CN107420031B - 冲击钻具及具有该冲击钻具的冲击钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冲击钻具及具有该冲击钻具的冲击钻机，冲击钻具包括环形缸体、环形活塞和加力偏压件。其中，环形缸体具有上下敞口的环形腔，所述环形缸体连接牵引索，且下端安装有锤头；环形活塞设置于所述环形腔内，并与所述环形缸体可滑动地连接；加力偏压件设置于所述环形缸体与所述环形活塞之间，可对所述环形缸体施加相对于所述环形活塞向下而对所述环形活塞施加一个相对于所述环形缸体向上的偏压力。本发明可以增加环形缸体上的锤头对井底的冲击力，因此这种结构形式的冲击钻具在适当减少重量时也可以满足对冲击力的需求，从而可以做成小型化，降低运输成本。

Description

冲击钻具及具有该冲击钻具的冲击钻机

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种冲击钻具及具有该冲击钻具的冲击钻机。

背景技术

利用机械设备或人力从地面将地层钻成孔眼的工作称为钻井。钻机是钻井工作中必不可少的一个设备，通常包括钻具和卷扬机等，根据钻进方法的不同，钻机通常可以分为冲击钻机、回转钻机和复合钻机等。

冲击钻机应用于冲击钻进。冲击钻进需要反复地升起和降落冲击钻具，靠冲击钻具不断的向下冲击地层进行破岩。

现代冲击钻进工艺中，广泛采用了泥浆，在钻进作业中，使用泥浆可以防止塌孔，悬浮岩屑，安全穿过流砂层等。其中悬浮岩屑能够防止岩屑很快沉入孔底，防止埋钻事故。但是，泥浆对冲击钻具的下落产生较大的阻力，降低冲击钻具对岩层的冲击力。

现有技术中减少泥浆对冲击钻具的下落产生的阻力影响，而导致降低冲击钻具对岩层的冲击力的问题，通常是采用增加冲击钻具的重量的方法。因此现有技术中的冲击钻具都是体积庞大且笨重的。进而导致搬运困难，运输车辆的选择大大受到限制，运输的成本也因此大大提高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的冲击钻具体大笨重的缺陷，从而提供一种提高冲击力、可以小型化、降低运输成本的冲击钻具及具有该冲击钻具的冲击钻机。

本发明的一种冲击钻具，包括：

环形缸体，具有上下敞口的环形腔，所述环形缸体连接牵引索，且下端安装有锤头；

环形活塞，设置于所述环形腔内，并与所述环形缸体可滑动地连接；

加力偏压件，设置于所述环形缸体与所述环形活塞之间，可对所述环形缸体施加相对于所述环形活塞向下而对所述环形活塞施加一个相对于所述环形缸体向上的偏压力。

所述环形缸体由外管及通过连接结构与所述外管固定连接的上下贯通的内管构成，所述内管与所述外管之间形成所述环形腔。

所述环形活塞包括底壁，由所述底壁靠近所述环形腔外壁的边缘向上延伸形成的外环周壁；所述外环周壁、所述底壁和所述环形腔内壁共同围成可容纳泥浆的承载腔。

所述环形活塞还包括由所述底壁靠近所述环形腔内壁的边缘向下延伸形成的导向周壁。

所述加力偏压件包括至少一个设置在所述环形腔内的第一螺旋弹簧。

所述加力偏压件还包括设置在所述环形腔内的第二螺旋弹簧，所述第一螺旋弹簧与所述第二螺旋弹簧分别靠近所述环形腔的内壁与外壁设置。

所述第一螺旋弹簧的上端与所述环形活塞相抵，下端与所述连接结构相抵；或者所述第一螺旋弹簧和所述第二螺旋弹簧的上端与所述环形活塞相抵，下端与所述连接结构相抵。

所述连接结构由呈辐射状延伸而出的多个固定连接在所述内管及所述外管之间的肋板构成。

所述连接结构为所述锤头，所述锤头由连接所述外管的外筒，连接所述内管的心管及呈辐射状延伸而出的多个固定连接在所述外筒及所述心管之间的肋板构成。

所述内管中设有单向阀，所述单向阀允许泥浆从所述内管流入所述外管，且反向截止。

所述内管的管腔内设置有可向上输送岩屑的提料装置。

所述提料装置包括至少一个料斗，所述料斗使所述内管的管腔内泥浆中的岩屑只能自下而上通过。

所述料斗的底部开设有可供所述内管的管腔内泥浆中的液体通过、不可供所述内管的管腔内泥浆中的岩屑通过的泄流通道。

所述外管的上端设置有反冲击刀头，所述反冲击刀头具有若干朝向上方辐射设置的反冲击刀。

本发明的一种冲击钻机，包括卷扬机，及上述的冲击钻具。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的冲击钻具，通过在环形缸体与环形活塞之间设置可对环形缸体施加向下而对环形活塞施加向上的偏压力的加力偏压件，在冲击钻具被向上提起时，环形活塞在泥浆的阻力作用下移动从而上升滞后于环形缸体，因此压缩加力偏压件使加力偏压件发生形变；冲击钻具被提升到位后，在重力的作用下开始下落，此时环形活塞不再受到泥浆的阻力，环形活塞对加力偏压件的压缩力也消失，加力偏压件恢复原形的过程中对环形缸体施加向下而对环形活塞施加向上的偏压力，从而迟滞环形活塞的下落同时推动环形缸体的下落，增加环形缸体上的锤头对井底的冲击力，因此这种结构形式的冲击钻具在适当减少重量时也可以满足对冲击力的需求，从而可以做成小型化，降低运输成本。

2.本发明提供的冲击钻具，所述环形活塞还包括由所述底壁靠近所述环形腔内壁的边缘向下延伸形成的导向周壁，所述导向周壁可以使所述环形活塞相对于所述环形缸体运动的更平稳。

3.本发明提供的冲击钻具，所述加力偏压件还包括设置在所述环形腔内的第二螺旋弹簧，所述第一螺旋弹簧与所述第二螺旋弹簧分别靠近所述环形腔的内壁与外壁设置。所述第二螺旋弹簧配合所述第一螺旋弹簧，可以加强对环形缸体向下的作用力，从而增加环形缸体上的触头对井底的冲击力。

4.本发明提供的冲击钻具，所述内管中设有单向阀，所述单向阀允许泥浆从所述内管流入所述外管，且反向截止。这样可以使泥浆充分进入到所述环形腔内，从而作用在环形活塞上对加力偏压件施加足够的作用力。

5.本发明提供的冲击钻具，所述内管的管腔内设置有可向上输送岩屑的提料装置，所述提料装置包括至少一个料斗，所述料斗使所述内管的管腔内泥浆中的岩屑只能自下而上通过。冲击钻具下落时，料斗打开，带有岩屑的泥浆从下方进入到料斗上方；冲击钻具上升时，料斗关闭，岩屑留在料斗上方并随冲击钻具上升；冲击钻具再次下落时，带有岩屑的泥浆继续从下方进入到料斗上方，并在冲击钻具再次提升时，随之前进入到料斗上方的岩屑一同上升而进一步靠近外管的上端，从而，在冲击钻具反复提升下落的过程中，岩屑不断在料斗上方上升，直至达到外管上端在这一区域的泥浆中形成富集岩屑的区域，由此便于来自井口的清理装置清理泥浆中的岩屑，或者收集到设置在外管上端处的岩屑收集装置中。

6.本发明提供的冲击钻具，所述料斗的底部开设有可供所述内管的管腔内泥浆中的液体通过、不可供所述内管的管腔内泥浆中的岩屑通过的泄流通道。通过在料斗的底部开设泄流通道，可以使进入到料斗上方的泥浆中的液体通过泄流通道流出，而增大留在料斗上方的岩屑的比重，从而进一步提高岩屑向上输送的效率。

7.本发明提供的冲击钻具，所述外管的上端设置有反冲击刀头，所述反冲击刀头具有若干朝向上方辐射设置的反冲击刀。在冲击钻具被向上提起时，反冲击刀可以清除井壁上的障碍物，减少冲击钻具在被向上提起时受到的阻碍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一种实施方式中提供的冲击钻具的半剖示意图；

图2为图1中的冲击钻具的仰视示意图；

附图标记说明：

11－外管，12－内管，2－环形活塞，21－底壁，22－外环周壁，23－导向周壁，31－第一螺旋弹簧，32－第二螺旋弹簧，4－锤头，41－外筒，42－心管，43－肋板，5－单向阀，6－料斗，7－反冲击刀头，71－反冲击刀，10－环形腔，20－承载腔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种冲击钻具，包括环形缸体、环形活塞2和加力偏压件。

所述环形缸体连接牵引索，且下端安装有锤头4。所述环形缸体由外管11及通过连接结构与所述外管11固定连接的上下贯通的内管12构成，所述内管12与所述外管11之间形成上下敞口的环形腔10，所述外管11的管壁构成所述环形腔10的外壁，所述内管12的管壁构成所述环形腔10的内壁。所述连接结构为所述锤头4，所述锤头4由连接所述外管11的外筒41，连接所述内管12的心管42及呈辐射状延伸而出的多个固定连接在所述外筒41及所述心管42之间的肋板43构成。作为可变换的实施方式，所述连接结构也可以是由呈辐射状延伸而出的多个固定连接在所述内管12及所述外管11之间的肋板43构成。

环形活塞2套接所述内管12地设置于所述环形腔10内，环形活塞2可相对外管11和内管12上下滑动。所述环形活塞2包括底壁21，由所述底壁21靠近所述环形腔10外壁的边缘向上延伸形成的外环周壁22；所述外环周壁22、所述底壁21和所述环形腔10内壁共同围成可容纳泥浆的承载腔20。

为了使所述环形活塞2相对于所述环形缸体运动的更平稳，在实施例中，所述环形活塞2还包括由所述底壁21靠近所述环形腔10内壁的边缘向下延伸形成的导向周壁23。

加力偏压件包括分别靠近所述环形腔10的内壁与外壁设置在所述环形腔10内的第一螺旋弹簧31和第二螺旋弹簧32，所述第一螺旋弹簧31和所述第二螺旋弹簧32的上端分别与所述环形活塞2相抵，下端分别与所述连接结构相抵。第一螺旋弹簧31和第二螺旋弹簧32分别可对所述外管11和内管12施加相对于所述环形活塞2向下而对所述环形活塞2施加一个相对于所述外管11和内管12向上的偏压力，即恢复弹力。所述第二螺旋弹簧32配合所述第一螺旋弹簧31，可以加强对环形缸体向下的作用力，从而增加环形缸体上的触头对井底的冲击力。作为可变换的实施方式，加力偏压件也可以只包括一个螺旋弹簧或者包括三个及以上螺旋弹簧。

在本实施例中，所述内管12中还设有单向阀5，所述单向阀5允许泥浆从所述内管12流入所述外管11，且反向截止。这样可以使泥浆充分进入到所述环形腔10内，从而作用在环形活塞2上对加力偏压件施加足够的作用力。

为了提高岩屑向上输送的效率，所述内管12的管腔内设置有可向上输送岩屑的提料装置。所述提料装置包括多个在所述内管12的管腔内沿轴向依次设置的料斗6，所述料斗6使所述内管12的管腔内泥浆中的岩屑只能自下而上通过。通过在内管12的管腔内依次设置多个料斗6，可以使岩屑从最下方的料斗6逐级向上运送至最上方的料斗6，从而达到外管11上端在这一区域的泥浆中形成富集岩屑的区域进行清理或收集，有利于提高岩屑向上输送的效率。

为了进一步提高岩屑向上输送的效率，所述料斗6的底部开设有可供所述内管12的管腔内泥浆中的液体通过、不可供所述内管12的管腔内泥浆中的岩屑通过的泄流通道。通过在料斗6的底部开设泄流通道，可以使进入到料斗6上方的泥浆中的液体通过泄流通道流出，而增大留在料斗6上方的岩屑的比重，从而进一步提高岩屑向上输送的效率。

为了减少冲击钻具被向上提起时受到的井壁障碍物的阻碍，所述外管11的上端设置有反冲击刀头7，所述反冲击刀头7具有若干朝向上方辐射设置的反冲击刀71，在冲击钻具被向上提起时，反冲击刀71可以清除井壁上的障碍物，减少冲击钻具在被向上提起时受到的阻碍。

在冲击钻具被向上提起时，环形活塞2在泥浆的阻力作用下移动从而上升之后于外管11和内管12，因此压缩第一螺旋弹簧31和第二螺旋弹簧32使其发生形变；冲击钻具被提升到位后，在重力的作用下开始下落，此时环形活塞2不再受到泥浆的阻力，环形活塞2对第一螺旋弹簧31和第二螺旋弹簧32的压缩力也消失，对第一螺旋弹簧31和第二螺旋弹簧32恢复原形的过程中对外管11和内管12施加向下而对环形活塞2施加向上的恢复弹力，从而迟滞环形活塞2的下落同时推动外管11及内管12的下落，增加锤头4对井底的冲击力，因此这种结构形式的冲击钻具在适当减少重量时也可以满足对冲击力的需求，从而可以做成小型化，降低运输成本。

同时，冲击钻具下落时，料斗6打开，带有岩屑的泥浆从下方进入到料斗6上方；冲击钻具上升时，料斗6关闭，岩屑留在料斗6上方并随冲击钻具上升；冲击钻具再次下落时，带有岩屑的泥浆继续从下方进入到料斗6上方，并在冲击钻具再次提升时，随之前进入到料斗6上方的岩屑一同上升而进一步靠近外管11的上端，从而，在冲击钻具反复提升下落的过程中，岩屑不断在料斗6上方上升，直至达到外管11上端在这一区域的泥浆中形成富集岩屑的区域，由此便于来自井口的清理装置清理泥浆中的岩屑，或者收集到设置在外管11上端处的岩屑收集装置中。

作为可变换的实施方式，所述提料装置也可以只包括一个料斗6，同样可以提高岩屑向上输送的效率。

实施例2

本实施例提供一种冲击钻机，包括卷扬机，及实施例1中所述的冲击钻具。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种冲击钻具，其特征在于，包括：

环形缸体，具有上下敞口的环形腔(10)，所述环形缸体连接牵引索，且下端安装有锤头(4)；

环形活塞(2)，设置于所述环形腔(10)内，并与所述环形缸体可滑动地连接；

加力偏压件，设置于所述环形缸体与所述环形活塞(2)之间，可对所述环形缸体施加相对于所述环形活塞(2)向下而对所述环形活塞(2)施加一个相对于所述环形缸体向上的偏压力；

所述环形缸体由外管(11)及通过连接结构与所述外管(11)固定连接的上下贯通的内管(12)构成，所述内管(12)与所述外管(11)之间形成所述环形腔(10)；

所述加力偏压件包括至少一个设置在所述环形腔(10)内的第一螺旋弹簧(31)；

所述加力偏压件还包括设置在所述环形腔(10)内的第二螺旋弹簧(32)，所述第一螺旋弹簧(31)与所述第二螺旋弹簧(32)分别靠近所述环形腔(10)的内壁与外壁设置；

所述第一螺旋弹簧(31)的上端与所述环形活塞(2)相抵，下端与所述连接结构相抵；或者所述第一螺旋弹簧(31)和所述第二螺旋弹簧(32)的上端与所述环形活塞(2)相抵，下端与所述连接结构相抵。

2.根据权利要求1所述的冲击钻具，其特征在于，所述环形活塞(2)包括底壁(21)，由所述底壁(21)靠近所述环形腔(10)外壁的边缘向上延伸形成的外环周壁(22)；所述外环周壁(22)、所述底壁(21)和所述环形腔(10)内壁共同围成可容纳泥浆的承载腔(20)。

3.根据权利要求2所述的冲击钻具，其特征在于，所述环形活塞(2)还包括由所述底壁(21)靠近所述环形腔(10)内壁的边缘向下延伸形成的导向周壁(23)。

4.根据权利要求1所述的冲击钻具，其特征在于，所述连接结构由呈辐射状延伸而出的多个固定连接在所述内管(12)及所述外管(11)之间的肋板(43)构成。

5.根据权利要求1所述的冲击钻具，其特征在于，所述连接结构为所述锤头(4)，所述锤头(4)由连接所述外管(11)的外筒(41)，连接所述内管(12)的心管(42)及呈辐射状延伸而出的多个固定连接在所述外筒(41)及所述心管(42)之间的肋板(43)构成。

6.根据权利要求3－5中任一项所述的冲击钻具，其特征在于，所述内管(12)中设有单向阀(5)，所述单向阀(5)允许泥浆从所述内管(12)流入所述外管(11)，且反向截止。

7.根据权利要求3－5中任一项所述的冲击钻具，其特征在于，所述内管(12)的管腔内设置有可向上输送岩屑的提料装置。

8.根据权利要求7所述的冲击钻具，其特征在于，所述提料装置包括至少一个料斗(6)，所述料斗(6)使所述内管(12)的管腔内泥浆中的岩屑只能自下而上通过。

9.根据权利要求8所述的冲击钻具，其特征在于，所述料斗(6)的底部开设有可供所述内管(12)的管腔内泥浆中的液体通过、不可供所述内管(12)的管腔内泥浆中的岩屑通过的泄流通道。

10.根据权利要求1－5、以及8－9中任一项所述的冲击钻具，其特征在于，所述外管(11)的上端设置有反冲击刀头(7)，所述反冲击刀头(7)具有若干朝向上方辐射设置的反冲击刀(71)。

11.一种冲击钻机，其特征在于，包括卷扬机，及权利要求1－10中任一项所述的冲击钻具。

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