[发明专利]一种三向冲击工具

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域内冲击工具，尤其是钻井工程领域的一种三向冲击工具。

背景技术

石油钻井中，钻头在旋转动力系统、水力喷射和钻压的作用下螺旋向下进行钻进作业，在较硬地层水力喷射的作用有限，单靠扭矩积聚和较大钻压的施加会带来很多问题，譬如，卡滑问题、钻柱的扭转震荡问题，还有过大钻压造成的钻头等钻具疲劳寿命低甚至溜钻等严重事故。因此，在合理的动力与适当钻压情况下，更加需要一定频率螺旋向下的冲击能量，即一种三向冲击钻井工具。

目前钻井作业中，有轴向冲击钻井工具，可与牙轮钻头配合使用(与牙轮钻头破岩原理相符)；也有适合PDC钻头的剪切破岩原理的扭转冲击钻井工具——美国专利扭转冲击发生器(专利号：US 7096980 B2)和胜利石油管理局钻井工艺研究院申请的专利扭转冲击钻井工具(专利申请号：201010511421.2)；却没有符合钻头螺旋向下钻进规律的、能够直接产生三向冲击的钻井工具，增加的三向冲击方式与能量有利于钻头螺旋钻进剪切和冲击破碎岩石，对于提高较硬地层机械钻速与钻井效率有积极作用。因此，本专利公开一种三向冲击工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三向冲击工具。

本发明要解决的技术问题在于解决较硬地层机械钻速与钻井效率低的问题。为了解决以上技术问题，本发明公布了一种三向冲击工具。本发明内部有能够圆周往复运动的冲击锤体，并且冲击的作用面有一定螺旋上升角。钻井过程中，本发明利用流体能量驱动内部冲击锤体产生一定频率的三向冲击，即给钻头施加一定频率螺旋向下的剪切冲击破岩方式和能量，增加钻头的破岩能力，提高较硬地层机械钻速。本发明为三向冲击模块，可与钻头等需要三向冲击的任何部件联接，模块设计、结构紧凑、效率高。本发明采用了以下技术方案：

一种三向冲击工具，包括盖1、外壳2、锤3和芯4，由内向外依次为芯4、锤3和外壳2，其特征在于，所述芯4和锤3封闭在盖1与外壳2内部；所述盖1设有第一盖孔101；所述芯4内部垂直方向上依次设有相通的第一芯孔401、第二芯孔402和第三芯孔403，所述第二芯孔402为芯4的侧向开孔，所述第一芯孔401与所述第一盖孔101相连通；所述外壳2上部与盖1联接，所述外壳底部设有第一壳通孔201、所述第一壳通孔201与所述第三芯孔403相连通，所述外壳2内部设有外锤空腔205，所述外锤空腔205由盖1、外壳2和锤3封闭而成，所述锤3设有内锤301和外锤302，外锤302在外锤空腔205内，所述外锤302与外锤空腔205具有相同的螺旋上升角(0-90°)，外锤302两侧有第一外锤通孔303和第二外锤通孔304。

所述盖1设有第二盖孔102和第三盖孔103；圆周上位于锤3的外侧，内锤301的两边，所述外壳内部有内锤第一空腔21和内锤第二空腔22，所述内锤第一空腔21和所述第二盖孔102相通，所述内锤第二空腔22和所述第三盖孔103相通。

所述锤3在极限位置1和极限位置2之间转动。

所述外壳2底部设有第三壳通孔203和第四壳通孔204，圆周上对称分布在锤(3)的内侧和芯(4)的外侧；当所述锤3位于极限位置1时，所述第二外锤通孔304与所述第二芯孔402连通，所述外锤空腔205、所述第一外锤通孔303与所述第三壳通孔203连通；当所述锤3位于极限位置2时，第一外锤通孔303与所述第二芯孔402连通，所述外锤空腔205、所述第二外锤通孔304与所述第四壳通孔204连通。

所述芯4在极限位置1和极限位置2之间转动。

所述内锤301两侧设有第一内锤通孔305和第二内锤通孔306，所述内锤封闭在由盖1、锤3和芯4组成的内锤第三空腔404内，所述外壳设有第二壳孔202，当所述芯4位于极限位置1时，所述内锤第一空腔21、第一内锤通孔305与内锤第三空腔404连通，所述第二内锤通孔306与第二壳孔202相连通；当所述芯4位于极限位置2时，所述第二内锤通孔306、内锤第二空腔22与内锤第三空腔404连通，所述第一内锤通孔305与第二壳孔202连通。

所述第三芯孔403直径小于第一芯孔401，所述第三芯孔403位于第一芯孔401与第二芯孔402下方。

所述外壳2呈凹形柱体，所述芯4为为杯状体，所述锤3呈中空柱形。

本发明的一种三向冲击工具可与钻头等需要三向冲击的任何部件联接，流体驱动锤和芯在极限位置之间旋转往复运动，冲击面有螺旋上升角，螺旋向下的三向冲击能量施加在钻头上并传递给岩石，增加了钻头破岩的本领和能量。