CN114059918A - 基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，包括：壳体；依次首尾传动连接的振动执行机构、脉冲发生机构、上传动机构、转子驱动机构和下传动机构。使用时，转子驱动机构启动，将动力向下传递给下传动机构，下传动机构将动力传递给钻头进行破岩。与此同时，转子驱动机构将动力向上传递给上传动机构，上传动机构将动力传递给脉冲发生机构，脉冲发生机构将上传动机构传递的转动转换为轴向往复移动，以实现驱动振动执行机构的沿着轴向往复移动，而振动执行机构与钻柱连接，进而实现了整个液力脉冲振动一体化工具的脉冲振动，提高了钻头的破岩能力，同时减小了液力脉冲振动一体化工具及钻柱与井壁之间的摩阻和托压，提高了钻压传递效率。

Description

基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具

技术领域

本发明涉及油气勘探、地质勘探、地热井开发技术领域，尤其是涉及一种基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具。

背景技术

随着诸如页岩气和页岩油等非常规油气资源勘探开发进程不断拓展，水平井和大位移斜度井的比例越来越高。而在水平井和大位移斜度井的钻井施工过程中，由于钻柱与井壁之间托压和摩阻现象普遍存在，常常导致钻井时效低及井眼轨迹控制困难等。

而水力振动器依靠内部脉冲发生机构中的动静盘阀之间的过流面积变化来产生周期性压力脉冲从而推动整个工具产生高频振动的方式，可以起到有效减小托压和摩阻的作用，但是其在钻井过程中需要与螺杆钻具配合使用，从而使得整个钻柱的循环压耗较高，并且水力振动器接在与钻头有一定距离的钻柱中间，其振动作用无法直接作用于钻头进行破岩，使得钻头的破岩能量没有得到有效提升。

因此，如何减小钻柱与井壁间摩阻及托压，提高钻头破岩能量是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，能够减小钻柱与井壁间摩阻及托压，提高钻头破岩能量。

为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，包括:

壳体；

依次首尾传动连接的振动执行机构、脉冲发生机构、上传动机构、转子驱动机构和下传动机构，所述振动执行机构、脉冲发生机构、上传动机构、转子驱动机构和下传动机构均安装于所述壳体内，所述下传动机构用于与钻头连接，所述振动执行机构的顶端用于与钻柱连接；

所述脉冲发生机构能够将所述上传动机构传递的转动转换为轴向往复移动，以实现所述振动执行机构的沿着轴向往复移动。

在一个具体实施方案中，所述脉冲发生机构包括第一接头、第二接头、芯轴、凸轮和第一弹性复位件；

所述第一接头和所述第二接头均与所述壳体连接，且所述第一接头位于所述振动执行机构的底端，所述第二接头的顶端与所述第一接头的底端连接，所述第一接头上开设有与所述振动执行机构的内腔导通的锥形通孔，且所述锥形通孔沿着远离所述振动执行机构的方向，直径逐渐变大；

所述第一弹性复位件用于所述芯轴的复位，所述凸轮的顶端支撑所述芯轴的底端，所述凸轮的顶面为波浪面，且所述凸轮与所述上传动机构的驱动端传动连接；

沿着所述芯轴的轴向，所述芯轴可滑移安装在所述第二接头内，且所述芯轴的顶端能够伸到所述锥形通孔内；

所述芯轴的侧壁上开设有与所述芯轴的内腔顶端导通连接的第一径向过流孔，所述第一径向过流孔与所述第二接头的内腔导通，所述第二接头的内腔与所述锥形通孔的底端导通连接。

在另一个具体实施方案中，所述芯轴上设置有凸台；

所述凸台的外壁与所述壳体的内壁可滑移连接；

所述第一弹性复位件外套所述芯轴，且所述第一弹性复位件的顶端与第二接头的底端抵接，所述第一弹性复位件的底端与所述凸台的顶端抵接。

在另一个具体实施方案中，所述脉冲发生机构还包括滚轮，所述凸台的底端开设有容纳所述滚轮的滚轮槽，且所述滚轮的底端沿着所述凸轮的顶面滚动；

或者

所述凸台的底面为波浪面，所述凸台的底面与所述凸轮的顶面接触；

和/或

所述芯轴的顶端设置有锥形部，且沿着所述芯轴的顶端到所述芯轴底端的方向，所述锥形部的直径逐渐变大。

在另一个具体实施方案中，所述上传动机构包括上万向轴、上水帽、防掉套和防掉杆；

所述上万向轴和所述上水帽置于所述壳体内；

所述上水帽的顶端与所述凸轮连接，所述上水帽的底端与所述上万向轴的顶端连接，所述上水帽的侧壁上开设有与所述上水帽的内腔导通的第二径向过流孔，所述上水帽的内腔与所述芯轴的内腔导通，所述第二径向过流孔还与所述转子驱动机构的内腔导通；

所述上万向轴的底端与所述防掉杆连接，所述防掉杆与所述转子驱动机构的驱动端连接，所述防掉套外套所述防掉杆，且所述防掉套与所述壳体连接，所述防掉套上开设的通孔的直径大于所述防掉杆的直径，且小于所述上万向轴的直径。

在另一个具体实施方案中，所述下传动机构包括下万向轴、下水帽和下传动轴；

所述下万向轴的顶端与所述转子驱动机构的驱动端连接，所述下万向轴的底端与所述下水帽的顶端连接，所述下水帽的底端与所述下传动轴的顶端连接；

所述下水帽的侧壁上开设有与所述下水帽的内腔导通的第三径向过流孔，所述第三径向过流孔还与所述转子驱动机构的内腔导通；

所述下传动轴与所述壳体可转动连接，所述下传动轴的底端与所述钻头连接。

在另一个具体实施方案中，所述下传动机构还包括上TC轴承、下TC轴承、串轴承、锁母和隔套；

所述上TC轴承与所述下TC轴承分别安装在所述壳体的内壁，用于支撑所述下传动轴的两端，所述串轴承通过所述锁母和所述隔套安装在所述上TC轴承与所述下TC轴承之间，用于支撑所述下传动轴。

在另一个具体实施方案中，所述转子驱动机构包括转子和定子；

所述定子安装在所述壳体的内壁上，所述转子与所述定子可转动连接，所述转子的顶端与所述防掉杆连接，所述转子的底端与所述下万向轴连接。

在另一个具体实施方案中，所述振动执行机构包括上传动轴、第二弹性复位件和活塞；

所述活塞连接在所述上传动轴的底端，所述壳体的内壁上设置有抵接凸起，所述第二弹性复位件的顶端与所述活塞的顶端抵接，所述第二弹性复位件的顶端与所述抵接凸起抵接。

在另一个具体实施方案中，所述第一弹性复位件为弹簧；

和/或

所述第二弹性复位件为碟簧；

和/或

所述上传动轴上设置有第一多边形传动部，所述抵接凸起的内孔为与所述第一多边形传动部契合的第一多边形通孔；

和/或

所述芯轴上设置有第二多边形传动部，所述第二接头的内孔为与所述第二多边形传动部契合的第二多边形通孔；

和/或

所述壳体包括上传动轴壳体、上万向轴壳体、定子壳体、下万向轴壳体和下传动轴壳体，

所述上传动轴安装在所述上传动轴壳体的顶端，所述上传动轴壳体、所述第一接头、所述第二接头、所述上万向轴壳体、所述定子壳体、所述下万向轴壳体和所述下传动轴壳体依次首尾连接，

所述振动执行机构安装在所述上传动轴壳体内，

所述脉冲发生机构和所述上传动机构安装在所述上万向轴壳体内，

所述转子驱动机构安装在所述定子壳体内；

所述下传动机构安装在所述下万向轴壳体和所述下传动轴壳体内。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

不限于任何理论，从以上公开内容可以看出，本发明公开的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，使用时，转子驱动机构启动，将动力向下传递给下传动机构，下传动机构将动力传递给钻头进行破岩。与此同时，转子驱动机构将动力向上传递给上传动机构，上传动机构将动力传递给脉冲发生机构，脉冲发生机构将上传动机构传递的转动转换为轴向往复移动，以实现驱动振动执行机构的沿着轴向往复移动，而振动执行机构与钻柱连接，进而实现了整个液力脉冲振动一体化工具的脉冲振动，提高了钻头的破岩能力，同时减小了液力脉冲振动一体化工具及钻柱与井壁之间的摩阻和托压，改善了钻压的传递效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明提供的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具的剖视结构示意图；

图2为图1的I部分放大结构示意图；

图3为图1的II部分放大结构示意图；

图4为本发明提供的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具在过流面积最小状态下的I的结构示意图；

图5为本发明提供的上传动轴壳体限位上传动轴处的孔为正八边形时，图1的A-A截面剖视结构示意图；

图6为本发明提供的上传动轴壳体限位上传动轴处的孔为正六边形时，图1的A-A截面剖视结构示意图；

图7为本发明提供的第二接头限位芯轴处的孔为正六边形时，图1的B-B截面剖视结构示意图；

图8为本发明提供的第二接头限位芯轴处的孔为正八边形时，图1的B-B截面剖视结构示意图；

图9为本发明提供的第二接头剖视结构示意图；

图10为本发明提供的芯轴剖视结构示意图；

图11为本发明提供的凸轮剖视结构示意图；

图12为本发明提供的芯轴另一剖视结构示意图。

其中，图1-12中：

上传动轴1、上传动轴壳体2、抵接凸起201、第二弹性复位件3、活塞4、第一接头5、第二接头6、上万向轴13、上万向轴壳体7、芯轴8、凸台801、第一弹性复位件9、滚轮10、凸轮11、上水帽12、防掉套14、防掉杆15、定子16、转子17、定子壳体18、下万向轴19、下万向轴壳体20、下水帽21、上TC轴承动圈22、上TC轴承静圈23、串轴承24、下传动轴30、下传动轴壳体25、锁母26、隔套27、下TC轴承静圈28、下TC轴承动圈29、传动面31、方形面32、锥形通孔33、第一径向过流孔34、滚轮槽35、上波浪面36、下波浪面37、第二径向过流孔38、第三径向过流孔39。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-12，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本发明公开内容更清楚透彻的理解，其中下方等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

可以理解，这里所用的术语仅是为了描述特定实施例，并非要限制本发明。在这里使用时，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一”和“”也旨在包括复数形式。进一步地，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”表明特征、整体、步骤、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、元件、组件和/或其组合的存在或增加。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

如图1-4所示，本发明公开了一种基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其中，液力脉冲振动一体化工具包括壳体、振动执行机构、脉冲发生机构、上传动机构、转子驱动机构和下传动机构。振动执行机构、脉冲发生机构、上传动机构、转子驱动机构和下传动机构依次首尾传动连接，且均安装在壳体内。具体地，壳体可以分为可拆卸连接的多段，便于各个机构间的安装，可以根据需要进行设定各段壳体。

转子驱动机构的两端分别与上传动机构和下传动机构传动连接，下传动机构用于与钻头连接。

脉冲发生机构的两端分别与上传动机构及振动执行机构传动连接，且脉冲发生机构能够将上传动机构传递的转动转换为轴向往复移动，以实现振动执行机构沿着轴向往复移动，振动执行机构的顶端用于与钻柱连接。

需要说明的是，上传动机构和下传动机构可以为任意能够实现动力传递的机构。脉冲发生机构为任意能够实现将转动转换为轴向往复移动的机构。

本文中，轴向均是指的液力脉冲振动一体化工具的轴心线方向。

本发明公开的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，使用时，转子驱动机构启动，将动力向下传递给下传动机构，下传动机构将动力传递给钻头进行破岩。与此同时，转子驱动机构将动力向上传递给上传动机构，上传动机构将动力传递给脉冲发生机构，脉冲发生机构将上传动机构传递的转动转换为轴向往复移动，以实现驱动振动执行机构的沿着轴向往复移动，而振动执行机构与钻柱连接，进而实现了整个液力脉冲振动一体化工具的脉冲振动，提高了钻头的破岩能力，同时减小了液力脉冲振动一体化工具及钻柱与井壁之间的摩阻和托压，改善了钻压的传递效率。

在其中一些实施例中，脉冲发生机构包括第一接头5、第二接头6、上万向轴壳体7、芯轴8、凸轮11和第一弹性复位件9。

进一步地，本发明公开了壳体包括上传动轴壳体2、上万向轴壳体7、定子壳体18、下万向轴壳体20和下传动轴壳体25。上传动轴1安装在上传动轴壳体2的顶端，上传动轴壳体2、第一接头5、第二接头6、上万向轴壳体7、定子壳体18、下万向轴壳体20和下传动轴壳体25依次首尾连接，振动执行机构安装在上传动轴壳体2内，脉冲发生机构和上传动机构安装在上万向轴壳体7内，转子驱动机构安装在定子壳体18内，下传动机构安装在下万向轴壳体20和下传动轴壳体25内。

第一接头5的顶端与上传动轴壳体2的底端密封连接，且第一接头5上开设有与振动执行机构的内腔导通的锥形通孔33，且锥形通孔33沿着远离振动执行机构的方向，直径逐渐变大。

第二接头6的顶端与第一接头5的底端连接，上万向轴壳体7的顶端与第二接头6的底端连接，上万向轴壳体7的底端与定子壳体18的顶端连接。具体地，第二接头6与第一接头5密封连接。

芯轴8、凸轮11和第一弹性复位件9均置于上万向轴壳体7内，第一弹性复位件9用于芯轴8的复位，第一弹性复位件9可以为任意能够实现芯轴8复位的装置，例如，处于压缩状态的弹簧或者碟簧等，也可以是其它复位件。

凸轮11的顶端支撑芯轴8的底端，凸轮11的顶面为波浪面，如图11所示。凸轮11与上传动机构的驱动端传动连接，凸轮11转动时，随着凸轮11上波浪面36的不同位置与芯轴8接触，实现对芯轴8升降往复运动。

沿着芯轴8的轴向，芯轴8可滑移安装在第二接头6内，且芯轴8的顶端能够伸到锥形通孔33内。芯轴8上设置有第二多边形传动部，第二接头6的内孔为与第二多边形传动部契合的第二多边形通孔，以避免芯轴8转动，使得芯轴8只能沿着液力脉冲振动一体化工具的轴向移动，通过芯轴8的方形面32实现动力的传动。需要说明的是，也可以在芯轴8和第二接头6的通孔中，一者上开设滑槽，另一者上设置与滑槽滑动配合的滑轨等实现上传动轴1不能转动，仅能轴向移动。如图7所示，芯轴8为正六边形结构，对应地，第二芯轴8的通孔为正六边形通孔。如图8所示，芯轴8为正八边形结构，对应地，第二芯轴8的通孔为正八边形通孔。

芯轴8的侧壁上开设有与芯轴8的内腔顶端导通连接的第一径向过流孔34，第一径向过流孔34与第二接头6的内腔导通，第二接头6的内腔与锥形通孔33的底端导通连接。为了便于钻井液流出，第一径向过流孔34倾斜设置，且第一径向过流孔34的出口向靠近锥形通孔33的方向倾斜。

随着芯轴8的升降，芯轴8堵住锥形通孔33的面积也随之变化：当芯轴8上升，芯轴8顶端插入锥形通孔33内，造成钻井液流经锥形通孔33时过流面积减小，使得上部振动执行机构中的钻井液压力增大，从而推动振动执行机构的动端向上运动；在滚轮10从上波浪面36的顶端运动至底端的过程中，芯轴8在第一弹性复位件9的预紧力作用下向下运动并使芯轴8的顶端退出锥形通孔33外，造成钻井液流经锥形通孔33时过流面积增大，使得上部振动执行机构中的钻井液压力减小，进而使得上部振动执行机构的动端缩回，而上部振动执行机构的动端周期性地伸出和缩回，将使得整个液力脉冲振动一体化工具产生钻井液压力驱动下的脉冲振动，提高钻头破岩能量，同时减小液力脉冲振动一体化工具及上部钻柱与井壁之间的摩阻和托压，改善钻压的传递效率。

进一步地，本发明公开了芯轴8上设置有凸台801，凸台801的外壁与上万向轴壳体7的内壁可滑移连接。具体地，凸台801为环形凸台，便于沿着芯轴8滑移。凸台801也可以是与芯轴8内壁滑动配合的弧形块等结构。

第一弹性复位件9外套芯轴8，且第一弹性复位件9的顶端与第二接头6的底端抵接，第一弹性复位件9的底端与凸台801的顶端抵接，以实现当滚轮10从上波浪面36的顶端运动至底端的过程中，芯轴8在第一弹性复位件9的预紧力作用下向下运动。

进一步地，本发明公开了脉冲发生机构还包括滚轮10，凸台801的底端开设有容纳滚轮10的滚轮槽35，如图10所示，且滚轮10的底端沿着凸轮11的顶面滚动。具体地，滚轮槽35和滚轮10一一对应。为了实现对芯轴8的平稳支撑，滚轮槽35的个数至少为2个，且滚轮槽35沿着凸台801的轴心线轴向均布在凸台801的底端。本实施例中，以滚轮槽35为3个为例。对应地，滚轮10的个数也是3个，波浪面沿着凸轮11的周向分为3段，每段均为平滑的由波峰到波谷，且3段间平滑连接。

具体地，凸轮11的中心开设有通孔，且芯轴8的底端延伸到凸轮11所开设的通孔内，凸轮11上的通孔给芯轴8一个导向的作用。

需要说明的是，能够实现将转动转换为直线往复运动的结构也可以是其它结构，如图12所示，凸台801的底面为波浪面，凸台801的底面与凸轮11的顶面接触。凸台801上的波浪面与凸轮11上端的波浪面配合接触，并依靠两个波浪面之间转速差来带动芯轴8往复深入和退出锥形通孔33中，产生钻井液压力脉冲效应。为了便于描述，令凸台801上的波浪面为上波浪面36，凸轮11上的波浪面为下波浪面37。

进一步地，本发明公开了芯轴8的顶端设置有锥形部，且沿着芯轴8的顶端到芯轴8底端的方向，锥形部的直径逐渐变大，便于芯轴8的导向。

在其它一些实施例中，振动执行机构包括上传动轴1、第二弹性复位件3和活塞4。

上传动轴壳体2与第一接头5连接，具体地，上传动轴壳体2与第一接头5螺纹连接，便于两者拆装更换。活塞4连接在上传动轴1的底端，具体地，活塞4螺纹连接在上传动轴1的底端，便于两者拆装更换，活塞4与上传动轴壳体2的内壁密封可滑动连接。

上传动轴壳体2的内壁上设置有抵接凸起201，第二弹性复位件3的顶端与活塞4的顶端抵接，第二弹性复位件3的顶端与抵接凸起201抵接。具体地，第二弹性复位件3为碟簧，需要说明的是，第二弹性复位件3不限于为碟簧，也可以是弹簧等其它复位件。本实施例以第二弹性复位件3为碟簧为例。

上传动轴1上设置有第一多边形传动部，抵接凸起201的内孔为与第一多边形传动部契合的第一多边形通孔，以避免上传动轴1转动，使得上传动轴1只能沿着液力脉冲振动一体化工具的轴向移动。通过上传动轴1的传动面31实现动力的传动。需要说明的是，也可以在上传动轴1和抵接凸起201中，一者上开设滑槽，另一者上设置与滑槽滑动配合的滑轨等实现上传动轴1不能转动，仅能轴向移动。如图4所示，第一多边形传动部为正八边形结构，对应地，第一多边形通孔为正八边形通孔。如图10所示，第一多边形传动部为正六边形结构，对应地，第一多边形通孔为正六边形通孔。

在其它一些实施例中，上传动机构包括上万向轴13、上水帽12、防掉套14和防掉杆15。上万向轴13和上水帽12置于上万向轴壳体7内，上水帽12的顶端与凸轮11连接，具体地，上水帽12与凸轮11螺纹连接。上水帽12的底端与上万向轴13的顶端连接，上水帽12的侧壁上开设有与上水帽12的内腔导通的第二径向过流孔38，上水帽12的内腔与芯轴8的内腔导通，第二径向过流孔38还与转子驱动机构的内腔导通。为了便于钻井液流入，第二径向过流孔38倾斜设置，且第二径向过流孔38的入口向靠近上万向轴13的方向倾斜。

上万向轴13的底端与防掉杆15连接，防掉杆15与转子驱动机构的驱动端连接，防掉套14外套防掉杆15，且防掉套14与定子壳体连接，防掉套14上开设的通孔的直径大于防掉杆15的直径，且小于上万向轴13的直径。

在其它一些实施例中，下传动机构包括下万向轴19、下传动轴壳体25、下水帽21和下传动轴30。

下传动轴壳体25的顶端与下万向轴壳体的底端连接，下万向轴19、下水帽21和下传动轴30均位于下传动轴壳体25和下万向轴壳体内。下万向轴19的顶端与转子驱动机构的驱动端连接，下万向轴19的底端与下水帽21的顶端连接，具体地，下万向轴19与下水帽21螺纹连接。下水帽21的底端与下传动轴30的顶端连接，具体地，下水帽21与下传动轴30螺纹连接。下水帽21的侧壁上开设有与下水帽21的内腔导通的第三径向过流孔39，第三径向过流孔39还与转子驱动机构的内腔导通。下传动轴30与下传动轴壳体25可转动连接，下传动轴30的底端与钻头连接。为了便于钻井液流出，第三径向过流孔39倾斜设置，且第三径向过流孔39的出口向靠近下万向轴19的方向倾斜。

在其它一些实施例中，下传动机构包括上TC轴承、下TC轴承、串轴承24、锁母26和隔套27。

下传动轴壳体25包括下万向轴壳体20和下传动轴壳体25，下万向轴壳体20的顶端与定子壳体连接，下万向轴壳体20的底端与下传动轴壳体25的顶端连接。具体地，下万向轴壳体20的底端与下传动轴壳体25的顶端螺纹连接。

上TC轴承与下TC轴承分别安装在下传动轴壳体25的内壁两端，用于支撑下传动轴30的两端，串轴承24通过锁母26和隔套27安装在上TC轴承与下TC轴承之间，用于支撑下传动轴30。具体地，上传动轴壳体2下端通过螺纹与上TC轴承静圈23连接，下传动轴壳体25下端通过螺纹与下TC轴承静圈28连接；下传动轴30上端通过螺纹分别与下水帽21和上TC轴承动圈22连接，下传动轴30下端外侧通过螺纹与下TC轴承动圈29连接。

在其它一些实施例中，转子驱动机构包括转子17、定子16和定子壳体18，具体地，转子17为马达转子。需要说明的是，转子17也可以是电机转子等。

定子壳体18的顶端与上万向轴壳体7连接，定子壳体18的底端与下万向轴壳体20连接，具体地，定子壳体18的两端分别与上万向轴壳体7及下万向轴壳体20螺纹连接。

定子16安装在定子壳体18的内壁上，转子17与定子16可转动连接，转子17的顶端与防掉杆15连接，转子17的底端与下万向轴19连接。具体地，定子16与定子壳体18的内壁螺纹连接，转子17的顶端与防掉杆15螺纹连接，转子17的底端与下万向轴19螺纹连接。

如图9和图10所示，基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具工作时，在钻井液压力能驱动下，转子驱动机构中的马达转子17沿着定子16内侧旋转产生转速和扭矩，并依次通过下传动机构中的下万向轴19、下水帽21和下传动轴30传递至钻头进行破岩。与此同时，马达转子17上端经由上传动机构中的防掉杆15、上万向轴13和上水帽12带动脉冲发生机构中的凸轮11旋转，由于芯轴8在第二接头6内正六边形通孔的内壁的限制下不能转动，使得芯轴8与凸轮11之间产生转速差，并且在转速差的影响下，滚轮10沿着凸轮11上端外侧的上波浪面36滚动。这其中，在滚轮10从上波浪面36的底端运动至顶端的过程中，滚轮10带动芯轴8克服弹簧的预紧力向上运动并使得芯轴8上端插入锥形通孔33内，造成钻井液流经锥形通孔33时过流面积减小，使得上部振动执行机构中的钻井液压力增大，从而推动活塞4压缩碟簧来带动上传动轴1向外伸出；在滚轮10从上波浪面36的顶端运动至底端的过程中，芯轴8在弹簧的预紧力作用下向下运动并使其上端退出锥形通孔33外，造成钻井液流经锥形通孔33时过流面积增大，使得上部振动执行机构中的钻井液压力减小，活塞4在碟簧的预紧力作用下带动上传动轴1向内缩回，而上传动轴1周期性地伸出和缩回，将使得整个工具产生钻井液压力驱动下的脉冲振动，提高钻头破岩能量，同时减小工具及上部钻柱与井壁之间的摩阻和托压，改善钻压的传递效率。

需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造特点相一致的最宽的范围。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，包括:

壳体；

依次首尾传动连接的振动执行机构、脉冲发生机构、上传动机构、转子驱动机构和下传动机构，所述振动执行机构、脉冲发生机构、上传动机构、转子驱动机构和下传动机构均安装于所述壳体内，所述下传动机构用于与钻头连接，所述振动执行机构的顶端用于与钻柱连接；

所述脉冲发生机构能够将所述上传动机构传递的转动转换为轴向往复移动，以实现所述振动执行机构的沿着轴向往复移动。

2.根据权利要求1所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述脉冲发生机构包括第一接头、第二接头、芯轴、凸轮和第一弹性复位件；

所述第一接头和所述第二接头均与所述壳体连接，且所述第一接头位于所述振动执行机构的底端，所述第二接头的顶端与所述第一接头的底端连接，所述第一接头上开设有与所述振动执行机构的内腔导通的锥形通孔，且所述锥形通孔沿着远离所述振动执行机构的方向，直径逐渐变大；

所述第一弹性复位件用于复位所述芯轴，所述凸轮的顶端支撑所述芯轴的底端，所述凸轮的顶面为波浪面，且所述凸轮与所述上传动机构的驱动端传动连接；

沿着所述芯轴的轴向，所述芯轴可滑移安装在所述第二接头内，且所述芯轴的顶端能够伸到所述锥形通孔内；

所述芯轴的侧壁上开设有与所述芯轴的内腔顶端导通连接的第一径向过流孔，所述第一径向过流孔与所述第二接头的内腔导通，所述第二接头的内腔与所述锥形通孔的底端导通连接。

3.根据权利要求2所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述芯轴上设置有凸台；

所述凸台的外壁与所述壳体的内壁可滑移连接；

所述第一弹性复位件外套所述芯轴，且所述第一弹性复位件的顶端与第二接头的底端抵接，所述第一弹性复位件的底端与所述凸台的顶端抵接。

4.根据权利要求3所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述脉冲发生机构还包括滚轮，所述凸台的底端开设有容纳所述滚轮的滚轮槽，且所述滚轮的底端沿着所述凸轮的顶面滚动；

或者

所述凸台的底面为波浪面，所述凸台的底面与所述凸轮的顶面接触；

和/或

所述芯轴的顶端设置有锥形部，且沿着所述芯轴的顶端到所述芯轴底端的方向，所述锥形部的直径逐渐变大。

5.根据权利要求4所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述上传动机构包括上万向轴、上水帽、防掉套和防掉杆；

所述上万向轴和所述上水帽置于所述壳体内；

所述上水帽的顶端与所述凸轮连接，所述上水帽的底端与所述上万向轴的顶端连接，所述上水帽的侧壁上开设有与所述上水帽的内腔导通的第二径向过流孔，所述上水帽的内腔与所述芯轴的内腔导通，所述第二径向过流孔还与所述转子驱动机构的内腔导通；

所述上万向轴的底端与所述防掉杆连接，所述防掉杆与所述转子驱动机构的驱动端连接，所述防掉套外套所述防掉杆，且所述防掉套与所述壳体连接，所述防掉套上开设的通孔的直径大于所述防掉杆的直径，且小于所述上万向轴的直径。

6.根据权利要求5所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述下传动机构包括下万向轴、下水帽和下传动轴；

所述下万向轴的顶端与所述转子驱动机构的驱动端连接，所述下万向轴的底端与所述下水帽的顶端连接，所述下水帽的底端与所述下传动轴的顶端连接；

所述下水帽的侧壁上开设有与所述下水帽的内腔导通的第三径向过流孔，所述第三径向过流孔还与所述转子驱动机构的内腔导通；

所述下传动轴与所述壳体可转动连接，所述下传动轴的底端与所述钻头连接。

7.根据权利要求6所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述下传动机构还包括上TC轴承、下TC轴承、串轴承、锁母和隔套；

所述上TC轴承与所述下TC轴承分别安装在所述壳体的内壁，用于支撑所述下传动轴的两端，所述串轴承通过所述锁母和所述隔套安装在所述上TC轴承与所述下TC轴承之间，用于支撑所述下传动轴。

8.根据权利要求7所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述转子驱动机构包括转子和定子；

所述定子安装在所述壳体的内壁上，所述转子与所述定子可转动连接，所述转子的顶端与所述防掉杆连接，所述转子的底端与所述下万向轴连接。

9.根据权利要求2-8中任意一项所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述振动执行机构包括上传动轴、第二弹性复位件和活塞；

所述活塞连接在所述上传动轴的底端，所述壳体的内壁上设置有抵接凸起，所述第二弹性复位件的顶端与所述活塞的顶端抵接，所述第二弹性复位件的顶端与所述抵接凸起抵接。

10.根据权利要求9所述的基于转子驱动的液力脉冲振动一体化工具，其特征在于，所述第一弹性复位件为弹簧；

和/或

所述第二弹性复位件为碟簧；

和/或

所述上传动轴上设置有第一多边形传动部，所述抵接凸起的内孔为与所述第一多边形传动部契合的第一多边形通孔；

和/或

所述芯轴上设置有第二多边形传动部，所述第二接头的内孔为与所述第二多边形传动部契合的第二多边形通孔；

和/或

所述壳体包括上传动轴壳体、上万向轴壳体、定子壳体、下万向轴壳体和下传动轴壳体，

所述上传动轴安装在所述上传动轴壳体的顶端，所述上传动轴壳体、所述第一接头、所述第二接头、所述上万向轴壳体、所述定子壳体、所述下万向轴壳体和所述下传动轴壳体依次首尾连接，

所述振动执行机构安装在所述上传动轴壳体内，

所述脉冲发生机构和所述上传动机构安装在所述上万向轴壳体内，

所述转子驱动机构安装在所述定子壳体内；

所述下传动机构安装在所述下万向轴壳体和所述下传动轴壳体内。

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