申请/专利权人：长江大学

申请日：2017-09-21

公开（公告）日：2023-05-26

公开（公告）号：CN107489375B

主分类号：E21B6/02

分类号：E21B6/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.05.26#授权;2018.01.12#实质审查的生效;2017.12.19#公开

摘要：本发明涉及一种旋转冲击器；属石油、页岩气、地热钻井工具技术领域。它由过滤筒、上壳体、中间壳体、下壳体、接头、动力轴、连接件、传动轴和冲击锤头构成，中间壳体的一端螺纹安装有上壳体，上壳体的端头螺纹安装有过滤筒，中间壳体的另一端螺纹安装有下壳体，下壳体的端头螺纹安装有接头，上壳体内活动安装有动力轴，过滤筒内装有分流管；分流管与动力轴螺纹连接。该旋转冲击器结构简单，使用方便；工作时，通过传动轴旋转带动冲击锤头压缩弹簧，再通过弹簧的反作用力施加于冲击锤头，从而产生轴向冲击作用；由此提高了钻头的破岩效率，且对钻头结构无损伤，减少了井下作业事故的发生；具有广阔的市场前景。

主权项：1.一种旋转冲击器，它由过滤筒（1）、上壳体（2）、中间壳体（3）、下壳体（4）、接头（5）、动力轴（6）、连接件、传动轴（7）和冲击锤头（8）构成，中间壳体（3）的一端螺纹安装有上壳体（2），上壳体（2）的端头螺纹安装有过滤筒（1），中间壳体（3）的另一端螺纹安装有下壳体（4），下壳体（4）的端头螺纹安装有接头（5），上壳体（2）内活动安装有动力轴（6），过滤筒（1）内装有分流管（9）；分流管（9）与动力轴（6）螺纹连接；下壳体（4）内通过扶正轴承（16）安装有传动轴（7），扶正轴承（16）一侧的传动轴（7）上通过过流环（19）和导向环（20）安装有弹簧（21），弹簧（21）一侧的传动轴（7）上装有冲击锤头（8），其特征在于：中间壳体（3）内活动安装有传动连接件，传动连接件的一端与动力轴（6）螺纹连接，传动连接件的另一端与传动轴（7）螺纹连接；所述的传动连接件由中间轴（24）、连接座A（25）、连接座B（26）、喉箍（27）、衬套（28）、摆动球（29）和球帽（30）构成，中间轴（24）的一端通过喉箍（27）插入安装在连接座A（25）内，中间轴（24）的另一端通过喉箍（27）插入安装在连接座B（26）内，喉箍（27）一侧的连接座A（25）和连接座B（26）内分别设置有衬套（28），衬套（28）与中间轴（24）的端头圆周之间嵌装有多个传动球（31），中间轴（24）的端头与连接座A（25）和连接座B（26）之间分别通过球帽（30）安装有摆动球（29）；连接座B（26）一端设置有中心连通孔，连接座B（26）的圆周上均布有径向连通孔（32），中心连通孔与径向连通孔（32）连通；所述的冲击锤头（8）呈圆筒状，冲击锤头（8）的内壁上设置有键槽，与冲击锤头（8）对应的传动轴（7）上设置有滑键，冲击锤头（8）与传动轴（7）之间通过键槽与滑键的配合滑动连接；所述的冲击锤头（8）圆周上设置有轨迹槽（22），与冲击锤头（8）对应的下壳体（4）内壁上设置有轨迹销钉（23），冲击锤头（8）与下壳体（4）之间通过轨迹槽（22）与轨迹销钉（23）的配合活动连接。

全文数据：一种旋转冲击器技术领域[0001]本发明涉及一种旋转冲击器;属石油、页岩气、地热钻井工具技术领域。背景技术[0002]近年来，随着页岩油气，地热资源等的开发与发展，对钻井技术也有了新的要求，现有的井下动力钻具普遍存有机械钻速不高、钻井周期长、安全性不高的弊端，己经不能满足现阶段钻井工艺的提速与发展，迫切需要一种可以提高钻井效率、缩短钻井周期、提高机械钻速的新型工具。发明内容[0003]本发明的目的在于:提供一种可在钻具进行旋转运动时候产生轴向冲击以提高岩石破碎效率，从而提高生产率，降低生产成本的旋转冲击器。[0004]本发明的技术方案是：一种旋转冲击器，它由过滤筒、上壳体、中间壳体、下壳体、接头、动力轴、连接件、传动轴和冲击插头构成，其特征在于：中间壳体的一端螺纹安装有上壳体，上壳体的端头螺纹安装有过滤筒，中间壳体的另一端螺纹安装有下壳体，下壳体的端头螺纹安装有接头，上壳体内活动安装有动力轴，过滤筒内装有分流管;分流管与动力轴螺纹连接;下壳体内通过扶正轴承安装有传动轴，扶正轴承一侧的传动轴上通过过流环和导向环安装有弹簧，弹簧一侧的传动轴上装有冲击锤头，中间壳体内活动安装有传动连接件，传动连接件的一端与动力轴螺纹连接，传动连接件的另一端与传动轴螺纹连接。[0005]所述的冲击锤头呈圆筒状，冲击锤头的内壁上设置有键槽，与冲击锤头对应的传动轴上设置有滑键，冲击锤头与传动轴之间通过键槽与滑键的配合滑动连接。[0006]所述的冲击锤头圆周上设置有轨迹槽，与冲击锤头对应的下壳体内壁上设置有轨迹销钉，冲击锤头与下壳体之间通过轨迹槽与轨迹销钉的配合活动连接。[0007]所述的分流管一侧的过滤筒内装有过滤板，分流管的端头装有防护帽。[0008]所述的动力轴上设置有中心流道，中心流道一端的动力轴圆周上均布有径向孔，中心流道与径向孔连通;径向孔一侧的动力轴圆周上螺旋状设置有叶片。[0009]所述的传动连接件由中间轴、连接座A、连接座B、喉箍、衬套、摆动球和球帽构成，中间轴的一端通过喉箍插入安装在连接座A内，中间轴的另一端通过喉箍插入安装在连接座B内，喉箍一侧的连接座A和连接座B内分别设置有衬套，衬套与中间轴的端头圆周之间嵌装有多个传动球，中间轴的端头与连接座A和连接座B之间分别通过球帽安装有摆动球。[0010]所述的连接座B—端设置有中心连通孔，连接座B的圆周上均布有径向连通孔，中心连通孔与径向连通孔连通。[0011]所述的下壳体与接头之间设置有径向承载轴承，传动轴与接头之间设置有冲击锁紧螺母，传动轴的中心部位设置有传动轴流道。[0012]本发明的有益效果在于：该万疋转冲击器结构简单，使用方便;工作时，通过传动轴旋转带动冲击锤头压缩弹簧，再通过弹簧的反作用力施加于冲击锤头，从而产生轴向冲击作用；由此提高了钻头的破岩效率，且对钻头结构无损伤，减少了井下作业事故的发生;具有广阔的市场前景。附图说明[0013]图1为本发明的结构示意图；图2为图1中的A处放大示意图；图3为本发明的轨迹槽的展开示意图。[0014]图中：1、过滤筒，2、上壳体，3、中间壳体，4、下壳体，5、接头，6、动力轴，7、传动轴，8、冲击锤头，9、分流管，1〇、过滤板，n、防护帽，12、径向承载轴承，13、中心流道，14、径向孔，15、叶片，16、扶正轴承，17、冲击锁紧螺母，18、传动轴流道，19、过流环，2〇、导向环，21、弹簧，22、轨迹槽，23、轨迹销钉，24、中间轴，25、连接座A，26、连接座B，27、喉箍，28、衬套，29、摆动球，30、球帽，31、传动球，32、径向连通孔。具体实施方式[0015]该旋转冲击器由过滤筒1、上壳体2、中间壳体3、下壳体4、接头5、动力轴6、连接件、传动轴7和冲击锤头8构成。中间壳体3的一端螺纹安装有上壳体2,上壳体2的端头螺纹安装有过滤筒1，过滤筒1内装有分流管9;分流管9一侧的过滤筒1内装有过滤板1〇，以在工作时过滤钻井液中对井下工具有害的固体颗粒，分流管9的端头装有防护帽i丨。中间壳体3的另一端螺纹安装有下壳体4,下壳体4的端头螺纹安装有接头5,接头5用于安装钻头。下壳体4与接头5之间设置有径向承载轴承12。[0016]上壳体2内活动安装有动力轴6，分流管9与动力轴6螺纹连接;动力轴6上设置有中心流道13,中心流道13—端的动力轴6圆周上均布有径向孔14,中心流道13与径向孔14连通;径向孔14一侧的动力轴6圆周上螺旋状设置有叶片15。工作时，叶片15在钻井液的冲击作用下可带动动力轴6转动。[0017]下壳体2内通过扶正轴承I6安装有传动轴7,传动轴7与接5头之间设置有冲击锁紧螺母17,传动轴7的中心部位设置有传动轴流道18。[0018]扶正轴承丨6—侧的传动轴7上通过过流环19和导向环20安装有弹簧21，弹簧21—侧的传动轴7上装有冲击锤头S.冲击锤头8呈圆筒状，冲击锤头8的内壁上设置有键槽，与冲击锤头8对应的传动轴7上设置有滑键，冲击锤头8与传动轴7之间通过键槽与滑键的配合滑动连接。[0019]冲击锤头8圆周上设置有轨迹槽22,与冲击锤8头对应的下壳体2内壁上设置有轨迹销钉23,冲击锤头8与下壳体2之间通过轨迹槽22与轨迹销钉23的配合活动连接。工作时，传动轴7带动冲击锤头8同步转动，在轨迹销钉23的作用下冲击锤头8可在传动轴7上轴向移动，从而压缩弹簧21，形成冲击力。[0020]中间壳体3内活动安装有传动连接件，传动连接件由中间轴24、连接座A25、连接座B26、喉箍27、衬套28、摆动球29和球帽3〇构成，中间轴24的一端通过喉箍27插入安装在连接座25A内，中间轴34的另一端通过喉箍27插入安装在连接座似6内，喉箍27—侧的连接座A25和连接座B26内分别设置有衬套28,衬套2S与中间轴24的端头圆周之间嵌装有多个传动球31，中间轴24的端头与连接座A25和连接座B26之间分别通过球帽30安装有摆动球29。工作时，中间轴24、连接座A25、连接座B26相互之间通过传动球31传动扭矩，并且通过球帽30和摆动球29的配合可在一定的角度内摆动，由此保证动力的正常输出。连接座B26—端设置有中心连通孔，连接座B26的圆周上均布有径向连通孔32，中心连通孔与径向连通孔32连通。[0021]传动连接件的一端通过连接座A25与动力轴6螺纹连接，传动连接件的另一端通过连接座似6与传动轴7螺纹连接。[0022]该旋转冲击器工作时，钻井液经过滤板10后，一部分钻井液经防护帽11进入动力轴6的中心流道13，再经径向孔14流出，另一部分钻井液冲击动力轴6圆周上的叶片15，从而带动动力轴6转动，然后与径向孔14流出的钻井液汇集。汇集后的钻井液经连接座B26上的径向连通孔32、中心连通孔进入传动轴7的传动轴流道18,直至作用到钻头上。[0023]这一过程中，动力轴6通过传动连接件带动传动轴7转动。传动轴7在转动的过程中，由于轨迹销钉23的限位作用，冲击锤头8会沿轨迹槽22的曲线规律轴向运动。具体为：当轨迹销钉23在轨迹槽22的A段内移动时，会使冲击锤头8向上运动压缩弹簧21。[0024]当轨迹销钉23运动到B段时，弹簧21压缩量达到最大，弹簧21处于压缩位置。[0025]当轨迹销钉23运动到C段时，由于C段方向与冲击锤头8轴向方向一致，致使冲击锤头8在轴向突然失去支撑力，此时在弹簧21的压力与冲击锤头8自身重力的作用下，瞬间产生一个向下的冲击力，此时，弹簧21处于放松状态。冲击锤头8继续旋转，从而进入下一个冲击循环，周而复始。该冲击力通过接头5作用至钻头上后，即可有效提高钻头的破岩效率，且对钻头结构无损伤。[0026]该旋转冲击器结构简单，使用方便;提高了钻头的破岩效率，缩短了钻井周期，大大提高了工作的可靠性，减少井下事故的发生;减少了井下作业事故的发生;具有广阔的市场前景。

权利要求：1.一种旋转冲击器，它由过滤筒（1、上壳体⑵、中间壳体⑶、下壳体4、接头⑸、动力轴6、连接件、传动轴7和冲击锤头⑻构成，其特征在于：中间壳体⑶的一端螺纹安装有上壳体2，上壳体2的端头螺纹安装有过滤筒（1，中间壳体3的另一端螺纹安装有下壳体4，下壳体4的端头螺纹安装有接头5，上壳体2内活动安装有动力轴6，过滤筒（1内装有分流管9;分流管9与动力轴6螺纹连接;下壳体4内通过扶正轴承I6安装有传动轴7，扶正轴承（16—侧的传动轴7上通过过流环（19和导向环20安装有弹簧21，弹簧21—侧的传动轴7上装有冲击锤头8，中间壳体3内活动安装有传动连接件，传动连接件的一端与动力轴6螺纹连接，传动连接件的另一端与传动轴7螺纹连接。2.根据权利要求1所述的一种旋转冲击器，其特征在于:所述的冲击锤头8呈圆筒状，冲击锤头8的内壁上设置有键槽，与冲击锤头8对应的传动轴7上设置有滑键，冲击锤头8与传动轴7之间通过键槽与滑键的配合滑动连接。3.根据权利要求2所述的一种旋转冲击器，其特征在于:所述的冲击锤头8圆周上设置有轨迹槽22，与冲击锤头8对应的下壳体4内壁上设置有轨迹销钉21，冲击锤头8与下壳体4之间通过轨迹槽22与轨迹销钉21的配合活动连接。4.根据权利要求1所述的一种旋转冲击器，其特征在于:所述的分流管9一侧的过滤筒（1内装有过滤板10，分流管9的端头装有防护帽（11。5.根据权利要求1所述的一种旋转冲击器，其特征在于:所述的动力轴6上设置有中心流道（13，中心流道（13—端的动力轴6圆周上均布有径向孔（14，中心流道13与径向孔14连通;径向孔14一侧的动力轴⑹圆周上螺旋状设置有叶片（15。6.根据权利要求1所述的一种旋转冲击器，其特征在于：所述的传动连接件由中间轴24、连接座A25、连接座B%、喉箍27、衬套28、摆动球29和球帽（30构成，中间轴（24的一端通过喉箍（27插入安装在连接座（25A内，中间轴（24的另一端通过喉箍27插入安装在连接座B26内，喉箍27—侧的连接座A25和连接座B26内分别设置有衬套28，衬套28与中间轴24的端头圆周之间嵌装有多个传动球31，中间轴24的端头与连接座A25和连接座B26之间分别通过球帽30安装有摆动球29。7.根据权利要求6所述的一种旋转冲击器，其特征在于:所述的连接座B26—端设置有中心连通孔，连接座B26的圆周上均布有径向连通孔32，中心连通孔与径向连通孔32连通。8.根据权利要求1所述的一种旋转冲击器，其特征在于:所述的下壳体4与接头5之间设置有径向承载轴承（12，传动轴7与接头5之间设置有冲击锁紧螺母（17，传动轴7的中心部位设置有传动轴流道18。

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