一种轴向冲击器制造技术

本发明专利技术公开一种轴向冲击器，包括外管，所述外管的一端连接有接头，外管通过接头与钻杆连接；外管内部设置有轴向冲击驱动装置和轴向冲击实现装置，轴向冲击驱动装置包括相对设置的第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件和第二支撑件的外壁均与外管的内壁抵接，且第一支撑件和第二支撑件之间形成有容置腔；所述容置腔内设置有曲轴，所述曲轴的两端分别转动连接于第一支撑件的内侧面和第二支撑架的内侧面；所述曲轴的一端外套设有叶轮，所述叶轮的旋转轴与外管的轴向截面平行；所述轴向冲击装置包括连杆、销轴和冲锤，所述连杆两端分别连接曲轴和冲锤，所述曲轴用于带动连杆及冲锤沿平行于外管轴线的方向做往复运动。外管轴线的方向做往复运动。外管轴线的方向做往复运动。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向冲击器


[0001]本专利技术涉及钻探工具领域，具体为一种轴向冲击器。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，人类对自然资源的需求量日益增加，目前我们能够使用的能源仍然主要是煤炭、石油、天然气、页岩气等化石燃料。随着开采年限的增加，表层的、易开采的这些化石燃料已经越来越少，深部的、难以开采的化石燃料越来越多，这便对钻探技术提出了更高的挑战。
[0003]深部地层岩石硬度大，传统的旋转切削碎岩方式在打深部硬岩井时，钻井难度大，机械钻速低，钻井成本高，严重影响了钻井工程的经济效益。深部硬岩地层钻进难题催生了高效破岩技术的发展，通过前人的相关室内试验和现场试验可知，当钻头上有周期性的冲击力时，钻头的破岩效率将得到较大的提高，进而提高机械钻速，降低生产成本。轴向冲击器作为井下辅助破岩的动力工具，由于其不需要提供额外的能量，受到了行业越来越多的重视，逐渐成为了深井提速的一个不可或缺的技术手段。理论分析和现场试验研究表明，轴向冲击工具能够对钻头附加高频轴向冲击力，产生冲击振动，辅助钻头破岩，提高破岩效率，降低生产成本。
[0004]经检索，公开号为CN211230225U的中国专利于2020年8月11日公开了一种液压振动冲击器，包括外套管、接头和内套管，接头安装于外套管的上端，内套管安装于外套管的下端，内套管内滑动设有钎杆，钎杆的下端设有钎头，外套管内横向固设有隔板，隔板上转动设有转动杆，隔板上设有过流孔，转动杆上设有叶轮，叶轮位于隔板的下方，转动杆下端的边缘设有向下延展的第一凸起部，转动杆的下方设有振动块，振动块上端的边缘设有向上延展用于顶靠第一凸起部的第二凸起部，接头内开设有用于通过高压液体的过流通道，钎杆沿轴向设有用于排出高压液体的排液通道，高压液体冲击叶轮转动用于带动转动杆转动。
[0005]在上述技术方案中，通过第一凸起和第二凸起的撞击使得振动块沿轴向下运动撞击钎杆，并利用弹簧使振动块向上运动，从而实现对振动块的往复运动，但是第一凸起和第二凸起之间的摩擦易造成磨损，影响设备的使用寿命；该装置在工作过程中弹簧被不断地压缩和复原，易造成弹簧的损坏，也会降低设备的使用寿命；在工作过程中由于弹簧的缓冲作用，振动块向下的冲击力部分被弹簧吸收释放，降低了振动块的冲击力，从而降低了设备的能效。因此有必要设计一种轴向冲击器，以解决上述技术方案中的问题。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种轴向冲击器，通过叶轮和曲轴之间的配合带动冲锤沿轴向做往复运动，以提升设备的使用寿命和工作能效。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0008]一种轴向冲击器，包括外管，所述外管的一端连接有接头，外管通过所述接头与钻
杆连接；所述外管内部设置有轴向冲击驱动装置和轴向冲击实现装置，所述轴向冲击驱动装置包括相对设置的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和第二支撑件的外壁均与外管的内壁抵接，且第一支撑件和第二支撑件之间形成有容置腔；所述容置腔内设置有曲轴，所述曲轴的两端分别转动连接于第一支撑件的内侧面和第二支撑架的内侧面；所述曲轴的一端外套设有叶轮，所述叶轮的旋转轴与外管的轴向截面平行；所述轴向冲击装置包括连杆和冲锤，所述连杆两端分别连接曲轴和冲锤，所述曲轴用于带动连杆及冲锤沿平行于外管轴线的方向做往复运动。
[0009]在上述技术方案中，高压钻井液通过接头进入外管内，并冲击叶轮，从而使叶轮转动，叶轮带动曲轴随之转动，叶轮转动的同时带动连杆沿外管轴向往复运动，连杆进而带动冲锤沿外管轴向做往复运动，实现轴向冲击的目的。
[0010]进一步地，所述曲轴包括中间轴，所述中间轴为“U”字形，所述“U”字形中间轴的顶部开口两侧均连接有一个柱形轴，两个所述柱形轴远离“U”字形中间轴的前端分别转动连接于第一支撑件和第二支撑件上；所述叶轮套设于其中一个柱形轴外；所述连杆连接于“U”字型中间轴的底部。当叶轮带动曲轴旋转时，“U”字形中间轴以柱形轴的轴心线为圆心做旋转，连接于“U”字形中间轴底部的连杆随之运动，从而带动连接于连杆另一端的冲锤平行于外管轴线做往复运动。
[0011]进一步地，所述轴向冲击装置还包括飞轮，所述飞轮套设于曲轴远离飞轮的柱形轴的外壁上。由于飞轮具有存储旋转动能的作用，一旦飞轮旋转起来，则飞轮储存的能量和钻井液冲击叶轮的能量同时作用于曲轴，能够实现曲轴有规律的旋转运动，有利于实现冲锤有规律的冲击运动，避免卡堵情况的发生。
[0012]进一步地，所述冲锤形成有通孔，所述通孔与外管共轴；所述通孔内设置有平行于外管轴向截面的销轴，所述销轴的两端分别连接于冲锤上，所述冲锤通过销轴与连杆连接。在冲锤上开设通孔有利于钻井液快速穿过，避免钻井液的滞留降低了钻井液的流速，从而使叶轮受到的冲力持续稳定。
[0013]进一步地，所述连杆的两端均设置有两个连接通孔，所述“U”字形中间轴的底部穿过其中一个连接通孔，所述销轴穿过另一个连接通孔；其中一个所述连接通孔为腰型孔，所述腰型孔的长边与外管的轴线平行。将其中一个连接通孔设置成腰型孔，可以防止曲轴在还未到最低位置时，冲锤已经到达最低位置，避免了旋转干涉的发生。
[0014]进一步地，所述外管内部形成有第一空腔、第二空腔和第三空腔，所述第一空腔与接头连接；所述第一空腔远离接头的一端与第二空腔连通，且所述第二空腔的内径小于第一空腔；所述第二空腔远离第一空腔的一端与第三空腔连通，且所述第三空腔的内径小于第二空腔；所述轴向冲击驱动装置设置于第一空腔内；所述冲锤设置于第二空腔内，且冲锤的外侧壁与第二空腔的内壁滑动抵接。由于第三空腔的内径小于第二空腔，而冲锤的外径与第二空腔相适配，因此冲锤在下降后会冲击外管的内壁，这种冲击力经由外管传递至与外管下端连接的钻头，避免了对钻头的直接冲击，防止对钻头的损坏。
[0015]进一步地，所述接头内形成有导流通道；所述导流通道的出液口位于叶轮的正上方。将导流通道的出液口设置在叶轮的正上方，便于高压钻井液更有效的冲击叶轮，提升叶轮旋转速度和转动力。
[0016]进一步地，两个所述柱形轴远离“U”字形中间轴的一端分别通过深沟球轴承连接
于第一支撑件或第二支撑件内侧壁上。通过深沟球轴承连接柱形轴可以减小摩擦、磨损，有利于曲轴在叶轮的带动下旋转运动。
[0017]进一步地，所述飞轮和叶轮均通过键与柱形轴连接。
[0018]进一步地，所述飞轮和叶轮上均设置有键齿，所述柱形轴上开设有与所述键齿相适配的键槽，所述飞轮和叶轮均通过键齿和键槽之间的配合与柱形轴连接。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0020](1)本专利技术提供的一种轴向冲击器，高压钻井液通过接头进入外管内，并冲击叶轮，从而使叶轮转动，叶轮带动曲轴随之转动，叶轮转动的同时带动连杆沿外管轴向往复运动，连杆进而带动冲锤沿外管轴向做往复运动，实现轴向冲击的目的。本专利技术结构简单，采用曲轴连接叶轮和冲锤，设备不易因磨损而降低使用寿命；通过将冲锤提升到一定高度，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴向冲击器，包括外管，所述外管的一端连接有接头，外管通过所述接头与钻杆连接；其特征在于，所述外管内部设置有轴向冲击驱动装置和轴向冲击实现装置，所述轴向冲击驱动装置包括相对设置的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和第二支撑件的外壁均与外管的内壁抵接，且第一支撑件和第二支撑件之间形成有容置腔；所述容置腔内设置有曲轴，所述曲轴的两端分别转动连接于第一支撑件的内侧面和第二支撑架的内侧面；所述曲轴的一端外套设有叶轮，所述叶轮的旋转轴与外管的轴向截面平行；所述轴向冲击装置包括连杆和冲锤，所述连杆两端分别连接曲轴和冲锤，所述曲轴用于带动连杆及冲锤沿平行于外管轴线的方向做往复运动。2.根据权利要求1所述的一种轴向冲击器，其特征在于，所述曲轴包括中间轴，所述中间轴为“U”字形，所述“U”字形中间轴的顶部开口两侧均连接有一个柱形轴，两个所述柱形轴远离“U”字形中间轴的前端分别转动连接于第一支撑件和第二支撑件上；所述叶轮套设于其中一个柱形轴外；所述连杆连接于“U”字型中间轴的底部。3.根据权利要求2所述的一种轴向冲击器，其特征在于，所述轴向冲击装置还包括飞轮，所述飞轮套设于曲轴远离飞轮的柱形轴的外壁上。4.根据权利要求3所述的一种轴向冲击器，其特征在于，所述冲锤形成有通孔，所述通孔与外管共轴；所述通孔内设置有平行于外管轴向截面的销轴，所述销轴的两端分别连接于冲锤上，所述冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗涛，卢宝全，袁静，熊巍，刘正衡，柯钰怡，曾勇，杨义，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：