CN211777169U - 一种带有外缸的冲击器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种带有外缸的冲击器，包括与钻头可拆卸连接的内缸，设于所述内缸内部的配气杆，套设于所述配气杆外部的活塞，使得所述活塞沿所述配气杆往复运动的总气室，所述总气室驱动所述活塞作用于所述钻头端部，所述外缸套设于所述内缸外壁，与所述内缸固定连接，所述外缸上设有用于排渣的排渣结构，所述外缸侧壁上设有切削组件。本申请提供的带有外缸的冲击器，所钻的成孔垂直度高，减少孔内事故。

Description

一种带有外缸的冲击器

技术领域

本实用新型涉及地质钻探用钻具的技术领域，尤其是一种带有外缸的冲击器。

背景技术

随着科技进步，人们开始多方面进行资源开发，有许多的矿藏资源和能源都藏在地底，因此就涉及到众多钻井工程，例如，水井、地热井、盐井等，目前最常用的是钻头钻进，钻头钻进是靠冲击压碎和剪切破碎岩石，它的特点是钻进效率较高，使用范围广泛。钻头工作时齿交替接触井底，破岩扭矩小，齿与井底接触面积小，易于吃入地层，因此，牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层。

为了使得钻头切削岩层效率更高，通常在钻头上连接冲击器，向冲击器内输送高压气体，通过冲击器特殊结构，使得冲击器内的气压改变，气压改变会使得冲击器内部的活塞上下往返运动，活塞在运动过程中，冲击钻头端部，钻头冲击岩层，将岩层击碎，进而钻头冲击压碎和剪切破碎岩石。

高压气体需要经过钻杆进入到冲击器内，但是钻井深度越深，钻井过程中，由于冲击器需承受一定的反向冲击力，进而会出现钻孔轴向沿岩层倾斜，钻孔轨迹呈曲线型，冲击器侧壁与岩层侧壁发生摩擦，导致孔内事故频繁，成孔垂直度不高。

实用新型内容

解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种带有外缸的冲击器，所钻的成孔垂直度高，减少孔内事故。

本实用新型的技术方案如下：

一种带有外缸的冲击器，包括与钻头可拆卸连接的内缸，

设于所述内缸内部的配气杆；

套设于所述配气杆外部的活塞；

使得所述活塞沿所述配气杆往复运动的总气室；

所述总气室驱动所述活塞作用于所述钻头端部，所述外缸套设于所述内缸外壁，与所述内缸固定连接，所述外缸上设有用于排渣的排渣结构，所述外缸侧壁上设有切削组件。

优选地，所述排渣结构包括至少两条引导槽，所述引导槽的中心线为螺旋线，所述引导槽的旋向与所述冲击器工作时的转动方向相同。

优选地，所述外缸的最大外径为所述钻头直径的95％～99％。

优选地，所述外缸表面设有耐磨层。

优选地，两条相邻的引导槽之间设有安装部，所述切削组件位于安装部上，

所述切削组件包括至少两个切削齿，两个所述切削齿之间的连线与所述引导槽的中心线平行。

优选地，包括与所述配气杆上端连接的连接件；

连接所述连接件与钻杆的防堵装置；

所述连接件内设有第二气孔，所述第二气孔与所述总气室连通形成气体通道，所述防堵装置用于控制所述气体通道开启或关闭。

优选地，所述防堵装置包括防堵接头和设于所述防堵接头内部的阀门组件，

所述钻杆与所述防堵接头的外壁卡接，所述连接件与所述防堵接头的内径卡接；

所述防堵接头内部设有第一气孔，所述阀门组件用于控制所述第一气孔与所述第二气孔的闭合或连通。

优选地，所述阀门组件包括逆止阀，

以及下端与所述逆止阀相配合的阀座，所述阀座的另一端与所述连接件抵靠；

所述逆止阀上端为可上下移动的椎体，所述椎体与第一气孔配合。

优选地，所述逆止阀包括引导部，

所述引导部与所述阀座之间设有腔体；

所述腔体内设有弹性件，所述弹性件套设于所述引导部外壁上；

所述弹性件两端分别抵靠于所述腔体的上表面和下表面。

优选地，所述防堵接头内卡嵌有卡环，以及穿过所述防堵接头和所述阀座的插销，

所述阀座底部抵靠于所述卡环上表面，

所述插销沿所述防堵接头径向设置。

当冲击器工作时，向钻头施加冲击力，钻头即冲击岩层，将岩层击碎。碎岩渣沿着冲击器的外表面向外排出，岩渣容易在冲击器外壁与岩层侧壁之间聚集，冲击器再持续钻进时，所积攒的岩渣就与冲击器外壁之间相互摩擦，岩渣挤压越来越紧，就会吃入岩层侧壁中，进而导致出现斜孔。当所积攒的岩渣越来越多，冲击器在持续钻进过程中，还需要克服岩渣的挤压力和摩擦力，会使得冲击器工作负重增大，容易出现冲击器过热、损坏和断裂等报废风险。

为了使得冲击器钻进过程中不会出现斜孔，现有技术所采用的技术方案通常是，将冲击器直径设小，为了排渣空间大，使得冲击器不会与岩层侧壁发生挤压摩擦，但冲击器直径过小承受载荷能力小，容易发生变形甚至断裂。

本实用新型提供一种带外缸的冲击器，包括与钻头可拆卸连接的内缸，内缸内部设置有配气杆，配气杆外部设置有活塞，总气室内的气压发生变化，使得活塞开始靠近钻头端部，向钻头端部施加冲击力，钻头就冲击岩层；总气室内的气压再一次发生变化时，活塞还远离钻头端部。同时，冲击器工作时产生的碎岩渣从进入外缸最大外径与岩层侧壁之间的间隙，在冲击器转动的过程中，外缸侧壁上的切削组件将间隙内的碎岩渣进行挤压和小范围的碾碎，被再次碾碎岩渣进入外缸上的排渣结构，碎岩渣从排渣结构排出，能避免碎岩渣在冲击器与岩层侧壁之间积攒和相互摩擦，进而保证成孔的垂直度，减少孔内事故。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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为本实施例中冲击器的结构示意图；

图2为本实施例中冲击器部分结构示意图；

图3为本实施例中外缸的结构示意图；

图4为本实施例中外缸设有耐磨层的结构示意图；

图5为本实施例中防堵装置的结构示意图；

图6为本实施例中防堵装置的另一种结构示意图；

图7为本实施例中冲击器工作时状态示意图。

附图中的标号说明：1、钻头；11、第五气孔；12、喷嘴；2、内缸；3、配气杆；31、第三气孔；4、活塞；41、第四气孔；5、总气室；51、第一气室；52、第二气室；6、连接件；61、第二气孔；7、钻杆；8、防堵装置；81、防堵接头；811、第一气孔；82、阀门组件；821、逆止阀；8211、椎体；8212、引导部；822、阀；8223、第一槽体；823、腔体；824、弹性件；83、卡环；84、插销；9、外缸；91、安装部；92、切削齿；10、排渣结构；101、引导槽。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

当冲击器工作时，向钻头1施加冲击力，钻头1即冲击岩层，将岩层击碎。碎岩渣沿着冲击器的外表面向外排出，岩渣容易在冲击器外壁与岩层侧壁之间聚集，冲击器再持续钻进时，所积攒的岩渣就与冲击器外壁之间相互摩擦，岩渣挤压越来越紧，就会吃入岩层侧壁中，进而导致出现斜孔。当所积攒的岩渣越来越多，冲击器在持续钻进过程中，还需要克服岩渣的挤压力和摩擦力，会使得冲击器工作负重增大，容易出现冲击器过热、损坏和断裂等报废风险。

为了使得冲击器钻进过程中不会出现斜孔，现有技术所采用的技术方案通常是，将冲击器直径设小，为了排渣空间大，使得冲击器不会与岩层侧壁发生挤压摩擦，但冲击器直径过小承受载荷能力小，容易发生变形甚至断裂。

请如图1至图7所示，本实用新型提供一种带外缸的冲击器，包括与钻头1可拆卸连接的内缸2，内缸2内部设置有配气杆3，配气杆3外部设置有活塞4，总气室5内的气压发生变化，使得活塞4开始靠近钻头1端部，向钻头1端部施加冲击力，钻头1就冲击岩层；总气室5内的气压再一次发生变化时，活塞4还远离钻头1端部。同时，冲击器工作时产生的碎岩渣从进入外缸9最大外径与岩层侧壁之间的间隙，在冲击器转动的过程中，外缸9侧壁上的切削组件将间隙内的碎岩渣进行挤压和小范围的碾碎，被再次碾碎岩渣进入外缸9上的排渣结构10，碎岩渣从排渣结构10排出，能避免碎岩渣在冲击器与岩层侧壁之间积攒和相互摩擦，进而保证成孔的垂直度，减少孔内事故。

如图3所示，其中，排渣结构10包括至少两条引导槽101，引导槽101的中心线为螺旋线，所述引导槽101的旋向与冲击器工作时的转动方向相同。当冲击器顺时针旋转时，引导槽101顺时针旋入；若冲击器逆时针旋转时，引导槽101同样也逆时针旋入，这样会使得碎岩渣可顺利进入引导槽101内，若引导槽101为直槽时，一旦在冲击器工作时，引导槽101同样会发生旋转，岩渣就无法顺利排出。因此，引导槽101的螺旋设置能使得岩渣顺利排出，另一个方面，岩渣在引导槽101内，引导槽101的螺旋设置，使得岩渣受离心力，能加快排渣的速度。

进一步地，在设置了多条螺旋型的引导槽101时，为了尽量提高冲击器承受载荷能力，将外缸9的最大外径设置为钻头1直径的95％～99％。

如图4所示，其中，当有少量碎岩渣从外缸9外壁排出，避免碎岩渣对外缸的磨损，提高外缸9的耐磨性，在外缸9表面设置耐磨层。

如图1至图4所示，最佳实施例为，排渣结构10包括至少两条引导槽101，引导槽101的中心线为螺旋线，所述引导槽101的旋向与冲击器工作时的转动方向相同，将外缸9的最大外径设置为钻头1直径的95％～99％，在外缸9表面设置耐磨层，两条螺旋型的引导槽101之间形成的部位为安装部91，切削组件都位于安装部91上，切削组件包括至少两个切削齿92，两个切削齿92之间的连线与引导槽101的中心线平行，当岩渣能进入引导槽101，且因为引导槽101排渣速度快，两个切削齿92之间的连线与引导槽101的中心线平行会使得切削齿92切削岩渣之后立即落入引导槽101内，再次减少了外缸9侧壁与岩壁之间的岩渣，提高了成孔的垂直度。较佳地，切削齿92沿引导槽101中心线上布置多个，引导槽101中心线与外缸9的轴线平齐，这样使得外缸9附近的岩渣在经过切削齿92切削之后都可落入引导槽101内。

需要说明的是，安装部91的设置能提高外缸9的强度，使得冲击器在使用过程中不会发生磨损断裂。

如图1至图7所示，其中，冲击器包括与配气杆3上端连接的连接件6；连接连接件6与钻杆7的防堵装置8；连接件6内设有第二气孔61，第二气孔61与总气室5连通形成气体通道，防堵装置8用于控制所述气体通道开启或关闭。

在不需要换钻杆7，正常钻进工作时，与钻杆7连接的高压气体发生装置向钻杆7输送高压气体，防堵装置8控制气体通道开启，气体通过防堵装置8流入气体通道的第二气孔61，从第二气孔61再留至总气室5，总气室5内的气压发生变化，使得活塞4开始靠近钻头1端部，向钻头1端部施加冲击力，钻头1就冲击岩层；总气室5内的气压再一次发生变化时，活塞4还远离钻头1端部。

当需要更换钻杆7时，高压气体发生装置停止工作，将钻杆7从防堵装置8上拆卸下来，防堵装置8控制气体通道关闭，这样水或泥浆就不能流入气体通道内，即水或泥浆不能从第二气孔61流入总气室5内，通过防堵装置8切断了冲击器内部与外界的联系，水或泥浆不能流入冲击器内，避免冲击器内的活塞4卡死，降低冲击器报废风险。

请如图5至图6所示，具体地，防堵装置8包括防堵接头81和设于防堵接头81内部的阀门组件82，钻杆7与防堵接头81的外壁卡接，连接件6与防堵接头81的内径卡接，防堵接头81内有设有第一气孔811，阀门组件82用于控制第一气孔811与第二气孔61的闭合或连通。防堵装置8用于控制气体通道开启或关闭，是通过阀门组件82与第一通气孔配合动作实现，冲击器工作，阀门组件82开启，高压气体通过阀门组件82进入第一气孔811再进入第二气孔61以及总气室5内；当冲击器不工作，拆卸更换钻杆7，阀门组件82闭合，高压气体无法进入第一气孔811、第二气孔61和总气室5内。

通过防堵接头81一端与钻杆7内壁卡接，另一端与连接件6的外径卡接，可实现钻杆7、防堵接头81和连接件6的等径设置，避免钻进过程中与岩层侧壁产生摩擦。

较佳地，防堵接头81和连接件6卡接位置的端部均向上延伸一定的距离，使得防堵接头81端部适当远离钻杆7的端部；连接件6的端部适当远离防堵接头81的下端面，这样可使得在冲击器工作时，水或泥浆不会反流至冲击器内部。

请如图5至图6所示，进一步地，阀门组件82包括逆止阀821以及下端与逆止阀821相配合的阀座822，阀座822的另一端与连接件6抵靠，逆止阀821上端为可上下移动的椎体8211，椎体8211与第一气孔811配合。冲击器钻进工作，椎体8211向下移动，椎体8211不再与第一气孔811接触配合，高压气体可进入第一气孔811内；需要更换钻杆7时，椎体8211向上移动，椎体8211外壁与第一气孔811接触配合，水或泥浆不能流入第一气孔811内。当逆止阀821上端因使用时间过长出现磨损时，将逆止阀821上端为椎体8211设计，使得椎体8211始终会与第一气孔811接触，在椎体8211外壁上存在一个圆与第一气孔811内径是相等，能确保椎体8211与第一气孔811始终保持接触，提高逆止阀821的使用寿命。

其中，逆止阀821包括引导部8212，引导部8212与阀座822之间设有腔体823，腔体823内设有弹性件824，弹性件824套设与引导部8212外壁上，弹性件824两端分别抵靠于腔体823的上表面和下表面。为了能实现椎体8211的上下移动，在椎体8211下连接有引导部8212，冲击器工作时，高压气体冲击椎体8211，椎体8211和引导部8212一起向下移动，设于腔体823内弹性件824初始状态为伸长，在椎体8211和引导部8212移动的过程中，空腔的上表面压缩弹性件824，使得弹性件824开始蓄能，将椎体8211移动的动能转化为压缩能；当需要更换钻杆7时，弹性件824的压缩能开始释放，推动椎体8211向第一气孔811靠近，直至椎体8211与第一气孔811接触配合。

另一方面，引导件的设置使得弹簧件在压缩的过程中始终沿冲击器中心线压缩，进而椎体8211与第一气孔811始终同轴，大大提高了逆止阀821的密封效果。

其中，防堵接头81内卡嵌有卡环83，阀座822底部抵靠于卡环83上表面，即卡环83设置在连接件6和阀座822之间，卡环83将阀座822固定，较佳地，卡环83为弹性卡环83，冲击器在工作过程中，存在反向冲击力，设置弹性卡环83，使得阀座822与连接件6为柔性接触，弹性卡环83能吸收一部分反向冲击力，减少反向冲击力对连接件6以及阀座822的冲击磨损。

本实用新型提供的实施例中，防堵装置8包括穿过防堵接头81和阀座822的插销84，插销84沿防堵接头81径向设置。插销84的设置，使得阀座822与防堵接头81之间的位置相对固定，同时也便于防堵装置8的拆卸，拆卸时，使用辅助工具将插销84拆出，就会使得阀座822与防堵接头81之间位置是活动，可轻松拆卸。

进一步地，阀座822上设有第一槽体8223，第一槽体8223分别与第一气孔811和第二气孔61连通。冲击器工作时，高压气体进入第一气孔811，然后将锥体顶开，弹性件824压缩，再从阀座822上的第一槽体8223流至第二气孔61，直至总气室5，因此，阀座822的结构不仅仅使得逆止阀821的密封效果好，还可以利用其自身结构使得高压气体能顺利进入第二气孔61内，提高了高压气体的输送效率，即提高了冲击器的冲击效率。

请如图7所示，最优实施例为，配气杆3中设有第三气孔31，活塞4上设有第四气孔41，总气室5包括设于活塞4上端面的第一气室51，以及位于活塞4下端面的第二气室52，第二气室52与第四气孔41和第三气孔31连通，第三气孔31与第二气孔61连通。冲击器工作时，高压气体从钻杆7进入第一气孔811，将逆止阀821的椎体8211向下推，弹性件824压缩，椎体8211与第一气孔811不再接触，高压气体再通过第一槽体8223，流入第三气孔31，再流至配气杆3侧壁上的孔，至第四气孔41，达到第二气室52，随着第二气室52内的高压气体增加，第二气室52内的气压逐步增大，当第二气室52气压大于第一气室51气压，则推动活塞4向上移动，活塞4在移动过程中，活塞4上的第四气孔41与第二气室52不再连通，就会压缩第一气室51内的气体，直至第一气室51气压大于第二气室52气压，第一气室51内的压缩空气推动活塞4向下冲击钻头1端部，钻头1就会冲击岩层。

其中，高压气体发生装置所产生的高压气体，一部分使得活塞4冲击钻头1做功，另一部分高压气体，则用于排渣。具体地为，在钻头1内设有第五气孔11，钻头1靠近下端处设有喷嘴12，第五气孔11分别与第三气孔31和喷嘴12连通。高压气体到达第三气孔31后，再流至第五气孔11，最后从喷嘴12喷出，高压气体喷出具有一定的速度，可使得积攒在钻头1附近的碎岩层向外喷出，这样提高了钻头1的使用寿命。

本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

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实用新型。对这些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实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种带有外缸的冲击器，其特征在于，包括与钻头可拆卸连接的内缸，

设于所述内缸内部的配气杆；

套设于所述配气杆外部的活塞；

使得所述活塞沿所述配气杆往复运动的总气室；

所述总气室驱动所述活塞作用于所述钻头端部，所述外缸套设于所述内缸外壁，与所述内缸固定连接，所述外缸上设有用于排渣的排渣结构，所述外缸侧壁上设有切削组件。

2.根据权利要求1所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，所述排渣结构包括至少两条引导槽，所述引导槽的中心线为螺旋线，所述引导槽的旋向与所述冲击器工作时的转动方向相同。

3.根据权利要求2所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，所述外缸的最大外径为所述钻头直径的95％～99％。

4.根据权利要求3所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，所述外缸表面设有耐磨层。

5.根据权利要求4所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，两条相邻的引导槽之间设有安装部，所述切削组件位于安装部上，

所述切削组件包括至少两个切削齿，两个所述切削齿之间的连线与所述引导槽的中心线平行。

6.根据权利要求1所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，包括与所述配气杆上端连接的连接件；

连接所述连接件与钻杆的防堵装置；

所述连接件内设有第二气孔，所述第二气孔与所述总气室连通形成气体通道，所述防堵装置用于控制所述气体通道开启或关闭。

7.根据权利要求6所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，所述防堵装置包括防堵接头和设于所述防堵接头内部的阀门组件，

所述钻杆与所述防堵接头的外壁卡接，所述连接件与所述防堵接头的内径卡接；

所述防堵接头内部设有第一气孔，所述阀门组件用于控制所述第一气孔与所述第二气孔的闭合或连通。

8.根据权利要求7所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，所述阀门组件包括逆止阀，

以及下端与所述逆止阀相配合的阀座，所述阀座的另一端与所述连接件抵靠；

所述逆止阀上端为可上下移动的椎体，所述椎体与第一气孔配合。

9.根据权利要求8所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，所述逆止阀包括引导部，

所述引导部与所述阀座之间设有腔体；

所述腔体内设有弹性件，所述弹性件套设于所述引导部外壁上；

所述弹性件两端分别抵靠于所述腔体的上表面和下表面。

10.根据权利要求9所述的带有外缸的冲击器，其特征在于，所述防堵接头内卡嵌有卡环，以及穿过所述防堵接头和所述阀座的插销，

所述阀座底部抵靠于所述卡环上表面，

所述插销沿所述防堵接头径向设置。

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