專利名稱：沖擊鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆具，尤其涉及一種用于地質(zhì)鉆探和石油鉆井的沖擊鉆具。
背景技術(shù)：
目前對(duì)于地表和淺井段巖石層的碎石和鉆進(jìn)，普遍使用的是沖擊鉆具或沖擊器，這是因?yàn)闆_擊方式能對(duì)巖石產(chǎn)生明顯的破碎效果，而僅用旋轉(zhuǎn)的方式鉆井，難以達(dá)到碎石的目的，因而鉆進(jìn)效率極低。 然而，現(xiàn)有沖擊鉆具(或沖擊工具)的沖擊器一般都設(shè)置在地面之上，在較深井段由于連接沖擊器和鉆頭之間的鉆桿較長(zhǎng)，剛性較差，在鉆壓下，鉆桿很容易呈彎曲的彈性狀態(tài)，而在彈性狀態(tài)下，沖擊器的沖擊力不能通過(guò)鉆桿有效的傳遞到鉆頭上，使鉆頭產(chǎn)生碎石效果，因此現(xiàn)有沖擊鉆具或沖擊工具不能滿足較深井段堅(jiān)硬地層的有效鉆進(jìn)。另外，目前在石油鉆井和地質(zhì)鉆井中普遍用螺桿鉆具或渦輪鉆具來(lái)提高鉆井速度。這兩種鉆具工作時(shí)，均是用高壓鉆井液來(lái)驅(qū)動(dòng)螺桿鉆具或渦輪鉆具的馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)鉆頭對(duì)地層實(shí)行鉆進(jìn)的，但是這兩種鉆具均因結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和壽命原因無(wú)法實(shí)現(xiàn)軸向沖擊功能，在遇到堅(jiān)硬地層時(shí)，只能靠牙輪鉆頭齒間變換或鉆頭的微小跳動(dòng)產(chǎn)生的沖擊來(lái)進(jìn)行鉆進(jìn)，但這種沖擊力很小，無(wú)明顯破巖碎石的效果，因此鉆進(jìn)速度低，并加劇了鉆頭的磨損，甚至造成無(wú)法鉆進(jìn)的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種沖擊鉆具，解決了現(xiàn)有鉆具對(duì)深井硬地層鉆進(jìn)效率低的問(wèn)題，該鉆具軸向振動(dòng)頻率高，沖擊力大，鉆井效率高，并兼具沖擊、墩鉆等多種功能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案—種用于地質(zhì)鉆探和石油鉆井的沖擊鉆具，包括外殼體；馬達(dá)機(jī)構(gòu)、與所述馬達(dá)機(jī)構(gòu)連接的定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、產(chǎn)生沖擊作用的沖擊機(jī)構(gòu)和用于安裝鉆頭的主軸機(jī)構(gòu)，四個(gè)機(jī)構(gòu)依次設(shè)置在所述外殼體內(nèi)；所述沖擊機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的下方，所述主軸機(jī)構(gòu)的上方，所述沖擊機(jī)構(gòu)包括液壓活塞裝置、旋轉(zhuǎn)換向閥和第一、第二限壓裝置，所述液壓活塞裝置包括液壓缸和活塞；所述馬達(dá)機(jī)構(gòu)在鉆井液壓力作用下旋轉(zhuǎn)，通過(guò)所述定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使所述旋轉(zhuǎn)換向閥換向，以改變所述液壓缸進(jìn)出口的流體流動(dòng)方向，使所述活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使沖擊機(jī)構(gòu)對(duì)所述主軸機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊作用。所述液壓缸由第一缸筒和第二缸筒連接而成，且所述第一缸筒在上，所述第二缸筒在下倒置，所述第一缸筒的孔徑大于所述第二缸筒的孔徑； 所述第一缸筒上下兩端各設(shè)置有一個(gè)進(jìn)出液口，所述第二缸筒的下端偏離軸心處設(shè)置有三個(gè)軸向孔，其中的一個(gè)所述軸向孔與第一缸筒下端的進(jìn)出液口相通，另外兩個(gè)所述軸向孔對(duì)稱于軸心線分布，為所述液壓缸筒的出液口 ；所述液壓缸的外圓上沿軸向設(shè)置有四條兩兩相對(duì)的槽形流體通道，其中一對(duì)相對(duì)的所述槽型流體通道分別與所述兩個(gè)進(jìn)出液口相通，構(gòu)成流體換向通道，另外一對(duì)所述槽型流體通道分別與位于所述第二缸筒上的兩個(gè)關(guān)于軸線對(duì)稱分布的出液口連通，構(gòu)成流體排出通道。所述旋轉(zhuǎn)換向閥設(shè)置在所述液壓筒的上方，包括靜換向閥芯和動(dòng)換向閥芯，所述動(dòng)換向閥芯設(shè)置在所述動(dòng)換向閥芯上方，且與所述動(dòng)換向閥芯平面接觸；所述靜換向閥芯的軸心處設(shè)置有軸心通孔，其本體上另設(shè)置有四個(gè)軸向的通孔，該四個(gè)通孔到軸心的距離相等，呈兩兩對(duì)稱的形態(tài)分布；
其中一對(duì)對(duì)稱的所述通孔通過(guò)設(shè)置在靜換向閥芯上端面的槽連通，且該對(duì)通孔的下端分別與所述液壓缸的外圓面上構(gòu)成流體排出通道的兩個(gè)槽形流體通道對(duì)應(yīng)連通；另外一對(duì)對(duì)稱的所述通孔則在下端分別與所述液壓缸的外圓面上構(gòu)成流體換向通道的兩個(gè)槽形流體通道對(duì)應(yīng)連通；所述動(dòng)換向閥芯兩端的端面的軸心處分別設(shè)置有一個(gè)沉孔，在與所述靜換向閥芯相接觸的一端的端面上還設(shè)置有軸向的一個(gè)通孔和一個(gè)盲孔，所述通孔和所述盲孔關(guān)于所述動(dòng)換向閥芯的軸線相對(duì)稱，所述盲孔通過(guò)一個(gè)槽與位于同一端面的所述沉孔相通，所述通孔與另一端面的所述沉孔相通，它們到軸心的距離等于與所述靜換向閥芯接觸面上所述通孔到軸心的距離。所述沖擊機(jī)構(gòu)還包括第一限壓裝置和第二限壓裝置，兩個(gè)限壓裝置均由閥座、閥芯和彈簧組成；所述第二缸筒下方還設(shè)置有一個(gè)端蓋，該端蓋上除設(shè)置有供所述活塞的桿部貫穿的軸心孔外，還設(shè)置有三個(gè)通孔，其中第一、第二通孔分別與所述的第二缸筒下端的兩個(gè)所述出液口連通，第三通孔與所述第二缸筒上連通所述第一缸筒下端的所述進(jìn)出液口相通。所述第一限壓裝置位于所述第二缸筒上與第一缸筒下端進(jìn)出液口相通的軸心通孔中，所述第一限壓裝置的進(jìn)液口與位于所述第一缸筒下端的所述進(jìn)出液口連通，出液口與位于所述端蓋上的所述第三通孔連通；所述第二限壓裝置設(shè)置于所述靜換向閥芯和所述液壓缸之間，所述第二限壓裝置的出液口與所述靜換向閥芯的所述軸心通孔相通，進(jìn)液口與所述液壓缸的上端內(nèi)部相通。所述沖擊機(jī)構(gòu)還包括沖擊頭，設(shè)置在所述主軸機(jī)構(gòu)的上方，所述沖擊頭的下端呈現(xiàn)球面，上端與所述活塞的下端相連接。所述外殼體包括主軸殼體，所述主軸機(jī)構(gòu)和主軸殼體間以花鍵連接。所述主軸的軸心設(shè)置有通孔，一端設(shè)置有連接鉆頭的螺紋，另一端與所述水帽接頭螺紋連接，所述水帽接頭在與所述主軸連接的一端的外表面設(shè)置有臺(tái)肩；所述外殼體包括主軸殼體和沖擊殼體，所述緩沖套外套在所述主軸上,位于所述主軸與所述水帽接頭之間，所述防沙密封套設(shè)置在所述水帽接頭外表面的臺(tái)肩處，所述緩沖套和防沙密封套的外圓均與所述沖擊殼體的內(nèi)表面接觸。所述的馬達(dá)機(jī)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子和與所述轉(zhuǎn)子相連接的萬(wàn)向結(jié)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)子的軸心設(shè)置有通孔，所述萬(wàn)向結(jié)構(gòu)是由萬(wàn)向節(jié)和撓軸通過(guò)接箍螺紋連接而成，所述撓軸為圓桿形狀，所述撓軸穿過(guò)所述轉(zhuǎn)子軸心處的通孔，所述撓軸與所述轉(zhuǎn)子的上端螺紋連接后固定。本發(fā)明實(shí)施例所述沖擊鉆具中，由于沖擊機(jī)構(gòu)位于鉆具的下端，且活塞運(yùn)動(dòng)速度較高，作用到主軸結(jié)構(gòu)上的沖量較大，因此活塞上只需消耗較小液體壓力，就能保證鉆具主軸帶動(dòng)鉆頭對(duì)地層產(chǎn)生理想的沖擊碎石效果，大大減小鉆頭的切削力；另外本鉆具通過(guò)使用(更換)不同結(jié)構(gòu)的鉆頭就能對(duì)各種底層進(jìn)行鉆進(jìn)，故鉆具的適應(yīng)范圍廣，鉆井效率高。因此，本發(fā)明實(shí)施例具有的有益效果為I、鉆壓小、消耗能量少、沖擊力大且穩(wěn)定、沖擊頻率較聞、對(duì)鉆具的反沖擊力小、安全性高、壽命長(zhǎng)；2、能夠有效減小鉆頭的切削力，延長(zhǎng)鉆頭以及鉆桿的使用壽命，大大提聞鉆井效率；·3、用途廣泛，適用于不同類型和多種地層結(jié)構(gòu)的井段鉆進(jìn)，包括較軟地層和高溫深井的鉆進(jìn)，并能夠消除卡鉆等事故；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度較短，易于制造。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例沖擊鉆具的主剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中主軸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I中沖擊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3所示沖擊機(jī)構(gòu)的右視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖I中定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖I中馬達(dá)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的主剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖7中馬達(dá)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為圖8中靜葉輪的主剖面示意圖；圖10為圖9的左視圖；圖11分別為圖9的俯視圖；圖12為圖8中動(dòng)葉輪的主剖面示意圖；圖13為圖12的左視圖；圖14為圖12的俯視圖；圖15為第一缸筒的結(jié)構(gòu)不意圖一；圖16為圖15中沿A-A的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖17為第一缸筒的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；圖18為圖17中沿B-B的截面結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明I-主軸機(jī)構(gòu)，2-沖擊機(jī)構(gòu)，3-定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，4-馬達(dá)機(jī)構(gòu)，5-主軸，6-0型密封圈I，7-主軸殼體，8-下耐磨套，9-壓帽，10-擋圈，11-緩沖套，12-上耐磨套，13-水帽接頭，14-0型密封圈II，15-防沙密封套，16-擋圈，17-沖擊殼體，18-沖擊頭，19-活塞，20-緩沖彈簧，21-彈簧座，22-端蓋，23-0型密封圈III，
24-小內(nèi)六角螺釘、25-彈簧墊圈,26-小O型密封圈1,27-小O型密封圈II，28-減磨套，29-活塞端蓋，30-大六角螺釘，31-液壓缸,311-第一缸筒,312-第二缸筒,32-靜換向閥芯，33-調(diào)整壓套，34-動(dòng)換向閥芯，35-球座，36-大耐沖蝕套，37-大閥彈簧，38-大閥芯，39-大閥座，40-小閥座，41-小閥芯，42-小閥彈簧，43-驅(qū)動(dòng)鍵，44-螺釘，45-定軸殼體，46-定軸，47-下動(dòng)滑動(dòng)軸承，48-靜滑動(dòng)軸承，49-隔套，50-壓簧座，51-壓簧，52-推力軸承，53-滑動(dòng)鍵，54-上動(dòng)滑動(dòng)軸承，55-調(diào)整套，56-萬(wàn)向節(jié)，57-接箍，58-撓軸，59-轉(zhuǎn)子，60-定子，61-防掉螺母，62-上接頭，63-進(jìn)出液口，64-液體換向通道。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例提供一種沖擊鉆具，用于地質(zhì)鉆探和石油鉆井,其軸向振動(dòng)頻率高，沖擊力大，鉆井效率高，并兼具沖擊、墩鉆等多種功能，解決現(xiàn)有鉆具對(duì)深井硬地層鉆進(jìn)效率低的問(wèn)題。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。此處所描述的具體實(shí)施方式
僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例本發(fā)明實(shí)施例提供一種沖擊鉆具，如圖I至圖6所示，包括外殼體；馬達(dá)機(jī)構(gòu)4、與馬達(dá)機(jī)構(gòu)4連接的定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、產(chǎn)生沖擊作用的沖擊機(jī)構(gòu)2和用于安裝鉆頭的主軸機(jī)構(gòu)1，依次設(shè)置在外殼體內(nèi)；沖擊機(jī)構(gòu)2設(shè)置在定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3的下方，主軸機(jī)構(gòu)I的上方，沖擊機(jī)構(gòu)2包括液壓活塞裝置和旋轉(zhuǎn)換向閥，所述液壓活塞裝置包括液壓缸31、活塞19和限壓裝置；馬達(dá)機(jī)構(gòu)4在鉆井液壓力作用下旋轉(zhuǎn)，通過(guò)定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3驅(qū)使旋轉(zhuǎn)換向閥換向，以改變液壓缸31進(jìn)出口的流體流動(dòng)方向，使活塞19往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使沖擊機(jī)構(gòu)2對(duì)主軸機(jī)構(gòu)I產(chǎn)生沖擊作用。本實(shí)施例所述沖擊鉆具中，由于沖擊機(jī)構(gòu)位于鉆具的下端，且活塞運(yùn)動(dòng)速度較高，作用到主軸結(jié)構(gòu)上的沖量較大，因此活塞上只需消耗較小液體壓力，就能保證鉆具主軸5帶動(dòng)鉆頭對(duì)地層產(chǎn)生理想的沖擊碎石效果，有效減小鉆頭的切削力；另外本鉆具通過(guò)使用(更換)不同結(jié)構(gòu)的鉆頭就能對(duì)各種底層進(jìn)行鉆進(jìn)，故鉆具的適應(yīng)范圍廣，鉆井效率高。所述主殼體包括主軸殼體7、沖擊殼體17和定軸殼體45，通過(guò)螺紋依次連接，主軸殼體7內(nèi)設(shè)置主軸機(jī)構(gòu)1，沖擊殼體17內(nèi)設(shè)置沖擊機(jī)構(gòu)2，定軸殼體45內(nèi)設(shè)置定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3。如圖2所示，所述主軸機(jī)構(gòu)I中,包括主軸5、O型密封圈I 6、主軸殼體7、下耐磨套8、壓帽9、擋圈10、圓環(huán)狀的緩沖套11、上耐磨套12、水帽接頭13、0型密封圈1114、圓環(huán)狀的防沙密封套15和擋圈16。主軸5的軸心設(shè)置有通孔，一端設(shè)置有連接鉆頭的錐度外螺紋，另一端為帶有兩處外直螺紋和一處外花鍵的階梯軸，外花鍵位于兩外直螺紋之間。主軸殼體7—端設(shè)置有外螺紋和內(nèi)花鍵，另一端為帶有兩道溝槽的圓柱孔，其內(nèi)花鍵與主軸的外花鍵配合，圓柱孔與主軸靠近大頭處的外圓之間裝置有下耐磨套8、壓帽9，圓柱孔的溝槽內(nèi)裝置有O型密封圈I 6，壓帽9與主軸5螺紋連接，對(duì)下耐磨套8起壓緊作用，水帽接頭13的一端設(shè)置有內(nèi)螺紋，另一端外圓上設(shè)置有4個(gè)與軸心孔相通的徑向圓孔，端面設(shè)置有內(nèi)球面，水帽接頭13的內(nèi)螺紋與主軸5軸端的直螺紋連接緊固，墊環(huán)10、緩沖套11、上耐磨套12依次裝置在主軸殼體7外螺紋端面與水帽接頭13之間的主軸5外圓上，上耐磨套8的內(nèi)孔還與水帽接頭13的外圓配合，O型密封圈1114裝置于水帽接頭13外圓上設(shè)置的溝槽內(nèi)，防沙密封套15、擋圈16依次裝置在水帽接頭13內(nèi)球面一端的臺(tái)肩處。如圖3所示，所述沖擊機(jī)構(gòu)2中，沖擊殼體17的內(nèi)孔設(shè)置成兩端直徑大于中間直徑的臺(tái)階狀，兩端頭均為內(nèi)螺紋，沖擊頭18、活塞19、緩沖彈簧20、彈簧座21、端蓋22、減磨套28、活塞端蓋29、液壓缸31、靜換向閥芯32、調(diào)整壓套33、動(dòng)換向閥芯34、球座35均裝置在沖擊殼體17 —端的孔中；沖擊頭18 —端為外球面，外圓帶有扶正條，另一端設(shè)置的內(nèi)螺紋與活塞19的桿部端頭外螺紋連接，活塞19的由桿部和頭部構(gòu)成， 頭部設(shè)置有小O型密封圈II 27和減磨套28，并用活塞端蓋29和大六角螺釘30壓緊。液壓缸31由第一缸筒和第二缸筒連接成一體結(jié)構(gòu),且所述第一缸筒在上,所述第二缸筒在下倒置，第一缸筒的孔徑的大于第二缸筒的孔徑，即液壓缸31內(nèi)部呈現(xiàn)為設(shè)置為兩種孔徑的相對(duì)接的同心圓柱孔，在第二缸筒內(nèi)壁上靠近第一缸筒的位置設(shè)置有溝槽，溝槽內(nèi)設(shè)置有小O型密封圈I 26,第二缸筒軸心孔與活塞桿部配合,第一缸筒內(nèi)孔與活塞頭部配合。端蓋22設(shè)置在第二缸筒的端面處，用小內(nèi)六角螺釘24固定，如圖15 18所示，第一缸筒311的根部及近端口(即第一缸筒上下兩端)處分別相對(duì)設(shè)置有進(jìn)出液口 63，液壓缸第一缸筒311外圓面上(外表面)沿軸向設(shè)置有兩兩相對(duì)的四個(gè)槽(槽形流體通道)，其中兩個(gè)相對(duì)的槽分別與上述的兩個(gè)進(jìn)出液口 63相通，構(gòu)成流體換向通道64 ;第二缸筒312的端面偏離軸心處設(shè)置有三個(gè)軸向孔，其中兩個(gè)軸向孔相對(duì)設(shè)置，并分別與第一缸筒311液壓缸31外圓上另外兩個(gè)相對(duì)的槽相通，構(gòu)成流體排出通道65，另一個(gè)軸向孔成臺(tái)階狀，并與位于第一缸筒312下端根部的進(jìn)出液口 63相通，該孔中設(shè)置有小閥座40、小閥芯41和小閥彈簧42構(gòu)成的第一限壓裝置，小閥座和小閥芯的接觸面為圓錐面結(jié)構(gòu)。所述沖擊機(jī)構(gòu)2中還包括端蓋22，穿套于活塞19上，且覆蓋于第二缸筒下端口。實(shí)際上，端蓋22的端面上也設(shè)置有與第二缸筒端面三個(gè)小孔相對(duì)應(yīng)三個(gè)通孔。所述旋轉(zhuǎn)換向閥設(shè)置在液壓筒31的上方，包括靜換向閥芯32和動(dòng)換向閥芯34，動(dòng)換向閥芯設(shè)置32在動(dòng)換向閥芯34上方，且與動(dòng)換向閥芯34平面接觸。其中，靜換向閥芯32位于第一缸筒上端,與該第一缸筒配合的部分設(shè)置有小O型密封圈1127,靜換向閥芯32外圓上設(shè)置有一個(gè)O型密封圈11123，靜換向閥芯32上與液壓缸內(nèi)孔的配合端設(shè)置了由大耐沖蝕套36、大閥彈簧37、大閥芯38、大閥座39構(gòu)成的第二限壓裝置，大閥座39與靜換向閥芯32螺紋連接，大閥座39與大閥芯38接觸面為圓錐面結(jié)構(gòu)，大耐沖蝕套36的小孔表面具有較高的硬度，能夠保護(hù)靜換向閥芯32軸心孔不被高壓鉆井液沖蝕；靜換向閥芯32與動(dòng)換向閥芯34接觸面均為平面，動(dòng)換向閥芯34與球座35用小內(nèi)六角螺釘24固定，球座軸心為通孔，遠(yuǎn)離動(dòng)換向閥芯34 —端為內(nèi)球面，調(diào)整壓套33位于動(dòng)換向閥芯34外圓處，一端面與靜換向閥芯32接觸。所述靜換向閥芯32的軸心處設(shè)置有軸心通孔，其本體上另設(shè)置有四個(gè)兩兩對(duì)稱的軸向通孔。其中一對(duì)孔在上端(與動(dòng)換向閥芯34相接觸的平面端)通過(guò)設(shè)置在平面端的槽連通，該對(duì)通孔在下端與液壓缸31外圓上構(gòu)成流體排出通道的兩個(gè)槽分別對(duì)應(yīng)連通；另外一對(duì)通孔則分別與液壓缸31外圓上構(gòu)成流體換向通道的兩個(gè)槽對(duì)應(yīng)連通。動(dòng)換向閥芯34兩端軸心處均設(shè)置有直徑不同的沉孔，與靜換向閥芯32接觸的一端對(duì)稱設(shè)置有一個(gè)盲孔和一個(gè)通孔，盲孔通過(guò)方形槽與該端的沉孔連通。所述沖擊機(jī)構(gòu)2中，動(dòng)換向閥芯34上的通孔與靜換向閥芯32上任何一個(gè)軸向通孔連通時(shí)，液體便可流入該通道，動(dòng)換向閥芯34上的盲孔與靜換向閥芯32上任何一個(gè)軸向通孔連通時(shí)，液體便可由該盲孔和靜換向閥芯32端面的方槽進(jìn)入上述的流體排出通道，當(dāng)動(dòng)換向閥芯34連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)液壓缸31上(第一缸筒根部)兩個(gè)進(jìn)出液口的交替進(jìn)液和排液，就可迫使活塞19作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而流體排出通道和兩處限壓裝置能夠保持液體的排出始終處于連續(xù)暢通狀態(tài)。圖4為圖3的右視圖。如圖5所示,所述定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3中，包括驅(qū)動(dòng)鍵43、螺釘44、定軸46、下動(dòng)滑動(dòng)軸承47、靜滑動(dòng)軸承48、隔套49、壓簧座50、壓簧51、推力軸承52、滑動(dòng)鍵53、上動(dòng)滑動(dòng)軸承54、調(diào)整套55均位于定軸殼體45孔內(nèi)，定軸46為階梯軸，軸心為通孔，大頭端部為外球面，外圓上設(shè)置有兩個(gè)鍵槽，鍵槽內(nèi)設(shè)置有內(nèi)螺紋，另一端頭部和中間處各設(shè)置有一處外螺紋， 離端頭螺紋較近處對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)鍵槽，驅(qū)動(dòng)鍵43用螺釘44固定于定軸大頭端的鍵槽內(nèi)，下動(dòng)滑動(dòng)軸承47與定軸中間處的螺紋固定，上動(dòng)滑動(dòng)軸承54與定軸軸頭端的外螺紋連接固定，兩個(gè)靜滑動(dòng)軸承分別與上、下動(dòng)滑動(dòng)軸承配合，形成兩個(gè)徑向推力軸承52。所述推力軸承52由內(nèi)圈、若干鋼球和外圈構(gòu)成，并設(shè)置在定軸上離上動(dòng)滑動(dòng)軸承較近處，其內(nèi)圈與定軸46配合處設(shè)置有兩個(gè)滑動(dòng)鍵53，壓簧座50、壓簧51設(shè)置在推力軸承內(nèi)圈與下動(dòng)滑動(dòng)軸承之間，隔套49、推力軸承外圈設(shè)置在兩個(gè)靜滑動(dòng)軸承之間，調(diào)整套55位于與上動(dòng)滑動(dòng)軸承外圓配合的靜滑動(dòng)軸承的外端面處。如圖6所示，所述馬達(dá)機(jī)構(gòu)4包括定子60、轉(zhuǎn)子59、與轉(zhuǎn)子59相連接的萬(wàn)向結(jié)構(gòu)和與上接頭62;所述轉(zhuǎn)子59的軸心設(shè)置有通孔，上端設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述萬(wàn)向結(jié)構(gòu)由萬(wàn)向節(jié)56、接箍57和撓軸58螺紋連接而成，萬(wàn)向節(jié)56優(yōu)先選取傳動(dòng)穩(wěn)定的球鉸式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子59與定子60為擺線式配合形式，屬于擺線式螺桿馬達(dá)，其定子60的轉(zhuǎn)速與馬達(dá)排量呈線性關(guān)系，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定易于控制，轉(zhuǎn)子59軸心孔上端為內(nèi)螺紋。撓軸58為桿狀結(jié)構(gòu)，其兩端及離上端較近處分別設(shè)置有外螺紋，撓軸58穿過(guò)轉(zhuǎn)子59軸心孔，其離上端較近處的外螺紋與所述轉(zhuǎn)子59上部的內(nèi)螺紋連接緊固，上接頭62 —端為外螺紋，一端為內(nèi)螺紋，軸心孔為臺(tái)階孔，定子60上端內(nèi)螺紋與上接頭62的外螺紋連接，撓軸58上端桿部插入上接頭62軸心孔，防掉螺母61與撓軸58上端頭部螺紋連接，此結(jié)構(gòu)為常用的防掉結(jié)構(gòu)；在所述的萬(wàn)向結(jié)構(gòu)中，由于撓軸58中間桿部直徑較轉(zhuǎn)子59的軸心孔小，且充分利用了轉(zhuǎn)子59的長(zhǎng)度，因此撓軸58的彎曲變形為彈性變形，而且對(duì)接箍57產(chǎn)生的徑向力很小。采用萬(wàn)向節(jié)和撓軸組合的萬(wàn)向結(jié)構(gòu)同樣能大幅度減小定軸受到的徑向力，增加萬(wàn)向結(jié)構(gòu)的靈活性和穩(wěn)定性。本發(fā)明實(shí)施例所述沖擊鉆具中，主軸殼體7外螺紋與沖擊殼體17下端內(nèi)螺紋連接，沖擊殼體上端內(nèi)螺紋與定軸殼體45的外螺紋連接，定軸46的軸頭外球面與球座35的內(nèi)球面接觸，驅(qū)動(dòng)鍵43伸出定軸鍵槽的一段伸入球座外圓上的槽中，設(shè)置在下動(dòng)滑動(dòng)軸承和推力軸承內(nèi)圈之間的壓簧51的通過(guò)自身彈力保持靜換向閥芯32和動(dòng)換向閥芯34接觸平面的密封，定軸殼體7與定子60的外螺紋連接，萬(wàn)向節(jié)56與上動(dòng)滑動(dòng)軸承54的內(nèi)螺紋連接。所述液動(dòng)沖擊鉆具中，緩沖套11、防沙密封套15及主軸機(jī)構(gòu)中設(shè)置的其它O型密封圈能夠有效防止鉆井液進(jìn)入主軸5和主軸殼體7的配合處，保護(hù)主軸5和主軸殼體7不被鉆井液沖蝕，另外也能大大減少?zèng)_擊時(shí)對(duì)鉆具殼體產(chǎn)生的反沖力。所述沖擊鉆具中，由于沖擊結(jié)構(gòu)位于鉆具的下端，且沖擊頭18運(yùn)動(dòng)速度較高，作用到水帽接頭13上的沖量較大，因此活塞上只需消耗較小液體壓力，就能保證鉆具主軸5帶動(dòng)鉆頭對(duì)地層產(chǎn)生理想的沖擊碎石效果和鉆進(jìn)速度，另外本鉆具使用不同結(jié)構(gòu)的鉆頭就能對(duì)各種地層進(jìn)行鉆進(jìn)，故鉆具的適應(yīng)范圍廣，鉆井效率高。圖7為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，與圖I顯示的實(shí)施例不同之處是用葉輪馬達(dá)4代替了圖I顯示的實(shí)施例中的馬達(dá)機(jī)構(gòu)4 (擺線式螺桿馬達(dá))，其它機(jī)構(gòu)不變。圖8顯示了圖7中葉輪馬達(dá)4的主剖面結(jié)構(gòu)，由花鍵套5、葉輪軸6、馬達(dá)殼體7、靜葉輪8、動(dòng)葉輪9、靜扶正軸承10、動(dòng)扶正軸承11、壓緊螺母12、靜壓套13、防掉螺母14、上接頭15構(gòu)成。在圖8中，所述的葉輪軸6為階梯軸，下端軸頭為外花鍵，上端桿部和軸頭處各設(shè)·置有一處外螺紋，若干個(gè)靜葉輪8和動(dòng)葉輪9交錯(cuò)相疊套于葉輪軸6靠近下端軸肩處的桿部，通過(guò)壓緊螺母12與葉輪軸6上端桿部的螺紋連接將動(dòng)扶正軸承11和相疊的若干動(dòng)葉輪9壓緊在葉輪軸6上，上接頭15外螺紋與馬達(dá)殼體7上端內(nèi)螺紋連接，通過(guò)設(shè)置在靜葉輪8上端的靜扶正軸承10和靜壓套13將若干個(gè)靜葉輪5壓緊在馬達(dá)殼體7內(nèi)孔中，所述的花鍵套5 —端為外螺紋，軸心孔設(shè)置成內(nèi)花鍵，其內(nèi)花鍵與葉輪軸6上的外花鍵配合，夕卜螺紋端與上述定軸機(jī)構(gòu)3中的上動(dòng)滑動(dòng)軸承54上端的內(nèi)螺紋連接緊固。參閱圖9 14所示，靜葉輪8和動(dòng)葉輪9在其內(nèi)孔及外圓之間的環(huán)狀體上均等分設(shè)置有與軸心線成一定夾角的葉片，靜葉輪8和動(dòng)葉輪9上的葉片數(shù)量相差一片至三片，且靜葉輪8和動(dòng)葉輪9上的葉片與軸線的夾角方向相反，二者端面及內(nèi)外圓均保持間隙配合。所述的動(dòng)扶正軸承11在內(nèi)孔和外圓之間設(shè)置有多個(gè)軸向通孔，作為流體通道。在圖7中，當(dāng)鉆井液進(jìn)入葉輪馬達(dá)4時(shí)，由于動(dòng)葉輪9和靜葉輪8上的葉片與軸線的夾角方向相反，在靜葉輪8的葉片上遇阻的流體對(duì)動(dòng)葉輪9的葉片產(chǎn)生軸向和周向推力，周向推力迫使動(dòng)葉輪9帶動(dòng)葉輪軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)上述定軸46驅(qū)動(dòng)上述的旋轉(zhuǎn)換向閥換向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例顯示的沖擊鉆具的沖擊作用。該實(shí)施例中，由于葉輪8和動(dòng)葉輪9均為金屬材料，其突出優(yōu)點(diǎn)是鉆具的沖擊頻率及聞，鉆進(jìn)速度也很聞，且能夠在超聞溫深井中實(shí)現(xiàn)鉆井。與前一個(gè)實(shí)施例相比，該實(shí)施例顯示的沖擊鉆具由于葉輪馬達(dá)的轉(zhuǎn)速很高，沖擊頻率極高，會(huì)造成包括葉輪、旋轉(zhuǎn)換向閥在內(nèi)的所有傳動(dòng)件的磨損加劇，也會(huì)減少鉆具中沖擊零部件的疲勞壽命以及鉆頭的使用壽命，使鉆具的壽命和可靠性受到限制。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)在所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.ー種沖擊鉆具，包括外殼體；馬達(dá)機(jī)構(gòu)、與所述馬達(dá)機(jī)構(gòu)連接的定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、產(chǎn)生沖擊作用的沖擊機(jī)構(gòu)和用于安裝鉆頭的主軸機(jī)構(gòu)，依次設(shè)置在所述外殼體內(nèi)；其特征在于， 所述沖擊機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的下方，所述主軸機(jī)構(gòu)的上方，所述沖擊機(jī)構(gòu)包括液壓活塞裝置、旋轉(zhuǎn)換向閥和第一、第二限壓裝置，所述液壓活塞裝置包括液壓缸和活塞； 所述馬達(dá)機(jī)構(gòu)在鉆井液壓力作用下旋轉(zhuǎn)，通過(guò)所述定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使所述旋轉(zhuǎn)換向閥換向，以改變所述液壓缸進(jìn)出口的流體流動(dòng)方向，使所述活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使沖擊機(jī)構(gòu)對(duì)所述主軸機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沖擊鉆具，其特征在于，所述液壓缸由第一缸筒和第二缸筒連接而成，且所述第一缸筒在上，所述第二缸筒在下倒置，所述第一缸筒的孔徑大于所述第ニ缸筒的孔徑； 所述第一缸筒上下兩端各設(shè)置有一個(gè)進(jìn)出液ロ，所述第二缸筒的下端偏離軸心處設(shè)置有三個(gè)軸向孔，其中的一個(gè)所述軸向孔與第一缸筒下端的進(jìn)出液ロ相通，另外兩個(gè)所述軸向孔對(duì)稱于軸心線分布，為所述液壓缸筒的出液ロ ； 所述液壓缸的外圓上沿軸向設(shè)置有四條兩兩相對(duì)的槽形流體通道，其中一對(duì)相對(duì)的所述槽型流體通道分別與所述兩個(gè)進(jìn)出液ロ相通，構(gòu)成流體換向通道，另外ー對(duì)所述槽型流體通道分別與位于所述第二缸筒上的兩個(gè)關(guān)于軸線對(duì)稱分布的出液ロ連通，構(gòu)成流體排出通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的沖擊鉆具，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)換向閥設(shè)置在所述液壓筒的上方，包括靜換向閥芯和動(dòng)換向閥芯，所述動(dòng)換向閥芯設(shè)置在所述動(dòng)換向閥芯上方，且與所述動(dòng)換向閥芯平面接觸； 所述靜換向閥芯的軸心處設(shè)置有軸心通孔，其本體上另設(shè)置有四個(gè)軸向的通孔，該四個(gè)通孔到軸心的距離相等，呈兩兩対稱的形態(tài)分布； 其中一對(duì)對(duì)稱的所述通孔通過(guò)設(shè)置在靜換向閥芯上端面的槽連通，且該對(duì)通孔的下端分別與所述液壓缸的外圓面上構(gòu)成流體排出通道的兩個(gè)槽形流體通道對(duì)應(yīng)連通； 另外ー對(duì)對(duì)稱的所述通孔則在下端分別與所述液壓缸的外圓面上構(gòu)成流體換向通道的兩個(gè)槽形流體通道對(duì)應(yīng)連通； 所述動(dòng)換向閥芯兩端的端面的軸心處分別設(shè)置有ー個(gè)沉孔，在與所述靜換向閥芯相接觸的一端的端面上還設(shè)置有軸向的一個(gè)通孔和一個(gè)盲孔，所述通孔和所述盲孔關(guān)于所述動(dòng)換向閥芯的軸線相對(duì)稱，所述盲孔通過(guò)ー個(gè)槽與位于同一端面的所述沉孔相通，所述通孔與另一端面的所述沉孔相通，它們到軸心的距離等干與所述靜換向閥芯接觸面上所述通孔到軸心的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的沖擊鉆具，其特征在于，所述沖擊機(jī)構(gòu)還包括第一限壓裝置和第二限壓裝置，所述第一限壓裝置和第二限壓裝置均由閥座、閥芯和彈簧組成； 所述第二缸筒下方還設(shè)置有一個(gè)端蓋，該端蓋上除設(shè)置有供所述活塞的桿部貫穿的軸心孔外，還設(shè)置有三個(gè)通孔，其中第一、第二通孔分別與所述的第二缸筒下端的兩個(gè)所述出液ロ連通，第三通孔與所述第二缸筒上連通所述第一缸筒下端的所述進(jìn)出液ロ相通。
所述第一限壓裝置位于所述第二缸筒上與第一缸筒下端進(jìn)出液ロ相通的軸心通孔中，所述第一限壓裝置的進(jìn)液ロ與位于所述第一缸筒下端的所述進(jìn)出液ロ連通，出液ロ與位于所述端蓋上的所述第三通孔連通； 所述第二限壓裝置設(shè)置于所述靜換向閥芯和所述液壓缸之間，所述第二限壓裝置的出液ロ與所述靜換向閥芯的所述軸心通孔相通，進(jìn)液ロ與所述液壓缸的上端內(nèi)部相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的沖擊鉆具，其特征在于，所述沖擊機(jī)構(gòu)還包括沖擊頭，設(shè)置在所述主軸機(jī)構(gòu)的上方，所述沖擊頭的下端呈現(xiàn)球面，上端與所述活塞的下端相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沖擊鉆具,其特征在于,所述外殼體包括主軸殼體,所述主軸機(jī)構(gòu)和主軸殼體間以花鍵連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沖擊鉆具，其特征在于，所述主軸機(jī)構(gòu)包括主軸，水帽接頭，圓環(huán)狀的緩沖套和圓環(huán)狀的防沙密封套； 所述主軸的軸心設(shè)置有通孔，一端設(shè)置有連接鉆頭的螺紋，另一端與所述水帽接頭螺紋連接，所述水帽接頭在與所述主軸連接的一端的外表面設(shè)置有臺(tái)肩； 所述外殼體包括主軸殼體和沖擊殼體，所述緩沖套外套在所述主軸上，位于所述主軸與所述水帽接頭之間，所述防沙密封套設(shè)置在所述水帽接頭外表面的臺(tái)肩處，所述緩沖套和防沙密封套的外圓均與所述沖擊殼體的內(nèi)表面接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沖擊鉆具，其特征在于，所述在馬達(dá)機(jī)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子和與所述轉(zhuǎn)子相連接的萬(wàn)向結(jié)構(gòu)； 所述轉(zhuǎn)子的軸心設(shè)置有通孔，所述萬(wàn)向結(jié)構(gòu)是由萬(wàn)向節(jié)和撓軸通過(guò)接箍螺紋連接而成，所述撓軸為圓桿形狀，所述撓軸穿過(guò)所述轉(zhuǎn)子軸心處的通孔，所述撓軸與所述轉(zhuǎn)子的上端螺紋連接后固定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種沖擊鉆具，涉及一種鉆具，解決了現(xiàn)有鉆具對(duì)深井硬地層鉆進(jìn)效率低的問(wèn)題。本發(fā)明所述沖擊鉆具，包括主軸機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和馬達(dá)機(jī)構(gòu)，其主軸機(jī)構(gòu)位于鉆具的最下端，主軸機(jī)構(gòu)的上端與產(chǎn)生沖擊作用的沖擊機(jī)構(gòu)相連，其中，沖擊機(jī)構(gòu)包括液壓活塞裝置、旋轉(zhuǎn)換向閥和限壓裝置，馬達(dá)機(jī)構(gòu)位于該鉆具的最上端，主要由馬達(dá)和撓軸式萬(wàn)向機(jī)構(gòu)構(gòu)成。工作時(shí)，該鉆具由外部動(dòng)力機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，鉆井液驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的定軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使旋轉(zhuǎn)換向閥換向，進(jìn)而改變液壓缸進(jìn)出口的流體流動(dòng)方向，使活塞產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將鉆井液的液壓能轉(zhuǎn)化為活塞對(duì)主軸的沖擊能，使主軸產(chǎn)生軸向沖擊運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)E21B1/26GK102852455SQ20121037025
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者李少江 申請(qǐng)人:李少江, 翟常忠