本發(fā)明是關(guān)于石油開發(fā)領(lǐng)域中一種井下鉆具，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具。

背景技術(shù)：

硬質(zhì)地層機(jī)械鉆速的提高一直是鉆井工程中的一個(gè)難以解決的問題。單位體積的硬質(zhì)地層破碎需要的能量較大。目前常規(guī)鉆井技術(shù)為回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，通過鉆桿帶動(dòng)鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)巖石的破碎，通過鉆桿的自重來實(shí)現(xiàn)鉆頭對(duì)巖石的壓力(鉆壓)，該壓力使得鉆頭吃入巖石的內(nèi)部，但是該種壓力為靜壓力，其對(duì)硬質(zhì)地層的巖石的破碎效率較低。

試驗(yàn)證明沖擊鉆進(jìn)技術(shù)是一種有效提高硬質(zhì)地層機(jī)械鉆速的方法。該技術(shù)依托于旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，該工具安裝在鉆頭的上端，轉(zhuǎn)換一部分的液動(dòng)能為軸向沖擊載荷，形成單向的軸向沖擊，實(shí)現(xiàn)鉆頭對(duì)巖石的沖擊破碎，形成體積破碎。目前該技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外也分別研制了相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的方式的不同，主要分為射流式旋沖鉆具、閥式旋沖鉆具、自激振蕩式旋沖鉆具等。該項(xiàng)技術(shù)雖然得到一定的應(yīng)用，但是使用效果并不好，從現(xiàn)場(chǎng)使用情況來看，主要問題包括：1)工具的使用壽命達(dá)不到現(xiàn)場(chǎng)需求；2)部分工具的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，穩(wěn)定性不夠。

而出現(xiàn)上述的問題，主要都是工具內(nèi)部改變沖擊部件的結(jié)構(gòu)所造成的；目前的沖擊鉆具內(nèi)改變沖擊部件的運(yùn)動(dòng)方向的結(jié)構(gòu)主要包括：1)射流腔體；2)閥體；3)振蕩腔體。射流腔體主要通過腔體內(nèi)部壓力的變化改變射流的運(yùn)動(dòng)方向，發(fā)生射流時(shí)，由于鉆井液的高速運(yùn)動(dòng)，且鉆井液中有很多的固相顆粒，采用該種方式時(shí)，對(duì)射流通道的沖蝕較為嚴(yán)重，影響著工具的使用壽命。而閥式?jīng)_擊鉆具主要是通過閥體的結(jié)構(gòu)的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)沖擊部件運(yùn)動(dòng)的換向，閥體在軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，會(huì)對(duì)限位機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊作用，該種沖擊作用會(huì)嚴(yán)重的減小閥體的使用壽命。閥體在改變流體運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，是通過突然改變方向的方式，這種突變的方式，會(huì)影響閥體工作時(shí)的穩(wěn)定性，不利于工具的穩(wěn)定性。而采用振蕩腔體時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，導(dǎo)致其所產(chǎn)生的沖擊功較小，不能滿足硬質(zhì)地層破巖的需要。

根據(jù)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具的特點(diǎn)，結(jié)合本發(fā)明人多年從事該行業(yè)的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，提出了一種旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具，以簡(jiǎn)化工具的結(jié)構(gòu)，提高工具的使用壽命和可靠性。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具，以提高沖擊頻率和沖擊功，提高破巖效率。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具，該旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具包括一上下貫通的上接頭，上接頭下端軸向固定連接一上下貫通的支撐筒，支撐筒的底端外壁固定連接一鉆頭座，支撐筒的下部?jī)?nèi)壁固定設(shè)置一上下貫通的旋轉(zhuǎn)支座，位于鉆頭座上方的支撐筒外壁面上軸向滑動(dòng)地設(shè)有一筒狀沖錘，支撐筒的外壁與筒狀沖錘的內(nèi)壁之間密封構(gòu)成上下間隔的上腔體和下腔體，所述支撐筒的筒壁上分別設(shè)有導(dǎo)通上腔體和下腔體的上透孔和下透孔；位于支撐筒內(nèi)部軸向設(shè)有一渦輪轉(zhuǎn)筒，該渦輪轉(zhuǎn)筒底部支撐設(shè)置在旋轉(zhuǎn)支座上；所述渦輪轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁設(shè)有渦輪葉片；在渦輪轉(zhuǎn)筒的外壁上且對(duì)應(yīng)上透孔和下透孔的軸向位置，分別設(shè)有第一扇形凸緣和第二扇形凸緣，第一扇形凸緣上設(shè)有貫穿渦輪轉(zhuǎn)筒側(cè)壁的第一扇形透孔，第二扇形凸緣上設(shè)有貫穿渦輪轉(zhuǎn)筒側(cè)壁的第二扇形透孔；第一扇形凸緣和第二扇形凸緣的周向外壁與支撐筒的內(nèi)壁密封接觸；渦輪轉(zhuǎn)筒在旋轉(zhuǎn)過程中，第一扇形透孔和第二扇形透孔分別交替地導(dǎo)通于上透孔和下透孔。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述筒狀沖錘的內(nèi)壁沿周向?qū)ΨQ設(shè)有兩個(gè)軸向延伸的扇形滑槽；支撐筒外壁上對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)能與所述扇形滑槽密封滑動(dòng)設(shè)置的扇形滑柱；位于扇形滑柱上方的扇形滑槽構(gòu)成所述上腔體，位于扇形滑柱下方的扇形滑槽構(gòu)成所述下腔體；各所述扇形滑柱上方的支撐筒外壁分別設(shè)有一上透孔，各所述扇形滑柱下方的支撐筒外壁分別設(shè)有一下透孔；上透孔和下透孔均為扇形孔；所述第一扇形凸緣和所述第二扇形凸緣分別沿著渦輪轉(zhuǎn)筒周向?qū)ΨQ設(shè)置兩個(gè)；第一扇形凸緣與第二扇形凸緣在渦輪轉(zhuǎn)筒周向上呈90度交錯(cuò)設(shè)置。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述渦輪葉片沿著渦輪轉(zhuǎn)筒周向均勻設(shè)置多片；各渦輪葉片的一側(cè)分別與渦輪轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁連接，各渦輪葉片的另一側(cè)分別與軸向設(shè)置在渦輪轉(zhuǎn)筒中心的圓柱體連接。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)支座包括固定于支撐筒內(nèi)壁的軸承支撐座和設(shè)置在軸承支撐座上的止推軸承；所述軸承支撐座由支撐座本體和由支撐座本體的中心部向上凸設(shè)的凸柱構(gòu)成；所述凸柱中心部設(shè)有向下軸向貫通軸承支撐座的貫通孔；止推軸承套設(shè)在所述凸柱上；所述渦輪轉(zhuǎn)筒底部支撐在該止推軸承上。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述貫通孔中軸向設(shè)置一噴嘴；支撐座本體上鄰近其邊緣位置周向間隔設(shè)有多個(gè)通孔。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述上接頭下端外側(cè)螺紋連接一中部短節(jié)；該中部短節(jié)底端內(nèi)側(cè)向內(nèi)設(shè)有一凸環(huán)，凸環(huán)內(nèi)壁設(shè)有花鍵槽；所述支撐筒上部外壁設(shè)有與所述花鍵槽對(duì)應(yīng)配合連接的花鍵，花鍵上方的支撐筒外壁設(shè)有一周向環(huán)槽，周向環(huán)槽內(nèi)設(shè)有一懸掛環(huán)；所述懸掛環(huán)的外緣掛設(shè)于所述凸環(huán)的頂面。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述支撐筒上部?jī)?nèi)壁向內(nèi)設(shè)有一定位環(huán)，一扶正環(huán)懸掛筒由上向下穿過所述定位環(huán)，扶正環(huán)懸掛筒頂端設(shè)有一外凸的卡緣，卡緣卡設(shè)在定位環(huán)頂部；一扶正環(huán)上部與扶正環(huán)懸掛筒的下部外側(cè)螺紋聯(lián)接，扶正環(huán)的頂部抵靠在定位環(huán)的底部；所述渦輪轉(zhuǎn)筒的上端外壁與扶正環(huán)下部?jī)?nèi)壁密封接觸。

在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述筒狀沖錘包括有沖錘本體、沖錘端蓋和沖錘密封環(huán)；所述沖錘本體為上端開口的筒體，沖錘本體的筒體底面設(shè)有能由上向下穿設(shè)支撐筒的第一穿孔；所述沖錘端蓋固定設(shè)置在沖錘本體的上端開口，沖錘端蓋上設(shè)有能穿過支撐筒的第二穿孔；所述沖錘密封環(huán)設(shè)置在第二穿孔與支撐筒外壁之間，并通過螺釘固定于第二穿孔上。

由上所述，本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具，能通過筒狀沖錘的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭的軸向沖擊，增加鉆頭吃入巖石內(nèi)部的深度，同時(shí)對(duì)鉆頭切削齒周邊的巖石產(chǎn)生破壞，產(chǎn)生更多的微裂紋，使得巖石的抗剪切能力降低，從而提高巖石的破碎效率，提高機(jī)械鉆速，縮減鉆井周期，降低鉆井成本。該旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中，筒狀沖錘的換向是由渦輪轉(zhuǎn)筒的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，渦輪轉(zhuǎn)筒連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的突變以及由突變產(chǎn)生的振動(dòng)，由此能提高渦輪轉(zhuǎn)筒的穩(wěn)定性及其使用壽命，且該旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具的換向較為簡(jiǎn)單，工具的頻率可以根據(jù)改變渦輪葉片的數(shù)量以及形狀來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：

圖1：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；

圖2A：為本發(fā)明中支撐筒的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2B：為本發(fā)明中支撐筒的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3A：為本發(fā)明中渦輪轉(zhuǎn)筒的立體結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖3B：為本發(fā)明中渦輪轉(zhuǎn)筒的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3C：為本發(fā)明中渦輪轉(zhuǎn)筒的立體結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖4A：為本發(fā)明中沖錘本體的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4B：為本發(fā)明中沖錘本體的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4C：為本發(fā)明中沖錘端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4D：為本發(fā)明中沖錘密封環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5A：為本發(fā)明中軸承支撐座的立體結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖5B：為本發(fā)明中軸承支撐座的立體結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖6A：為本發(fā)明中中部短節(jié)的立體結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖6B：為本發(fā)明中中部短節(jié)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7A：為本發(fā)明中扶正環(huán)懸掛筒的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7B：為本發(fā)明中扶正環(huán)懸掛筒的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8A：為本發(fā)明中扶正環(huán)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8B：為本發(fā)明中扶正環(huán)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9：為本發(fā)明中鉆頭座的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中顯示剖切位置的示意圖；

圖11A：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中渦輪轉(zhuǎn)筒處于第一狀態(tài)時(shí)，位于Ⅰ位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11B：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中渦輪轉(zhuǎn)筒處于第一狀態(tài)時(shí)，位于Ⅱ位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12A：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中渦輪轉(zhuǎn)筒處于第二狀態(tài)時(shí)，位于Ⅰ位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12B：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中渦輪轉(zhuǎn)筒處于第二狀態(tài)時(shí)，位于Ⅱ位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13A：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中渦輪轉(zhuǎn)筒處于第三狀態(tài)時(shí)，位于Ⅰ位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13B：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中渦輪轉(zhuǎn)筒處于第三狀態(tài)時(shí)，位于Ⅱ位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14A：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中渦輪轉(zhuǎn)筒處于第四狀態(tài)時(shí)，位于Ⅰ位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14B：為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中渦輪轉(zhuǎn)筒處于第四狀態(tài)時(shí)，位于Ⅱ位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明提出一種旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具100，該旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具100包括一上下貫通的上接頭1，上接頭1下端軸向固定連接一上下貫通的支撐筒2，支撐筒2的底端外壁固定連接一鉆頭座3，支撐筒2的下部?jī)?nèi)壁固定設(shè)置一上下貫通的旋轉(zhuǎn)支座4，位于鉆頭座3上方的支撐筒2外壁面上軸向滑動(dòng)地設(shè)有一筒狀沖錘5，支撐筒2的外壁與筒狀沖錘5的內(nèi)壁之間密封構(gòu)成上下間隔的上腔體91和下腔體92，所述支撐筒2的筒壁上分別設(shè)有導(dǎo)通上腔體91和下腔體92的上透孔21和下透孔22(如圖2A、圖2B所示)；位于支撐筒2內(nèi)部軸向設(shè)有一渦輪轉(zhuǎn)筒6，該渦輪轉(zhuǎn)筒6底部支撐設(shè)置在旋轉(zhuǎn)支座4上；所述渦輪轉(zhuǎn)筒6內(nèi)壁設(shè)有渦輪葉片65；在渦輪轉(zhuǎn)筒6的外壁上且對(duì)應(yīng)上透孔21和下透孔22的軸向位置，分別設(shè)有第一扇形凸緣61和第二扇形凸緣62(如圖3A、圖3B、圖3C所示)，第一扇形凸緣61上設(shè)有貫穿渦輪轉(zhuǎn)筒側(cè)壁的第一扇形透孔611，第二扇形凸緣62上設(shè)有貫穿渦輪轉(zhuǎn)筒側(cè)壁的第二扇形透孔621；第一扇形凸緣61和第二扇形凸緣62的周向外壁(與對(duì)應(yīng)支撐筒的外側(cè)表面)與支撐筒2的內(nèi)壁密封接觸；渦輪轉(zhuǎn)筒6在旋轉(zhuǎn)過程中，第一扇形透孔611和第二扇形透孔621分別交替地導(dǎo)通于上透孔21和下透孔22；由此，交替地形成由渦輪轉(zhuǎn)筒6內(nèi)部經(jīng)第一扇形透孔611、上透孔21連通上腔體91的第一高壓流體通道，和由渦輪轉(zhuǎn)筒6內(nèi)部經(jīng)第二扇形透孔621、下透孔22連通下腔體92的第二高壓流體通道。

本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具工作時(shí)，高壓流體從上接頭1流入工具內(nèi)部，其中一部分的流體向下依次通過支撐筒2、渦輪轉(zhuǎn)筒6、旋轉(zhuǎn)支座4及鉆頭座3流入與鉆頭座3連接的鉆頭(圖中未示出)處，該部分流體在軸向向下通過渦輪轉(zhuǎn)筒6時(shí)，流體壓力會(huì)作用在渦輪葉片65上，從而驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)筒6旋轉(zhuǎn)(渦輪轉(zhuǎn)筒6的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由其中渦輪葉片65設(shè)置的旋向而定)；另一部分的高壓流體會(huì)分別經(jīng)過渦輪轉(zhuǎn)筒6上的第一扇形透孔611和第二扇形透孔621交替地導(dǎo)通于支撐筒2上的上透孔21和下透孔22，從而交替地進(jìn)入上腔體91和下腔體92；當(dāng)上腔體91進(jìn)液時(shí)，筒狀沖錘5向上移動(dòng)，此時(shí)下腔體92內(nèi)的液體(流體)通過下透孔22和支撐筒2與渦輪轉(zhuǎn)筒6之間的間隙93泄流；當(dāng)下腔體92進(jìn)液時(shí)，筒狀沖錘5向下移動(dòng)，此時(shí)上腔體91內(nèi)的液體通過上透孔21和支撐筒2與渦輪轉(zhuǎn)筒6之間的間隙93泄流；筒狀沖錘5軸向的往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，形成沖擊載荷并直接作用在鉆頭座3上，并傳遞到鉆頭處。

本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具，能通過筒狀沖錘的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭的軸向沖擊，增加了鉆頭吃入巖石內(nèi)部的深度，同時(shí)對(duì)鉆頭切削齒周邊的巖石產(chǎn)生破壞，產(chǎn)生更多的微裂紋，使得巖石的抗剪切能力降低，從而提高巖石的破碎效率，提高機(jī)械鉆速，縮減鉆井周期，降低鉆井成本。在該旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中，筒狀沖錘的換向是由渦輪轉(zhuǎn)筒的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，渦輪轉(zhuǎn)筒連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的突變以及由突變產(chǎn)生的振動(dòng)，由此能提高渦輪轉(zhuǎn)筒的穩(wěn)定性及其使用壽命，且該旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具的換向較為簡(jiǎn)單，工具的頻率可以根據(jù)改變渦輪葉片的數(shù)量以及形狀來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，如圖1、圖2A、圖2B、圖4A、圖4B所示，所述筒狀沖錘本體5的內(nèi)壁沿周向?qū)ΨQ設(shè)有兩個(gè)軸向向下延伸的扇形滑槽512；支撐筒2外壁上對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)能與所述扇形滑槽512密封滑動(dòng)設(shè)置的扇形滑柱23；位于扇形滑柱23上方的扇形滑槽構(gòu)成所述上腔體91，位于扇形滑柱23下方的扇形滑槽構(gòu)成所述下腔體92；各所述扇形滑柱23上方居中位置的支撐筒外壁分別設(shè)有一個(gè)上透孔21，各所述扇形滑柱23下方居中位置的支撐筒外壁分別設(shè)有一個(gè)下透孔22；各上透孔21和各下透孔22均為扇形孔；如圖3A、圖3B、圖3C所示，所述第一扇形凸緣61和所述第二扇形凸緣62分別沿著渦輪轉(zhuǎn)筒6周向?qū)ΨQ設(shè)置兩個(gè)；上下間隔設(shè)置的第一扇形凸緣61與第二扇形凸緣62在渦輪轉(zhuǎn)筒6周向上呈90度交錯(cuò)設(shè)置。

如圖3A、圖3C所示，各所述第一扇形凸緣61沿其周向的一側(cè)邊，與該第一扇形凸緣61上的第一扇形透孔611沿其周向的同一側(cè)邊之間構(gòu)成第一扇形凸緣邊框柱體612，所述第一扇形凸緣61上的各第一扇形凸緣邊框柱體612具有相同的弧形寬度；各所述第二扇形凸緣62沿其周向的一側(cè)邊，與該第二扇形凸緣62上的第二扇形透孔621沿其周向的同一側(cè)邊之間構(gòu)成第二扇形凸緣邊框柱體622，所述第二扇形凸緣62上的各第二扇形凸緣邊框柱體622具有相同的弧形寬度；第一扇形凸緣邊框柱體612的弧形寬度與第二扇形凸緣邊框柱體612的弧形寬度相同，并且相互交錯(cuò)設(shè)置的第一扇形凸緣61與第二扇形凸緣62上的第一扇形凸緣邊框柱體612與第二扇形凸緣邊框柱體622在渦輪轉(zhuǎn)筒6周向上呈上下對(duì)應(yīng)重疊設(shè)置。

如圖3A、圖3B、圖3C所示，在本實(shí)施方式中，所述渦輪葉片65沿著渦輪轉(zhuǎn)筒6周向均勻設(shè)置多片；各渦輪葉片65的一側(cè)分別與渦輪轉(zhuǎn)筒6的內(nèi)壁連接，各渦輪葉片65的另一側(cè)分別與軸向設(shè)置在渦輪轉(zhuǎn)筒中心的圓柱體66連接。

如圖1、圖5A、圖5B所示，在本實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)支座4包括固定于支撐筒2內(nèi)壁的軸承支撐座41和設(shè)置在軸承支撐座41上的止推軸承42；所述軸承支撐座41由支撐座本體411和由支撐座本體的中心部向上凸設(shè)的凸柱412構(gòu)成；所述凸柱412中心部設(shè)有向下軸向貫通軸承支撐座的貫通孔413；止推軸承42套設(shè)在所述凸柱412上；所述渦輪轉(zhuǎn)筒6底部支撐在該止推軸承42上，以使渦輪轉(zhuǎn)筒6能夠相對(duì)支撐筒2旋轉(zhuǎn)。軸承支撐座41螺紋聯(lián)接于支撐筒2內(nèi)壁，在軸承支撐座41的下端面，圍繞其軸向中心設(shè)置有一個(gè)六邊形凹槽414，以便于旋轉(zhuǎn)軸承支撐座41與支撐筒2內(nèi)壁進(jìn)行螺紋聯(lián)接。

如圖1、圖5A、圖5B所示，在本實(shí)施方式中，所述貫通孔413中軸向設(shè)置一噴嘴43；所述噴嘴43通過螺紋安裝在貫通孔413中；支撐座本體411上鄰近其邊緣位置周向間隔設(shè)有多個(gè)通孔415；多個(gè)通孔415均為長(zhǎng)圓形通孔且呈弧形間隔設(shè)置；如圖1所示，支撐筒2與渦輪轉(zhuǎn)筒6之間的間隙93與多個(gè)通孔415對(duì)應(yīng)導(dǎo)通，當(dāng)上腔體91或下腔體92內(nèi)流體低壓泄流時(shí)，低壓流體可以通過多個(gè)通孔415向下流至鉆頭座3。

如圖1、圖6A、圖6B所示，在本實(shí)施方式中，所述上接頭1上端設(shè)有與油管或鉆桿(圖中未示出)連接的外螺紋，所述上接頭1下端外側(cè)螺紋連接一中部短節(jié)11；該中部短節(jié)11底端內(nèi)側(cè)向內(nèi)設(shè)有一凸環(huán)111，凸環(huán)111內(nèi)壁設(shè)有花鍵槽112；如圖2A、圖2B所示，所述支撐筒2上部外壁設(shè)有與所述花鍵槽112對(duì)應(yīng)配合連接的花鍵24，花鍵24上方的支撐筒2外壁設(shè)有一個(gè)周向環(huán)槽25，周向環(huán)槽25內(nèi)設(shè)有一懸掛環(huán)12；所述懸掛環(huán)12的外緣掛設(shè)于所述凸環(huán)111的頂面；為了便于裝配，本實(shí)施方式中，所述懸掛環(huán)12是由兩個(gè)半環(huán)對(duì)合構(gòu)成的。

如圖1、圖7A、圖7B、圖8A、圖8B所示，在本實(shí)施方式中，所述支撐筒2上部?jī)?nèi)壁向內(nèi)設(shè)有一定位環(huán)26，一扶正環(huán)懸掛筒71由上向下穿過所述定位環(huán)26，扶正環(huán)懸掛筒71頂端設(shè)有一外凸的卡緣711，卡緣711卡設(shè)在定位環(huán)26頂部；一扶正環(huán)72上部與扶正環(huán)懸掛筒71的下部外側(cè)螺紋聯(lián)接，扶正環(huán)72的頂部抵靠在定位環(huán)26的底部；所述渦輪轉(zhuǎn)筒6的上端外壁與扶正環(huán)72下部?jī)?nèi)壁密封接觸。扶正環(huán)懸掛筒71的頂面沿其周向設(shè)有四個(gè)凹槽712(呈十字形分布)，以便于旋轉(zhuǎn)扶正環(huán)懸掛筒71與扶正環(huán)72進(jìn)行螺紋聯(lián)接。

進(jìn)一步，如圖1、圖4A、圖4B、圖4C和圖4D所示，在本實(shí)施方式中，所述筒狀沖錘5包括有沖錘本體51、沖錘端蓋52和沖錘密封環(huán)53；所述沖錘本體51為上端開口的筒體，沖錘本體51的筒體底面設(shè)有能由上向下穿設(shè)支撐筒2的第一穿孔511，所述扇形滑槽512設(shè)置在沖錘本體51的內(nèi)壁上；所述沖錘端蓋52螺紋連接在沖錘本體51的上端開口，沖錘端蓋52上設(shè)有能穿過支撐筒2的第二穿孔521；所述沖錘密封環(huán)53設(shè)置在第二穿孔521與支撐筒2外壁之間，沖錘密封環(huán)53通過螺釘固定于第二穿孔上。為了便于裝配，在本實(shí)施方式中，所述沖錘密封環(huán)53也是由兩個(gè)半環(huán)對(duì)合構(gòu)成的。

如圖9所示，所述鉆頭座3為圓筒狀，鉆頭座3上端內(nèi)部設(shè)有與支撐筒2的底端外壁固定連接的內(nèi)螺紋；鉆頭座3下端內(nèi)部設(shè)置有錐螺紋，用于連接鉆頭。

下面結(jié)合圖10、圖11A、圖11B、圖12A、圖12B、圖13A、圖13B和圖14A、圖14B、對(duì)本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具100的使用過程作出相應(yīng)描述：

其中，圖10為表示在本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中兩個(gè)剖切位置(Ⅰ和Ⅱ)的示意圖；Ⅰ剖切位置能夠表示上腔體91、上透孔21與渦輪轉(zhuǎn)筒6中第一扇形凸緣61上的第一扇形透孔611之間在周向方向上的位置關(guān)系；Ⅱ剖切位置能夠表示下腔體92、下透孔22與渦輪轉(zhuǎn)筒6中第二扇形凸緣62上的第二扇形透孔621之間在周向方向上的位置關(guān)系；

本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具100在運(yùn)行過程中，其中筒狀沖錘5和渦輪轉(zhuǎn)筒6具有四種狀態(tài)；以渦輪轉(zhuǎn)筒6順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(由下向上看)為例進(jìn)行描述(渦輪轉(zhuǎn)筒6的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由其中渦輪葉片65設(shè)置的旋向而定)。

如圖11A、圖11B所示，在第一種狀態(tài)時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)筒6順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，上透孔21被第一扇形凸緣邊框柱體612遮擋，同時(shí)，下透孔22被第二扇形凸緣邊框柱體622遮擋，高壓流體不能進(jìn)入上腔體91和下腔體92，此時(shí),筒狀沖錘5不運(yùn)動(dòng)。

如圖12A、圖12B所示，在第二種狀態(tài)時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)筒6繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，上透孔21與間隙93連通，使得上腔體91內(nèi)的低壓流體能通過間隙93、多個(gè)通孔415排出；同時(shí)，下透孔22與第二扇形透孔621連通，使得高壓流體能流入下腔體92內(nèi)，此時(shí)筒狀沖錘5的下腔體92進(jìn)入高壓流體而上腔體91排出低壓流體，推動(dòng)筒狀沖錘5向下運(yùn)動(dòng)。

如圖13A、圖13B所示，在第三種狀態(tài)時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)筒6繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，上透孔21再次被第一扇形凸緣邊框柱體612遮擋，同時(shí)，下透孔22再次被第二扇形凸緣邊框柱體622遮擋，高壓流體不能進(jìn)入上腔體91和下腔體92，此時(shí),筒狀沖錘5不運(yùn)動(dòng)。

如圖14A、圖14B所示，在第四種狀態(tài)時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)筒6繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，上透孔21與第一扇形透孔611連通，使得高壓流體能流入上腔體91內(nèi)，同時(shí)，下透孔22與間隙93連通，使得下腔體92內(nèi)的低壓流體能通過間隙93、多個(gè)通孔415排出；此時(shí)筒狀沖錘5的上腔體91進(jìn)入高壓流體而下腔體92排出低壓流體，推動(dòng)筒狀沖錘5向上運(yùn)動(dòng)。

渦輪轉(zhuǎn)筒6繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，筒狀沖錘5和渦輪轉(zhuǎn)筒6又回到第一種狀態(tài)的位置；這樣，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具100完成了一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，在一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)過程中，筒狀沖錘5給鉆頭提供了一次軸向向下沖擊載荷；如此，在高壓流體的驅(qū)動(dòng)下，筒狀沖錘不斷往復(fù)上下移動(dòng)對(duì)鉆頭實(shí)施軸向沖擊。

由上所述，本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具，能通過筒狀沖錘的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭的軸向沖擊，增加鉆頭吃入巖石內(nèi)部的深度，同時(shí)對(duì)鉆頭切削齒周邊的巖石產(chǎn)生破壞，產(chǎn)生更多的微裂紋，使得巖石的抗剪切能力降低，從而提高巖石的破碎效率，提高機(jī)械鉆速，縮減鉆井周期，降低鉆井成本。該旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具中，筒狀沖錘的換向是由渦輪轉(zhuǎn)筒的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，渦輪轉(zhuǎn)筒連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的突變以及由突變產(chǎn)生的振動(dòng)，由此能提高渦輪轉(zhuǎn)筒的穩(wěn)定性及其使用壽命，且該旋轉(zhuǎn)配流式軸向沖擊鉆井工具的換向較為簡(jiǎn)單，工具的頻率可以根據(jù)改變渦輪葉片的數(shù)量以及形狀來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。