申请/专利权人：四川省贝特石油技术有限公司

申请日：2019-04-03

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN109826558B

主分类号：E21B4/16

分类号：E21B4/16;F03B13/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2019.06.25#实质审查的生效;2019.05.31#公开

摘要：本发明公开液压高频冲击破岩工具，包括壳体、涡轮、轴承、传动轴、活塞、弹簧和喷嘴，传动轴和壳体的内壁之间形成上腔体、上腔、下腔和下出腔体，传动轴外壁设置有泥浆入口、上入口、下出口、下入口和排液口，泥浆通过上入口与上腔连通，通过下出口与下腔连通，通过下入口和排液口流至下出腔体内，从而完成泥浆的流动，泥浆流动过程中，传动轴转动，其间歇性地使得活塞和弹簧来回往复的压缩产生推动力或恢复形变产生推动力，从而该工具以较高的频率进行冲击破岩；该工具能够使得泥浆流道顺利通畅，工具通过内部压力冲击加强破岩效果和效率，利用泥浆流通顺畅驱动转动，产生高频的冲击效果，有效解决了零件易损坏，泥浆易堵塞等不足问题。

主权项：1.液压高频冲击破岩工具，其特征在于，包括壳体、涡轮、轴承、传动轴、活塞、弹簧和喷嘴，所述传动轴通过轴承连接在壳体内壁，所述传动轴位于壳体内且传动轴的第一端朝向壳体的入口，所述传动轴的第二端延伸出壳体对接钻头，所述传动轴的第一端设有上腔体且第二端设有下出腔体，所述传动轴的中心设置有中心孔，中心孔和下出腔体分别位于喷嘴的两侧，所述涡轮连接传动轴的一端，所述传动轴的另一端安装喷嘴，所述传动轴的中部与壳体之间具有安装活塞和弹簧的工作区；所述活塞位于工作区且将工作区分为上腔和下腔，弹簧设置于下腔且连接活塞，下腔的一端设置有朝向传动轴外壁的下出口，所述传动轴设置有上入口、沿外壁周向相互间隔的下入口和出液口；通过转动传动轴，上入口始终将上腔与中心孔连通，下入口间隔地将下腔通过下出口连通至中心孔，出液口间隔地连通下入口至下出腔体。

全文数据：液压高频冲击破岩工具技术领域本发明涉及钻井和破岩技术领域，具体而言，涉及液压高频冲击破岩工具。背景技术随着油田不断开发，钻井难度、速度、深度不断增加，在钻遇到硬地层时钻头极易出现粘滑现象，造成钻头切削齿过早损坏，影响钻进速度，通过科学研制发现粘滑现象出现的原因是由于地层不均原因，扭矩无法平稳输出造成的。为解决钻头在钻进中出现的粘滑现象，对钻头施加高频地轴向冲击力，可使钻头输出平稳扭矩，能够持续平稳地切削地层，从而提高钻井速度客服粘滑现象。国内外有很多工具都或多或少地多粘滑现象有改观的功能，但这些工具大多都不耐泥浆冲蚀，易损件多，结构复杂，泥浆流道狭窄，易被泥沙堵塞，本发明克服这些缺点，冲击力强，频率高，机构简单，有效解决了零件易损坏，泥浆易堵塞等不足。发明内容本发明的目的在于提供液压高频冲击破岩工具，其能够使得泥浆流道顺利通畅，工具通过内部压力冲击加强破岩效果和效率，利用泥浆流通顺畅驱动转动，产生高频的冲击效果，有效解决了零件易损坏，泥浆易堵塞等不足问题。本发明的实施例是这样实现的：液压高频冲击破岩工具，其包括壳体、涡轮、轴承、传动轴、活塞、弹簧和喷嘴，传动轴通过轴承连接在壳体内壁，传动轴位于壳体内且传动轴的第一端朝向壳体的入口，传动轴的第二端延伸出壳体对接钻头，传动轴的第一端设有上腔体且第二端设有下出腔体，传动轴的中心设置有中心孔，中心孔和下出腔体分别位于喷嘴的两侧，涡轮连接传动轴的一端，传动轴的另一端安装喷嘴，传动轴的中部与壳体之间具有安装活塞和弹簧的工作区；活塞位于工作区且将工作区分为上腔和下腔，弹簧设置于下腔且连接活塞，下腔的一端设置有朝向传动轴外壁的下出口，传动轴设置有上入口、沿外壁周向相互间隔的下入口和出液口；通过转动传动轴，上入口始终将上腔与中心孔连通，下入口间隔地将下腔通过下出口连通至中心孔，出液口间隔地连通下入口至下出腔体。在本发明较佳的实施例中，上述通过传动轴转动引起上腔压力间隔性的大于下腔压力，使得活塞往复式运动而冲击传动轴，传动轴通过活塞的冲击间隔性地将压力传递至钻头。在本发明较佳的实施例中，上述传动轴转动，使得上腔内的压力大于下腔内的压力、下腔内的压力等于下出腔体内的压力，活塞在压力差的作用下下行冲击传动轴；或使得上腔内的压力等于中心孔处和下腔内的压力且大于下出腔体内的压力，活塞在弹簧的作用下上行恢复位置。在本发明较佳的实施例中，上述工作区沿壳体内壁沿周向等距间隔地设置有多个下腔和下出口，传动轴沿外壁周向等距间隔地设置有多个下入口和排液口，传动轴转动到流通状态时，下入口连通下出口和中心孔，同时排液口连通下出口和下出腔体。在本发明较佳的实施例中，上述下腔和下出口分别设置为等距分布的至少6个，下入口和排液口分别设置为等距分布的至少3个；传动轴每旋转一周，活塞往复运动冲击传动轴至少3次。在本发明较佳的实施例中，上述传动轴转动时，下腔内的压力等于中心孔的压力和下出腔体内的压力，或下腔内的压力大于下出腔体内的压力。在本发明较佳的实施例中，上述壳体设置有上接口和下接口，传动轴设置有泥浆入口，上接口为泥浆的入口端，泥浆通过上接口进入壳体内，再经上腔体通过泥浆入口进入中心孔，最后从排液口进入下接口。在本发明较佳的实施例中，上述涡轮包括涡轮转子和涡轮定子，涡轮转子连接传动轴的第一端，涡轮定子安装于壳体的内壁。在本发明较佳的实施例中，上述轴承包括第一轴承和第二轴承，第一轴承安装于传动轴的外侧和壳体的内壁之间，第一轴承位于涡轮和工作区之间，第二轴承设置于传动轴和喷嘴处的传动轴外侧和壳体内壁之间。在本发明较佳的实施例中，上述中心孔和下出腔体通过喷嘴截流，中心孔处的压力大于下出腔体内的压力。本发明的有益效果是：本发明通过在传动轴的外壁设置上入口与上腔连通，通过在传动轴的外壁周向间隔地设置下入口与下腔连通，通过排液口连通至下出腔体，利用活塞与弹簧的相互配合，当上腔压力大于下腔，活塞压缩下腔空间并冲击传动轴，当上腔压力等于下腔压力，活塞在弹簧的作用下恢复至初始状态，压力来回往复的交替变化，传动轴通过多个工作区形成高频的工作结构；该工具结构简单，能够使得泥浆流道顺利通畅，工具通过内部压力冲击加强破岩效果和效率，利用泥浆流通顺畅驱动转动，产生高频的冲击效果。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。图1为本发明液压高频冲击破岩工具的截面示意图；图2为本发明液压高频冲击破岩工具的A-A截面示意图；图标：1-上接口；2-涡轮；3-壳体；4-上腔体；5-泥浆入口；6-第一轴承；7-传动轴；8-活塞；9-上入口；10-上腔；11-弹簧；12-下腔；13-下出口；14-下入口；15-排液口；16-第二轴承；17-中心孔；18-喷嘴；19-下出腔体；20-下接口。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。第一实施例请参照图1，本实施例提供液压高频冲击破岩工具，其包括壳体3、涡轮2、轴承、传动轴7、活塞8、弹簧11和喷嘴18，上接口1设置于壳体3的一端，下接口20位于壳体3的另一端，壳体3内具有安装传动轴7的空间，轴承包括第一轴承6和第二轴承，涡轮2连接传动轴7，第一轴承6和第二轴承分别将传动轴7限定并稳固住，活塞8和弹簧11通过传动轴7旋转驱动工具进行破岩，喷嘴18设置于中心孔17的一端，传动轴7和壳体3的内壁之间形成上腔体4、上腔10、下腔12和下出腔体19，传动轴7外壁设置有泥浆入口5、上入口9、下出口13、下入口14和排液口15，泥浆从上接口1进入壳体3内，再经由涡轮2进入上腔体4，由泥浆入口5进入中心孔17内，泥浆通过上入口9与上腔10连通，通过下出口13与下腔12连通，通过下入口14和排液口15流至下出腔体19内，从而完成泥浆的流动，泥浆流动过程中，传动轴7转动，其间歇性地使得活塞8和弹簧11来回往复的压缩产生推动力或恢复形变产生推动力，从而该工具以较高的频率进行冲击破岩。涡轮2包括涡轮2转子和涡轮2定子，涡轮2定子固定连接在壳体3的内壁，涡轮2转子的一端与传动轴7的第一端固定连接一体化，涡轮2连接传动轴7的一端，传动轴7的另一端安装喷嘴18，泥浆的冲击使得传动轴7在壳体3内不断地转动；轴承包括第一轴承6和第二轴承，第一轴承6安装于传动轴7的外侧和壳体3的内壁之间，第一轴承6位于涡轮2和工作区之间，第二轴承设置于传动轴7和喷嘴18处的传动轴7外侧和壳体3内壁之间，第二轴承的外环连接在壳体3的内壁，第二轴承的内环与传动轴7固定，传动轴7通过第一轴承6连接在壳体3内壁，第二轴承位于喷嘴18处，第二轴承的外环与壳体3内壁固定连接，第二轴承的内环固定连接在传动轴7的下出腔体19处的外壁，传动轴7位于壳体3内且传动轴7的第一端朝向壳体3的泥浆的进入端，传动轴7的第二端延伸出壳体3对接钻头，传动轴7的第一端设有上腔体4且第二端设有下出腔体19，上腔体4位于涡轮2和第一轴承6之间，下腔12体位于喷嘴18的外侧，喷嘴18的内侧为中心孔17，传动轴7的中心设置有中心孔17，中心孔17和下出腔体19分别位于喷嘴18的两侧，传动轴7的中部与壳体3之间具有安装活塞8和弹簧11的工作区；活塞8位于工作区且将工作区分为上腔10和下腔12，弹簧11设置于下腔12且连接活塞8，下腔12的一端设置有朝向传动轴7外壁的下出口13，传动轴7设置有上入口9、沿外壁周向相互间隔的下入口14和出液口；通过转动传动轴7，上入口9始终将上腔10与中心孔17连通，下入口14间隔地将下腔12通过下出口13连通至中心孔17，出液口间隔地连通下入口14至下出腔体19。请参照图2，工作区沿壳体3内壁沿周向等距间隔地设置有多个下腔12和下出口13，传动轴7沿外壁周向等距间隔地设置有多个下入口14和排液口15，传动轴7转动到流通状态时，下入口14连通下出口13和中心孔17，同时排液口15连通下出口13和下出腔体19，下腔12和下出口13分别设置为等距分布的6个，下入口14和排液口15分别设置为等距分别的3个，下腔12和下出口13呈间隔等距的分布在壳体3的内壁，下入口14和排液口15呈等间隔等距的分布在传动轴7的外壁，传动轴7旋转使得下入口14间隔地将下出口13和中心孔17连通，使得下入口14间隔地将排液口15和中心孔17连通；壳体3设置有上接口1和下接口20，传动轴7设置有泥浆入口5，上接口1为泥浆的入口端，泥浆通过上接口1进入壳体3内，再经上腔体4通过泥浆入口5进入中心孔17，最后从排液口15进入下接口20；。传动轴7转动时，下腔12内的压力等于中心孔17的压力和下出腔体19内的压力，或下腔12内的压力大于下出腔体19内的压力；通过传动轴7转动引起上腔10压力间隔性的大于下腔12压力，使得活塞8往复式运动而冲击传动轴7，传动轴7通过活塞8的冲击间隔性地将压力传递至钻头；传动轴7转动，使得上腔10内的压力大于下腔12内的压力、下腔12内的压力等于下出腔体19内的压力，活塞8在压力差的作用下下行冲击传动轴7；或使得上腔10内的压力等于中心孔17处和下腔12内的压力且大于下出腔体19内的压力，活塞8在弹簧11的作用下上行恢复位置。本发明实例的工作原理为：涡轮2转子与泥浆入口5连通，涡轮2定子与壳体3连接，上接口1通过涡轮2连通至泥浆入口5，通过涡轮2推动传动轴7旋转，第一轴承6将传动轴7支撑在壳体3内，泥浆从上接口1到上腔体4后由泥浆入口5进入中心孔17，在喷嘴18截流的作用下中心孔17内中泥浆压力大于下出腔体19内的压力，上入口9、下入口14与中心孔17相通，压力相同，传动轴7在旋转过程中，下入口14和排液口15分别与下出口13连通，使下腔12内的压力分别等于中心孔17内的压力和下出腔体19内的压力，当下出口13的压力等于下出腔体19的压力时，上腔10内的压力大于下出口13的压力，活塞8在压差的作用下推动下行而冲击传动轴7，钻头直接与下接口20连接，撞击力通过传动轴7传递到钻头上，当下出口13的压力等于中心孔17内的压力时，上腔10内的压力等于下出口13的压力，活塞8被弹簧11推动，回到原位，传动轴7旋转1周与活塞8撞击3次。综上所述，本发明通过在传动轴的外壁设置上入口与上腔连通，通过在传动轴的外壁周向间隔地设置下入口与下腔连通，通过排液口连通至下出腔体，利用活塞与弹簧的相互配合，当上腔压力大于下腔，活塞压缩下腔空间并冲击传动轴，当上腔压力等于下腔压力，活塞在弹簧的作用下恢复至初始状态，压力来回往复的交替变化，传动轴通过多个工作区形成高频的工作结构；该工具结构简单，能够使得泥浆流道顺利通畅，工具通过内部压力冲击加强破岩效果和效率，利用泥浆流通顺畅驱动转动，产生高频的冲击效果。本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

权利要求：1.液压高频冲击破岩工具，其特征在于，包括壳体、涡轮、轴承、传动轴、活塞、弹簧和喷嘴，所述传动轴通过轴承连接在壳体内壁，所述传动轴位于壳体内且传动轴的第一端朝向壳体的入口，所述传动轴的第二端延伸出壳体对接钻头，所述传动轴的第一端设有上腔体且第二端设有下出腔体，所述传动轴的中心设置有中心孔，中心孔和下出腔体分别位于喷嘴的两侧，所述涡轮连接传动轴的一端，所述传动轴的另一端安装喷嘴，所述传动轴的中部与壳体之间具有安装活塞和弹簧的工作区；所述活塞位于工作区且将工作区分为上腔和下腔，弹簧设置于下腔且连接活塞，下腔的一端设置有朝向传动轴外壁的下出口，所述传动轴设置有上入口、沿外壁周向相互间隔的下入口和出液口；通过转动传动轴，上入口始终将上腔与中心孔连通，下入口间隔地将下腔通过下出口连通至中心孔，出液口间隔地连通下入口至下出腔体。2.根据权利要求1所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，通过所述传动轴转动引起上腔压力间隔性的大于下腔压力，使得活塞往复式运动而冲击传动轴，所述传动轴通过活塞的冲击间隔性地将压力传递至钻头。3.根据权利要求2所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，所述传动轴转动，使得上腔内的压力大于下腔内的压力、下腔内的压力等于下出腔体内的压力，活塞在压力差的作用下下行冲击传动轴；或使得上腔内的压力等于中心孔处和下腔内的压力且大于下出腔体内的压力，活塞在弹簧的作用下上行恢复位置。4.根据权利要求3所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，所述工作区沿壳体内壁沿周向等距间隔地设置有多个下腔和下出口，所述传动轴沿外壁周向等距间隔地设置有多个下入口和排液口，所述传动轴转动到流通状态时，下入口连通下出口和中心孔，同时排液口连通下出口和下出腔体。5.根据权利要求4所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，所述下腔和下出口分别设置为等距分布的至少6个，所述下入口和排液口分别设置为等距分布的至少3个；所述传动轴每旋转一周，活塞往复运动冲击传动轴至少3次。6.根据权利要求4所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，所述传动轴转动时，所述下腔内的压力等于中心孔的压力和下出腔体内的压力，或所述下腔内的压力大于下出腔体内的压力。7.根据权利要求1所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，所述壳体设置有上接口和下接口，所述传动轴设置有泥浆入口，所述上接口为泥浆的入口端，泥浆通过上接口进入壳体内，再经上腔体通过泥浆入口进入中心孔，最后从排液口进入下接口。8.根据权利要求1所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，所述涡轮包括涡轮转子和涡轮定子，所述涡轮转子连接传动轴的第一端，所述涡轮定子安装于壳体的内壁。9.根据权利要求1所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，所述轴承包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承安装于传动轴的外侧和壳体的内壁之间，所述第一轴承位于涡轮和工作区之间，所述第二轴承设置于传动轴和喷嘴处的传动轴外侧和壳体内壁之间。10.根据权利要求3所述的液压高频冲击破岩工具，其特征在于，所述中心孔和下出腔体通过喷嘴截流，所述中心孔处的压力大于下出腔体内的压力。

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