[发明专利]一种冲击钻井装置

说明书

技术领域

本发明涉及地质探矿工程及石油钻井技术领域，特别涉及一种冲击钻井装置。

背景技术

当前，旋转冲击钻井是石油钻井行业广泛关注的热点技术，特别是在深井硬地层快速钻进方面具有普通旋转钻井不可比拟的优越性，因此自该技术诞生以来就得到了较快的发展。

冲击器属于井下动力工具，是旋转冲击钻井的核心部件，其性能好坏直接决定了旋转冲击钻井的提速效果。现有技术中应用于石油钻井技术领域的冲击器类型比较多，其中最多的是液动冲击器。液动冲击器的主要部件如缸体、缸盖、元件压盖等处较多地使用了橡胶密封或者金属焊接，但在实际应用过程中，受其自身结构形式的限制和使用条件的影响，无论是密封还是焊接方式都存在一定程度的不足，在使用过程中存在焊接部位开裂导致泄漏或者泄压，以及密封圈因冲蚀断裂失效的现象，由此影响了冲击器的正常工作，进而降低了冲击器的使用寿命。可见液动冲击器的使用寿命问题始终是制约该技术发展的瓶颈。因此，急需一种结构简单、实用性强的冲击钻井装置。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种冲击钻井装置，该冲击钻井装置结构简单，实用性强。

根据本发明提出的冲击钻井装置包括：壳体，其构造为中空的管段；动力转换机构，其设置于壳体的内部，动力转换机构能够将部分旋转动力转换为向下的冲击力，并且将冲击力传递至钻头。

将本发明的冲击钻井装置连接至钻头，壳体的上端连接到钻杆上，钻井时钻杆带动壳体旋转以带动钻头的旋转钻进，优选地，动力转换机构将旋转动力转换为直线往复运动，特别是将向下的冲击力传递给钻头，从而使得钻头在高速旋转的同时对井底岩石产生高频冲击，加快了钻井的动作频率，提高钻井效率。

在一个实施例中，动力转换机构包括砧座和冲锤，砧座构造为阶梯轴，砧座的台阶面上设置有齿面向上的下棘轮，冲锤形成为套管状以套装于砧座的小直径段上，冲锤的下端设置有与下棘轮配合的上棘轮。通过砧座和冲锤的啮合轨道实现砧座与冲锤之间的动力转换，由此给予钻头向下的冲击力。

在一个实施例中，砧座的上端设置有旋转动力接头，以连接旋转动力源。当连接旋转动力源后砧座在旋转动力源的带动下做旋转运动。

在一个实施例中，冲锤的外壁上设置有限位花键，壳体的内壁上形成有与限位花键配合的键槽，以限制冲锤的径向移动。由此实现砧座的径向限位，从而砧座的旋转带动冲锤旋转的同时，由于砧座与冲锤的啮合轨道，冲锤沿壳体轴向方向往复移动。

在一个实施例中，壳体上端的内壁上设置有凸台，冲锤和凸台的下台面之间设置有碟形弹簧组。由于蝶形弹簧组的设置，当砧座旋转带动冲锤向上移动时冲锤压缩蝶形弹簧组，给予碟形弹簧组较大的预紧力，由此碟形弹簧组蓄积了较多的势能，当冲锤向下移动时蝶形弹簧组蓄积的势能得以释放出来，从而增大了冲锤向下的冲击力。

在一个实施例中，上棘轮沿下棘轮棘齿的坡度较小侧向上移动时，冲锤向上运动，当上棘轮沿下棘轮棘齿的坡度较大侧向下移动时，冲锤向下运动以撞击砧座，并且砧座将冲击力传递至钻头。由此冲锤向上运动时上棘轮沿着下棘轮的棘齿的坡度较小侧移动，从而冲锤的向上运动较为缓慢，但是冲锤向下运动时上棘轮沿着下棘轮棘齿的坡度较大侧移动，由此冲锤的回落速度快，冲击力度大。

在一个实施例中，壳体的下端连接有下接头，并且下接头的上端部旋入壳体内，砧座的大直径段的外壁上设置有防掉块，当砧座向下移动时，防掉块能够卡持于下接头的上端部。由此钻具起钻时冲击钻井装置跟随钻具一并提起，防止冲击钻井装置的下落。

在一个实施例中，壳体的上端连接有上接头，上接头的下端部旋入壳体内，上接头的下端部和凸台的上台面之间设置有上轴承静套，砧座的上端的侧壁上设置有台阶，台阶和旋转动力接头之间设置有上轴承动套，并且上轴承动套贴附于上轴承静套内。由此上轴承静套随钻具做低速旋转，而上轴承动套随着砧座做高速旋转。上轴承静套和上轴承动套的设置使得各个接头与壳体以及砧座之间的摩擦力降低，提高了这些部件的使用寿命。

在一个实施例中，下接头的上端部与砧座之间设置有下轴承静套，并且所述下轴承静套和所述砧座之间设置有防磨带。下轴承静套随钻具做低速旋转，防磨带用于降低砧座与下轴承静套之间的摩擦，提高其使用寿命。

在一个实施例中，下轴承静套花键连接于下接头，和/或旋转动力接头花键连接于旋转动力源。上述采用花键连接提高了部件之间连接的可靠性，由此冲锤向下撞击砧座时顺利地将冲击能量传递给钻头，避免冲锤撞击到壳体上。