上下往復(fù)移動(dòng)。
[0008]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述下端蓋底部抵頂在連接短節(jié)內(nèi)壁上部的階梯孔孔肩上，以實(shí)現(xiàn)軸向定位；所述下端蓋側(cè)壁設(shè)有缺槽，該缺槽與連接短節(jié)內(nèi)壁的凸塊卡設(shè)，以實(shí)現(xiàn)下端蓋周向定位；所述導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒和下端蓋各相對(duì)接觸的連接面之間分別設(shè)有定位塊和對(duì)應(yīng)的定位槽，由此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒的周向定位。
[0009]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述缸體和換向器由上、下端蓋軸向定位；所述缸體底端向下設(shè)有一定位銷，該定位銷穿過換向器底部的一圓弧形透孔，并插接在下端蓋上的定位銷孔中，由此實(shí)現(xiàn)缸體的周向定位。
[0010]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述鉆頭座是由底段、中段和上段構(gòu)成的階梯形構(gòu)件；鉆頭座底段為圓柱形，直徑與連接短節(jié)的外徑相同，內(nèi)部設(shè)有連接鉆頭的錐形母扣；鉆頭座中段為八棱柱體，該鉆頭座中段穿設(shè)于連接短節(jié)底端的對(duì)應(yīng)八角通孔內(nèi)，所述中段的高度大于八角通孔長(zhǎng)度3?7_ ;鉆頭座的上段為圓柱體，外壁設(shè)有螺紋段，一設(shè)置于連接短節(jié)內(nèi)部的連接螺母連接于鉆頭座上段的螺紋段；所述鉆頭座中段和上段內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)通底段錐形母扣的中心孔，所述鉆頭座上段圓柱體外壁周向均勻分布有多個(gè)與內(nèi)部中心孔相通的透槽。
[0011]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述沖錘組件的配重體，其周向均設(shè)有六個(gè)平行其軸向的直筋；所述導(dǎo)向套筒內(nèi)壁周向均布有六個(gè)沿軸向上下貫通的導(dǎo)槽；所述六個(gè)直筋分別對(duì)應(yīng)滑設(shè)于六個(gè)導(dǎo)槽內(nèi)。
[0012]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述第一端面凸輪機(jī)構(gòu)由設(shè)置在上活塞桿外壁面的第一端面凸輪和設(shè)置在換向器上端的第一凸輪導(dǎo)軌構(gòu)成；所述第一端面凸輪為沿上活塞桿軸向設(shè)置的第一凸塊；第一凸輪導(dǎo)軌為由換向器上端向上延伸且圍繞上活塞桿外壁設(shè)置的第一圓弧形管壁；所述第一凸塊底端與第一圓弧形管壁頂端分別設(shè)有形狀匹配的導(dǎo)向面。
[0013]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述第二端面凸輪機(jī)構(gòu)由設(shè)置在下活塞桿外壁面的第二端面凸輪和設(shè)置在換向器下端的第二凸輪導(dǎo)軌構(gòu)成；所述第二端面凸輪為沿下活塞桿軸向設(shè)置的第二凸塊；第二凸輪導(dǎo)軌為由換向器下端向下延伸且圍繞下活塞桿外壁設(shè)置的第二圓弧形管壁；所述第二凸塊頂端與第二圓弧形管壁底端分別設(shè)有形狀匹配的導(dǎo)向面。
[0014]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述液體配流通道包括導(dǎo)流筒上設(shè)置的多個(gè)流道和缸體側(cè)壁上設(shè)置的配流口 ；所述導(dǎo)流筒的筒壁中沿周向均布有八個(gè)軸向流道，所述八個(gè)流道中沿周向相對(duì)的兩個(gè)流道構(gòu)成一組結(jié)構(gòu)相同的流道；包括有軸向貫通的第一流道組；第一流道組一側(cè)設(shè)有頂端封閉底端開口的第二流道組，所述第二流道組中的兩個(gè)第二流道上部和下部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒內(nèi)壁的第一導(dǎo)流口、第二導(dǎo)流口 ；第一流道組另一側(cè)設(shè)有底端封閉頂端開口的第三流道組，所述第三流道組中的兩個(gè)第三流道上部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒內(nèi)壁的第三導(dǎo)流口 ；第三流道組另一側(cè)設(shè)有底端封閉頂端開口的第四流道組，所述第四流道組中的兩個(gè)第四流道下部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒內(nèi)壁的第四導(dǎo)流口 ；所述缸體側(cè)壁上設(shè)有與上述多個(gè)導(dǎo)流口相對(duì)設(shè)置的配流口。
[0015]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述換向器的圓筒頂端外緣沿周向設(shè)有兩個(gè)呈徑向突出且對(duì)稱設(shè)置的扇形凸緣，所述每個(gè)扇形凸緣對(duì)應(yīng)換向器圓筒圓周的八分之一的角度；扇形凸緣周向一側(cè)且位于換向器的圓筒上部側(cè)壁間隔設(shè)有第一配流孔和第二配流孔；扇形凸緣周向另一側(cè)且位于換向器的圓筒下部側(cè)壁設(shè)有第三配流孔；所述第一配流孔、第二配流孔、第三配流孔分別對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)，所述六個(gè)配流孔及兩個(gè)扇形凸緣圍繞換向器周向呈均勻分布；所述導(dǎo)流筒的頂面上對(duì)應(yīng)第三流道組和第四流道組上端口的位置設(shè)有扇形凹槽，所述扇形凹槽對(duì)應(yīng)圓周的四分之一的角度；所述換向器的扇形凸緣設(shè)置在所述扇形凹槽中。
[0016]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述上、下端蓋上設(shè)置的貫通的導(dǎo)流孔為扇形通孔；所述上、下端蓋上分別對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)扇形通孔；所述上端蓋的導(dǎo)流孔與導(dǎo)流筒的第一流道組、第三流道組和第四流道組位置相對(duì)設(shè)置；所述下端蓋的導(dǎo)流孔與導(dǎo)流筒的第一流道組、第二流道組位置相對(duì)設(shè)置。
[0017]由上所述，本發(fā)明液動(dòng)沖擊鉆井工具，其上端連接鉆挺，下端連接鉆頭，鉆井液由上短節(jié)的上端開口進(jìn)入導(dǎo)向套筒中，通過上、下端蓋的導(dǎo)流孔以及導(dǎo)流筒設(shè)置的上下貫通的流道流入下端蓋下方的連接短節(jié)內(nèi)，再通過鉆頭座的中心孔流入鉆頭內(nèi)；同時(shí)，高壓鉆井液通過液體配流通道進(jìn)入缸體的下腔，通過推動(dòng)活塞并帶動(dòng)沖錘組件高速向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)沖錘組件移動(dòng)到最上端時(shí)，其下活塞桿與換向器下端設(shè)置的第二端面凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)使換向器沿其轉(zhuǎn)軸朝反向擺動(dòng)一角度，此時(shí)，由換向器將液體配流通道作出改變，高壓鉆井液通過改變后的液體配流通道進(jìn)入缸體的上腔，推動(dòng)活塞并帶動(dòng)沖錘組件高速向下運(yùn)動(dòng)，由沖頭體撞擊所述鉆頭座，進(jìn)而將沖擊力傳遞給鉆頭進(jìn)行破巖；當(dāng)沖錘組件移動(dòng)到最下端時(shí)，其上活塞桿與換向器上端設(shè)置的第一端面凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)使換向器沿其轉(zhuǎn)軸朝正向擺動(dòng)一角度，由換向器的擺動(dòng)將之前的液體配流通道接通，高壓鉆井液再次通過之前的液體配流通道進(jìn)入缸體的下腔，通過推動(dòng)活塞并帶動(dòng)沖錘組件高速向上運(yùn)動(dòng)；由此，由沖錘組件上下往復(fù)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)換向器往復(fù)擺動(dòng)來改變鉆井液進(jìn)入缸體的流向，使進(jìn)入缸體內(nèi)的鉆井液流向間歇地變化，由此，驅(qū)動(dòng)沖錘組件上下往復(fù)移動(dòng)，從而產(chǎn)生高頻的軸向沖擊力，進(jìn)行破巖作業(yè)。本發(fā)明的液動(dòng)沖擊鉆井工具，可以提高沖錘換向的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命，提高破巖效果和工作效率；并且該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少，采用沖錘組件增加了軸向沖錘的沖程，提高了單次軸向的沖擊功。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中:
[0019]圖1A:為本發(fā)明液動(dòng)沖擊鉆井工具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖1B:為本發(fā)明液動(dòng)沖擊鉆井工具的上段結(jié)構(gòu)放大示意圖。[0021]圖1C:為本發(fā)明液動(dòng)沖擊鉆井工具的下段結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0022]圖2:為本發(fā)明中連接短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3:為本發(fā)明中導(dǎo)向套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4:為本發(fā)明中上端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5:為本發(fā)明中下端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6:為本發(fā)明中導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖7A:為本發(fā)明中換向器的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖7B:為本發(fā)明中換向器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖8:為本發(fā)明中缸體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖9:為本發(fā)明中沖錘組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖10:為本發(fā)明中鉆頭座的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0033]如圖1A、圖1B、圖1C所示，本發(fā)明提出一種液動(dòng)沖擊鉆井工具100，該鉆井工具100包括上短節(jié)11和固定連接于上短節(jié)11下端的連接短節(jié)12 ;所述上短節(jié)11為圓筒狀，上端為連接鉆桿的錐螺紋公扣，下端為連接所述連接短節(jié)12的錐螺紋母扣，內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)；如圖2所示，所述連接短節(jié)12也為圓筒狀，上端為連接所述上短節(jié)11的錐螺紋，下端設(shè)有截面為八邊形的通孔121，在連接短節(jié)12上部?jī)?nèi)壁還設(shè)有階梯孔肩；如圖1A、圖1B、圖1C、圖3、圖4、圖5和圖6所示，在上短節(jié)11與連接短節(jié)12構(gòu)成的圓筒內(nèi)由上向下順序設(shè)有軸向和周向均固定的導(dǎo)向套筒2、上端蓋3、導(dǎo)流筒4和下端蓋5，所述下端蓋5底部抵頂在連接短節(jié)12內(nèi)壁上部的階梯孔孔肩上，以實(shí)現(xiàn)軸向定位；所述下端蓋5側(cè)壁設(shè)有缺槽53，該缺槽與連接短節(jié)12內(nèi)壁的設(shè)置的凸塊122卡設(shè)，以實(shí)現(xiàn)下端蓋5的周向定位；所述導(dǎo)向套筒2、上端蓋3、導(dǎo)流筒4和下端蓋5各相對(duì)接觸的連接面之間分別設(shè)有定位塊和對(duì)應(yīng)的定位槽，由此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向套筒2、上端蓋3、導(dǎo)流筒4的周向定位；如圖4、圖5所示，上端蓋3、下端蓋5的中心位置分別設(shè)有透孔31、透孔51，所述上、下端蓋3、5上還設(shè)有貫通的扇形導(dǎo)流孔32、52 ;如圖7A、圖7B所示，一圓筒形換向器6往復(fù)擺動(dòng)地同軸設(shè)置在所述導(dǎo)流筒4內(nèi)壁；換向器6內(nèi)同軸設(shè)有一缸體7 (如圖8所示)，所述缸體7與導(dǎo)流筒4呈相對(duì)固定設(shè)置；如圖9所示，一沖錘組件8上下移動(dòng)地滑設(shè)在上短節(jié)11與連接短節(jié)12構(gòu)成的圓筒內(nèi)，所述沖錘組件8包括有滑設(shè)于缸體7內(nèi)的活塞81及其上、下活塞桿82、83，活塞81將缸體7分隔為上腔和下腔；所述上活塞桿82向上穿過缸體7頂部和上端蓋的透孔31延伸至導(dǎo)向套筒2內(nèi)，上活塞桿82頂端設(shè)有一配重體84，所述下活塞桿83向下穿過缸體7底部和下端蓋的透孔51延伸至連接短節(jié)12下部，下活塞桿83底端設(shè)有一沖頭體85 ;如圖10所示，一頂端封閉的管狀鉆頭座13周向固定地掛設(shè)在連接短節(jié)12的底端，所述鉆頭座13是由底段131、中段132和上段133構(gòu)成的階梯形構(gòu)件；鉆頭座底段131為圓柱形，直徑與連接短節(jié)12的外徑相同，內(nèi)部設(shè)有連接鉆頭(圖中未示出)的錐形母扣1311 ;鉆頭座中段132為八棱柱體，該鉆頭座中段穿設(shè)于連接短節(jié)底端的對(duì)應(yīng)八邊形通孔121內(nèi)，所述中段的高度大于八邊形通孔長(zhǎng)度3?7mm ;鉆頭座的上段133為圓柱體，外壁設(shè)有螺紋段，一設(shè)置于連接短節(jié)12內(nèi)部的連接螺母14連接于鉆頭座上段的螺紋段；所述鉆頭座中段132和上段133內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)通底段錐形母扣的中心孔134，所述鉆頭座上段圓柱體外壁周向均勻分布有多個(gè)與內(nèi)部中心孔134相通的透槽135 ;由所述上下移動(dòng)的沖錘組件的沖頭體85撞擊該鉆頭座13的頂部；所述上活塞桿82與換向器6上端設(shè)有驅(qū)使換向器6沿其轉(zhuǎn)軸朝正向擺動(dòng)的第一端面凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)沖錘組件8從上向下移動(dòng)時(shí)，第一端面凸輪機(jī)構(gòu)能夠驅(qū)使換向器6向正向擺動(dòng)一預(yù)定角度；所述下活塞桿83與換向器6下端設(shè)有驅(qū)使換向器6沿其轉(zhuǎn)軸朝反向擺動(dòng)的第二端面凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)沖錘組件8從下向上移動(dòng)時(shí)，第二端面凸輪機(jī)構(gòu)能夠驅(qū)使換向器6向反向擺動(dòng)一相同的預(yù)定角度，由此，通過沖錘組件8上下往復(fù)移動(dòng)，以使換向器6進(jìn)行正反向往復(fù)擺動(dòng)；所述導(dǎo)流筒4和缸體7上設(shè)有導(dǎo)通缸體7上腔和下腔的液體配流通道，所述換向器6的筒壁上設(shè)有接通相應(yīng)配流通道的配流孔，由換向器6的正、反向擺動(dòng)使進(jìn)入缸體7內(nèi)的液體流向間歇地變化，由此，驅(qū)動(dòng)沖錘組件8上下往復(fù)移動(dòng)。
[0034]由上所述，本發(fā)明液動(dòng)沖擊鉆井工具，其上端連接鉆挺，下端連接鉆頭，鉆井液由上短節(jié)11的上端開口進(jìn)入導(dǎo)向套筒2中，通過上、下端蓋的導(dǎo)流孔32、52以及導(dǎo)流筒4設(shè)置的上下貫通的流道流入下端蓋下方的連接短節(jié)內(nèi)，再通過鉆頭座的中心孔134流入鉆頭內(nèi)；同時(shí)，高壓鉆井液通過液體配流通道進(jìn)入缸體7的下腔，通過推動(dòng)活塞81并帶動(dòng)沖錘組件8高速向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)沖錘組件8移動(dòng)到最上端時(shí)，其下活塞桿83與換向器6下端設(shè)置的第二端面凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)使換向器6沿其轉(zhuǎn)軸朝反向擺動(dòng)一角度，此時(shí)，由換向器6將液體配流通道作出改變，高壓鉆井液通過改變后的液體配流通道進(jìn)入缸體7的上腔，推動(dòng)活塞81并帶動(dòng)沖錘組件8高速向下運(yùn)動(dòng)，由沖頭體85撞擊所述鉆頭座13，進(jìn)而將沖擊力傳遞給鉆頭進(jìn)行破巖；當(dāng)沖錘組件8移動(dòng)到最下端時(shí)，其上活塞桿82與換向器6上端設(shè)置的第一端面凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)使換向器6沿其轉(zhuǎn)軸朝正向擺動(dòng)一角度，由換向器6的擺動(dòng)將之前的液體配流通道接通，高壓鉆井液再次通過之前的液體配流通道進(jìn)入缸體7的下腔，通過推動(dòng)活塞81并帶動(dòng)沖錘組件8高速向上運(yùn)動(dòng)；由此，由沖錘組件8上下往復(fù)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)換向器6往復(fù)擺動(dòng)來改變鉆井液進(jìn)入缸體7的流向，使進(jìn)入缸體7內(nèi)的鉆井液流向間歇地變化，由此，驅(qū)動(dòng)沖錘組件8上下往復(fù)移動(dòng)，從而產(chǎn)生高頻的軸向沖擊力，進(jìn)行破巖作業(yè)。本發(fā)明的液動(dòng)沖擊鉆井工具，可以提高沖錘換向的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命，提高破巖效果和工作效率；并且該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少，采用沖錘組件增加了軸向沖錘的沖程，提高了單次軸向的沖擊功。
[0035]進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，如圖5、圖7B和圖8所示，所述缸體7和換向器6由上、下端蓋3、5軸向定位；所述缸體7底端向下設(shè)有一定位銷79,該定位銷79穿過換向器6底部的一圓弧形透孔69，并插接在下端蓋5上的定位銷孔59中，由此實(shí)現(xiàn)缸體7的周向定位。
[0036]如圖3、圖9所示，所述沖錘組件8的配重體84，其周向均設(shè)有六個(gè)平行其軸向的直筋841 ;所述導(dǎo)向套筒2內(nèi)壁周向均布有六個(gè)沿軸向上下貫通的導(dǎo)槽21 ;所述六個(gè)直筋841分別對(duì)應(yīng)滑設(shè)于六個(gè)導(dǎo)槽21內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)沖錘組件8的周向固定(即:沖錘組件8只能沿著導(dǎo)槽21軸向上下移動(dòng))。
[0037]如圖1A、圖1B、圖1C、圖7A、圖7B和圖9所示，在本實(shí)施方式中，所述第一端面凸輪機(jī)構(gòu)是由設(shè)置在上活塞桿82外壁面的第一端面凸輪821和設(shè)置在換向器6上端的第一凸輪導(dǎo)軌61構(gòu)成；所述第一端面凸輪821為沿上活塞桿82軸向設(shè)置的第一凸塊；第一凸輪導(dǎo)軌61為由換向器6上端向上延伸且圍繞上活塞桿82外壁設(shè)置的第一圓弧形管壁；所述第一凸塊底端與第一圓弧形管壁頂端分別設(shè)有形狀匹配的導(dǎo)向面。所述第二端面凸輪機(jī)構(gòu)是由設(shè)置在下活塞桿83外壁面的第二端面凸輪831和設(shè)置在換向器6下端的第二凸輪導(dǎo)軌62構(gòu)成；所述第二端面凸輪831為沿下活塞桿83軸向設(shè)置的第二凸塊；第二凸輪導(dǎo)軌62為由換向器6下端向下延伸且圍繞下活塞桿83外壁設(shè)置的第二圓弧形管壁；所述第二凸塊頂端與第二圓弧形管壁底端分別設(shè)有形狀匹配的導(dǎo)向面。在本實(shí)施方式中，所述第一端面凸輪機(jī)構(gòu)與第二端面凸輪機(jī)構(gòu)可呈同軸90度交錯(cuò)設(shè)置。
[0038]進(jìn)一步，如圖6、圖8所示，在本實(shí)施方式中，所述液體配流通道包括導(dǎo)流筒4上設(shè)置的多個(gè)流道和缸體7側(cè)壁上設(shè)置的配流口；
[0039]所述導(dǎo)流筒4的筒壁中沿周向均布有八個(gè)軸向流道，所述八個(gè)流道中沿周向相對(duì)的兩個(gè)流道構(gòu)成一組結(jié)構(gòu)相同的流道；包括有軸向貫通導(dǎo)流筒4的第一流道組41 ;沿第一流道組41周向一側(cè)(從導(dǎo)流筒4上方觀察，為第一流道組41的逆時(shí)針方向一側(cè))設(shè)有頂端封閉底端開口的第二流道組42，所述第二流道組42中的兩個(gè)第二流道上部和下部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒4內(nèi)壁的第一導(dǎo)流口 421、第二導(dǎo)流口 422 ;沿第一流道組周向另一側(cè)設(shè)有底端封閉頂端開口的第三流道組43，所述第三流道組43中的兩個(gè)第三流道上部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒4內(nèi)壁的第三導(dǎo)流口 431 ;沿第三流道組周向另一側(cè)設(shè)有底端封閉頂端開口的第四流道組44，所述第四流道組中的兩個(gè)第四流道下部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒4內(nèi)壁的第四導(dǎo)流口 441 ;所述缸體7的下部側(cè)壁上設(shè)有與兩個(gè)所述第二導(dǎo)流口 422對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第一配流口 72，還設(shè)有與兩個(gè)所述第四導(dǎo)流口 441對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第四配流口 74 ;所述缸體7的上部側(cè)壁上設(shè)有與兩個(gè)所述第一導(dǎo)流口 421對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第二配流口 71，還設(shè)有與兩個(gè)所述第三導(dǎo)流口 431對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第三配流口 73 ；
[0040]所述上、下端蓋上分別對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)扇形通孔；所述上端蓋的兩個(gè)扇形通孔與導(dǎo)流筒的第一流道組41、第三流道組43和第四流道組44位置相對(duì)設(shè)置；所述下端蓋的兩個(gè)扇形通孔與導(dǎo)流筒的第一流道組41、第二流道組42位置相對(duì)設(shè)置。
[0041]如圖7A、圖7B所示，在本實(shí)施方式中，所述換向器6的圓筒頂端外緣沿周向設(shè)有兩個(gè)呈徑向突出且對(duì)稱設(shè)置的扇形凸緣68，所述每個(gè)扇形凸緣68的弧形大小分別為對(duì)應(yīng)換向器圓筒圓周的八分之一的角度；扇形凸緣68周向一側(cè)(從換向器6上方觀察,為扇形凸緣68的逆時(shí)針方向一側(cè))且位于換向器的圓筒上部側(cè)壁間隔設(shè)有第一配流孔63和第二配流孔64 ;扇形凸緣68周向另一側(cè)且位于換向器的圓筒下部側(cè)壁設(shè)有第三配流孔65 ;所述第一配流孔63、第二配流孔64、第三配流孔65分別對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)，所述六個(gè)配流孔及兩個(gè)扇形凸緣68圍繞換向器周向呈均勻分布；所述導(dǎo)流筒4的頂面上對(duì)應(yīng)第三流道組43和第四流道組44上端口的位置設(shè)有扇形凹槽45，所述扇形凹槽45對(duì)應(yīng)圓周的四分之一的角度；所述換向器的兩個(gè)扇形凸緣68分別設(shè)置在兩個(gè)扇形凹槽45中。當(dāng)換向器6周向擺動(dòng)時(shí)，所述扇形凸緣68在扇形凹槽45內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，間歇地封閉第三流道組43和第四流道組44上端口，同時(shí)，使換向器上的六個(gè)配流孔導(dǎo)通或封閉導(dǎo)流筒上對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流口，以使進(jìn)入缸體的鉆井液流向間歇地變化，由此，驅(qū)動(dòng)沖錘組件8上下往復(fù)移動(dòng)。
[0042]當(dāng)在下鉆過程中，由于自重，沖錘組件8處于最下端，工具處于初始位置，這時(shí)沖錘組件8上活塞桿82的第一端面凸輪821驅(qū)動(dòng)換向器6逆時(shí)針轉(zhuǎn)到極限位置，此時(shí)，換向器的扇形凸緣68將導(dǎo)流筒4的第三流道組43的上端口封閉，并將第四流道組44的上端口打開，且換向器的第三配流孔65與導(dǎo)流筒4下端的第四導(dǎo)流口 441相通，換向器的第二配流孔64與導(dǎo)流筒4上端的第一導(dǎo)流口 421相通，鉆井液經(jīng)過第四流道組的上端口、第四導(dǎo)流口 441、第三配流孔65從缸體7的第四配流口 74進(jìn)入缸體7下腔，推動(dòng)活塞上移，同時(shí)，缸體7上腔內(nèi)的鉆井液經(jīng)過第一配流口 71、換向器的第二配流孔64、導(dǎo)流筒4上端的第一導(dǎo)流口 421進(jìn)入第二流道組42內(nèi)，并從第二流道組42下端口向下通過下端蓋5的扇形通孔流入連接短節(jié)12內(nèi)，由此,驅(qū)動(dòng)沖錘組件8向上移動(dòng)。
[0043]當(dāng)沖錘組件8移動(dòng)到上端時(shí)，沖錘組件8下活塞桿83的第一端面凸輪831驅(qū)動(dòng)換向器6順時(shí)針轉(zhuǎn)到極限位置，此時(shí)，換向器的扇形凸緣68將導(dǎo)流筒4的第四流道組44的上端口封閉，并將第三流道組43的上端口打開，且換向器的第三配流孔65與導(dǎo)流筒4下端的第二導(dǎo)流口 422相通，換向器的第一配流孔63與導(dǎo)流筒4上端的第三導(dǎo)流口 431相通，鉆井液經(jīng)過第三流道組的上端口、第三導(dǎo)流口 431、第一配流孔63從缸體7的第三配流口 73進(jìn)入缸體7上腔，推動(dòng)活塞下移，同時(shí)，缸體7下腔內(nèi)的鉆井液經(jīng)過第二配流口 72、換向器的第三配流孔65、導(dǎo)流筒4下端的第二導(dǎo)流口 422進(jìn)入第二流道組42內(nèi)，并從第二流道組42下端口向下通過下端蓋5的扇形通孔流入連接短節(jié)12內(nèi)，由此，驅(qū)動(dòng)沖錘組件8向下移動(dòng)。沖頭體85高速?zèng)_擊到鉆頭座13，此時(shí)工具又回到初始位置，工具已經(jīng)完成了一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，給鉆頭提供了一次軸向沖擊。如此循環(huán)運(yùn)動(dòng)，撞擊鉆頭座，使鉆頭在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沖擊破巖。由于鉆頭座中段的高度大于八角通孔長(zhǎng)度3?7_，因此鉆頭座可以沿軸向有3?7mm的移動(dòng)量，以保證沖擊力完全作用在鉆頭上。
[0044]當(dāng)鉆井液通過相應(yīng)的液體配流通道驅(qū)動(dòng)沖錘組件8上下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，一部分高壓鉆井液通過導(dǎo)流筒上軸向貫通的第一流道組41直接流入連接短節(jié)12內(nèi)，經(jīng)過鉆頭座13進(jìn)入鉆頭內(nèi)。
[0045]本發(fā)明的液動(dòng)沖擊鉆井工具，可以提聞沖銀換向的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命，提聞破巖效果和工作效率；并且該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少，采用沖錘組件增加了軸向沖錘的沖程，提高了單次軸向的沖擊功。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:該鉆井工具包括上短節(jié)和固定連接于上短節(jié)下端的連接短節(jié)，在上短節(jié)與連接短節(jié)構(gòu)成的圓筒內(nèi)由上向下順序設(shè)有軸向和周向均固定的導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒和下端蓋，上、下端蓋上均設(shè)有貫通的導(dǎo)流孔；一圓筒形換向器往復(fù)擺動(dòng)地同軸設(shè)置在所述導(dǎo)流筒內(nèi)壁；換向器內(nèi)同軸設(shè)有一缸體，所述缸體與導(dǎo)流筒呈相對(duì)固定設(shè)置；一沖錘組件上下移動(dòng)地滑設(shè)在上短節(jié)與連接短節(jié)構(gòu)成的圓筒內(nèi)，所述沖錘組件包括有滑設(shè)于缸體內(nèi)的活塞及其上、下活塞桿，所述上活塞桿向上穿過缸體頂部和上端蓋延伸至導(dǎo)向套筒內(nèi)，上活塞桿頂端設(shè)有一配重體，所述下活塞桿向下穿過缸體底部和下端蓋延伸至連接短節(jié)下部，下活塞桿底端設(shè)有一沖頭體；一管狀鉆頭座周向固定地掛設(shè)在連接短節(jié)的底端，由所述移動(dòng)的沖頭體撞擊該鉆頭座的頂部；所述上活塞桿與換向器上端設(shè)有驅(qū)使換向器沿其轉(zhuǎn)軸朝正向擺動(dòng)的第一端面凸輪機(jī)構(gòu)，所述下活塞桿與換向器下端設(shè)有驅(qū)使換向器沿其轉(zhuǎn)軸朝反向擺動(dòng)的第二端面凸輪機(jī)構(gòu)；所述導(dǎo)流筒和缸體上設(shè)有導(dǎo)通缸體上腔和下腔的液體配流通道，所述換向器的筒壁上設(shè)有接通相應(yīng)配流通道的配流孔，由換向器的正、反向擺動(dòng)使進(jìn)入缸體內(nèi)的液體流向間歇地變化，由此，驅(qū)動(dòng)沖錘組件上下往復(fù)移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述下端蓋底部抵頂在連接短節(jié)內(nèi)壁上部的階梯孔孔肩上，以實(shí)現(xiàn)軸向定位；所述下端蓋側(cè)壁設(shè)有缺槽，該缺槽與連接短節(jié)內(nèi)壁的凸塊卡設(shè)，以實(shí)現(xiàn)下端蓋周向定位；所述導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒和下端蓋各相對(duì)接觸的連接面之間分別設(shè)有定位塊和對(duì)應(yīng)的定位槽，由此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向套筒、上端蓋、導(dǎo)流筒的周向定位。
3.如權(quán)利要求1所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述缸體和換向器由上、下端蓋軸向定位；所述缸體底端向下設(shè)有一定位銷，該定位銷穿過換向器底部的一圓弧形透孔，并插接在下端蓋上的定位銷孔中，由此實(shí)現(xiàn)缸體的周向定位。
4.如權(quán)利要求1所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述鉆頭座是由底段、中段和上段構(gòu)成的階梯形構(gòu)件；鉆頭座底段為圓柱形，直徑與連接短節(jié)的外徑相同，內(nèi)部設(shè)有連接鉆頭的錐形母扣；鉆頭座中段為八棱柱體，該鉆頭座中段穿設(shè)于連接短節(jié)底端的對(duì)應(yīng)八角通孔內(nèi)，所述中段的高度大于八角通孔長(zhǎng)度3~7_ ;鉆頭座的上段為圓柱體，外壁設(shè)有螺紋段，一設(shè)置于連接短節(jié)內(nèi)部的連接螺母連接于鉆頭座上段的螺紋段；所述鉆頭座中段和上段內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)通底段錐形母扣的中心孔，所述鉆頭座上段圓柱體外壁周向均勻分布有多個(gè)與內(nèi)部中心孔相通的透槽。
5.如權(quán)利要求1所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述沖錘組件的配重體，其周向均設(shè)有六個(gè)平行其軸向的直筋；所述導(dǎo)向套筒內(nèi)壁周向均布有六個(gè)沿軸向上下貫通的導(dǎo)槽；所述六個(gè)直筋分別對(duì)應(yīng)滑設(shè)于六個(gè)導(dǎo)槽內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述第一端面凸輪機(jī)構(gòu)由設(shè)置在上活塞桿外壁面的第一端面凸輪和設(shè)置在換向器上端的第一凸輪導(dǎo)軌構(gòu)成；所述第一端面凸輪為沿上活塞桿軸向設(shè)置的第一凸塊；第一凸輪導(dǎo)軌為由換向器上端向上延伸且圍繞上活塞桿外壁設(shè)置的第一圓弧形管壁；所述第一凸塊底端與第一圓弧形管壁頂端分別設(shè)有形狀匹配的導(dǎo)向面。
7.如權(quán)利要求1所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述第二端面凸輪機(jī)構(gòu)由設(shè)置在下活塞桿外壁面的第二端面凸輪和設(shè)置在換向器下端的第二凸輪導(dǎo)軌構(gòu)成；所述第二端面凸輪為沿下活塞桿軸向設(shè)置的第二凸塊；第二凸輪導(dǎo)軌為由換向器下端向下延伸且圍繞下活塞桿外壁設(shè)置的第二圓弧形管壁；所述第二凸塊頂端與第二圓弧形管壁底端分別設(shè)有形狀匹配的導(dǎo)向面。
8.如權(quán)利要求1所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述液體配流通道包括導(dǎo)流筒上設(shè)置的多個(gè)流道和缸體側(cè)壁上設(shè)置的配流口 ；所述導(dǎo)流筒的筒壁中沿周向均布有八個(gè)軸向流道，所述八個(gè)流道中沿周向相對(duì)的兩個(gè)流道構(gòu)成一組結(jié)構(gòu)相同的流道；包括有軸向貫通的第一流道組；第一流道組一側(cè)設(shè)有頂端封閉底端開口的第二流道組，所述第二流道組中的兩個(gè)第二流道上部和下部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒內(nèi)壁的第一導(dǎo)流口、第二導(dǎo)流口 ；第一流道組另一側(cè)設(shè)有底端封閉頂端開口的第三流道組，所述第三流道組中的兩個(gè)第三流道上部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒內(nèi)壁的第三導(dǎo)流口 ；第三流道組另一側(cè)設(shè)有底端封閉頂端開口的第四流道組，所述第四流道組中的兩個(gè)第四流道下部分別設(shè)有導(dǎo)通導(dǎo)流筒內(nèi)壁的第四導(dǎo)流口 ；所述缸體側(cè)壁上設(shè)有與上述多個(gè)導(dǎo)流口相對(duì)設(shè)置的配流口。
9.如權(quán)利要求8所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述換向器的圓筒頂端外緣沿周向設(shè)有兩個(gè)呈徑向突出且對(duì)稱設(shè)置的扇形凸緣，所述每個(gè)扇形凸緣對(duì)應(yīng)換向器圓筒圓周的八分之一的角度；扇形凸緣周向一側(cè)且位于換向器的圓筒上部側(cè)壁間隔設(shè)有第一配流孔和第二配流孔；扇形凸緣周向另一側(cè)且位于換向器的圓筒下部側(cè)壁設(shè)有第三配流孔；所述第一配流孔、第二配流孔、第三配流孔分別對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)，所述六個(gè)配流孔及兩個(gè)扇形凸緣圍繞換向器周向呈均勻分布；所述導(dǎo)流筒的頂面上對(duì)應(yīng)第三流道組和第四流道組上端口的位置設(shè)有扇形凹槽，所述扇形凹槽對(duì)應(yīng)圓周的四分之一的角度；所述換向器的扇形凸緣設(shè)置在所述扇形凹槽中。
10.如權(quán)利要求9所述的液動(dòng)沖擊鉆井工具，其特征在于:所述上、下端蓋上設(shè)置的貫通的導(dǎo)流孔為扇形通 孔；所述上、下端蓋上分別對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)扇形通孔；所述上端蓋的導(dǎo)流孔與導(dǎo)流筒的第一流道組、第三流道組和第四流道組位置相對(duì)設(shè)置；所述下端蓋的導(dǎo)流孔與導(dǎo)流筒的第一流道組、第二流道組位置相對(duì)設(shè)置。
【文檔編號(hào)】E21B4/16GK103967408SQ201410187589
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】柳貢慧, 查春青, 李玉梅 申請(qǐng)人:北京信息科技大學(xué), 中國(guó)石油大學(xué)(北京)