將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，縱向振動(dòng)總成包括傳振軸，傳振軸連接有限位套和花健體，傳振軸的底部連接有起振器，起振器上設(shè)置有沖耳；復(fù)位傳扭總成包括有花鍵外殼、彈簧、過渡接頭、沖擊器外殼，彈簧的上部、下部分別于限位套的下部和過渡接頭的上部相接觸；扭力發(fā)生傳遞總成包括有沖擊錘，沖擊錘設(shè)置在鉆頭座內(nèi)，沖擊錘內(nèi)設(shè)置有螺旋槽，沖耳與螺旋槽相配合；花鍵外殼內(nèi)設(shè)置有內(nèi)花鍵，花鍵體與內(nèi)花鍵相配合；沖擊器外殼的下端設(shè)有殼體花鍵，鉆頭座的下端設(shè)有座體花鍵，殼體花鍵和座體花鍵相配合。本發(fā)明能夠?qū)@井過程中有害的鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為作用于鉆頭的周向高頻扭轉(zhuǎn)沖擊振動(dòng)，提高了機(jī)械鉆速。
【專利說明】將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鉆井工程領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于石油、天然氣鉆井作業(yè)中的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代能源開發(fā)戰(zhàn)略對(duì)鉆井速度與質(zhì)量的要求越來越高。在鉆進(jìn)深部具有高研磨性的地層時(shí)，依靠改變破巖效率、節(jié)省起下鉆時(shí)間來提高鉆井效率的主力鉆頭一一PDC鉆頭鉆進(jìn)時(shí)存在嚴(yán)重的“粘滑”(stick-slip)振動(dòng)現(xiàn)象，該現(xiàn)象使得鉆柱配套部件及井下工具組合受力工況惡劣，疲勞壽命低，從而限制甚至阻礙了深井、超深井的進(jìn)一步發(fā)展。
[0003]圍繞鉆進(jìn)過程中，由于粘滑現(xiàn)象導(dǎo)致的鉆具失效及機(jī)械鉆速下降的問題，國內(nèi)外通過現(xiàn)場應(yīng)用和研宄表明，可以通過在鉆頭上周期性地施加小幅高頻扭轉(zhuǎn)沖擊來降低鉆頭的失效率和提高鉆進(jìn)速度，由此設(shè)計(jì)了多種扭力沖擊器來實(shí)現(xiàn)為PDC鉆頭施加周向高頻沖擊載荷的目的，主要包括:美國阿特拉公司的扭力沖擊器(專利號(hào):US6742609B2)、美國哈里伯頓能源服務(wù)公司的扭轉(zhuǎn)沖擊系統(tǒng)(專利號(hào):US7096980B2)、西南石油大學(xué)的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具(申請?zhí)?200910058083.9)、中國石化集團(tuán)勝利工程有限公司鉆井工藝研宄院的扭沖工具(申請?zhí)?201010511421.2)和中國石油大學(xué)(華東)的射流式扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具(申請?zhí)?201010511421.2)等。雖然這些裝置的結(jié)構(gòu)各異，但具有共同的特點(diǎn):扭力沖擊的工作能量來源于鉆井循環(huán)介質(zhì)。
[0004]實(shí)踐表明:隨著井深的增加，鉆井循環(huán)介質(zhì)壓耗增大，當(dāng)井深很大時(shí)，可能出現(xiàn)循環(huán)介質(zhì)僅能滿足循環(huán)攜巖的要求，上述裝置工作狀態(tài)會(huì)大受影響，極可能出現(xiàn)無法正常工作甚至影響鉆井作業(yè)進(jìn)行的可能；當(dāng)鉆井循環(huán)介質(zhì)為空氣或者充氣鉆井液等可壓縮系數(shù)較大的介質(zhì)時(shí)，上述裝置均難以正常工作。因此，研發(fā)利用新能源的井下扭力沖擊發(fā)生裝置對(duì)于株井、超株井扭力沖擊鉆井提速非常有意義。
[0005]鉆柱的振動(dòng)現(xiàn)象是在直井鉆井中經(jīng)常遇到的復(fù)雜情況，而鉆柱振動(dòng)中縱向振動(dòng)是危害最明顯、發(fā)生最頻繁的振動(dòng)形式，它不僅影響到鉆井施工的效率，還會(huì)造成鉆柱的斷裂破壞等事故，影響了鉆井作業(yè)的進(jìn)程。減輕鉆柱的振動(dòng)尤其是直井中的縱向振動(dòng)其意義就變得不容忽視。如果能將鉆柱縱向振動(dòng)這種有害能量轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)井下扭力沖擊發(fā)生裝置新能源，對(duì)于減輕由于鉆柱振動(dòng)造成的損失提高鉆井速度都會(huì)具有積極的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，通過裝置內(nèi)部發(fā)生結(jié)構(gòu)，將鉆井過程中有害的鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為作用于鉆頭的周向高頻扭轉(zhuǎn)沖擊振動(dòng)，從而提高機(jī)械鉆速。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，包括有縱向振動(dòng)總成、復(fù)位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成；
縱向振動(dòng)總成包括傳振軸，所述傳振軸連接有限位套和花健體，所述傳振軸的底部連接有起振器，所述起振器上設(shè)置有沖耳；
所述復(fù)位傳扭總成包括有花鍵外殼、彈簧、過渡接頭、沖擊器外殼，所述彈簧的上部與限位套的下部相接觸，所述彈簧的下部與過渡接頭的上部相接觸；
所述扭力發(fā)生傳遞總成包括有沖擊錘，所述沖擊錘設(shè)置在鉆頭座內(nèi)，所述沖擊錘內(nèi)設(shè)置有螺旋槽，所述起振器的沖耳與沖擊錘的螺旋槽相配合；
所述花鍵外殼內(nèi)設(shè)置有內(nèi)花鍵，花鍵體與內(nèi)花鍵相配合；
所述沖擊器外殼的下端設(shè)有殼體花鍵，所述鉆頭座的下端設(shè)有座體花鍵，殼體花鍵和座體花鍵相配合。
[0008]進(jìn)一步地，所述復(fù)位傳扭總成還包括有密封壓蓋和彈簧外殼；
所述花鍵外殼的頂端安裝有密封壓蓋，所述彈簧外殼的外徑與緊扣圓柱面的外徑相同；所述彈簧外殼的上部與花鍵外殼螺紋聯(lián)接，彈簧外殼的中部還開有排氣孔；彈簧外殼的下部與過渡接頭的上部螺紋聯(lián)接，所述過渡接頭的下部與沖擊器外殼螺紋聯(lián)接；所述彈簧設(shè)置在彈簧外殼內(nèi)，所述彈簧為復(fù)位彈簧，所述復(fù)位彈簧的上部、下部分別與限位套的下平面、過渡接頭的上平面相接觸。
[0009]進(jìn)一步地，所述扭力發(fā)生傳遞總成還包括有止推軸承限位套、上止推軸承下止推軸承和防掉塊；
所述沖擊器外殼與鉆頭座相固定并在內(nèi)部形成空腔，所述空腔的內(nèi)部由上到下依次為止推軸承限位套、上止推軸承、沖擊錘和下止推軸承。
[0010]進(jìn)一步地，所述沖擊器外殼上設(shè)有四個(gè)殼體防掉槽和四個(gè)螺栓孔；
所述鉆頭座上設(shè)有四個(gè)座體防掉槽，防掉塊能夠壓縮于座體防掉槽內(nèi)，所述座體防掉槽內(nèi)設(shè)有小彈簧并與防掉塊連接；
在座體防掉槽移動(dòng)到殼體防掉槽處形成空腔時(shí)，小彈簧釋放并將防掉塊推向殼體防掉槽內(nèi)。
[0011]進(jìn)一步地，所述止推軸承定位套的上部頂緊過渡接頭的軸肩，止推軸承定位套的下部壓緊上止推軸承。
[0012]進(jìn)一步地，起振器的外部上端設(shè)有沖耳，起振器的外部下端設(shè)有密封槽，沖耳的上端面到密封槽的長度大于沖擊錘的高度。
[0013]進(jìn)一步地，所述沖擊錘的外部設(shè)置有錘頭，所述螺旋槽為兩個(gè)左旋的螺旋槽，所述螺旋槽為沖耳的滑道。
[0014]進(jìn)一步地，所述沖擊錘的高度與傳振軸的沖程相同，螺旋槽的螺旋角與沖擊錘的旋轉(zhuǎn)角度相同。
[0015]本發(fā)明具有的有益效果是:
(1)實(shí)現(xiàn)了由鉆柱軸向振動(dòng)到鉆頭周向高頻振動(dòng)的轉(zhuǎn)化，并且振動(dòng)頻率可根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速得到，這樣就能使鉆柱的扭矩保持基本穩(wěn)定和平衡，降低了鉆柱的扭轉(zhuǎn)震蕩，延長了鉆頭、鉆柱等配套部件的使用壽命；
(2)該裝置產(chǎn)生的高頻扭轉(zhuǎn)沖擊直接作用于PDC鉆頭，大大消除了PDC鉆頭的粘滑現(xiàn)象，既保護(hù)了鉆頭又提高了機(jī)械鉆速；
(3)該裝置的工作能量來源于鉆柱振動(dòng)，能量隨著井深的增加而增加，且裝置減小了鉆柱縱向振動(dòng)產(chǎn)生的危害； (4)該裝置的工作對(duì)鉆井液的循環(huán)不構(gòu)成影響，即使工具失效，鉆進(jìn)作業(yè)及鉆井液循環(huán)亦可繼續(xù)進(jìn)行；
(5)該裝置可應(yīng)用于各種鉆井作業(yè)之中，包括:欠平衡鉆井、空氣鉆井及平衡鉆井等；
(6)該裝置結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，使用過程不會(huì)為鉆井作業(yè)帶來附加風(fēng)險(xiǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置初始位置圖；
圖2是將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，承受最大下沖擊力時(shí)狀態(tài)圖；
圖3是圖1的局部圖；
圖4是圖2的局部圖；
圖5是傳振軸示意圖；
圖6是圖1中的A-A尚]面不意圖；
圖7是圖1中的B-B剖面示意圖；
圖8是圖2中的E-E剖面示意圖；
圖9是沖擊錘的剖面示意圖；
圖10是沖擊錘的俯視圖；
圖11是圖1中的C-C剖面示意圖；
圖12是圖1中的D-D剖面示意圖；
圖13是起振器的剖面示意圖。
[0017]圖中:1、傳振軸，101、緊扣圓柱面，102、滑動(dòng)密封面，103、花鍵體，104、限位螺紋，105、彈簧內(nèi)支撐圓柱面，106、連接螺紋，2、密封壓蓋，3、花鍵腔密封總成，4、花鍵外殼，5、限位套，6、彈簧外殼，7、彈簧，8、彈簧腔密封總成，9、過渡接頭，10、分隔密封，11、沖擊器外殼，12、止推軸承限位套，13、密封圈，14、上止推軸承，15、起振器，1501、沖耳，1502、密封槽，16、沖擊錘，1601、錘頭，1602、螺旋槽，17、下止推軸承，18、起振器密封圈，19、鉆頭座，20、鉆頭座密封圈，21、防掉塊，22、殼體花鍵，23、座體花鍵，24、小彈簧，25、螺栓孔，26、正沖擊面，27、反沖擊面，28、殼體防掉槽，29、座體防掉槽。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0019]如圖1-4所示，本發(fā)明提供一種將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，包括有縱向振動(dòng)總成、復(fù)位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成。
[0020]縱向振動(dòng)總成包括傳振軸1，所述傳振軸I連接有限位套5和花健體103，所述傳振軸I的底部連接有起振器15，所述起振器15上設(shè)置有沖耳1501。
[0021]所述復(fù)位傳扭總成包括有花鍵外殼4、彈簧7、過渡接頭9、沖擊器外殼11，所述彈簧7的上部與限位套5的下部相接觸，所述彈簧7的下部與過渡接頭9的上部相接觸。傳振軸I可以在復(fù)位傳扭總成的內(nèi)部腔室中，軸向移動(dòng)一定距離，其向上移動(dòng)的距離受限位套5的限制，其向下移動(dòng)的距離受彈簧7壓縮量的限制。
[0022]所述扭力發(fā)生傳遞總成包括有沖擊錘16，所述沖擊錘16設(shè)置在鉆頭座19內(nèi)，所述沖擊錘16內(nèi)設(shè)置有螺旋槽1602，所述起振器15的沖耳1501與沖擊錘16的螺旋槽1602
相配合。
[0023]所述花鍵外殼4內(nèi)設(shè)置有內(nèi)花鍵，花鍵體103與內(nèi)花鍵相配合，將傳振軸I的旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞給復(fù)位傳扭總成，所述沖擊器外殼11的下端設(shè)有殼體花鍵22，所述鉆頭座19的下端設(shè)有座體花鍵23，殼體花鍵22和座體花鍵23相配合，將旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞給鉆頭座19，進(jìn)一步作用于鉆頭。
[0024]當(dāng)鉆柱向下振動(dòng)時(shí)，起振器15相對(duì)于復(fù)位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成向下運(yùn)動(dòng)，由于起振器15上的沖耳1501位于沖擊錘16上的螺旋槽1602中，當(dāng)起振器15帶動(dòng)沖耳1501向下運(yùn)動(dòng)時(shí)壓迫沖擊錘螺旋槽1602，從而促使沖擊錘16在有限的空間內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
[0025]當(dāng)沖耳1501運(yùn)行到一定位置時(shí)，此時(shí)沖擊錘16的正沖擊面26沖擊鉆頭座19，鉆頭座19承受轉(zhuǎn)盤扭矩的同時(shí)還產(chǎn)生周向扭力沖擊振動(dòng)。
[0026]當(dāng)鉆柱在彈簧7作用下，向上振動(dòng)時(shí)，起振器15相對(duì)于復(fù)位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成向上運(yùn)動(dòng)，起振器15上的沖耳1501促使沖擊錘16在有限的空間內(nèi)產(chǎn)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)沖擊錘16的反沖擊面27沖擊鉆頭座19。
[0027]通過鉆柱的上下周期性振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了由起振器15的上下運(yùn)動(dòng)到?jīng)_擊錘16的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)沖擊，達(dá)到了緩解PDC鉆頭鉆進(jìn)高研磨地層時(shí)的粘滑現(xiàn)象，減輕了由于鉆柱縱向振動(dòng)產(chǎn)生的危害，提高了機(jī)械鉆速。
[0028]如圖5所示，所述傳振軸I沿其軸線方向設(shè)有通長的圓孔，該圓孔用于鉆井液過流；傳振軸I頂端帶有鉆鋌扣，用于連接上部的鉆具組合；所述傳振軸I的外部由頂端到底端依次為緊扣圓柱面101、滑動(dòng)密封面102、花鍵體103、用于連接限位套的限位螺紋104、彈簧內(nèi)支撐圓柱面105、用于連接起振器的連接螺紋106，本實(shí)施例中，為了滿足工具的強(qiáng)度，所述滑動(dòng)密封面102為鍍鉻圓柱面，滑動(dòng)密封面102的直徑小于緊扣圓柱面101的直徑；花鍵體103的齒頂圓直徑與滑動(dòng)密封面102外徑相等，花鍵體103的齒根圓直徑大于限位螺紋104的大徑；限位螺紋104的小徑大于彈簧內(nèi)支撐圓柱面105的直徑；連接螺紋106的外徑小于彈簧內(nèi)支撐圓柱面105的直徑。
[0029]如圖1-2所示，所述復(fù)位傳扭總成包括有密封壓蓋2、花鍵外殼4、彈簧外殼6、彈簧7、過渡接頭9、沖擊器外殼11，密封壓蓋2安裝在花鍵外殼4的頂端，本實(shí)施例中，花鍵外殼4與密封壓蓋2為螺紋聯(lián)接。
[0030]本實(shí)施例中，所述的花鍵外殼4為圓柱殼體，花鍵外殼4外側(cè)的上部為密封壓蓋連接外螺紋、中部為圓柱面、下部為彈簧外殼連接外螺紋；花鍵外殼4內(nèi)側(cè)的上部為扶正圓筒、下部為內(nèi)花鍵，扶正圓筒的內(nèi)徑略大于滑動(dòng)密封面102的外徑；
如圖6所示，內(nèi)花鍵與傳振軸I的花鍵體103相配合，形成花鍵潤滑液腔，并將傳振軸I的旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞給復(fù)位傳扭總成，傳振軸I可相對(duì)于花鍵外殼4上下滑動(dòng)；花鍵外殼4中部開有注油孔，注油孔用于向花鍵潤滑液腔內(nèi)注入潤滑液，注油孔內(nèi)安裝注油孔堵頭，用于防止?jié)櫥毫鞒觥?br> [0031]花鍵外殼4的頂端內(nèi)側(cè)設(shè)有花鍵腔密封總成3，花鍵腔密封總成3用于防止花鍵潤滑液腔內(nèi)的潤滑油流入環(huán)空。
[0032]密封壓蓋2的外徑與緊扣圓柱面101的外徑相等，密封壓蓋2的頂端開有圓孔，該圓孔的直徑略大于滑動(dòng)密封面102的外徑，該圓孔與滑動(dòng)密封面102形成密封允許的間隙。
[0033]密封壓蓋2的側(cè)壁內(nèi)側(cè)設(shè)有端蓋螺紋，密封壓蓋2通過端蓋螺紋與花鍵外殼4的外螺紋聯(lián)接；密封壓蓋2可以將花鍵腔密封總成3壓緊于花鍵外殼4內(nèi)，防止花鍵潤滑液腔內(nèi)的潤滑油將花鍵腔密封總成3推出。
[0034]如圖1-2所示，本實(shí)施例中，所述的彈簧外殼6為圓柱殼體，所述彈簧7設(shè)置在彈簧外殼6內(nèi)，所述彈簧外殼6的外徑與緊扣圓柱面101的外徑相同。
[0035]彈簧外殼6內(nèi)側(cè)的上部為上螺紋、中部為彈簧外支撐面、下部為下螺紋；所述彈簧外殼6的上部與花鍵外殼4螺紋聯(lián)接，彈簧外殼6的下部與過渡接頭9螺紋聯(lián)接，彈簧外支撐面的內(nèi)徑大于彈簧直徑2-6mm ;彈簧外殼6中部開有排氣孔，在向花鍵潤滑液腔內(nèi)注入潤滑液時(shí)，排氣孔用于將花鍵潤滑液腔內(nèi)部的空氣排出，排氣孔內(nèi)安裝排氣孔堵頭，排氣孔堵頭用于防止?jié)櫥毫鞒觥?br> [0036]所述彈簧7為復(fù)位彈簧，所述復(fù)位彈簧的上部、下部分別與限位套5的下平面、過渡接頭9的上平面相接觸，復(fù)位彈簧用于裝置整體的復(fù)位；彈簧7采用螺旋彈簧與液體彈簧的組合或者碟形彈簧與液體彈簧的組合。
[0037]如圖1-2所示，本實(shí)施例中，所述過渡接頭9為圓柱殼體，其外側(cè)的上部為彈簧外殼連接螺紋、中部為接頭圓柱面、下部為沖擊器外殼連接螺紋，內(nèi)側(cè)為接頭內(nèi)圓柱面，所述過渡接頭9的上部與彈簧外殼6螺紋聯(lián)接，過渡接頭9的下部與沖擊器外殼11螺紋聯(lián)接。
[0038]接頭內(nèi)圓柱面的直徑略大于彈簧內(nèi)支撐圓柱面105的外徑，接頭圓柱面的直徑與緊扣圓柱面101外徑相等，接頭內(nèi)圓柱面上下兩端分別設(shè)有兩道密封槽，上端密封槽內(nèi)設(shè)有彈簧腔密封總成8，下端密封槽內(nèi)設(shè)有分隔密封10。
[0039]如圖1-2所示，限位套5的外徑略小于彈簧外殼6彈簧外支撐面的內(nèi)徑，限位套5的外徑大于花鍵外殼4花鍵基圓(即花鍵齒底圓)的直徑，在起鉆過程中限位套5為花鍵外殼4提供向上的力，限位套5的底面為彈簧7的上支撐面。
[0040]所述扭力發(fā)生傳遞總成包括有止推軸承限位套12、上止推軸承14、沖擊錘16、下止推軸承17、鉆頭座19、防掉塊21 ；
如圖1-4所不，本實(shí)施例中，所述的沖擊器外殼11為圓柱殼體，沖擊器外殼11的外徑與緊扣圓柱面101外徑相等；其上部與過渡接頭9螺紋聯(lián)接。如圖8所示，所述沖擊器外殼11下端周向均布4個(gè)殼體花鍵22，鉆頭座19下端外側(cè)均布4個(gè)座體花鍵23，殼體花鍵22和座體花鍵23軸肩定位間隙配合，用于傳遞轉(zhuǎn)盤扭矩給鉆頭，殼體花鍵22與座體花鍵23的配合由防掉塊21定位。
[0041]如圖7、8所示，沖擊器外殼11上部圓周設(shè)有通孔，用于加注潤滑油和加注潤滑油時(shí)排出空腔內(nèi)的空氣，通孔內(nèi)安裝通孔堵頭，通孔堵頭用于防止?jié)櫥土鞒?；沖擊器外殼11和鉆頭座19兩者固定以后內(nèi)部形成空腔，空腔內(nèi)由上到下依次為止推軸承限位套12、上止推軸承14、沖擊錘16和下止推軸承17。
[0042]如圖1-4所示，所述止推軸承定位套12的外徑略小于沖擊器外殼11內(nèi)徑，其內(nèi)徑大于彈簧內(nèi)支撐圓柱面105的圓筒；所述止推軸承定位套12的上部頂緊過渡接頭9的軸肩，止推軸承定位套12的下部壓緊上止推軸承14，止推軸承限位套12用于固定上止推軸承14ο
[0043]如圖7所示，所述沖擊器外殼11上設(shè)有四個(gè)殼體防掉槽28和四個(gè)螺栓孔25 ;所述鉆頭座19上設(shè)有四個(gè)座體防掉槽29，防掉塊21能夠壓縮于座體防掉槽29內(nèi)，所述座體防掉槽29內(nèi)設(shè)有小彈簧24并與防掉塊21連接；在座體防掉槽29移動(dòng)到殼體防掉槽28處形成空腔時(shí)，小彈簧24釋放并將防掉塊21推向殼體防掉槽28內(nèi)。當(dāng)拆卸工具時(shí)，通過螺栓孔25將防掉塊21壓縮至完全位于座體防掉槽29內(nèi)，同時(shí)將沖擊器外殼11和鉆頭座19軸向錯(cuò)開達(dá)到拆卸的目的。
[0044]如圖9所示，起振器15的外部上端設(shè)有沖耳1501，起振器15的外部下端設(shè)有密封槽，沖耳1501的上端面到密封槽的長度大于沖擊錘16的高度，以保證起振器15、鉆頭座19、沖擊器外殼11和過渡接頭9組成空腔的密閉性。
[0045]如圖10、11所示，所述沖擊錘16的外部設(shè)置有錘頭1601，所述沖擊錘16的內(nèi)部布置有兩個(gè)左旋的螺旋槽1602，所述螺旋槽1602為沖耳1501的滑道。所述沖擊錘16的高度與傳振軸I的沖程相同，螺旋槽1602的螺旋角與沖擊錘16的旋轉(zhuǎn)角度相同。
[0046]沖擊錘16設(shè)于上止推軸承14、鉆頭座19和下止推軸承17組成的空腔中，并能繞中心軸旋轉(zhuǎn)一定角度。
[0047]裝置安裝時(shí)，沖耳1501上端面與上止推軸承14下端面接觸并與沖擊錘16的上端面處于同一平面；裝置工作時(shí)，僅能軸向運(yùn)動(dòng)的起振器15上下運(yùn)動(dòng)，起振器15上沖耳1501壓迫沖擊錘螺旋槽1602促使沖擊錘16在有限的空間內(nèi)產(chǎn)生周向旋轉(zhuǎn)。
[0048]如圖1、3所示，裝置初始狀態(tài)時(shí)，起振器15的沖耳1501上端面與沖擊錘16的上端面接觸；如圖2、4所示，裝置在受最大下沖擊力時(shí)，起振器15沖耳1501下端面與沖擊錘16的下端面平行。
[0049]如圖1-4所示，所述鉆頭座19置于沖擊器外殼11的內(nèi)部，鉆頭座19內(nèi)部為上下聯(lián)通的中空結(jié)構(gòu)，上部有與沖擊錘16外形相應(yīng)的空腔，空腔內(nèi)從上到下設(shè)有沖擊錘16和下止推軸承17 ;鉆頭座19頂部置有上止推軸承14，下部螺紋聯(lián)接鉆頭；上止推軸承14在上，鉆頭座19在下，兩者固定后形成空腔，如圖12、13所示，空腔內(nèi)部由內(nèi)到外依次有起振器15和沖擊錘16 ;鉆頭座19下部有密封槽，密封槽內(nèi)設(shè)有鉆頭座密封圈20，起振器15上設(shè)置有起振器密封圈18。
[0050]本發(fā)明其工作原理如下:
如圖1-5所示，轉(zhuǎn)盤扭矩通過傳振軸I的花鍵體103、花鍵外殼4內(nèi)花鍵、花鍵外殼4、彈簧外殼6、過渡接頭9、沖擊器外殼11、鉆頭座19傳輸至鉆頭。
[0051]當(dāng)鉆柱向下振動(dòng)時(shí)，起振器15相對(duì)于復(fù)位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成向下運(yùn)動(dòng)，由于起振器15上的沖耳1501位于沖擊錘16上的左旋螺旋槽1602中，當(dāng)起振器15帶動(dòng)沖耳1501向下運(yùn)動(dòng)時(shí)壓迫沖擊錘螺旋槽1602，從而促使沖擊錘16在有限的空間內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
[0052]當(dāng)沖耳1501下端面運(yùn)動(dòng)至下止推軸承17上端面時(shí)，沖擊錘16剛好由圖12所示狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到圖13所示狀態(tài)，此時(shí)沖擊錘16的正沖擊面26沖擊鉆頭座19，該運(yùn)動(dòng)使得鉆頭座19在承受轉(zhuǎn)盤扭矩的同時(shí)還產(chǎn)生周向扭力沖擊振動(dòng)。
[0053]當(dāng)鉆柱向上振動(dòng)時(shí)，起振器15相對(duì)于復(fù)位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成向上運(yùn)動(dòng)，由于止推軸承限位套12和上止推軸承14的作用，沖擊錘16并不能向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)起振器15上的沖耳1501在左旋螺旋槽1602中相對(duì)于高頻振動(dòng)傳輸總成向上運(yùn)動(dòng)并壓迫沖擊錘螺旋槽1602，從而促使沖擊錘16在有限的空間內(nèi)產(chǎn)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)沖耳1501上端面運(yùn)動(dòng)至上止推軸承14下端面時(shí)，沖擊錘16剛好由圖8所示狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到圖7所示狀態(tài)，此時(shí)沖擊錘16的反沖擊面27沖擊鉆頭座19。
[0054]以上所述實(shí)施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，其特征在于，包括有縱向振動(dòng)總成、復(fù)位傳扭總成和扭力發(fā)生傳遞總成； 縱向振動(dòng)總成包括傳振軸，所述傳振軸連接有限位套和花健體，所述傳振軸的底部連接有起振器，所述起振器上設(shè)置有沖耳； 所述復(fù)位傳扭總成包括有花鍵外殼、彈簧、過渡接頭、沖擊器外殼，所述彈簧的上部與限位套的下部相接觸，所述彈簧的下部與過渡接頭的上部相接觸； 所述扭力發(fā)生傳遞總成包括有沖擊錘，所述沖擊錘設(shè)置在鉆頭座內(nèi)，所述沖擊錘內(nèi)設(shè)置有螺旋槽，所述起振器的沖耳與沖擊錘的螺旋槽相配合； 所述花鍵外殼內(nèi)設(shè)置有內(nèi)花鍵，花鍵體與內(nèi)花鍵相配合； 所述沖擊器外殼的下端設(shè)有殼體花鍵，所述鉆頭座的下端設(shè)有座體花鍵，殼體花鍵和座體花鍵相配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，其特征在于，所述復(fù)位傳扭總成還包括有密封壓蓋和彈簧外殼；所述花鍵外殼的頂端安裝有密封壓蓋；所述彈簧外殼的上部與花鍵外殼螺紋聯(lián)接，彈簧外殼的中部還開有排氣孔；彈簧外殼的下部與過渡接頭的上部螺紋聯(lián)接，所述過渡接頭的下部與沖擊器外殼螺紋聯(lián)接；所述彈簧設(shè)置在彈簧外殼內(nèi)，所述彈簧為復(fù)位彈簧，所述復(fù)位彈簧的上部、下部分別與限位套的下平面、過渡接頭的上平面相接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，其特征在于，所述扭力發(fā)生傳遞總成還包括有止推軸承限位套、上止推軸承下止推軸承和防掉塊；所述沖擊器外殼與鉆頭座相固定并在內(nèi)部形成空腔，所述空腔的內(nèi)部由上到下依次為止推軸承限位套、上止推軸承、沖擊錘和下止推軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，其特征在于，所述沖擊器外殼上設(shè)有四個(gè)殼體防掉槽和四個(gè)螺栓孔； 所述鉆頭座上設(shè)有四個(gè)座體防掉槽，防掉塊能夠壓縮于座體防掉槽內(nèi)，所述座體防掉槽內(nèi)設(shè)有小彈簧并與防掉塊連接； 在座體防掉槽移動(dòng)到殼體防掉槽處形成空腔時(shí)，小彈簧釋放并將防掉塊推向殼體防掉槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，其特征在于，所述止推軸承定位套的上部頂緊過渡接頭的軸肩，止推軸承定位套的下部壓緊上止推軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，其特征在于，起振器的外部上端設(shè)有沖耳，起振器的外部下端設(shè)有密封槽，沖耳的上端面到密封槽的長度大于沖擊錘的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，其特征在于，所述沖擊錘的外部設(shè)置有錘頭，所述螺旋槽為兩個(gè)左旋的螺旋槽，所述螺旋槽為沖耳的滑道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的將鉆柱縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉆頭扭轉(zhuǎn)沖擊的裝置，其特征在于，所述沖擊錘的高度與傳振軸的沖程相同，螺旋槽的螺旋角與沖擊錘的旋轉(zhuǎn)角度相同。
【文檔編號(hào)】E21B7/24GK104499941SQ201410755204
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】管志川, 呼懷剛, 劉永旺, 張會(huì)增 申請人:中國石油大學(xué)(華東)