CN218324747U - 一种井下增压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下增压装置，包括：壳体及设置于壳体内的传动机构、曲轴、活塞杆、活塞腔和转换接头；壳体的上端用于对接钻柱；曲轴沿壳体的径向设置，传动机构能够将钻井液的轴向机械能转变为曲轴的转动，进而由曲轴的弯曲部分带动活塞杆上下往复运动；活塞杆的下端插入活塞腔的内腔最上段，壳体的内腔向内腔最上段单向连通；转换接头固定于活塞腔的内腔第二段，内腔最上段向转换接头的内腔单向压力连通，转换接头用于连接钻头水眼；活塞腔的内腔第三段与壳体的内腔连通；活塞腔的内腔最下段用于对接钻头。通过本方案能够使得活塞杆的下端上下往复压缩活塞腔的内腔最上段，而且随着曲轴的不断转动，可使得活塞腔能够产生脉冲高压喷射。

Description

一种井下增压装置

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻探技术领域，特别涉及一种井下增压装置。

背景技术

随着石油天然气勘探开发的不断深入，钻井深度越来越大。深部地层岩石硬度高及复杂的环境特性造成整井钻速慢、钻井周期长，严重制约了油气资源的勘探开发进程。亟需高效破岩技术来提高破岩速度进而提高整井的钻井效率。高压射流破岩技术是提高机械钻速的技术之一，实现这项技术的关键是要制造出产生超高压水射流的增压装置。

目前实现钻井液增压的方式有地面增压和井下增压两种，将钻井液在地面增压后再输送到钻头对地面机泵、管汇系统要求极其严苛，钻井液沿程损失也极大。而井下增压的方式只需要在钻头上方增设增压装置，无需变动现有设备，制造方便。

然而，现有的井下增压器虽然能实现井下增压功能，但存在结构复杂与现有钻井系统匹配性不好等缺点，严重制约了井下增压式高压喷射技术的发展。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种井下增压装置，首先通过传动机构能够将钻井液的轴向机械能转变为曲轴的转动，进而再由曲轴的弯曲部分带动活塞杆上下往复运动，使得活塞杆的下端上下往复压缩活塞腔的内腔最上段，而且随着曲轴的不断转动，可使得活塞腔能够产生脉冲高压喷射，而且本方案的井下增压装置具有增压结构简单、增压效果好等特点，从而有助于为井下增压式高压喷射技术的发展提供新思路。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种井下增压装置，包括：壳体及设置于所述壳体内的传动机构、曲轴、活塞杆、活塞腔和转换接头；

所述壳体的上端用于对接钻柱；所述曲轴沿所述壳体的径向设置，所述传动机构能够将钻井液的轴向机械能转变为所述曲轴的转动，进而所述曲轴的弯曲部分带动所述活塞杆上下往复运动；

所述活塞杆的下端插入所述活塞腔的内腔最上段，所述壳体的内腔向所述内腔最上段单向连通；所述转换接头固定于所述活塞腔的内腔第二段，所述内腔最上段向所述转换接头的内腔单向压力连通，所述转换接头用于连接钻头水眼；所述活塞腔的内腔第三段与所述壳体的内腔连通；所述活塞腔的内腔最下段用于对接钻头。

优选地，所述传动机构包括转变机构、传动轴和换向机构；

所述传动轴沿所述壳体的轴向设置，所述转变机构能够将所述钻井液的轴向机械能转变为所述传动轴的转动；所述换向机构能够将所述传动轴的转动转化为所述曲轴的转动。

优选地，还包括转动轴；

所述换向机构包括：第一锥形齿轮和两个第二锥形齿轮；

所述第一锥形齿轮固定于所述传动轴的下端；两个所述第二锥形齿轮分别与所述第一锥形齿轮垂直啮合，且分别与所述曲轴的两端传动连接；所述转动轴上端与所述曲轴的弯曲部分转动连接，下端与所述活塞杆的上端转动连接。

优选地，所述曲轴的弯曲部分为U形轴，所述U形轴的中间段沿所述壳体的径向设置；

所述转动轴上端与所述U形轴的中间段转动连接。

优选地，所述活塞杆的上端面开设有凹槽，所述凹槽的侧壁开设有两个相对的通孔；

所述井下增压装置还包括活塞轴；

所述活塞轴的两端分别安装于所述凹槽的两个通孔，且所述转动轴下端与所述活塞轴转动连接。

优选地，还包括：

套接于所述活塞腔的上端，用于安装所述曲轴的曲轴座。

优选地，所述转变机构包括：导流体和叶轮；

所述导流体的外侧设有倾斜流道，所述叶轮位于所述导流体的下方，所述叶轮的外侧设有与所述倾斜流道反向的倾斜叶片；所述叶轮与所述传动轴传动配合。

优选地，所述导流体置于所述壳体的内腔台肩；

所述井下增压装置还包括：

固定于所述壳体内，用于沿轴向将所述导流体固定于所述壳体的内腔台肩的导流体压环。

优选地，所述传动轴设有上段台肩面，所述传动轴的上段从下往上依次穿过所述叶轮和所述导流体，所述叶轮的下端面与所述传动轴的上段台肩面接触配合，上端面与所述导流体的下端面接触配合；

所述导流体内腔与所述传动轴的上段之间设有轴承；

所述叶轮内腔与所述传动轴的上段之间通过花键传动配合。

优选地，还包括第一单向阀和第二单向阀；

所述活塞腔开设有连通其内腔最上段与所述壳体内腔的流道，所述第一单向阀设置于所述流道，且只允许钻井液从所述壳体内腔流入所述活塞腔的内腔最上段；所述第二单向阀设置于所述转换接头内腔的上端，且只允许钻井液从所述活塞腔的内腔第二段流向所述转换接头的内腔。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的井下增压装置，首先通过传动机构能够将钻井液的轴向机械能转变为曲轴的转动，进而再由曲轴的弯曲部分带动活塞杆上下往复运动，使得活塞杆的下端上下往复压缩活塞腔的内腔最上段，而且随着曲轴的不断转动，可使得活塞腔能够产生脉冲高压喷射，而且本方案的井下增压装置具有增压结构简单、增压效果好等特点，并且能够匹配接入现有钻井系统，从而有助于为井下增压式高压喷射技术的发展提供新思路。

本实用新型还提供了一种钻井设备，由于采用了上述的井下增压装置，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的井下增压发生装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的换向机构及带动活塞杆运动的示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的换向机构及带动活塞杆运动的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的曲轴座的结构示意图。

1为壳体；2为压紧螺母；3为导流体压环；4为轴承；5为导流体；6为叶轮；7为花键；8为传动轴；9为第一锥形齿轮；10为第二锥形齿轮；11为曲轴，111为第一水平轴，112为第二水平轴，113为U形轴；12为转动轴；13为活塞轴；14为活塞杆，141为凹槽，142为通孔；15为活塞腔；16为第一单向阀；17为转换接头；18为曲轴座，181为环形座，182为第一支撑柱，1821为第一安装孔，183为第二支撑柱，1831为第二安装孔；1601为第一单向阀入口；1602为第二单向阀出口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供的井下增压装置，如图1所示，包括：壳体1及设置于壳体1内的传动机构、曲轴11、活塞杆14、活塞腔15和转换接头17；

壳体1的上端用于对接钻柱；曲轴11沿壳体1的径向设置，传动机构能够将钻井液的轴向机械能转变为曲轴11的转动，进而由曲轴11的弯曲部分带动活塞杆14上下往复运动；

活塞杆14的下端插入活塞腔15的内腔最上段，壳体1的内腔向内腔最上段单向连通；转换接头17固定于活塞腔15的内腔第二段，内腔最上段向转换接头17的内腔单向压力连通，转换接头17用于连接钻头水眼；活塞腔15的内腔第三段与壳体1的内腔连通；活塞腔15的内腔最下段用于对接钻头。

在本方案中，需要说明的是，通过传动机构能够将钻井液的轴向机械能转变为曲轴11的转动，可带动曲轴11的弯曲部分实现偏心转动，进而再由曲轴11的弯曲部分可通过连接轴带动活塞杆14上下往复运动，使得活塞杆14的下端在活塞腔15的内腔最上段(密闭腔室)作上下往复运动，实现了活塞杆14下端在活塞腔15内腔最上段的抽插效果；其中，当活塞杆14向上运动时使得活塞腔15的内腔最上段产生负压，使得壳体1内的钻井液从壳体1内腔被单向抽入至活塞腔15的内腔最上段；当活塞杆14向下运动压缩活塞腔15时，使得活塞腔15内腔最上段内的钻井液产生高压喷射并通过转换接头17流入钻头水眼；当然，随着曲轴11不断转动，可使得活塞腔15产生脉冲高压喷射。此外，活塞腔15还设有连通其内腔第三段与壳体1的内腔的流道，以便于形成常规压力钻井液向下流通的通道。另外，传动机构可为与曲轴11两端传动连接的两个叶轮，然后使得钻井液在向下流动的过程中带动两个叶轮的转动，接着再由两个叶轮带动曲轴11的转动，从而实现将钻井液的轴向机械能转变为曲轴11的转动。当然，传动机构还可采用其它的结构来实现，此处不再赘述。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的井下增压装置，首先通过传动机构能够将钻井液的轴向机械能转变为曲轴的转动，进而再由曲轴的弯曲部分带动活塞杆上下往复运动，使得活塞杆的下端上下往复压缩活塞腔的内腔最上段，而且随着曲轴的不断转动，可使得活塞腔能够产生脉冲高压喷射，并且本方案的井下增压装置还具有增压结构简单、增压效果好等特点，同时能够匹配接入现有钻井系统，从而有助于为井下增压式高压喷射技术的发展提供新思路。

在本方案中，传动机构除了采用上文所述结构外，还可采用其它的结构。进一步地，如图1所示，传动机构包括转变机构、传动轴8和换向机构；

传动轴8沿壳体1的轴向设置，转变机构能够将钻井液的轴向机械能转变为传动轴8的转动；换向机构能够将传动轴8的转动转化为曲轴11的转动。也就是说，本方案通过转变机构、传动轴8、换向机构、曲轴11和活塞组件的有效配合，可实现活塞腔15的脉冲高压喷射。

具体地，如图2所示，本实用新型实施例提供的井下增压装置还包括转动轴12(即为上文所述的连接轴)；

换向机构包括：第一锥形齿轮9和两个第二锥形齿轮10；

如图1所示，第一锥形齿轮9固定于传动轴8的下端，其中，第一锥形齿轮9的小头端朝下设置，大头端与传动轴8的下端螺纹连接；两个第二锥形齿轮10分别与第一锥形齿轮9垂直啮合，即两个第二锥形齿轮10的轴向与第一锥形齿轮9的轴向垂直，两个第二锥形齿轮10与曲轴11的两端一一对应传动连接；也就是说，本方案通过垂直啮合的锥形齿轮组，可实现了将传动轴8的转动转化为曲轴11的转动，具有结构简单、换向便捷可靠等特点；转动轴12上端与曲轴11的弯曲部分转动连接，下端与活塞杆14的上端转动连接。即为通过转动轴12带动活塞杆14作上下往复运动。另外，为了更好地理解本方案的井下增压装置，现对其工作原理介绍如下：

首先钻柱的钻井液从壳体1的上端流入壳体1内，然后通过转变机构带动传动轴8转动，进而带动第一锥形齿轮9转动，然后再通过第一锥形齿轮9和两个第二锥形齿轮10的啮合，将第一锥形齿轮9在水平方向的转动转化为第二锥形齿轮10在竖直方向上的转动；第二锥形齿轮10再通过曲轴11和转动轴12带动活塞杆14上下运动，使得活塞腔15和活塞杆14之间产生相对运动，使得活塞杆14下端在活塞腔15内腔最上段内实现抽插作用；当活塞杆14和活塞腔15相背运动时，使得由活塞杆14下端、活塞腔15内腔最上段、活塞腔15内腔第二段和转换接头17上端组成的密闭腔室产生低压，使常压钻井液由活塞腔15的流道进入该密闭腔室；当活塞杆14和活塞腔15相向运动时，密闭腔室的流体产生高压并由活塞腔15的内腔最上段流出并通过转换接头17流入钻头水眼。当然随着活塞杆14的持续上下往复运动，可使得活塞腔15产生周期性的高压喷射，从而有助于实现了脉冲高压喷射的破岩。

进一步地，如图3所示，曲轴11的弯曲部分为U形轴113，U形轴113的中间段沿壳体1的径向设置；

转动轴12上端与U形轴113的中间段转动连接。其中，如图3所示，曲轴11的两端为水平轴，且分别为第一水平轴111和第二水平轴112；第一水平轴111的外端与一个第二锥形齿轮10通过花键传动连接，第二水平轴112的外端与另一个第二锥形齿轮10通过花键传动连接；曲轴11的中间部分即为弯曲部分，也就是曲轴11的中间部分为U形轴113。本方案如此设计，以便于在两个第二锥形齿轮10的带动下，可使得U形轴113的中间段实现偏心转动，进而再通过转动轴12的带动实现活塞杆14的上下往复运动。此外，本方案的曲轴11如此设计，具有结构简单和使得活塞杆14上下往复运动便捷等特点。

再进一步地，如图3所示，活塞杆14的上端面开设有凹槽141，凹槽141的侧壁开设有两个相对的通孔142；其中，两个相对的通孔142关于活塞杆14的轴线对称分布；

所述井下增压装置还包括活塞轴13；

活塞轴13的两端分别安装于凹槽141的两个通孔142，且转动轴12下端与活塞轴13的中间部分转动连接。本方案如此设计，以使得转动轴12下端与活塞轴13上端的连接更加牢固可靠，而且也便于实现两者的转动连接。

在本方案中，如图3所示，本实用新型实施例提供的井下增压装置还包括：

套接于活塞腔15的上端，用于安装曲轴11的曲轴座18。本方案如此设计，以使得曲轴11的安装更加紧固和可靠，同时也有助于对转动轴12和两个第二锥形齿轮10形成有效支撑。更为具体地，活塞腔15上端开设有台阶；

如图4所示，曲轴座18包括环形座181、第一支撑柱182和第二支撑柱183；

如图1和图4所示，环形座181套接于活塞腔15上端的台阶，且其下端与台阶的台阶端面接触配合；第一支撑柱182的下端与环形座181的上端连接，上端开设有用于穿过第一水平轴111的中间部分的第一安装孔1821；第二支撑柱183的下端与环形座181的上端连接，上端开设有用于穿过第二水平轴112的中间部分的第二安装孔1831。

具体地，如图1所示，转变机构包括：导流体5和叶轮6；

导流体5的外侧设有倾斜流道，叶轮6位于导流体5的下方，叶轮6的外侧设有与倾斜流道反向的倾斜叶片；叶轮6与传动轴8传动配合。本方案如此设计，以便于导流体5能够使得沿轴向流入壳体1内的钻井液产生周向速度以垂直作用于叶轮6，继而用于驱使叶轮6转动，进而带动传动轴8转动。也就是说，钻井液经过导流体5后由原来仅有的轴向流速产生一定的周向速度直接作用于叶轮6的叶片上，使钻井液的机械能转变为叶轮6转动的动能，从而实现叶轮6的旋转并带动传动轴8一起旋转。即本方案的转变机构通过对钻井液导流以驱使叶轮6旋转，接着再利用叶轮6的旋转带动传动轴8转动。本方案的转变机构如此设计，不仅可避免额外增加驱动机构，而且还有助于精简本装置的结构。

进一步地，如图1所示，导流体5置于壳体1的内腔台肩；

所述井下增压装置还包括：

固定于壳体1内，用于沿轴向将导流体5固定于壳体1的内腔台肩的导流体压环3。其中，导流体压环3固定于壳体1内，且与导流体5的上端接触配合。本方案如此设计，可实现导流体5的轴向限位，避免其发生轴向晃动。

再进一步地，如图1所示，传动轴8设有上段台肩面，传动轴8的上段从下往上依次穿过叶轮6和导流体5，相应地，叶轮6和导流体5分别设有用于穿过传动轴8的内腔；叶轮6的下端面与传动轴8的上段台肩面接触配合，上端面与导流体5的下端面接触配合；本方案如此设计，可使得本装置的结构分布更加紧凑，轴向限位效果更好，从而有助于使得本装置实现微型化设计。此外，如图1所示，传动轴8为两段柱体结构，且包括依次连接的上细柱体和下粗柱体；其中，下粗柱体的上端面即为传动轴8的上段台肩面；

导流体5内腔与传动轴8的上段之间设有轴承4，以便于减小传动轴8与导流体5内腔之间的转动摩擦；

叶轮6内腔与传动轴8的上段之间通过花键7传动配合。此种传动方式，具有结构简单、传动平稳可靠等特点。

在本方案中，如图1所示，本实用新型实施例提供的井下增压装置还包括第一单向阀16和第二单向阀；

活塞腔15开设有连通其内腔最上段与壳体1内腔的流道，第一单向阀16设置于流道，且只允许钻井液从壳体1内腔流入活塞腔15的内腔最上段，避免活塞腔15内腔最上段内的钻井液倒流出活塞腔15；第二单向阀设置于转换接头17内腔的上端，且只允许钻井液从活塞腔15的内腔第二段流向转换接头17的内腔。本方案如此设计，有助于确保活塞腔15入液和喷射的单向性。

此外，如图1所示，轴承4位于导流体5内腔的上端，即轴承4位于导流体5内腔的最上段；

所述井下增压装置还包括：

设置于传动轴8的上端，用于同轴承4配合的轴承压环。其中，轴承压环套接于传动轴8的上端，且用于同轴承4的上端面接触配合。作为优选，如图1所示，轴承压环可选用螺接于传动轴8的上端的压紧螺母2。

本实用新型实施例还提供了一种钻井设备，还包括如上所述的井下增压装置。由于本方案采用了上述的井下增压装置，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

本实用新型专利的目的在于提供一种井下增压装置，以提高机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种井下增压装置，包括：

壳体，壳体上端留有母接头用于与上部钻柱连接。壳体内腔分为上下两段，内腔上大下小形成一台肩。导流体与上部内腔配合，坐于内腔台肩上。在上部内腔的上端车有内螺纹，与导流体压环配合将导流体固定于上内腔，防止其上下运动及转动。壳体下端设计螺纹用于连接活塞腔体进而连接钻头，将上部钻柱的钻压、扭矩传递给钻头。

导流体，导流体外侧车有统一方向的倾斜流道，其主要作用是使轴向流动的钻井液产生周向速度以垂直作用于下部叶轮叶面，产生更大的扭矩。导流体座于壳体台肩，外侧面与壳体上部内腔配合。导流体有二阶内腔，下部内腔与传动轴配合，上部内腔放置轴承。

叶轮，叶轮有一中空腔体，外侧车有同一方向倾斜叶片。叶轮产生的流道方向与导流体流道方向正好相反，利用流体的动能产生扭矩。叶轮中空内腔含有花键槽，通过花键与传动轴配合以将扭矩传递给传动轴。叶轮下端面座于叶轮轴台肩，上端面与导流体下端面配合。

传动轴，传动轴主体为两段柱体，即上细下粗。锁紧螺母，轴承，导流体和叶轮由上而下依次配合传动轴上段较细柱体，座于传动轴上下段形成的台肩上。锁紧螺母将叶轮和传动轴悬挂并固定于导流体上，轴承的作用是减小转动部分固定的导流体之间的摩擦。传动轴上段下部侧面车有键槽，通过花键与叶轮配合以获得叶轮的旋转扭矩。传动轴下段车有螺纹与大齿轮固定连接，将传动轴的旋转运动传递给大齿轮使其具有水平方向的旋转运动。

圆锥齿轮，本实用新型有三个标准圆锥齿轮，一大两小。大锥形齿轮(即为第一锥形齿轮)与传动轴下段螺纹连接，两个小锥形齿轮(即为第二锥形齿轮)通过齿轮轴安装于齿轮座(即为曲轴座)上。两小齿轮与大齿轮安装方向垂直以将大齿轮水平方向的转动化为小齿轮竖直方向的转动。小齿轮轴孔有花键槽，以将扭矩传动给齿轮轴。

齿轮轴(即为曲轴)，齿轮轴为“凹”字上表面形状。两端水平轴与竖直方向旋转的小齿轮配合。轴两端有花键槽，通过花键传递竖直转动齿轮扭矩。水平轴中间部位与齿轮座配合，承担两个竖直齿轮和下部转动轴、活塞轴及活塞的重量。齿轮轴中部水平轴在齿轮带动下可以绕两端水平轴所在轴线旋转。齿轮轴中部连接转动轴。转动轴下部连接活塞轴。转动的齿轮轴可以带动活塞轴进而带动活塞杆上下运动。

活塞杆，活塞杆外侧分为上下两段，下段较细，可以插入活塞腔内部。活塞杆上段含一内腔(即为凹糟)，内腔壁面含一通孔。通孔与活塞轴配合。

活塞腔，活塞腔内腔从上到下分为四段。最下部第四段为母接头，用于与钻头连接。高压快速接头(即为转换接头，下同)插入第二段内腔并通过螺纹与其连接，配合弹簧、金属球与活塞腔形成了单向阀。该阀允许第一段内腔内的液体向外流出到转换接头。第一段内腔的侧面钻有单向孔用于作为活塞腔的第一入口，通过与单向阀配合允许外侧液体进入，却不允许活塞腔上段内腔的流体流出到外侧。活塞杆下段插入活塞腔内腔第一段，通过抽插作用，结合侧面和底面单向阀门，产生高压流体。活塞腔外侧从上到下分为三段，依次变粗形成两个台肩。上中两段产生的台肩为一倾斜面，倾斜面上有倾斜孔用于作为活塞腔的第二入口，形成常规压力钻井液向下流通通道。中下段通过螺纹与外壳下端连接将上部钻柱钻压扭矩传递下去。

快速转换接头，快速转换接头内腔分两段，上段与其他部件配合形成单向阀门，下段形成高压流体的通道。快速接头下端可通过一定的方式连接到钻头水眼。

本实用新型的核心是提供一种井下增压装置，在不改变常规钻井系统的情况下，产生脉冲高压喷射，以提高机械钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本。

请参考图1，本实用新型实施例提供了井下增压装置，其中，导流体压环3和壳体1通过螺纹连接固定。叶轮6通过传动轴8悬挂固定于导流体5下侧。传动轴8从下向上依次穿过叶轮6和导流体5并通过螺母3坐于导流体5上部的轴承4上。齿轮轴两端连接小齿轮，中部通过转动轴12与活塞轴13连接。活塞轴13与活塞杆14配合。齿轮轴两端水平部分的中段座于齿轮座上，承担两个小齿轮、转动轴12、活塞轴13和活塞杆14的重量。活塞腔15从下侧插入壳体1内腔。活塞腔15外侧与壳体1配合，内侧顶部与活塞杆14配合。高压快速接头从下部插入活塞腔15，通过螺纹与活塞腔15连接。壳体1上部车有母接头与上部钻柱连接，活塞腔15下部留有母接头与连接钻头。

上述井下增压装置的工作过程和工作原理为：钻井液经过导流体5由原来的仅有轴向流速产生一定的周向速度，直接作用于叶轮6叶片上，钻井液的机械能转变为叶轮6转动的动能。叶轮6通过花键7带动传动轴8一起旋转，继而带动大锥形齿轮旋转。通过大锥形齿轮和两个小锥形齿轮的配合，大锥形齿轮在水平方向的转动转化为小锥形齿轮在竖直方向上的转动。小锥形齿轮通过齿轮轴、转动轴12和活塞轴13带动活塞杆14上下运动。活塞腔15和活塞杆14之间的相对运动产生了活塞杆14下段在活塞腔15内腔的抽插作用。当活塞杆14和活塞腔15相背运动时，由活塞杆14下段、活塞腔15内腔、第一单向阀入口1601和第二单向阀出口组成的密闭腔室产生低压，常压钻井液由第一单向阀入口1601进入该密闭腔室。当活塞杆14和活塞腔15相向运动时，密闭腔室流体产生高压并由第二单向阀出口流出到快速接头进而流入钻头水眼。随着活塞杆14的持续上下运动，周期性的产生高压喷射，实现了脉冲高压喷射的破岩。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的井下增压装置，传动轴上段下部侧面车有键槽，通过花键与叶轮配合以获得叶轮的旋转扭矩。传动轴下段车有螺纹用于连接水平方向的大齿轮将叶轮的扭矩传递给大齿轮。大齿轮与竖直方向的小齿轮配合将水平方向的转动扭矩转化为竖直方向的转动扭矩。竖直方向的齿轮带动齿轮轴旋转，通过转动轴、活塞轴带动活塞杆做上下运动。当活塞杆向上移动时，在内腔产生抽吸作用，低压钻井液进入活塞腔的内腔。当活塞向下运动时，挤压活塞腔内流体。活塞腔内流体在挤压作用和激动作用下产生高压喷射。高压喷射作用可大幅提高地层破岩效率，一个近钻头短接利用钻井液残余能量同时实现了高压喷射，对常规钻井系统干扰少；本装置长度较短，对定向工具影响小；系统仅使部分流体增压，可大大减少钻井液冲蚀损坏，提高工具寿命，且本实用新型结构简单，易于实现，成本较低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，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，在其它实施例中实现。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)

1.一种井下增压装置，其特征在于，包括：壳体(1)及设置于所述壳体(1)内的传动机构、曲轴(11)、活塞杆(14)、活塞腔(15)和转换接头(17)；

所述壳体(1)的上端用于对接钻柱；所述曲轴(11)沿所述壳体(1)的径向设置，所述传动机构能够将钻井液的轴向机械能转变为所述曲轴(11)的转动，进而所述曲轴(11)的弯曲部分带动所述活塞杆(14)上下往复运动；

所述活塞杆(14)的下端插入所述活塞腔(15)的内腔最上段，所述壳体(1)的内腔向所述内腔最上段单向连通；所述转换接头(17)固定于所述活塞腔(15)的内腔第二段，所述内腔最上段向所述转换接头(17)的内腔单向压力连通，所述转换接头(17)用于连接钻头水眼；所述活塞腔(15)的内腔第三段与所述壳体(1)的内腔连通；所述活塞腔(15)的内腔最下段用于对接钻头。

2.根据权利要求1所述的井下增压装置，其特征在于，所述传动机构包括转变机构、传动轴(8)和换向机构；

所述传动轴(8)沿所述壳体(1)的轴向设置，所述转变机构能够将所述钻井液的轴向机械能转变为所述传动轴(8)的转动；所述换向机构能够将所述传动轴(8)的转动转化为所述曲轴(11)的转动。

3.根据权利要求2所述的井下增压装置，其特征在于，还包括转动轴(12)；

所述换向机构包括：第一锥形齿轮(9)和两个第二锥形齿轮(10)；

所述第一锥形齿轮(9)固定于所述传动轴(8)的下端；两个所述第二锥形齿轮(10)分别与所述第一锥形齿轮(9)垂直啮合，且分别与所述曲轴(11)的两端传动连接；所述转动轴(12)上端与所述曲轴(11)的弯曲部分转动连接，下端与所述活塞杆(14)的上端转动连接。

4.根据权利要求3所述的井下增压装置，其特征在于，所述曲轴(11)的弯曲部分为U形轴(113)，所述U形轴(113)的中间段沿所述壳体(1)的径向设置；

所述转动轴(12)上端与所述U形轴(113)的中间段转动连接。

5.根据权利要求3所述的井下增压装置，其特征在于，所述活塞杆(14)的上端面开设有凹槽(141)，所述凹槽(141)的侧壁开设有两个相对的通孔(142)；

所述井下增压装置还包括活塞轴(13)；

所述活塞轴(13)的两端分别安装于所述凹槽(141)的两个通孔(142)，且所述转动轴(12)下端与所述活塞轴(13)转动连接。

6.根据权利要求3所述的井下增压装置，其特征在于，还包括：

套接于所述活塞腔(15)的上端，用于安装所述曲轴(11)的曲轴座(18)。

7.根据权利要求2所述的井下增压装置，其特征在于，所述转变机构包括：导流体(5)和叶轮(6)；

所述导流体(5)的外侧设有倾斜流道，所述叶轮(6)位于所述导流体(5)的下方，所述叶轮(6)的外侧设有与所述倾斜流道反向的倾斜叶片；所述叶轮(6)与所述传动轴(8)传动配合。

8.根据权利要求7所述的井下增压装置，其特征在于，所述导流体(5)置于所述壳体(1)的内腔台肩；

所述井下增压装置还包括：

固定于所述壳体(1)内，用于沿轴向将所述导流体(5)固定于所述壳体(1)的内腔台肩的导流体压环(3)。

9.根据权利要求8所述的井下增压装置，其特征在于，所述传动轴(8)设有上段台肩面，所述传动轴(8)的上段从下往上依次穿过所述叶轮(6)和所述导流体(5)，所述叶轮(6)的下端面与所述传动轴(8)的上段台肩面接触配合，上端面与所述导流体(5)的下端面接触配合；

所述导流体(5)内腔与所述传动轴(8)的上段之间设有轴承(4)；

所述叶轮(6)内腔与所述传动轴(8)的上段之间通过花键(7)传动配合。

10.根据权利要求1所述的井下增压装置，其特征在于，还包括第一单向阀(16)和第二单向阀；

所述活塞腔(15)开设有连通其内腔最上段与所述壳体(1)内腔的流道，所述第一单向阀(16)设置于所述流道，且只允许钻井液从所述壳体(1)内腔流入所述活塞腔(15)的内腔最上段；所述第二单向阀设置于所述转换接头(17)内腔的上端，且只允许钻井液从所述活塞腔(15)的内腔第二段流向所述转换接头(17)的内腔。

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