CN113123722A - 能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，包括钻具本体、上接头、下接头以及安装于钻具本体的中心通孔内的导流压帽、第一转轴、涡轮、配流盘、第二转轴、冲击压帽、带孔套筒、冲击套筒、驱动阀、冲击锤和喷嘴，下接头与钻具本体的下端通过用于使下接头与钻具本体之间在具有传动功能的同时具有微距移动空间的非固定连接装置连接，多部件有效组装整合为旋转传动结构、周向振动结构和轴向振动结构。本发明在不影响将钻杆的旋转动力传递给钻头的功能前提下，对钻头形成周期性的周向振动和轴向振动，有效降低了周向不规格振动产生的“粘‑滑效应”，提高了钻进速度、效率和井眼质量，保护了钻头，延长了钻头寿命。

Description

能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具

技术领域

本发明涉及一种用于与钻头连接的辅助钻具，尤其涉及一种能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具。

背景技术

随着石油钻井行业的发展，钻井提速的重要性日益呈现。在实际钻井过程中，不存在理想的钻进状态，钻头的运动是无序的，杂乱无章的。井下的振动包括横向、纵向和扭向的振动以及这几种振动的组合，井下无规律的不良振动会损坏钻头切削齿，导致钻头寿命降低；另一方面，在坚硬和塑性地层，采用正常钻进钻压则钻头切削齿无法有效吃入地层，采用过高钻压又会导致切削齿崩损。

综上，传统钻头依靠钻杆带动旋转钻入地层，因为没有对钻头的振动方向和频率进行约束，所以钻头的振动方向和频率都是杂乱无章的，一方面导致钻进地层困难、效率低下，另一方面容易损坏钻头的切削齿，降低钻头寿命。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，包括套管形的钻具本体、用于与钻杆连接的上接头和用于与钻头连接的下接头，所述上接头和所述下接头分别与所述钻具本体的上端和下端连接，所述上接头和所述下接头分别设有竖向中心通孔，所述下接头与所述钻具本体的下端通过非固定连接装置连接，所述非固定连接装置使所述下接头与所述钻具本体之间在具有传动功能的同时具有微距移动空间；所述钻具还包括安装于所述钻具本体的中心通孔内的导流压帽、第一转轴、涡轮、配流盘、第二转轴、冲击压帽、带孔套筒、冲击套筒、驱动阀、冲击锤和喷嘴，所述导流压帽与所述钻具本体固定连接且其上端靠近所述上接头，所述导流压帽上靠近外壁的位置设有竖向的压帽导流通孔且所述压帽导流通孔的上端与所述上接头的竖向中心通孔的下端相通，所述第一转轴的上端与所述导流压帽连接且能够自由旋转，所述第一转轴的外壁与所述钻具本体的内壁之间留有过流间隙且该过流间隙的上端与所述压帽导流通孔的下端对应相通，所述涡轮安装于所述过流间隙内，所述涡轮的静子与所述钻具本体的内壁连接，所述涡轮的转子与所述第一转轴的外壁连接，所述第一转轴的下端与所述配流盘连接且能够自由旋转，所述配流盘与所述钻具本体固定连接，所述配流盘上靠近外壁的位置设有竖向的配流盘导流通孔且所述配流盘导流通孔的上端与所述过流间隙的下端对应相通，所述第二转轴的上端与所述第一转轴的下端固定连接，所述第二转轴设有竖向中心通孔，所述第二转轴的外壁与所述钻具本体的内壁之间留有分流间隙，所述分流间隙的上端与所述配流盘导流通孔的下端对应相通，所述第二转轴的中下段外壁厚度小于上段外壁厚度形成薄壁段，所述冲击压帽通过自身的中心通孔套装于所述第二转轴的薄壁段的上段外，所述冲击压帽的外壁与所述钻具本体的内壁接触，所述带孔套筒通过自身的竖向中心通孔套装于所述第二转轴的薄壁段的上段外且位于所述第二转轴的上段与所述冲击压帽之间，所述带孔套筒与所述冲击压帽之间通过薄型平键连接，所述带孔套筒的筒壁上设有一个套筒通孔，所述第二转轴的上段壁上设有多个周向分布的第一转轴通孔，所述第二转轴的薄壁段的上段壁上设有一个第二转轴通孔，所述套筒通孔和所述第二转轴通孔能够对应连通且连通时具有相同的中心轴线且该中心轴线与竖向之间具有15-75°的夹角，所述驱动阀通过自身的竖向中心通孔套装于所述第二转轴的薄壁段的中下段外且固定连接，所述驱动阀上设有横向的驱动通孔，竖向同一高度的两个所述驱动通孔对称分布于所述驱动阀的竖向中心轴线两侧，所述第二转轴的薄壁段上与所述驱动通孔对应的竖向高度位置的圆周壁上设有多个横向的第三转轴通孔，所述冲击锤通过自身的竖向中心通孔套装于所述驱动阀外且能够旋转，所述冲击锤的外周壁上设有两个外凸的锤头，竖向同一高度的两个所述锤头对称分布于所述冲击锤的竖向中心轴线两侧，所述冲击锤的外周壁上位于所述锤头周向两侧的位置分别设有横向的冲击锤通孔，同一个所述锤头两侧的两个所述冲击锤通孔的内端之间的周向距离与对应的所述驱动通孔的周向宽度相同，所述冲击套筒通过自身的竖向中心通孔套装于所述冲击锤外，所述冲击套筒的外壁与所述钻具本体的内壁接触且固定，所述冲击套筒的内壁上设有横向内凹的套筒凹槽，两个所述套筒凹槽对称分布于所述冲击套筒的竖向中心轴线两侧，两个所述锤头分别置于两个所述套筒凹槽内且能够周向摆动，同一个所述锤头两侧的两个所述冲击锤通孔能够同时置于对应的所述套筒凹槽内，所述冲击压帽的下端与所述冲击套筒的上端连接，所述冲击套筒的下端与所述下接头连接，所述喷嘴安装于所述第二转轴的下端，所述喷嘴的竖向中心通孔为上大下小的锥形孔且其最小孔径小于所述第二转轴的竖向中心通孔的孔径，所述喷嘴的竖向中心通孔的上端和下端分别与所述第二转轴的竖向中心通孔的下端和所述下接头的竖向中心通孔的上端相通。

上述结构中，非固定连接装置用于使下接头与钻具本体之间在具有传动功能的同时具有微距移动空间，这样既能传递旋转动力，又能使下接头带动钻头具有微动移动空间，为实现钻头被周向和轴向振动以提高钻进效果的功能提供前提条件；导流压帽用于可旋转安装第一转轴且同时作为将上接头的竖向中心通孔内的钻井液导流到涡轮所在空间的导流元件；第一转轴用于与涡轮配合，在涡轮的转子带动下旋转，从而带动第二转轴旋转；涡轮用于将钻井液的流动动力转化为第一转轴的旋转动力，是一种常规设备，其静子用于安装、转子用于在液体驱动下旋转；配流盘用于与导流压帽一起可旋转安装第一转轴且同时引流；第二转轴用于在第一转轴带动下旋转，并与分流间隙、带孔套筒和驱动阀配合，形成钻井液分流结构以及钻井液驱动结构，利用套筒通孔和第二转轴通孔的连通和阻断变化带来的液压变化，在连通时带孔套筒受到向下的液压瞬间增大，推动带孔套筒向下冲击冲击压帽，冲击压帽向下冲击冲击套筒，形成向下方向即轴向的冲击力并通过下接头最终作用在钻头上，使钻头受到周期性的轴向振动；第二转轴的竖向中心通孔内的钻井液通过第三转轴通孔进入驱动阀的驱动通孔内，再分别经过不同的冲击锤通孔进入套筒凹槽内，推动冲击锤的锤头在正时针和逆时针方向循环旋转，锤头反复冲击冲击套筒的套筒凹槽，形成周向方向的冲击力并通过下接头最终作用在钻头上，使钻头受到周期性的周向振动；喷嘴用于缩小钻井液流出喷嘴时的截面积，从而使第二转轴的竖向中心通孔内的钻井液的压力增大，迫使其进入驱动阀的驱动通孔内。

进一步，为了便于加工和组装且利于阻挡钻井液从中部进入第一转轴内而影响涡轮的驱动效果，所述导流压帽与所述第一转轴的上端之间安装有转轴压头，所述转轴压头为实心结构，所述转轴压头的上端与所述导流压帽通过第一内六角圆柱头螺钉连接并通过第一孔用弹性挡圈挡住限位，所述转轴压头的侧部与所述导流压帽之间安装有第一深沟球轴承，所述转轴压头的下端与所述第一转轴的上端通过螺纹固定连接；第一转轴的下端与所述配流盘之间安装有第二深沟球轴承并通过承载盘和第二内六角圆柱头螺钉定位。

作为优选，为了提高对第一转轴的旋转驱动效果，所述涡轮为多个，多个所述涡轮竖向排列在所述过流间隙内构成涡轮组。

进一步，为了便于在上接头和导流压帽之间过渡衔接，所述上接头的下端与所述导流压帽的上端之间安装有支撑环，所述支撑环的竖向中心通孔分别与所述上接头的竖向中心通孔和所述压帽导流通孔相通。

进一步，为了便于安装涡轮且便于调节安装间距，最上方的所述涡轮的静子上端与所述导流压帽的下端之间安装有上调节环，最下方的所述涡轮的转子下端与所述第一转轴的外壁之间安装有下调节环。

进一步，为了便于驱动阀和冲击锤旋转，所述冲击锤和所述驱动阀与所述冲击压帽之间安装有密封轴承。

进一步，为了便于安装喷嘴且便于排出冲击套筒内的钻井液，所述第二转轴的下端与所述喷嘴之间通过喷嘴安装座连接，所述喷嘴的前端被所述喷嘴安装座的内腔腔壁挡住限位，所述喷嘴的后端通过安装于所述喷嘴安装座的内腔内的第二孔用弹性挡圈挡住限位，所述喷嘴安装座的竖向中心通孔的上端和下端分别与所述第二转轴的竖向中心通孔的下端和所述喷嘴的竖向中心通孔的上端对应相通，所述喷嘴安装座的下端向外周延伸并与所述冲击套筒的下端接触被被限位，所述喷嘴安装座的外壁与所述冲击套筒的下段内壁之间设有排流间隙，所述排流间隙与所述套筒凹槽相通，所述喷嘴安装座的下段壁上设有排流通孔，所述排流通孔分别与所述排流间隙和所述下接头的竖向中心通孔相通。

作为优选，为了便于加工和组装且兼具周向传动连接、轴向传动连接及微距移动功能，所述非固定连接装置包括传动花键、第三孔用弹性挡圈、钢球和安装螺钉，所述传动花键安装于所述下接头的上端与所述钻具本体的下端，所述传动花键用于使所述钻具本体带动所述下接头旋转；所述钻具本体的下段套装于所述下接头的上段外，所述钻具本体的下段壁上设有圆周方向的安装通孔，所述下接头的上段外壁上设有圆周方向的环形凹槽，所述安装通孔与所述环形凹槽相互对应，所述钢球同时置于所述安装通孔和所述环形凹槽内，所述安装螺钉置于所述安装通孔内且其内端抵住所述钢球、外端被安装于所述安装通孔外端的所述第三孔用弹性挡圈挡住限位。

进一步，为了提高连接稳定性和密封性，所述上接头的下端与所述钻具本体的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第一密封圈，所述第一转轴的下端与所述第二转轴的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第二密封圈，所述冲击套筒的下端与所述下接头的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第三密封圈；为了延长带孔套筒的寿命，所述带孔套筒为硬质合金套。

具体地，为了便于连接钻杆和钻头，所述上接头的竖向中心通孔的上段为锥孔且该锥孔孔壁上设有上接头内螺纹，所述下接头的竖向中心通孔的下段为锥孔且该锥孔孔壁上设有下接头内螺纹。

本发明的有益效果在于：

本发明通过将上接头、钻具本体、下接头、导流压帽、第一转轴、涡轮、配流盘、第二转轴、冲击压帽、带孔套筒、冲击套筒、驱动阀、冲击锤和喷嘴有效组装整合为旋转传动结构、周向振动结构和轴向振动结构，使用时上端和下端分别与钻杆和钻头连接，在不影响将钻杆的旋转动力传递给钻头的功能前提下，将钻井液的流体动力转换为对下接头最终对钻头形成的周期性的周向振动和轴向振动，其振动方向和振动频率都形成规律，不但有效降低了周向不规格振动产生的“粘-滑效应”，帮助钻头更好地吃入地层，提高了钻进速度和效率，提高了井眼质量，而且保护了钻头，延长了钻头寿命；如果长期使用后内部零件损坏导致其振动驱动功能失效，也无需解耦，不影响旋转动力传递功能，可以继续使用。

附图说明

图1是本发明所述能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具的轴向半剖图；

图2是图1中的A-A剖视图放大图；

图3是本发明所述能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具使用时的剖视图之一，图中视角与比例与图2相同；

图4是本发明所述能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具使用时的剖视图之二，图中视角与比例与图2相同；

图5是本发明所述能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具使用时的剖视图之三，图中视角与比例与图2相同；

图6是本发明所述能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具使用时的剖视图之四，图中视角与比例与图2相同；

图7是本发明所述能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具使用时的剖视图之五，图中视角与比例与图2相同。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明所述能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，包括套管形的钻具本体8、用于与钻杆连接的上接头1和用于与钻头连接的下接头43，上接头1和下接头43分别与钻具本体8的上端和下端连接，上接头1设有竖向中心通孔3，下接头43设有竖向中心通孔，下接头43与钻具本体8的下端通过非固定连接装置连接，所述非固定连接装置使下接头43与钻具本体8之间在具有传动功能的同时具有微距移动空间；所述钻具还包括安装于钻具本体8的中心通孔内的导流压帽9、第一转轴17、涡轮、配流盘20、第二转轴26、冲击压帽32、带孔套筒28、冲击套筒39、驱动阀36、冲击锤37和喷嘴46，导流压帽9与钻具本体8固定连接且其上端靠近上接头1，导流压帽9上靠近外壁的位置设有竖向的压帽导流通孔10且压帽导流通孔10的上端与上接头1的竖向中心通孔3的下端相通，第一转轴17的上端与导流压帽9连接且能够自由旋转，第一转轴17的外壁与钻具本体8的内壁之间留有过流间隙(图中未标记)且该过流间隙的上端与压帽导流通孔10的下端对应相通，所述涡轮安装于所述过流间隙内，所述涡轮的静子15与钻具本体8的内壁连接，所述涡轮的转子16与第一转轴17的外壁连接，第一转轴17的下端与配流盘20连接且能够自由旋转，配流盘20与钻具本体8固定连接，配流盘20上靠近外壁的位置设有竖向的配流盘导流通孔21且配流盘导流通孔21的上端与所述过流间隙的下端对应相通，第二转轴26的上端与第一转轴17的下端固定连接，第二转轴26设有竖向中心通孔31，第二转轴26的外壁与钻具本体8的内壁之间留有分流间隙55，分流间隙55的上端与配流盘导流通孔21的下端对应相通，第二转轴26的中下段外壁厚度小于上段外壁厚度形成薄壁段33，冲击压帽32通过自身的中心通孔套装于第二转轴26的薄壁段33的上段外，冲击压帽32的外壁与钻具本体8的内壁接触，带孔套筒28通过自身的竖向中心通孔套装于第二转轴26的薄壁段33的上段外且位于第二转轴26的上段与冲击压帽32之间，带孔套筒28与冲击压帽32之间通过薄型平键30连接，带孔套筒28的筒壁上设有一个套筒通孔27，第二转轴26的上段壁上设有多个周向分布的第一转轴通孔25，第一转轴通孔25的中心轴线与竖向之间具有15-75°的夹角，优选为30°夹角，第二转轴26的薄壁段33的上段壁上设有一个第二转轴通孔29，套筒通孔27和第二转轴通孔29能够对应连通且连通时具有相同的中心轴线且该中心轴线与竖向之间具有15-75°的夹角，优选为30°夹角，驱动阀36通过自身的竖向中心通孔套装于第二转轴26的薄壁段33的中下段外且固定连接，驱动阀36上设有横向的驱动通孔38，竖向同一高度的两个驱动通孔38对称分布于驱动阀36的竖向中心轴线两侧，第二转轴26的薄壁段33上与驱动通孔38对应的竖向高度位置的圆周壁上设有多个横向的第三转轴通孔34，冲击锤37通过自身的竖向中心通孔套装于驱动阀36外且能够旋转，冲击锤37的外周壁上设有两个外凸的锤头(图中未标记)，竖向同一高度的两个所述锤头对称分布于冲击锤37的竖向中心轴线两侧，冲击锤37的外周壁上位于所述锤头周向两侧的位置分别设有横向的冲击锤通孔54，同一个所述锤头两侧的两个冲击锤通孔54的内端之间的周向距离与对应的驱动通孔38的周向宽度相同，冲击套筒39通过自身的竖向中心通孔套装于冲击锤37外，冲击套筒39的外壁与钻具本体8的内壁接触且固定，冲击套筒39的内壁上设有横向内凹的套筒凹槽53，两个套筒凹槽53对称分布于冲击套筒39的竖向中心轴线两侧，两个所述锤头分别置于两个套筒凹槽53内且能够周向摆动，同一个所述锤头两侧的两个冲击锤通孔54能够同时置于对应的套筒凹槽53内，冲击压帽32的下端与冲击套筒39的上端通过螺栓连接，冲击套筒39的下端与下接头43连接，喷嘴46安装于第二转轴26的下端，喷嘴46的竖向中心通孔为上大下小的锥形孔且其最小孔径小于第二转轴26的竖向中心通孔31的孔径，喷嘴46的竖向中心通孔的上端和下端分别与第二转轴26的竖向中心通孔31的下端和下接头43的竖向中心通孔的上端相通。

图1中还示出了设于第一转轴17内的转轴减重内腔18，图2-图7中还示出了设于冲击套筒39的筒壁内的套筒减重内腔52，这是常规适应性结构。

如图1-图7所示，本发明所述能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具的工作原理如下：

1、旋转动力传动过程：使用时，本钻具分别通过上接头1和由钻井设备驱动旋转的钻杆(图中未示)连接，通过下接头43与钻头(图中未示)连接；钻杆旋转依次带动上接头1、钻具本体8、下接头43和钻头旋转，实现钻井功能；由于下接头43与钻具本体8的下端通过非固定连接装置连接，下接头43与钻具本体8之间在具有传动功能的同时具有微距移动空间，所以为下述内容中下接头43受到振动从而对钻头形成振动的过程提供了前提条件。

2、轴向振动产生过程：钻井液从钻杆的中心通孔向下流动，经过上接头1和压帽导流通孔10后进入所述过流间隙内，对涡轮的转子进行驱动，之后钻井液继续向下流动，通过配流盘导流通孔21后进入分流间隙55内，在分流间隙55中，下部被冲击压帽32封堵不能继续向下流动，从而通过第一转轴通孔25向第二转轴26的竖向中心通孔31内流动，同时，当第二转轴26旋转带动第二转轴通孔29刚好与套筒通孔27对齐导通时，分流间隙55内的钻井液会流过套筒通孔27和第二转轴通孔29然后进入第二转轴26的竖向中心通孔31内，此时，由于第二转轴通孔29与套筒通孔27之间是突然性的对齐导通，而且第二转轴通孔29与套筒通孔27是斜孔，所以钻井液会对带孔套筒28有一个突发的向下的推动力，该推动力传递给冲击压帽32、冲击套筒39和下接头43，最后传递给钻头，从而对钻头产生周期性(以第二转轴26旋转一周的时间为周期)的轴向振动。

3、周向振动产生过程：过流间隙内的钻井液对涡轮的转子进行驱动，涡轮的转子带动第一转轴17旋转，第一转轴17带动第二转轴26旋转，第二转轴26带动驱动阀36旋转，第二转轴26的竖向中心通孔31内的钻井液向下流动到喷嘴46处时会受到一定程度的阻力，该阻力使钻井液从第二转轴26的第三转轴通孔34向驱动阀36的驱动通孔38内流动，由于驱动阀36要旋转，所以驱动通孔38内的钻井液必然会在某时通过且只能通过一对冲击锤通孔54的其中一个进入套筒凹槽53内，如图2到图3的变化过程，驱动阀36逆时针旋转，钻井液驱动冲击锤37顺时针旋转摆动，在摆动到锤头与套筒凹槽53的一侧槽壁接触时停止摆动，如图3所示，此时锤头冲击套筒凹槽53的槽壁一次，该冲击产生的振动通过冲击套筒39和下接头43传递给钻头；在驱动阀36继续逆时针旋转后，钻井液会在某时通过且只能通过一对冲击锤通孔54的另外一个进入套筒凹槽53内，如图4所示，然后钻井液就会驱动冲击锤37逆时针旋转摆动，在摆动到锤头与套筒凹槽53的另一侧槽壁接触时停止摆动，如图5所示，此时锤头又冲击套筒凹槽53的槽壁一次，该冲击产生的振动通过冲击套筒39和下接头43传递给钻头；如此第二转轴26带动驱动阀36逆时针旋转一周；然后驱动阀36继续逆时针旋转，如图6和图7所示，冲击锤37又会顺时针旋转摆动完成一次套筒凹槽53的槽壁的冲击，如此循环；第二转轴26的旋转方向相反时，冲击锤37旋转摆动的方向也相反，但都会在一个旋转周期内对套筒凹槽53的槽壁完成两次冲击；上述对套筒凹槽53的槽壁的冲击力最终对钻头产生周期性(以第二转轴26旋转一周的时间为周期)的周向振动。

上述对钻头周期性的轴向振动和周向振动的振动方向和振动频率都形成规律，不但有效降低了周向不规格振动产生的“粘-滑效应”，帮助钻头更好地吃入地层，提高钻进速度和效率，提高了井眼质量，而且保护了钻头，延长了钻头寿命。

如图1和图2所示，下面还公开了本发明的多种优化结构，可以根据实际需要将下述一种或多种结构与上述结构进行叠加组合后形成新的更加优化的技术方案。

为了便于加工和组装且利于阻挡钻井液从中部进入第一转轴17内而影响涡轮的驱动效果，导流压帽9与第一转轴17的上端之间安装有转轴压头14，转轴压头14为实心结构，转轴压头14的上端与导流压帽9通过第一内六角圆柱头螺钉5连接并通过第一孔用弹性挡圈4挡住限位，转轴压头14的侧部与导流压帽9之间安装有第一深沟球轴承12并通过轴承挡圈11限位，转轴压头14的下端与第一转轴17的上端通过螺纹固定连接；第一转轴17的下端与配流盘20之间安装有第二深沟球轴承22并通过承载盘23和第二内六角圆柱头螺钉(图中未标记)定位。

为了提高对第一转轴17的旋转驱动效果，所述涡轮为多个，多个所述涡轮竖向排列在所述过流间隙内构成涡轮组。

为了便于在上接头1和导流压帽9之间过渡衔接，上接头1的下端与导流压帽9的上端之间安装有支撑环7，支撑环7的竖向中心通孔分别与上接头1的竖向中心通孔和压帽导流通孔10相通。

为了便于安装涡轮且便于调节安装间距，最上方的所述涡轮的静子15的上端与导流压帽9的下端之间安装有上调节环13，最下方的所述涡轮的转子16的下端与第一转轴17的外壁之间安装有下调节环19。

为了便于驱动阀36和冲击锤37旋转，冲击锤37和驱动阀36与冲击压帽32之间安装有密封轴承35。

为了便于安装喷嘴46且便于排出冲击套筒39内的钻井液，第二转轴26的下端与喷嘴46之间通过喷嘴安装座44连接，喷嘴46的前端被喷嘴安装座44的内腔腔壁挡住限位，喷嘴46的后端通过安装于喷嘴安装座44的内腔内的第二孔用弹性挡圈47挡住限位，喷嘴安装座44的竖向中心通孔的上端和下端分别与第二转轴26的竖向中心通孔31的下端和喷嘴46的竖向中心通孔的上端对应相通，喷嘴安装座44的下端向外周延伸并与冲击套筒39的下端接触被被限位，喷嘴安装座44的外壁与冲击套筒39的下段内壁之间设有排流间隙48，排流间隙48与套筒凹槽53相通，喷嘴安装座44的下段壁上设有排流通孔50，排流通孔50分别与排流间隙48和下接头43的竖向中心通孔相通。

为了便于加工和组装且兼具周向传动连接、轴向传动连接及微距移动功能，所述非固定连接装置包括传动花键(图中未示，但易于理解，采用常规花键即可)、第三孔用弹性挡圈40、钢球42和安装螺钉41，所述传动花键安装于下接头43的上端与钻具本体8的下端并置于对应的花键安装孔内，所述传动花键用于使钻具本体8带动下接头43旋转；钻具本体8的下段套装于下接头43的上段外，钻具本体8的下段壁上设有圆周方向的安装通孔(图中未标记)，下接头43的上段外壁上设有圆周方向的环形凹槽(图中未标记)，所述安装通孔与所述环形凹槽相互对应，钢球42同时置于所述安装通孔和所述环形凹槽内，安装螺钉41置于所述安装通孔内且其内端抵住钢球42、外端被安装于所述安装通孔外端的第三孔用弹性挡圈40挡住限位。

为了提高连接稳定性和密封性，上接头1的下端与钻具本体8的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第一密封圈6，第一转轴17的下端与第二转轴26的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第二密封圈24，冲击套筒39的下端与下接头43的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第三密封圈49，喷嘴46与喷嘴安装座44之间的接触位置安装有第四密封圈45；为了延长带孔套筒28的寿命，带孔套筒28为硬质合金套。

为了便于连接钻杆和钻头，上接头1的竖向中心通孔3的上段为锥孔且该锥孔孔壁上设有上接头内螺纹2，下接头43的竖向中心通孔的下段为锥孔且该锥孔孔壁上设有下接头内螺纹51。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，包括套管形的钻具本体、用于与钻杆连接的上接头和用于与钻头连接的下接头，所述上接头和所述下接头分别与所述钻具本体的上端和下端连接，所述上接头和所述下接头分别设有竖向中心通孔，其特征在于：所述下接头与所述钻具本体的下端通过非固定连接装置连接，所述非固定连接装置使所述下接头与所述钻具本体之间在具有传动功能的同时具有微距移动空间；所述钻具还包括安装于所述钻具本体的中心通孔内的导流压帽、第一转轴、涡轮、配流盘、第二转轴、冲击压帽、带孔套筒、冲击套筒、驱动阀、冲击锤和喷嘴，所述导流压帽与所述钻具本体固定连接且其上端靠近所述上接头，所述导流压帽上靠近外壁的位置设有竖向的压帽导流通孔且所述压帽导流通孔的上端与所述上接头的竖向中心通孔的下端相通，所述第一转轴的上端与所述导流压帽连接且能够自由旋转，所述第一转轴的外壁与所述钻具本体的内壁之间留有过流间隙且该过流间隙的上端与所述压帽导流通孔的下端对应相通，所述涡轮安装于所述过流间隙内，所述涡轮的静子与所述钻具本体的内壁连接，所述涡轮的转子与所述第一转轴的外壁连接，所述第一转轴的下端与所述配流盘连接且能够自由旋转，所述配流盘与所述钻具本体固定连接，所述配流盘上靠近外壁的位置设有竖向的配流盘导流通孔且所述配流盘导流通孔的上端与所述过流间隙的下端对应相通，所述第二转轴的上端与所述第一转轴的下端固定连接，所述第二转轴设有竖向中心通孔，所述第二转轴的外壁与所述钻具本体的内壁之间留有分流间隙，所述分流间隙的上端与所述配流盘导流通孔的下端对应相通，所述第二转轴的中下段外壁厚度小于上段外壁厚度形成薄壁段，所述冲击压帽通过自身的中心通孔套装于所述第二转轴的薄壁段的上段外，所述冲击压帽的外壁与所述钻具本体的内壁接触，所述带孔套筒通过自身的竖向中心通孔套装于所述第二转轴的薄壁段的上段外且位于所述第二转轴的上段与所述冲击压帽之间，所述带孔套筒与所述冲击压帽之间通过薄型平键连接，所述带孔套筒的筒壁上设有一个套筒通孔，所述第二转轴的上段壁上设有多个周向分布的第一转轴通孔，所述第二转轴的薄壁段的上段壁上设有一个第二转轴通孔，所述套筒通孔和所述第二转轴通孔能够对应连通且连通时具有相同的中心轴线且该中心轴线与竖向之间具有15-75°的夹角，所述驱动阀通过自身的竖向中心通孔套装于所述第二转轴的薄壁段的中下段外且固定连接，所述驱动阀上设有横向的驱动通孔，竖向同一高度的两个所述驱动通孔对称分布于所述驱动阀的竖向中心轴线两侧，所述第二转轴的薄壁段上与所述驱动通孔对应的竖向高度位置的圆周壁上设有多个横向的第三转轴通孔，所述冲击锤通过自身的竖向中心通孔套装于所述驱动阀外且能够旋转，所述冲击锤的外周壁上设有两个外凸的锤头，竖向同一高度的两个所述锤头对称分布于所述冲击锤的竖向中心轴线两侧，所述冲击锤的外周壁上位于所述锤头周向两侧的位置分别设有横向的冲击锤通孔，同一个所述锤头两侧的两个所述冲击锤通孔的内端之间的周向距离与对应的所述驱动通孔的周向宽度相同，所述冲击套筒通过自身的竖向中心通孔套装于所述冲击锤外，所述冲击套筒的外壁与所述钻具本体的内壁接触且固定，所述冲击套筒的内壁上设有横向内凹的套筒凹槽，两个所述套筒凹槽对称分布于所述冲击套筒的竖向中心轴线两侧，两个所述锤头分别置于两个所述套筒凹槽内且能够周向摆动，同一个所述锤头两侧的两个所述冲击锤通孔能够同时置于对应的所述套筒凹槽内，所述冲击压帽的下端与所述冲击套筒的上端连接，所述冲击套筒的下端与所述下接头连接，所述喷嘴安装于所述第二转轴的下端，所述喷嘴的竖向中心通孔为上大下小的锥形孔且其最小孔径小于所述第二转轴的竖向中心通孔的孔径，所述喷嘴的竖向中心通孔的上端和下端分别与所述第二转轴的竖向中心通孔的下端和所述下接头的竖向中心通孔的上端相通。

2.根据权利要求1所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：所述导流压帽与所述第一转轴的上端之间安装有转轴压头，所述转轴压头为实心结构，所述转轴压头的上端与所述导流压帽通过第一内六角圆柱头螺钉连接并通过第一孔用弹性挡圈挡住限位，所述转轴压头的侧部与所述导流压帽之间安装有第一深沟球轴承，所述转轴压头的下端与所述第一转轴的上端通过螺纹固定连接；第一转轴的下端与所述配流盘之间安装有第二深沟球轴承并通过承载盘和第二内六角圆柱头螺钉定位。

3.根据权利要求1所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：所述涡轮为多个，多个所述涡轮竖向排列在所述过流间隙内构成涡轮组。

4.根据权利要求1所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：所述上接头的下端与所述导流压帽的上端之间安装有支撑环，所述支撑环的竖向中心通孔分别与所述上接头的竖向中心通孔和所述压帽导流通孔相通。

5.根据权利要求1所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：最上方的所述涡轮的静子上端与所述导流压帽的下端之间安装有上调节环，最下方的所述涡轮的转子下端与所述第一转轴的外壁之间安装有下调节环。

6.根据权利要求1所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：所述冲击锤和所述驱动阀与所述冲击压帽之间安装有密封轴承。

7.根据权利要求1所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：所述第二转轴的下端与所述喷嘴之间通过喷嘴安装座连接，所述喷嘴的前端被所述喷嘴安装座的内腔腔壁挡住限位，所述喷嘴的后端通过安装于所述喷嘴安装座的内腔内的第二孔用弹性挡圈挡住限位，所述喷嘴安装座的竖向中心通孔的上端和下端分别与所述第二转轴的竖向中心通孔的下端和所述喷嘴的竖向中心通孔的上端对应相通，所述喷嘴安装座的下端向外周延伸并与所述冲击套筒的下端接触被被限位，所述喷嘴安装座的外壁与所述冲击套筒的下段内壁之间设有排流间隙，所述排流间隙与所述套筒凹槽相通，所述喷嘴安装座的下段壁上设有排流通孔，所述排流通孔分别与所述排流间隙和所述下接头的竖向中心通孔相通。

8.根据权利要求1-7中任何一项所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：所述非固定连接装置包括传动花键、第三孔用弹性挡圈、钢球和安装螺钉，所述传动花键安装于所述下接头的上端与所述钻具本体的下端，所述传动花键用于使所述钻具本体带动所述下接头旋转；所述钻具本体的下段套装于所述下接头的上段外，所述钻具本体的下段壁上设有圆周方向的安装通孔，所述下接头的上段外壁上设有圆周方向的环形凹槽，所述安装通孔与所述环形凹槽相互对应，所述钢球同时置于所述安装通孔和所述环形凹槽内，所述安装螺钉置于所述安装通孔内且其内端抵住所述钢球、外端被安装于所述安装通孔外端的所述第三孔用弹性挡圈挡住限位。

9.根据权利要求1-7中任何一项所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：所述上接头的下端与所述钻具本体的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第一密封圈，所述第一转轴的下端与所述第二转轴的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第二密封圈，所述冲击套筒的下端与所述下接头的上端之间通过螺纹连接且两者接触位置安装有第三密封圈；所述带孔套筒为硬质合金套。

10.根据权利要求1-7中任何一项所述的能够对钻头产生周期性的周向和轴向振动的钻具，其特征在于：所述上接头的竖向中心通孔的上段为锥孔且该锥孔孔壁上设有上接头内螺纹，所述下接头的竖向中心通孔的下段为锥孔且该锥孔孔壁上设有下接头内螺纹。

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