CN102852455B - 冲击钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击钻具，涉及一种钻具，解决了现有钻具对深井硬地层钻进效率低的问题。本发明所述冲击钻具，包括：主轴机构、冲击机构、定轴传动机构和马达机构，其主轴机构位于钻具的最下端，主轴机构的上端与产生冲击作用的冲击机构相连，其中，冲击机构包括：液压活塞装置、旋转换向阀和限压装置，马达机构位于该钻具的最上端，主要由马达和挠轴式万向机构构成。工作时，该钻具由外部动力机构带动旋转，钻井液驱动马达转子旋转，带动定轴传动机构中的定轴旋转，驱使旋转换向阀换向，进而改变液压缸进出口的流体流动方向，使活塞产生往复运动，将钻井液的液压能转化为活塞对主轴的冲击能，使主轴产生轴向冲击运动。

Description

冲击钻具

技术领域

本发明涉及一种钻具，尤其涉及一种用于地质钻探和石油钻井的冲击钻具。

背景技术

目前对于地表和浅井段岩石层的碎石和钻进，普遍使用的是冲击钻具或冲击器，这是因为冲击方式能对岩石产生明显的破碎效果，而仅用旋转的方式钻井，难以达到碎石的目的，因而钻进效率极低。

然而，现有冲击钻具(或冲击工具)的冲击器一般都设置在地面之上，在较深井段由于连接冲击器和钻头之间的钻杆较长，刚性较差，在钻压下，钻杆很容易呈弯曲的弹性状态，而在弹性状态下，冲击器的冲击力不能通过钻杆有效的传递到钻头上，使钻头产生碎石效果，因此现有冲击钻具或冲击工具不能满足较深井段坚硬地层的有效钻进。

另外，目前在石油钻井和地质钻井中普遍用螺杆钻具或涡轮钻具来提高钻井速度。这两种钻具工作时，均是用高压钻井液来驱动螺杆钻具或涡轮钻具的马达高速旋转，并通过传动轴带动钻头对地层实行钻进的，但是这两种钻具均因结构强度和寿命原因无法实现轴向冲击功能，在遇到坚硬地层时，只能靠牙轮钻头齿间变换或钻头的微小跳动产生的冲击来进行钻进，但这种冲击力很小，无明显破岩碎石的效果，因此钻进速度低，并加剧了钻头的磨损，甚至造成无法钻进的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种冲击钻具，解决了现有钻具对深井硬地层钻进效率低的问题，该钻具轴向振动频率高，冲击力大，钻井效率高，并兼具冲击、墩钻等多种功能。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种用于地质钻探和石油钻井的冲击钻具，包括：外壳体；马达机构、与所述马达机构连接的定轴传动机构、产生冲击作用的冲击机构和用于安装钻头的主轴机构，四个机构依次设置在所述外壳体内；

所述冲击机构设置在定轴传动机构的下方，主轴机构的上方；所述冲击机构包括：液压活塞装置、旋转换向阀和第一、第二限压装置，所述液压活塞装置包括：液压缸和活塞；

所述马达机构在钻井液压力作用下旋转，通过所述定轴传动机构驱使所述旋转换向阀换向，以改变所述液压缸进出口的流体流动方向，使所述活塞往复运动，从而使冲击机构对所述主轴机构产生冲击作用。

所述液压缸由第一缸筒和第二缸筒连接而成，且所述第一缸筒在上，所述第二缸筒在下倒置，所述第一缸筒的孔径大于所述第二缸筒的孔径；

所述第一缸筒上下两端各设置有一个进出液口，所述第二缸筒的下端偏离轴心处设置有三个轴向孔，其中的一个所述轴向孔与第一缸筒下端的进出液口相通，另外两个所述轴向孔对称于轴心线分布为所述液压缸的出液口；

所述液压缸的外圆上沿轴向设置有四条两两相对的槽形流体通道，其中一对相对的所述槽型流体通道分别与所述两个进出液口相通，构成流体换向通道，另外一对所述槽型流体通道分别与位于所述第二缸筒上的两个关于轴线对称分布的出液口连通，构成流体排出通道。

所述旋转换向阀设置在所述液压缸的上方，包括：静换向阀芯和动换向阀芯，所述动换向阀芯设置在所述静换向阀芯上方，且所述静换向阀芯与所述动换向阀芯平面接触；

所述静换向阀芯的轴心处设置有轴心通孔，其本体上另设置有四个轴向的通孔，该四个通孔到轴心的距离相等，呈两两对称的形态分布；

其中一对对称的所述通孔通过设置在静换向阀芯上端面的槽连通，且该对通孔的下端分别与所述液压缸的外圆面上构成流体排出通道的两个槽形流体通道对应连通；

另外一对对称的所述通孔则在下端分别与所述液压缸的外圆面上构成流体换向通道的两个槽形流体通道对应连通；

所述动换向阀芯两端的端面的轴心处分别设置有一个沉孔，在与所述静换向阀芯相接触的一端的端面上还设置有轴向的一个通孔和一个盲孔，所述通孔和所述盲孔关于所述动换向阀芯的轴线相对称，所述盲孔通过一个槽与位于同一端面的所述沉孔相通，所述通孔与另一端面的所述沉孔相通，它们到轴心的距离等于与所述静换向阀芯接触面上所述通孔到轴心的距离。

所述冲击机构还包括：第一限压装置和第二限压装置，两个限压装置均由阀座、阀芯和弹簧组成；

所述第二缸筒下方还设置有一个端盖，该端盖上除设置有供所述活塞的杆部贯穿的轴心孔外，还设置有三个通孔，其中第一、第二通孔分别与所述的第二缸筒下端的两个所述出液口连通，第三通孔与所述第二缸筒上连通所述第一缸筒下端的所述进出液口相通。

所述第一限压装置位于所述第二缸筒上与第一缸筒下端进出液口相通的轴向通孔中，所述第一限压装置的进液口与位于所述第一缸筒下端的所述进出液口连通，出液口与位于所述端盖上的所述第三通孔连通；

所述第二限压装置设置于所述静换向阀芯和所述液压缸之间，所述第二限压装置的出液口与所述静换向阀芯的所述轴心通孔相通，进液口与所述液压缸的上端内部相通。

所述冲击机构还包括：冲击头，设置在所述主轴机构的上方，所述冲击头的下端呈现球面，上端与所述活塞的下端相连接。

所述外壳体包括主轴壳体，所述主轴机构和主轴壳体间以花键连接。

所述主轴的轴心设置有通孔，一端设置有连接钻头的螺纹，另一端与所述水帽接头螺纹连接，所述水帽接头在与所述主轴连接的一端的外表面设置有台肩；

所述外壳体包括主轴壳体和冲击壳体，所述缓冲套外套在所述主轴上，位于所述主轴与所述水帽接头之间，所述防沙密封套设置在所述水帽接头外表面的台肩处，所述缓冲套和防沙密封套的外圆均与所述冲击壳体的内表面接触。

所述的马达机构包括：定子、转子和与所述转子相连接的万向结构；

所述转子的轴心设置有通孔，所述万向结构是由万向节和挠轴通过接箍螺纹连接而成，所述挠轴为圆杆形状，所述挠轴穿过所述转子轴心处的通孔，所述挠轴与所述转子的上端螺纹连接后固定。

本发明实施例所述冲击钻具中，由于冲击机构位于钻具的下端，且活塞运动速度较高，作用到主轴结构上的冲量较大，因此活塞上只需消耗较小液体压力，就能保证钻具主轴带动钻头对地层产生理想的冲击碎石效果，大大减小钻头的切削力；另外本钻具通过使用(更换)不同结构的钻头就能对各种底层进行钻进，故钻具的适应范围广，钻井效率高。

因此，本发明实施例具有的有益效果为：

1、钻压小、消耗能量少、冲击力大且稳定、冲击频率较高、对钻具的反冲击力小、安全性高、寿命长；

2、能够有效减小钻头的切削力，延长钻头以及钻杆的使用寿命，大大提高钻井效率；

3、用途广泛，适用于不同类型和多种地层结构的井段钻进，包括较软地层和高温深井的钻进，并能够消除卡钻等事故；

4、结构简单，长度较短，易于制造。

附图说明

图1为本发明实施例冲击钻具的主剖面结构示意图；

图2为图1中主轴机构的结构示意图；

图3为图1中冲击机构的结构示意图；

图4是图3所示冲击机构的右视结构示意图；

图5为图1中定轴传动机构的结构示意图；

图6为图1中马达机构的结构示意图；

图7为本发明另一个实施例的主剖面结构示意图；

图8为图7中马达机构的结构示意图；

图9为图8中静叶轮的主剖面示意图；

图10为图9的左视图；

图11分别为图9的俯视图；

图12为图8中动叶轮的主剖面示意图；

图13为图12的左视图；

图14为图12的俯视图；

图15为第一缸筒的结构示意图一；

图16为图15中沿A-A的截面结构示意图；

图17为第一缸筒的结构示意图二；

图18为图17中沿B-B的截面结构示意图。

附图标记说明

1-主轴机构，2-冲击机构，3-定轴传动机构，4-马达机构，5-主轴，

6-O型密封圈Ⅰ，7-主轴壳体，8-下耐磨套，9-压帽，10-挡圈，

11-缓冲套，12-上耐磨套，13-水帽接头，14-O型密封圈Ⅱ，

15-防沙密封套，16-挡圈，17-冲击壳体，18-冲击头，19-活塞，

20-缓冲弹簧，21-弹簧座，22-端盖，23-O型密封圈Ⅲ，

24-小内六角螺钉,25-弹簧垫圈，26-小O型密封圈Ⅰ，

27-小O型密封圈Ⅱ，28-减磨套，29-活塞端盖，30-大六角螺钉，

31-液压缸，311-第一缸筒，312-第二缸筒，32-静换向阀芯，

33-调整压套，34-动换向阀芯，35-球座，36-大耐冲蚀套，

37-大阀弹簧，38-大阀芯，39-大阀座，40-小阀座，

41-小阀芯，42-小阀弹簧，43-驱动键，44-螺钉，45-定轴壳体，

46-定轴，47-下动滑动轴承，48-静滑动轴承，49-隔套，50-压簧座，

51-压簧，52-推力轴承，53-滑动键，54-上动滑动轴承，55-调整套，

56-万向节，57-接箍，58-挠轴，59-转子，60-定子，61-防掉螺母，

62-上接头，63-进出液口，64-液体换向通道，65-流体排出通道。

具体实施方式

本发明实施例提供一种冲击钻具，用于地质钻探和石油钻井，其轴向振动频率高，冲击力大，钻井效率高，并兼具冲击、墩钻等多种功能，解决现有钻具对深井硬地层钻进效率低的问题。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本发明实施例提供一种冲击钻具，如图1至图6所示，包括：外壳体；马达机构4、与马达机构4连接的定轴传动机构3、产生冲击作用的冲击机构2和用于安装钻头的主轴机构1，依次设置在外壳体内；

冲击机构2设置在定轴传动机构3的下方，主轴机构1的上方，冲击机构2包括：液压活塞装置和旋转换向阀，所述液压活塞装置包括：液压缸31、活塞19和限压装置；

马达机构4在钻井液压力作用下旋转，通过定轴传动机构3驱使旋转换向阀换向，以改变液压缸31进出口的流体流动方向，使活塞19往复运动，从而使冲击机构2对主轴机构1产生冲击作用。

本实施例所述冲击钻具中，由于冲击机构位于钻具的下端，且活塞运动速度较高，作用到主轴结构上的冲量较大，因此活塞上只需消耗较小液体压力，就能保证钻具主轴5带动钻头对地层产生理想的冲击碎石效果，有效减小钻头的切削力；另外本钻具通过使用(更换)不同结构的钻头就能对各种底层进行钻进，故钻具的适应范围广，钻井效率高。

所述主壳体包括：主轴壳体7、冲击壳体17和定轴壳体45，通过螺纹依次连接，主轴壳体7内设置主轴机构1，冲击壳体17内设置冲击机构2，定轴壳体45内设置定轴传动机构3。

如图2所示，所述主轴机构1中，包括主轴5、O型密封圈Ⅰ6、主轴壳体7、下耐磨套8、压帽9、挡圈10、圆环状的缓冲套11、上耐磨套12、水帽接头13、O型密封圈Ⅱ14、圆环状的防沙密封套15和挡圈16。主轴5的轴心设置有通孔，一端设置有连接钻头的锥度外螺纹，另一端为带有两处外直螺纹和一处外花键的阶梯轴，外花键位于两外直螺纹之间。主轴壳体7一端设置有外螺纹和内花键，另一端为带有两道沟槽的圆柱孔，其内花键与主轴的外花键配合，圆柱孔与主轴靠近大头处的外圆之间装置有下耐磨套8、压帽9，圆柱孔的沟槽内装置有O型密封圈Ⅰ6，压帽9与主轴5螺纹连接，对下耐磨套8起压紧作用，水帽接头13的一端设置有内螺纹，另一端外圆上设置有4个与轴心孔相通的径向圆孔，端面设置有内球面，水帽接头13的内螺纹与主轴5轴端的直螺纹连接紧固，挡圈10、缓冲套11、上耐磨套12依次装置在主轴壳体7外螺纹端面与水帽接头13之间的主轴5外圆上，上耐磨套12的内孔还与水帽接头13的外圆配合，O型密封圈Ⅱ14装置于水帽接头13外圆上设置的沟槽内，防沙密封套15、挡圈16依次装置在水帽接头13内球面一端的台肩处。

如图3所示，所述冲击机构2中，冲击壳体17的内孔设置成两端直径大于中间直径的台阶状，两端头均为内螺纹，冲击头18、活塞19、缓冲弹簧20、弹簧座21、端盖22、减磨套28、活塞端盖29、液压缸31、静换向阀芯32、调整压套33、动换向阀芯34、球座35均装置在冲击壳体17一端的孔中；冲击头18一端为外球面，外圆带有扶正条，另一端设置的内螺纹与活塞19的杆部端头外螺纹连接，活塞19的由杆部和头部构成，头部设置有小O型密封圈Ⅱ27和减磨套28，并用活塞端盖29和大六角螺钉30压紧。

液压缸31由第一缸筒和第二缸筒连接成一体结构，且所述第一缸筒在上，所述第二缸筒在下倒置，第一缸筒的孔径的大于第二缸筒的孔径，即液压缸31内部呈现为设置为两种孔径的相对接的同心圆柱孔，在第二缸筒内壁上靠近第一缸筒的位置设置有沟槽，沟槽内设置有小O型密封圈Ⅰ26，第二缸筒轴心孔与活塞杆部配合，第一缸筒内孔与活塞头部配合。端盖22设置在第二缸筒的端面处，用小内六角螺钉24固定，如图15～18所示，第一缸筒311的根部及近端口(即第一缸筒上下两端)处分别相对设置有进出液口63，液压缸第一缸筒311外圆面上(外表面)沿轴向设置有两两相对的四个槽(槽形流体通道)，其中两个相对的槽分别与上述的两个进出液口63相通，构成流体换向通道64；第二缸筒312的端面偏离轴心处设置有三个轴向孔，其中两个轴向孔相对设置，并分别与第一缸筒311液压缸31外圆上另外两个相对的槽相通，构成流体排出通道65，另一个轴向孔成台阶状，并与位于第一缸筒312下端根部的进出液口63相通，该孔中设置有小阀座40、小阀芯41和小阀弹簧42构成的第一限压装置，小阀座和小阀芯的接触面为圆锥面结构。

所述冲击机构2中还包括：端盖22，穿套于活塞19上，且覆盖于第二缸筒下端口。实际上，端盖22的端面上也设置有与第二缸筒端面三个小孔相对应三个通孔。

所述旋转换向阀设置在液压缸31的上方，包括：静换向阀芯32和动换向阀芯34，动换向阀芯34设置在静换向阀芯32上方，且静换向阀芯32与动换向阀芯34平面接触。其中，静换向阀芯32位于第一缸筒上端，与该第一缸筒配合的部分设置有小O型密封圈III，静换向阀芯32外圆上设置有一个O型密封圈，静换向阀芯32上与液压缸内孔的配合端设置了由大耐冲蚀套36、大阀弹簧37、大阀芯38、大阀座39构成的第二限压装置，大阀座39与静换向阀芯32螺纹连接，大阀座39与大阀芯38接触面为圆锥面结构，大耐冲蚀套36的小孔表面具有较高的硬度，能够保护静换向阀芯32轴心孔不被高压钻井液冲蚀；静换向阀芯32与动换向阀芯34接触面均为平面，动换向阀芯34与球座35用小内六角螺钉II固定，球座轴心为通孔，远离动换向阀芯34一端为内球面，调整压套33位于动换向阀芯34外圆处，一端面与静换向阀芯32接触。

所述静换向阀芯32的轴心处设置有轴心通孔，其本体上另设置有四个两两对称的轴向通孔。其中一对孔在上端(与动换向阀芯34相接触的平面端)通过设置在平面端的槽连通，该对通孔在下端与液压缸31外圆上构成流体排出通道的两个槽分别对应连通；另外一对通孔则分别与液压缸31外圆上构成流体换向通道的两个槽对应连通。动换向阀芯34两端轴心处均设置有直径不同的沉孔，与静换向阀芯32接触的一端对称设置有一个盲孔和一个通孔，盲孔通过方形槽与该端的沉孔连通。

所述冲击机构2中，动换向阀芯34上的通孔与静换向阀芯32上任何一个轴向通孔连通时，液体便可流入该通道，动换向阀芯34上的盲孔与静换向阀芯32上任何一个轴向通孔连通时，液体便可由该盲孔和静换向阀芯32端面的方槽进入上述的流体排出通道，当动换向阀芯34连续旋转时，通过液压缸31上(第一缸筒根部)两个进出液口的交替进液和排液，就可迫使活塞19作往复运动，而流体排出通道和两处限压装置能够保持液体的排出始终处于连续畅通状态。图4为图3的右视图。

如图5所示，所述定轴传动机构3中，包括驱动键43、螺钉44、定轴46、下动滑动轴承47、静滑动轴承48、隔套49、压簧座50、压簧51、推力轴承52、滑动键53、上动滑动轴承54、调整套55均位于定轴壳体45孔内，定轴46为阶梯轴，轴心为通孔，大头端部为外球面，外圆上设置有两个键槽，键槽内设置有内螺纹，另一端头部和中间处各设置有一处外螺纹，离端头螺纹较近处对称设置有两个键槽，驱动键43用螺钉44固定于定轴大头端的键槽内，下动滑动轴承47与定轴中间处的螺纹固定，上动滑动轴承54与定轴轴头端的外螺纹连接固定，两个静滑动轴承分别与上、下动滑动轴承滑动配合。所述推力轴承52由内圈、若干钢球和外圈构成，并设置在定轴上离上动滑动轴承较近处，其内圈与定轴46配合处设置有两个滑动键53，压簧座50、压簧51设置在推力轴承内圈与下动滑动轴承之间，隔套49、推力轴承外圈设置在两个静滑动轴承之间，调整套55位于与上动滑动轴承外圆配合的静滑动轴承的外端面处。

如图6所示，所述马达机构4包括：定子60、转子59、与转子59相连接的万向结构和上接头62；所述转子59的轴心设置有通孔，上端设置有内螺纹，所述万向结构由万向节56、接箍57和挠轴58螺纹连接而成，万向节56优先选取传动稳定的球铰式结构，转子59与定子60为摆线式配合形式，属于摆线式螺杆马达，其定子60的转速与马达排量呈线性关系，转速稳定易于控制，转子59轴心孔上端为内螺纹。挠轴58为杆状结构，其两端及离上端较近处分别设置有外螺纹，挠轴58穿过转子59轴心孔，其离上端较近处的外螺纹与所述转子59上部的内螺纹连接紧固，上接头62一端为外螺纹，一端为内螺纹，轴心孔为台阶孔，定子60上端内螺纹与上接头62的外螺纹连接，挠轴58上端杆部插入上接头62轴心孔，防掉螺母61与挠轴58上端头部螺纹连接，此结构为常用的防掉结构；在所述的万向结构中，由于挠轴58中间杆部直径较转子59的轴心孔小，且充分利用了转子59的长度，因此挠轴58的弯曲变形为弹性变形，而且对接箍57产生的径向力很小。采用万向节和挠轴组合的万向结构同样能大幅度减小定轴受到的径向力，增加万向结构的灵活性和稳定性。

本发明实施例所述冲击钻具中，主轴壳体7外螺纹与冲击壳体17下端内螺纹连接，冲击壳体上端内螺纹与定轴壳体45的外螺纹连接，定轴46的轴头外球面与球座35的内球面接触，驱动键43伸出定轴键槽的一段伸入球座外圆上的槽中，设置在下动滑动轴承和推力轴承内圈之间的压簧51的通过自身弹力保持静换向阀芯32和动换向阀芯34接触平面的密封，定轴壳体7与定子60的外螺纹连接，万向节56与上动滑动轴承54的内螺纹连接。

所述液动冲击钻具中，缓冲套11、防沙密封套15及主轴机构中设置的其它O型密封圈能够有效防止钻井液进入主轴5和主轴壳体7的配合处，保护主轴5和主轴壳体7不被钻井液冲蚀，另外也能大大减少冲击时对钻具壳体产生的反冲力。

所述冲击钻具中，由于冲击结构位于钻具的下端，且冲击头18运动速度较高，作用到水帽接头13上的冲量较大，因此活塞上只需消耗较小液体压力，就能保证钻具主轴5带动钻头对地层产生理想的冲击碎石效果和钻进速度，另外本钻具使用不同结构的钻头就能对各种地层进行钻进，故钻具的适应范围广，钻井效率高。

图7为本发明的另一个实施例，与图1显示的实施例不同之处是用叶轮马达4代替了图1显示的实施例中的马达机构4(摆线式螺杆马达)，其它机构不变。

图8显示了图7中叶轮马达4的主剖面结构，由花键套5、叶轮轴6、马达壳体7、静叶轮8、动叶轮9、静扶正轴承10、动扶正轴承11、压紧螺母12、静压套13、防掉螺母14、上接头15构成。

在图8中，所述的叶轮轴6为阶梯轴，下端轴头为外花键，上端杆部和轴头处各设置有一处外螺纹，若干个静叶轮8和动叶轮9交错相叠套于叶轮轴6靠近下端轴肩处的杆部，通过压紧螺母12与叶轮轴6上端杆部的螺纹连接将动扶正轴承11和相叠的若干动叶轮9压紧在叶轮轴6上，上接头15外螺纹与马达壳体7上端内螺纹连接，通过设置在静叶轮8上端的静扶正轴承10和静压套13将若干个静叶轮5压紧在马达壳体7内孔中，所述的花键套5一端为外螺纹，轴心孔设置成内花键，其内花键与叶轮轴6上的外花键配合，外螺纹端与上述定轴机构3中的上动滑动轴承54上端的内螺纹连接紧固。

参阅图9～14所示，静叶轮8和动叶轮9在其内孔及外圆之间的环状体上均等分设置有与轴心线成一定夹角的叶片，静叶轮8和动叶轮9上的叶片数量相差一片至三片，且静叶轮8和动叶轮9上的叶片与轴线的夹角方向相反，二者端面及内外圆均保持间隙配合。

所述的动扶正轴承11在内孔和外圆之间设置有多个轴向通孔，作为流体通道。

在图7中，当钻井液进入叶轮马达4时，由于动叶轮9和静叶轮8上的叶片与轴线的夹角方向相反，在静叶轮8的叶片上遇阻的流体对动叶轮9的叶片产生轴向和周向推力，周向推力迫使动叶轮9带动叶轮轴6转动，并通过上述定轴46驱动上述的旋转换向阀换向，进而实现本实施例显示的冲击钻具的冲击作用。

该实施例中，由于叶轮8和动叶轮9均为金属材料，其突出优点是钻具的冲击频率及高，钻进速度也很高，且能够在超高温深井中实现钻井。

与前一个实施例相比，该实施例显示的冲击钻具由于叶轮马达的转速很高，冲击频率极高，会造成包括叶轮、旋转换向阀在内的所有传动件的磨损加剧，也会减少钻具中冲击零部件的疲劳寿命以及钻头的使用寿命，使钻具的寿命和可靠性受到限制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应在所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种冲击钻具，包括：外壳体；马达机构、与所述马达机构连接的定轴传动机构、产生冲击作用的冲击机构和用于安装钻头的主轴机构，依次设置在所述外壳体内；其特征在于，

所述冲击机构设置在定轴传动机构的下方，主轴机构的上方；所述冲击机构包括：液压活塞装置、旋转换向阀和第一、第二限压装置，所述液压活塞装置包括：液压缸和活塞，

所述液压缸由第一缸筒和第二缸筒连接而成，且所述第一缸筒在上，所述第二缸筒在下倒置，所述第一缸筒的孔径大于所述第二缸筒的孔径；所述第一缸筒上下两端各设置有一个进出液口，所述第二缸筒的下端偏离轴心处设置有三个轴向孔，其中的一个所述轴向孔与第一缸筒下端的进出液口相通，另外两个所述轴向孔对称于轴心线分布为所述液压缸的出液口；所述液压缸的外圆上沿轴向设置有四条两两相对的槽形流体通道，其中一对相对的所述槽型流体通道分别与所述两个进出液口相通，构成流体换向通道，另外一对所述槽型流体通道分别与位于所述第二缸筒上的两个关于轴线对称分布的出液口连通，构成流体排出通道；

所述马达机构在钻井液压力作用下旋转，通过所述定轴传动机构驱使所述旋转换向阀换向，以改变所述液压缸进出口的流体流动方向，使所述活塞往复运动，从而使冲击机构对所述主轴机构产生冲击作用。

2.根据权利要求1所述的冲击钻具，其特征在于，所述旋转换向阀设置在所述液压缸的上方，包括：静换向阀芯和动换向阀芯，所述动换向阀芯设置在所述静换向阀芯上方，且所述静换向阀芯与所述动换向阀芯平面接触；

所述静换向阀芯的轴心处设置有轴心通孔，其本体上另设置有四个轴向的通孔，该四个通孔到轴心的距离相等，呈两两对称的形态分布；

其中一对对称的所述通孔通过设置在静换向阀芯上端面的槽连通，且该对通孔的下端分别与所述液压缸的外圆面上构成流体排出通道的两个槽形流体通道对应连通；

另外一对对称的所述通孔则在下端分别与所述液压缸的外圆面上构成流体换向通道的两个槽形流体通道对应连通；

所述动换向阀芯两端的端面的轴心处分别设置有一个沉孔，在与所述静换向阀芯相接触的一端的端面上还设置有轴向的一个通孔和一个盲孔，所述通孔和所述盲孔关于所述动换向阀芯的轴线相对称，所述盲孔通过一个槽与位于同一端面的所述沉孔相通，所述通孔与另一端面的所述沉孔相通，它们到轴心的距离等于与所述静换向阀芯接触面上所述通孔到轴心的距离。

3.根据权利要求1或2所述的冲击钻具，其特征在于，所述冲击机构还包括：第一限压装置和第二限压装置，所述第一限压装置和第二限压装置均由阀座、阀芯和弹簧组成；

所述第二缸筒下方还设置有一个端盖，该端盖上除设置有供所述活塞的杆部贯穿的轴心孔外，还设置有三个通孔，其中第一、第二通孔分别与所述的第二缸筒下端的两个所述出液口连通，第三通孔与所述第二缸筒上连通所述第一缸筒下端的所述进出液口相通。

所述第一限压装置位于所述第二缸筒上与第一缸筒下端进出液口相通的轴向通孔中，所述第一限压装置的进液口与位于所述第一缸筒下端的所述进出液口连通，出液口与位于所述端盖上的所述第三通孔连通；

所述第二限压装置设置于所述静换向阀芯和所述液压缸之间，所述第二限压装置的出液口与所述静换向阀芯的所述轴心通孔相通，进液口与所述液压缸的上端内部相通。

4.根据权利要求1或2所述的冲击钻具，其特征在于，所述冲击机构还包括：冲击头，设置在所述主轴机构的上方，所述冲击头的下端呈现球面，上端与所述活塞的下端相连接。

5.根据权利要求1所述的冲击钻具，其特征在于，所述外壳体包括主轴壳体，所述主轴机构和主轴壳体间以花键连接。

6.根据权利要求1所述的冲击钻具，其特征在于，所述主轴机构包括：主轴，水帽接头，圆环状的缓冲套和圆环状的防沙密封套；

所述主轴的轴心设置有通孔，一端设置有连接钻头的螺纹，另一端与所述水帽接头螺纹连接，所述水帽接头在与所述主轴连接的一端的外表面设置有台肩；

所述外壳体包括主轴壳体和冲击壳体，所述缓冲套外套在所述主轴上，位于所述主轴与所述水帽接头之间，所述防沙密封套设置在所述水帽接头外表面的台肩处，所述缓冲套和防沙密封套的外圆均与所述冲击壳体的内表面接触。

7.根据权利要求1所述的冲击钻具，其特征在于，所述在马达机构包括：定子、转子和与所述转子相连接的万向结构；

所述转子的轴心设置有通孔，所述万向结构是由万向节和挠轴通过接箍螺纹连接而成，所述挠轴为圆杆形状，所述挠轴穿过所述转子轴心处的通孔，所述挠轴与所述转子的上端螺纹连接后固定。