CN217462065U - 一种锤击式取芯螺杆钻具 - Google Patents

Abstract

本申请提供有一种锤击式取芯螺杆钻具，其外壳和芯轴分别固接第一套件和第二套件，第二套件上设有多个锤击端面，每个锤击端面具有依次连接的平整面、第一斜面以及第一垂面；第一套件与承载端面相配合的锤击端面上设有凸起部。当芯轴带动第一套件相对于外壳旋转时，每一个所述凸起部依次与一个所述承载端面的平整面及第一斜面相抵，且经过第一斜面的最高点后沿该承载端面的第一垂面坠落至另一个承载端面的平整面上，以使得第二套件能够对第一套件施加周期性锤击力，进而将该锤击力传递给芯轴、钻头，该取芯螺杆钻具具有钻进快、强度高、稳定性好的优点，可提高岩芯收获率、延长钻头使用寿命，在取芯过程中向下的锤击力还可提高取芯效率。

Description

一种锤击式取芯螺杆钻具

技术领域

本申请涉及室友天然气钻探技术领域，具体涉及一种锤击式取芯螺杆钻具。

背景技术

螺杆钻是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。螺杆钻具是目前在全世界范围内业已成熟的石油钻井或地质勘查钻井井下动力钻具，是定向钻井和复合钻井的必备工具。

随着对石油、天然气等能源需求的不断增加,钻探任务也急速增加。目前市面采用的螺杆钻具由井上驱动整体钻进,转速偏低,效率低下,严重影响钻进速度和勘探效率；并且常规钻井的破岩方式，钻进时所需钻压较大，钻头的磨损速度快，钻头使用寿命短，起下钻次数多，钻井成本高。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种锤击式取芯螺杆钻具。

为实现上述目的，本申请提供了一种锤击式取芯螺杆钻具，包括外壳和芯轴，其中：

所述芯轴的轴线沿竖直方向延伸，且所述芯轴一部分伸入至所述外壳内，所述芯轴的底端探出所述外壳；

所述芯轴可相对于所述外壳绕自身轴线旋转，且所述芯轴可相对于所述外壳沿自身轴线方向移动预设距离；

所述芯轴探出所述外壳的部位外侧环设有第一套件；所述第一套件朝向所述外壳的表面形成有多个绕所述芯轴的轴线均匀分布的承载端面；

所述外壳上设有与所述第一套件配接的第二套件，所述第二套件朝向所述第一套件的表面形成锤击端面，所述锤击端面上设有多个环绕所述芯轴轴线均匀分布的凸起部；

每一个所述承载端面具有依次连接的平整面、第一斜面以及第一垂面，所述平整面与所述芯轴的轴线垂直，所述第一垂面与所述芯轴的轴线平行；且沿与所述芯轴旋转方向相反的方向，每一个所述承载端面中，第一斜面与所述锤击端面之间的距离逐渐减小，且第一斜面远离平整面的一个侧边通过第一垂面与另一个所述承载端面中的平整面连接；

当芯轴带动所述第一套件相对于所述外壳旋转时，每一个所述凸起部依次与一个所述承载端面的平整面及第一斜面相抵，且经过所述第一斜面的最高点后，在钻压和重力的作用下，所述凸起部沿该承载端面的第一垂面坠落至另一个承载端面的平整面上，使得所述第二套件与第一套件在所述芯轴轴线方向上产生周期性的相对位移，且所述相对位移的最大值小于所述预设距离，以使得第二套件能够对第一套件施加周期性锤击力，该锤击力通过第一套件传递给芯轴，进而该锤击力会传递给固接于芯轴下端的钻头。

进一步地，所述凸起部具有柱状结构，且每一个所述凸起部可绕自身轴线旋转地安装于所述第二套件，且所述凸起部的轴线沿所述芯轴的径向延伸；所述凸起部可沿所述承载端面滚动。

进一步地，所述凸起部为固定于所述第二套件；所述凸起部可沿所述所述承载端面滑动。

进一步地，所述第二套件上远离所述锤击端面的一端与所述外壳内壁配接有环形的第二延伸部，所述第二延伸部位于所述外壳和所述芯轴之间。所述第二延伸部的设置可以使第一套件与外壳的连接更加稳定和牢固。

进一步地，在所述承载端面上沿相对远离所述第一套件的方向在所述芯轴上环设有第一延伸部，所述第一延伸部外壁与所述第二套件及第二延伸部内壁相配接。所述第一延伸部的设置可以使第一套件与第二套件的配接更加稳固。

进一步地，所述第二延伸部相对远离所述锤击端面的一端内壁上环设有防掉凹槽；所述第一延伸部相对远离所述承载端面的一端固接有防掉组件，所述防掉组件外壁上固设有与所述防掉凹槽配接的卡环，所述卡环可在防掉凹槽内在所述芯轴轴线方向上移动；

所述卡环在所述芯轴轴线方向上的位移大于第二套件与第一套件在芯轴轴线方向上的相对位移最大值，以保证不会限制锤击端面对承载端面的锤击力。

进一步地，所述第一延伸部外壁、所述第二套件内壁及第二延伸部内壁上设有耐磨涂层。

进一步地，所述芯轴上与所述第一套件的配接端环绕所述芯轴设有凸台，所述第一套件相对远离所述第二套件的一端与所述凸台的台肩相配接，所述凸台的外径不小于第一套件的外径。所述锤击端面对承载端面施加的锤击力进一步通过凸台传递给所述芯轴。

与现有技术相比，本申请具有的有益效果是：所述芯轴可绕自身轴线旋转且能够沿自身轴线方向相对于所述外壳移动预设距离；所述芯轴探出所述外壳的部位外侧环设有第一套件；所述第一套件朝向所述外壳的表面面形成有多个绕所述芯轴的轴线均匀分布的承载端面；每一个所述承载端面具有依次连接的平整面、第一斜面以及第一垂面。所述外壳上设有与所述第一套件配接的第二套件，所述第二套件朝向所述第一套件的表面形成锤击端面，所述锤击端面上设有多个环绕所述芯轴轴线均匀分的凸起部；当芯轴带动所述第一套件相对于所述外壳旋转时，每一个所述凸起部依次与一个所述承载端面的平整面及第一斜面相抵，且经过所述第一斜面的最高点后沿该承载端面的第一垂面坠落至另一个承载端面的平整面上，以使得第二套件能够对第一套件施加周期性锤击力。该锤击力通过第一套件传递给芯轴，进而传递给钻头。因此，取芯螺杆钻具在钻进的过程中可额外施加给钻头周期性的锤击力，具有钻进快、强度高、稳定性好的优点，提高了岩芯的收获率，延长了取芯钻头的使用寿命。同时，在取芯过程中锤击机构产生的向下的锤击力也可提高取芯效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1一种锤击式螺杆钻具的结构示意图；

图2第一套件和第二套件部分放大图；

图3其中一个实施例的第一套件和第二套件外壁周向展开示意图；

图4另一实施例的第一套件和第二套件外壁周向展开示意图；

主要附图标记说明：10、外壳；20、芯轴；21凸台；30、第二套件； 31、锤击端面；32、凸起部；33、第二延伸部；34、防掉凹槽；35、凸轮；36、凸轮凹槽；40、第一套件；41、承载端面；42、平整面；43、第一斜面；44、第一锤面；45、第一延伸部；50、防掉组件；51、卡环； 60、马达总成；70、万向轴总成；80、传动轴总成；90、钻头；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本实施例提供一种锤击式取芯螺杆钻具，包括从上到下依次设置的动力马达总成60、万向轴总成70、传动轴总成80、钻头 90，所述传动轴总成80和钻头90之间设有第二套件30和第一套件40，所述第二套件30和第一套件40构成锤击机构。

如图2-3所示，所述钻具具有外壳10且所述外壳10内设有芯轴 20，所述芯轴20可绕自身轴线旋转且能够沿自身轴线方向移动预设距离。所述芯轴20沿自身轴线方向探出所述外壳10的一端为第一端，所述第一端探出所述外壳10的部位外侧环设有第一套件40；

如图2-3所示，所述钻具包括外壳10和芯轴20，其中：所述芯轴 20的轴线沿竖直方向延伸，且所述芯轴20一部分伸入至所述外壳10内，所述芯轴20的底端探出所述外壳10；

所述芯轴20可相对于所述外壳10绕自身轴线旋转，且所述芯轴20 可相对于所述外壳沿自身轴线方向移动预设距离；

如图2所示，所述芯轴探出所述外壳10的部位外侧环设有第一套件40；所述第一套件40朝向所述外壳10的表面形成有多个绕所述芯轴的轴线均匀分布的承载端面41；

如图2所示，所述外壳10上设有与所述第一套件40配接的第二套件30；如图3所示，所述第二套件30朝向所述第一套件40的表面形成锤击端面31，所述锤击端面31上设有多个环绕所述芯轴20轴线均匀分布的凸起部32；

如图3所示，每一个所述承载端面41具有依次连接的平整面42、第一斜面43以及第一垂面44，所述平整面42与所述芯轴20的轴线垂直，所述第一垂面44与所述芯轴20的轴线平行；且沿与所述芯轴20旋转方向相反的方向，每一个所述承载端面41中，第一斜面43与所述锤击端面31之间的距离逐渐减小，且第一斜面43远离平整面42的一个侧边通过第一垂面44与另一个所述承载端面41中的平整面连接；

具体地，如图3所示，为第一套件40和第二套件30的侧壁周向展开示意图，图中箭头所示的方向为第二套件的旋转方向，所述每一个承载端面41的第一斜面43沿所述所述芯轴20旋转方向相反的方向延伸上升，所述第一垂面44沿所述第一斜面43的较高端向下延伸并垂直于所述承载端面41且垂直于所述芯轴20的轴线。一个依次相连所述平整面42、第一斜面43和、第一垂面44形成一个齿台42，每两个相邻的齿台42之间形成凹陷部。

在具体的应用场景中，当芯轴20带动所述第一套件40相对于所述外壳旋转时，每一个所述凸起部32依次与一个所述承载端面41的平整面42及第一斜面43相抵，且经过所述第一斜面43的最高点后，在钻压和重力的作用下，所述凸起部32沿该承载端面的第一垂面44坠落至另一个承载端面的平整面上，使得所述第二套件30与第一套件40在所述芯轴20轴线方向上产生周期性的相对位移，且所述相对位移的最大值小于所述预设距离，以使得第二套件30能够对第一套件40施加周期性锤击力，该锤击力通过第一套件40传递给芯轴20，进而该锤击力会传递给固接于芯轴下端的钻头90。

如图4所示，在本申请的一些实施例中，所述凸起部32具有柱状结构，且每一个所述凸起部32可绕自身轴线旋转地安装于所述第二套件30，且所述凸起部32的轴线沿所述芯轴20的径向延伸。

具体地，如图4所述，所述凸起部可为柱状凸轮35，所述第二套件30上靠近所述锤击端面31的一端沿所述第二套件30的外周面均匀分布设有凸轮凹槽36，所述凸轮35可沿自身轴线可转动地设置于所述凸轮凹槽36内，所述凸轮35可沿所述平整面42和第一斜面43滚动，且可沿所述第一垂面44坠落。

如图3所示，在本申请的一些实施例中，所述凸起部32为固定于所述第二套件，所述凸起部32可沿所述平整面42和第一斜面43滑动，且可沿所述第一垂面44坠落。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，所述第二套件30上远离所述锤击端面31的一端与所述外壳10内壁配接有环形的第二延伸部33，所述第二延伸部33位于所述外壳10和所述芯轴20之间。具体地，所述第二延伸部33相对靠近所述第二套件30的一端与所述外壳10通过螺纹配接。

具体地，如图2所示，所述第二套件30上锤击端面31上设有螺纹通孔，所述第二套件与所述外壳10通过穿过螺纹通孔的螺丝配接。所述第二延伸部33深入所述外壳10内部，所述第二延伸部33外壁与所述外壳10内壁螺纹配接。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，在所述承载端面41上沿相对远离所述第一套件40的方向在所述芯轴20上环设有第一延伸部45，所述第一延伸部45外壁与所述第二套件30及第二延伸部33内壁相配接。

具体地，如图2所示，所述第一延伸部45深入到所述外壳10内部，位于第二套件30及其第二延伸部33与所述芯轴20之间。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，所述第二延伸部33相对远离所述锤击端面31的一端内壁上环设有防掉凹槽34；

如图2所示，所述第一延伸部45相对远离所述承载端面41的一端固接有防掉组件50，所述防掉组件50外壁上固设有与所述防掉凹槽34 配接的卡环51，所述卡环51可在防掉凹槽34内在所述芯轴20轴线方向上移动；所述卡环51在所述芯轴20轴线方向上的位移大于第一套件40 与第二套件30在芯轴20轴线方向上的相对位移最大值。

具体地，如图2所示，所述防掉组件50相对靠近所述第一延伸部45 的一端沿芯轴20轴线方向设有第三延伸部，在所述芯轴20上设有与所述防掉组件50配接的环形第三凹槽，所述防掉组件50及所述第三延伸部的内壁紧贴所述第三凹槽底壁，所述第一延伸部45与所述防掉组件50 配接的一端沿所述芯轴20轴线方向部分覆盖所述第三凹槽的一端为第二端，所述第三延伸部外壁与所述第二端内壁螺纹配接。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，所述第一延伸部45与所述第二套件30及第二延伸部33的配接面上设有耐磨涂层。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，所述芯轴20上与所述第一套件40的配接端环绕所述芯轴20设有凸台21，所述第一套件40相对远离所述第二套件30的一端与所述凸台21的台肩相配接，所述凸台21 的外径不小于第一套件40的外径。所述锤击端面31对承载端面41施加的锤击力进一步通过凸台21传递给所述芯轴20，进而传递给所述钻头 90。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种锤击式取芯螺杆钻具，其特征在于，包括外壳(10)和芯轴(20)，其中：

所述芯轴(20)的轴线沿竖直方向延伸，且所述芯轴(20)一部分伸入至所述外壳(10)内，所述芯轴(20)的底端探出所述外壳(10)；

所述芯轴(20)可相对于所述外壳(10)绕自身轴线旋转，且所述芯轴(20)可相对于所述外壳沿自身轴线方向移动预设距离；

所述芯轴探出所述外壳(10)的部位外侧环设有第一套件(40)；所述第一套件(40)朝向所述外壳(10)的表面形成有多个绕所述芯轴的轴线均匀分布的承载端面(41)；

所述外壳(10)上设有与所述第一套件(40)配接的第二套件(30)，所述第二套件(30)朝向所述第一套件(40)的表面形成锤击端面(31)，所述锤击端面(31)上设有多个环绕所述芯轴(20)轴线均匀分布的凸起部(32)；

每一个所述承载端面(41)具有依次连接的平整面(42)、第一斜面(43)以及第一垂面(44)，所述平整面(42)与所述芯轴(20)的轴线垂直，所述第一垂面(44)与所述芯轴(20)的轴线平行；且沿与所述芯轴(20)旋转方向相反的方向，每一个所述承载端面(41)中，第一斜面与所述锤击端面之间的距离逐渐减小，且第一斜面(43)远离平整面(42)的一个侧边通过第一垂面(44)与另一个所述承载端面(41)中的平整面连接；

当芯轴(20)带动所述第一套件(40)相对于所述外壳旋转时，每一个所述凸起部(32)依次与一个所述承载端面(41)的平整面(42)及第一斜面(43)相抵，且经过所述第一斜面(43)的最高点后沿该承载端面(41)的第一垂面(44)坠落至另一个承载端面的平整面(42)上，以使得第二套件(30)能够对第一套件(40)施加周期性锤击力。

2.根据权利要求1所述的一种锤击式取芯螺杆钻具，其特征在于：

所述凸起部(32)具有柱状结构，且每一个所述凸起部可绕自身轴线旋转地安装于所述第二套件，且所述凸起部的轴线沿所述芯轴的径向延伸。

3.根据权利要求1所述的一种锤击式取芯螺杆钻具，其特征在于：

所述凸起部(32)为固定于所述第二套件。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种锤击式取芯螺杆钻具，其特征在于：

所述第二套件(30)上远离所述锤击端面(31)的一端与所述外壳(10)内壁配接有环形的第二延伸部(33)，所述第二延伸部(33)位于所述外壳(10)和所述芯轴(20)之间。

5.根据权利要求4所述的一种锤击式取芯螺杆钻具，其特征在于：

在所述承载端面(41)上沿相对远离所述第一套件的方向在所述芯轴(20)上环设有第一延伸部(45)，所述第一延伸部(45)外壁与所述第二套件(30)及第二延伸部(33)内壁相配接。

6.根据权利要求5所述的一种锤击式取芯螺杆钻具，其特征在于：

所述第二延伸部(33)相对远离所述锤击端面(31)的一端内壁上环设有防掉凹槽(34)；

所述第一延伸部(45)相对远离所述承载端面(41)的一端固接有防掉组件(50)，所述防掉组件(50)外壁上固设有与所述防掉凹槽(34)配接的卡环(51)，所述卡环(51)可在防掉凹槽(34)内在所述芯轴(20)轴线方向上移动；

所述卡环(51)在所述芯轴(20)轴线方向上的位移大于第一套件与第二套件在芯轴(20)轴线方向上的相对位移最大值。

7.根据权利要求5所述的一种锤击式取芯螺杆钻具，其特征在于：

所述第一延伸部(45)外壁、所述第二套件(30)内壁及第二延伸部(33)内壁的上设有耐磨涂层。

8.根据权利要求5-7任一项所述的一种锤击式取芯螺杆钻具，其特征在于：

所述芯轴(20)上与所述第一套件(40)的配接端环绕所述芯轴(20)设有凸台(21)，所述第一套件(40)相对远离所述第二套件(30)的一端与所述凸台(21)的台肩相配接，所述凸台(21)的外径不小于第一套件(40)的外径。

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