CN105201403B - 自主式恒扭恒压高效破岩工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：包括外壳体、内壳体、芯轴、传动轴，所述芯轴自上而下依次安装有涡轮、第一轴承、内壳体，所述传动轴自上而下依次安装有链接轴承、扭簧、上惯性锤、上隔板、液动锤、下隔板、下惯性锤、第二轴承，所述液动锤套装在传动轴上，所述上隔板和下隔板之间还安装有两个径向的固定块，所述固定块固定安装在内壳体上，所述液动锤与固定块配合形成两对高压腔和低压腔，所述内壳体下端旋装有端圈，所述端圈与传动轴通过花键卡装连接。本发明采用级数较少的涡轮作为动力工具，压力损失小；利用泥浆流动推动液动锤敲击固定块，产生对钻头的敲击效应，利于钻头破岩。

Description

自主式恒扭恒压高效破岩工具

技术领域

本发明涉及一种钻井装置，尤其涉及一种自主式恒扭恒压高效破岩工具。

背景技术

目前，打井过程中，钻杆很长，井眼是曲线，弯曲度很大，钻杆和井壁之间的摩擦很大，钻杆加在钻头上的钻压减小，尤其是大斜度井和水平井，托压现象很严重，严重地制约了钻井速度。钻头与钻杆之间的是刚性连接，地层不均质，当钻头受到来自地层非正常的冲击力时，容易造成钻头切削齿过早磨损，降低钻井速度，增加钻井成本。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种自主式恒扭恒压高效破岩工具，能有效解决上述现有技术中的不足。

本发明针对现有技术的不足，提供了以下技术方案：

本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：包括外壳体、内壳体、芯轴、传动轴，所述外壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体通过在端部连接榫头设置螺纹旋装，所述上壳体内安装有中空的上端密闭下端开口的芯轴，所述芯轴自上而下依次安装有涡轮、第一轴承、内壳体，所述涡轮和第一轴承之间的芯轴上设有上孔，所述芯轴通过第一轴承与上壳体连接，所述芯轴下端旋装在内壳体内壁上，

所述内壳体内芯轴正下方位置安装有中空的传动轴，所述传动轴自上而下依次安装有链接轴承、扭簧、上惯性锤、上隔板、液动锤、下隔板、下惯性锤、第二轴承，所述传动轴上端通过链接轴承与芯轴榫卯连接，所述上隔板上设有两个隔板孔，所述扭簧和上惯性锤之间的传动轴上设有中孔，

所述液动锤套装在传动轴上，所述液动锤设有两个对称的径向锤叶，所述上隔板和下隔板之间形成的密封腔体内还安装有两个径向的固定块，所述固定块相应于隔板孔固定安装在内壳体上，所述液动锤与固定块配合形成两个对称的高压腔和两个对称的低压腔，所述液动锤环轴上设有相应于高压腔和低压腔的高压排液孔和低压排液孔，所述固定块上设有连通高压腔与隔板孔的高压进液孔，所述传动轴上与液动锤配合的位置设有弧形孔形成排液槽，

所述内壳体下端旋装有端圈，所述传动轴下端通过第二轴承与下壳体连接，所述端圈与传动轴通过花键卡装连接。

进一步地，所述上隔板和下隔板的第一端均滑动卡装在传动轴上，上隔板和下隔板的第二端均通过螺钉固定安装在内壳体上。

又进一步地，所述扭簧两端分别固定安装在传动轴和内壳体上。

又进一步地，所述上惯性锤和下惯性锤均固定安装在传动轴上。

又进一步地，所述上惯性锤与内壳体、下惯性锤与内壳体之间均留有间隔形成过液道。

又进一步地，所述固定块径向侧靠近传动轴侧设有阶梯槽。

又进一步地，所述液动锤与固定块转动配合使得两个高压腔通过高压排液孔和排液槽相通，或使得两个低压腔通过低压排液孔和排液槽相通。

再进一步地，所述端圈内壁设有内花键，传动轴相应于端圈内花键位置设有外花键，内花键键槽宽度比外花键键齿宽度大，端圈与传动轴通过内花键和外花键卡装连接。

更进一步地，所述传动轴下端中部内壁设有用于安装钻头的内螺纹。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，采用级数较少的涡轮作为动力工具，没有横向振动，压力损失小；同时，利用泥浆流动推动液动锤敲击固定块，产生对钻头的敲击效应，利于钻头破岩，提高钻进速度。该破岩工具减震及钻压释放效果好，可广泛适用于各种深井。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具的结构示意图；

图2是本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具的液动锤结构示意图1；

图3是本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具的液动锤结构示意图2；

图4是本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具的液动锤结构示意图3；

图5是本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具的花键结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：包括外壳体、内壳体18、芯轴3、传动轴14，所述外壳体包括上壳体1和下壳体13，所述上壳体1和下壳体13通过连接榫头设螺纹旋装，所述上壳体1内安装有中空的上端密闭下端开口的芯轴3，所述芯轴3自上而下依次安装有涡轮4、第一轴承6、内壳体18，所述涡轮4和第一轴承6之间的芯轴3上设有上孔5，所述芯轴3通过第一轴承6与上壳体1连接，所述芯轴3下端旋装在内壳体18内壁上，所述内壳体18内芯轴3正下方位置安装有中空的传动轴14，所述传动轴14自上而下依次安装有链接轴承7、扭簧8、上惯性锤9、上隔板19、液动锤10、下隔板20、下惯性锤11、第二轴承12，所述传动轴14上端通过链接轴承7与芯轴3榫卯连接，所述上隔板19上设有两个隔板孔，所述上隔板19和下隔板20的第一端均滑动卡装在传动轴14上，上隔板19和下隔板20的第二端均通过螺钉固定安装在内壳体18上，所述扭簧8两端分别固定安装在传动轴14和内壳体18上，所述上惯性锤9和下惯性锤11均固定安装在传动轴14上，所述上惯性锤9与内壳体18、下惯性锤11与内壳体18之间均留有间隔形成过液道，所述扭簧8和上惯性锤9之间的传动轴14上设有中孔16，所述液动锤10套装在传动轴14上，所述液动锤10设有两个对称的径向锤叶，所述上隔板19和下隔板20之间形成的密封腔体内还安装有两个径向的固定块24，所述固定块24相应于隔板孔固定安装在内壳体18上，所述固定块24径向侧靠近传动轴14侧设有阶梯槽，所述液动锤10与固定块24配合形成两对分别对称的高压腔22和低压腔25，所述液动锤10环轴上设有相应于高压腔22和低压腔25的高压排液孔28和低压排液孔26，所述固定块24上设有连通高压腔22与隔板孔的高压进液孔23，所述传动轴14上与液动锤10配合的位置设有弧形孔形成排液槽27，所述液动锤10与固定块24转动配合使得两个高压腔22通过高压排液孔28和排液槽27相通，或使得两个低压腔25通过低压排液孔26和排液槽27相通，所述内壳体18下端旋装有端圈21，所述传动轴14下端通过第二轴承12与下壳体13连接，所述端圈21与传动轴14通过花键卡装连接，所述端圈21内壁设有内花键，传动轴14相应于端圈21内花键位置设有外花键，内花键键槽宽度比外花键键齿宽度大，端圈21与传动轴14通过内花键和外花键卡装连接，所述传动轴14下端中部内壁设有用于安装钻头的内螺纹。

其中，上壳体1和下壳体13连接面分别设成外凸里凹、外凹里凸的阶梯状榫头，并将连接斜面设置螺纹以相互旋装。上隔板19的两个隔板孔关于传动轴14轴心对称。液动锤10安装在由上隔板19和下隔板20形成的密封腔体，密封腔体内还安装有两个径向的固定块24；固定块24两个径向侧靠近传动轴14侧设有横截面呈L型的阶梯槽；固定块24与内壳体18之间为刚性连接，液动锤10与传动轴14之间为滑动密封配合；两个固定块24分别安装在液动锤10锤叶的两侧，其安装位置关于传动轴14轴心形成对称，使得密封腔体形成分别对称的两个高压腔22和两个低压腔25；随着液动锤10和固定块24相对转动配合，高压腔22和低压腔25的容积大小会发生变化。涡轮4固定安装在芯轴3上；第一轴承6位于内壳体18上方，安装在芯轴3下端与上壳体1之间。芯轴3中部中空，其上端端部密闭，下端端部开口。芯轴3下端中部设有榫槽，传动轴14凸入芯轴3榫槽内，传动轴14通过链接轴承7与芯轴3榫槽槽口连接。内壳体18和端圈21通过在连接榫头设螺纹旋装。第二轴承12位于端圈21下方且安装在传动轴14与下壳体13之间。上壳体1、芯轴3和涡轮4之间空间形成上腔2，芯轴3、传动轴14中心中空部分形成中心腔15，内壳体18、上隔板19、传动轴14和芯轴3之间空间形成中腔17。扭簧8布置在中腔17中，扭簧8的一端固定在内壳体18上，一端固定在传动轴14上；当液动锤10逆时针转动时，扭簧8对液动锤10产生抗力；当液动锤10顺时针转动时，扭簧8对液动锤10产生推力。内壳体18和端圈21滑动安装在上壳体1和下壳体13内，传动轴14外花键台顶紧端圈21，第二轴承12靠临端圈21安装在传动轴14和下壳体13上，下壳体13端部呈盖子状盖卡住第二轴承12。

本发明中，泥浆由上壳体1进入上腔2，推动涡轮4转动，涡轮4带动芯轴3转动，芯轴3带动内壳体18转动，内壳体18下端端圈21通过花键带动传动轴14转动，而传动轴14下端通过内螺纹连接钻头，从而带动钻头转动。

本发明中，泥浆通过涡轮4后由上孔5进入中心腔15和中孔16，大部分泥浆进入中心腔15后下行进入钻头中，小部分泥浆通过中孔16进入传动轴14与内壳体18之间的中腔17。由于中腔17腔体流道狭窄，泥浆压力较中心腔15体泥浆压力高，中腔17中的泥浆通过隔板孔进入高压进液孔23再进入高压腔22，推动液动锤10沿逆时针方向转动；此时，低压排液孔26将低压腔25与中心腔15连通，高压排液孔28被固定块24密封，如图2所示。随着液动锤10转动，低压排液孔26被固定块24密封，低压腔25压力升高，高压排液孔28打开，高压腔22与中心腔15连通，泥浆由高压排液孔28穿过排液槽27进入中心腔15，高压腔22压力降低，液动锤10在上惯性锤9、下惯性锤11的作用下继续逆时针转动并与固定块24发生撞击，如图3所示。液动锤10撞击固定块24后停止逆时针转动，在扭簧8弹力和低压腔25泥浆压力的作用下，液动锤10顺时针方向旋转；低压排液孔26导通低压腔25压力下降，高压排液孔28关闭，高压腔22压力升高，液动锤10在上惯性锤9、下惯性锤11作用下继续顺时针旋转撞上固定块24，如图4所示。液动锤10顺时针撞上固定块24，即是回到初始位置，同时，液动锤10在泥浆作用下又开始逆时针旋转，进入下一个循环。如此，液动锤10不断地敲击固定块24，产生一个圆周方向的冲击扭矩，这冲击扭矩通过花键，传递到传动轴14上，再由传动轴14传递到钻头上，帮助钻头破岩。其中，传动轴14上的外花键齿的宽度比内壳体18上的内花键槽宽度小，它们之间存在个间隙使传动轴14可相对内壳体18在圆周方向上有一个小角度的相对转动，使得冲击扭矩的效果得以更有效的传递。

本发明所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，采用级数较少的涡轮4作为动力工具，没有横向振动，压力损失小；同时，利用泥浆流动推动液动锤10敲击固定块24，产生对钻头的敲击效应，利于钻头破岩，提高钻进速度。该破岩工具减震及钻压释放效果好，可广泛适用于各种深井。

最后说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：包括外壳体、内壳体、芯轴、传动轴，所述外壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体通过在端部连接榫头设置螺纹旋装，所述上壳体内安装有中空的上端密闭下端开口的芯轴，所述芯轴自上而下依次安装有涡轮、第一轴承、内壳体，所述涡轮和第一轴承之间的芯轴上设有上孔，所述芯轴通过第一轴承与上壳体连接，所述芯轴下端旋装在内壳体内壁上，

所述内壳体内芯轴正下方位置安装有中空的传动轴，所述传动轴自上而下依次安装有链接轴承、扭簧、上惯性锤、上隔板、液动锤、下隔板、下惯性锤、第二轴承，所述传动轴上端通过链接轴承与芯轴榫卯连接，所述上隔板上设有两个隔板孔，所述扭簧和上惯性锤之间的传动轴上设有中孔，

所述液动锤套装在传动轴上，所述液动锤设有两个对称的径向锤叶，所述上隔板和下隔板之间形成的密封腔体内还安装有两个径向的固定块，所述固定块相应于隔板孔固定安装在内壳体上，所述液动锤与固定块配合形成两个对称的高压腔和两个对称的低压腔，所述液动锤环轴上设有相应于高压腔和低压腔的高压排液孔和低压排液孔，所述固定块上设有连通高压腔与隔板孔的高压进液孔，所述传动轴上与液动锤配合的位置设有弧形孔形成排液槽，

所述内壳体下端旋装有端圈，所述传动轴下端通过第二轴承与下壳体连接，所述端圈与传动轴通过花键卡装连接。

2.根据权利要求1所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：所述上隔板和下隔板的第一端均滑动卡装在传动轴上，上隔板和下隔板的第二端均通过螺钉固定安装在内壳体上。

3.根据权利要求1所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：所述扭簧两端分别固定安装在传动轴和内壳体上。

4.根据权利要求1所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：所述上惯性锤和下惯性锤均固定安装在传动轴上。

5.根据权利要求1或4所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：所述上惯性锤与内壳体、下惯性锤与内壳体之间均留有间隔形成过液道。

6.根据权利要求1所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：所述固定块径向侧靠近传动轴侧设有阶梯槽。

7.根据权利要求1或6所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：所述液动锤与固定块转动配合使得两个高压腔通过高压排液孔和排液槽相通，或使得两个低压腔通过低压排液孔和排液槽相通。

8.根据权利要求1所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：所述端圈内壁设有内花键，传动轴相应于端圈内花键位置设有外花键，内花键键槽宽度比外花键键齿宽度大，端圈与传动轴通过内花键和外花键卡装连接。

9.根据权利要求1或8所述自主式恒扭恒压高效破岩工具，其特征在于：所述传动轴下端中部内壁设有用于安装钻头的内螺纹。