振扭复合冲击提速钻头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种振扭复合冲击提速钻头，其包括一钻柱，以及设置在钻柱一端的钻头，以及一沿钻柱本体长度方向设置的液压通路；液压通路包括沿液压通路的总体流向由上向下依次设置的轴向液压通路和扭向液压通路，轴向液压通路上设有为钻头提供轴向振动的轴向振动冲击系统，扭向液压通路上设有一为钻头提供扭向振动的扭向振动冲击系统，轴向振动冲击系统与扭向振动冲击系统均通过钻柱进行动力传输。通过将轴向振动冲击系统与扭向振动冲击系统有机的复合到一个钻柱内，并将非螺纹方式钻头总成卡合在钻柱上，从而有效的避免了局部应力的发生，轴向振动冲击和扭向振动冲击直接作用于钻头体，最大程度的避免了能量的衰减。
【专利说明】
振扭复合冲击提速钻头
技术领域
[0001]本发明涉及一种石油钻采井下工具，具体涉及一种振扭复合冲击提速钻头。
【背景技术】
[0002]近钻头的轴线方向的振动冲击及扭转方向的振动冲击，能有效的帮助PDC钻头复合片吃入岩石、切削岩石、振动破碎岩石、避免钻头在岩石上卡滑。但是，微小的振动冲击力不足以显著增加破岩效率，过大的冲击则会损坏钻头本身，导致钻头寿命缩短。
[0003]目前，常用的振动冲击工具，例如与螺杆马达复配的旋冲工具，由于安装尺寸非常有限，因此冲击力微弱，并且螺杆马达下部携带的钻具又将这一振动冲击力进一步衰减，增加旋冲力量则会增加工具长度，影响定向，造成螺杆传动轴过早疲劳损坏。目前常用的扭力冲击器，由于需要通过螺纹与钻头连接，因此牙崁下端的重量较大，导致扭力冲击衰减较大，影响钻头破岩效率。
[0004]目前的钻具组合上，如果复合旋冲与扭冲工具，则连接长度较长，影响钻具的刚度、应力过于集中于螺纹处不利于钻具的可靠性、成本较高、定向困难。
[0005]并且，旋冲由于与螺杆复配，因此使用后的维护保养比较困难，需要原厂专业操作技术工人，在专用车间和专用工具进行拆装保养，更普遍的做法是发回原厂进行保养，导致工具维护保养费也很高、保养周期长，不适合低成本作业的需求。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，有必要提供一种能够有效的避免了局部应力的发生，轴向振动冲击和扭向振动冲击直接作用于钻头体，最大程度的避免能量衰减的振扭复合冲击提速钻头。
[0007]本发明提供一种振扭复合冲击提速钻头，所述振扭复合冲击提速钻头设置在一液动装置上，所述液动装置为振扭复合冲击提速钻头提供循环液压动力，所述振扭复合冲击提速钻头包括一钻柱，以及设置在钻柱一端的钻头，以及一沿钻柱本体长度方向设置的液压通路;所述液压通路包括沿液压通路的总体流向由上向下依次设置的轴向液压通路和扭向液压通路，所述轴向液压通路上设有为所述钻头提供轴向振动的轴向振动冲击系统，所述扭向液压通路上设有一为所述钻头提供扭向振动的扭向振动冲击系统，所述轴向振动冲击系统与扭向振动冲击系统均通过所述钻柱进行动力传输。
[0008]优选的，所述钻柱具有一沿钻柱本体长度方向延伸的中空内腔，所述液压通路设置在所述中空内腔中，且所述钻柱沿液压通路的总体流向依次设置有相互卡套的上筒部和下筒部，所述轴向振动冲击系统沿液压通路的总体流向设置于所述上筒部的第一中空内腔，所述扭向振动冲击系统设置于所述下筒部的第二中空内腔。
[0009]优选的，所述轴向振动冲击系统设置包括，
[0010]—固定设置于所述上筒部的第一中空内腔中的支撑套，所述支撑套沿轴向液压通路的方向径向向内延伸出上阀体和下阀体；
[0011]—轴向活动设置在所述上阀体和下阀体之间的冲击活塞，所述冲击活塞能够在所述上阀体和下阀体之间自由轴向运动;所述冲击活塞上设有冲击导流孔，
[0012]—轴向活动套装在所述冲击活塞的内腔的导向活塞，所述导向活塞能够在所述所述冲击活塞的内腔中自由轴向运动;所述导向活塞上设有导向导流孔，
[0013]所述轴向液压通路包括多个轴向分流孔;所述轴向分流孔与冲击导流孔、导向导流孔之间形成错落的轴向液压分路。
[0014]优选的，所述冲击活塞的两端设有用于限制所述导向活塞的运动行程的上、下导流套，所述上、下导流套均通过配重锁母套装在所述冲击活塞的两端。
[0015]优选的，所述轴向液压通路上设有第一配流机构，所述第一配流机构包括第一节流嘴和第一配流孔，所述第一配流孔将轴向液压通路分流为轴向周向液压通路和轴向中心液压通路，所述第一节流嘴将所述轴向周向液压通路配置为高压通路，将轴向中心液压通路配置为低压通路。
[0016]优选的，所述轴向液压分路包括第一轴向液压分路、第二轴向液压分路、第三轴向液压分路、第四轴向液压分路；
[0017]液压油通过第一轴向液压分路推动导向活塞在冲击活塞的内腔中由上导流套向下运动至下导流套；
[0018]液压油通过第二轴向液压分路推动冲击活塞在上阀体和下阀体之间由下阀体向上运动至上阀体；
[0019]液压油通过第三轴向液压分路推动导向活塞在冲击活塞的内腔中继续向上运动至上导流套；
[0020]液压油通过第四轴向液压分路推动冲击活塞在由上阀体向下运动至下阀体。
[0021 ]优选的，所述扭向振动冲击系统设置包括，
[0022]所述下筒部的第二中空内腔的内壁设有第一弧形凹槽和第二弧形凹槽，所述第一弧形凹槽和第二弧形凹槽相对设置；
[0023]—扭向活动设置在所述第二中空内腔中的冲击摆锤，所述冲击摆锤的两端卡套在所述第一弧形凹槽和第二弧形凹槽内，能够在第一弧形凹槽和第二弧形凹槽内扭向摆动；所述冲击摆锤上设有摆锤导流孔；
[0024]—扭向活动套装在所述冲击摆锤的内腔的导向摆，所述导向摆能够在所述所述冲击摆锤的内腔中扭向摆动;所述导向摆上设有导向摆导流孔；
[0025]所述扭向液压通路包括多个扭向分流孔;所述扭向分流孔与摆锤导流孔、导向摆导流孔之间形成错落的扭向液压分路。
[0026]优选的，所述冲击摆锤径向向外延伸出第一弧形凸台和第二弧形凸台，所述第一弧形凸台和第二弧形凸台分别活动卡套在所述第一弧形凹槽和第二弧形凹槽内，所述冲击摆锤能够相对下筒部扭向摆动；
[0027]所述冲击摆锤径向向内延伸出第三弧形凸台和第四弧形凸台，所述导向摆扭径向向内凹陷有出第三弧形凹槽和第四弧形凹槽，所述第三弧形凸台和第四弧形凸台分别活动卡套在所述第三弧形凹槽和第四弧形凹槽内，所述导向摆能够相对冲击摆锤扭向摆动。
[0028]优选的，所述扭向液压通路上设有第二配流机构，所述第二配流机构包括第二节流嘴和第二配流孔，所述第二配流孔将轴向液压通路分流为周向向内液压通路和中心向外液压通路，液压油经过第二节流嘴之后，其流道变窄，流速变大，形成负压区，所述导向摆与冲击摆锤之间的间隙与所述负压区相连通，由于所述周向向内液压通路和中心向外液压通路均为高压区，则所述导向摆与冲击摆锤之间具有压差，所述压差推动所述冲击摆锤与导向摆做高频运动。
[0029]优选的，所述扭向液压分路包括第一扭向液压分路、第二扭向液压分路、第三扭向液压分路、第四扭向液压分路；
[0030]液压油通过第一扭向液压分路推动冲击摆锤逆时针转动，直至第一弧形凸台顺时针抵接于第一弧形凹槽中，第二弧形凸台顺时针抵接于第二弧形凹槽中，同时第三弧形凸台和第四弧形凸台亦带动导向摆逆时针转动；
[0031 ] 液压油通过第二扭向液压分路推动导向摆继续逆时针转动，直至第三弧形凸台逆时针抵接于第三弧形凹槽，第四弧形凸台逆时针抵接于第四弧形凹槽；
[0032]液压油通过第三扭向液压分路推动冲击摆锤顺时针转动，直至第一弧形凸台逆时针抵接于第一弧形凹槽中，第二弧形凸台逆时针抵接于第二弧形凹槽中，同时第三弧形凸台和第四弧形凸台亦带动导向摆顺时针转动；
[0033]液压油通过第四扭向液压分路推动导向摆继续顺时针转动，直至第三弧形凸台顺时针抵接于第三弧形凹槽，第四弧形凸台顺时针抵接于第四弧形凹槽。
[0034]本发明提供新型的振扭复合冲击提速钻头，采用轴向振动冲击系统对钻头形成轴向振动冲击，使得钻头更深的嵌入岩石中，并使岩石产生疲劳微裂隙，易于破碎，同时采用扭向振动冲击系统对钻头形成扭向振动冲击，使钻头体的冠部不停的对岩石产生微切削，形成更高效的破岩，且有利于避免粘滑，保护钻头。
[0035]通过将轴向振动冲击系统与扭向振动冲击系统有机的复合到一个钻柱内，并将非螺纹方式钻头总成卡合在钻柱上，从而有效的避免了局部应力的发生，轴向振动冲击和扭向振动冲击直接作用于钻头体，最大程度的避免了能量的衰减。且所述轴向振动冲击系统与扭向振动冲击系统采用分流方式驱动，即当运动机构因特殊原因被卡阻时，并不影响正向钻进管柱正常循环。
【附图说明】
[0036]图1为本发明所述振扭复合冲击提速钻头的半剖视图；
[0037]图2为本发明所述振扭复合冲击提速钻头的轴向振动冲击系统的放大示意图；
[0038]图3为本发明所述振扭复合冲击提速钻头的扭向振动冲击系统的放大示意图；
[0039 ]图4为图3中沿A-A向的侧剖视图；
[0040]图5为图3中沿A-A向的另一侧剖视图；
[0041 ]图6为本发明所述振扭复合冲击提速钻头的分体示意图；
[0042]图7为本发明所述振扭复合冲击提速钻头的爆炸示意图；
[0043]图8为本发明所述振扭复合冲击提速钻头的冲击摆锤的结构示意图；
[0044]图9为本发明所述振扭复合冲击提速钻头的导向摆的结构示意图。
【具体实施方式】
[0045]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0046]如图1至图9所示，本发明提供一种振扭复合冲击提速钻头，所述振扭复合冲击提速钻头设置在一液动装置上，所述液动装置为振扭复合冲击提速钻头提供循环液压动力，所述振扭复合冲击提速钻头包括一钻柱10，以及设置在钻柱10—端的钻头20，以及一沿钻柱10本体长度方向设置的液压通路30.
[0047]所述液压通路30包括沿液压通路30的总体流向由上向下依次设置的轴向液压通路40和扭向液压通路50，所述轴向液压通路40上设有为所述钻头20提供轴向振动的轴向振动冲击系统60，所述扭向液压通路50上设有一为所述钻头20提供扭向振动的扭向振动冲击系统70，所述轴向振动冲击系统60与扭向振动冲击系统70均通过所述钻柱1进行动力输出。
[0048]如图1所示，所述钻柱10具有一沿钻柱10本体长度方向延伸的中空内腔，所述液压通路30设置在所述中空内腔中，且所述钻柱10沿液压通路30的总体流向依次设置有相互卡套的上筒部11和下筒部12，所述轴向振动冲击系统60沿液压通路30的总体流向设置于所述上筒部11的第一中空内腔101，所述扭向振动冲击系统70设置于所述下筒部12的第二中空内腔102。
[0049]如图3和图5所示，所述下筒部12的外筒壁内套在所述上筒部11内，且所述下筒部12的外筒壁上周向设有一环形卡槽121，所述上筒部11的内筒壁上设有与环形卡槽121相对设置的环形卡键111，所述上筒部11和下筒部12通过环形卡槽121与环形卡键111的配合形成轴向固定。
[0050]所述下筒部12的外筒壁上周向突出设有第一连接花键112，所述上筒部11相对所述下筒部12的连接端设有与第一连接花键112扭向活动配合的第二连接花键122，形成扭矩连接，即第一花键与第二花键之间具有配合间隙，所述配合间隙即为下筒部12相对上筒部11在扭向上的活动间隙，使所述第二连接花键122能够在第一连接花键112内进行微量的旋转。具体的，所述两花键配合的花键孔隙的宽度大于花键齿的宽度。
[0051 ]如图2所不，所述轴向振动冲击系统60设置包括，
[0052]一固定设置于所述上筒部11的第一中空内腔101中的支撑套61，所述支撑套61沿轴向液压通路40的方向径向向内延伸出上阀体611和下阀体612;具体的，所述第一中空内腔101的内壁上设有一内凸部68，所述支撑套61—端固定抵接于所述内凸部68，且所述支撑套61与内凸部68之间设有冲击环69，所述支撑套61通过所述内凸部68与所述上筒部11固定抵接设置。
[0053]一轴向活动设置在所述上阀体611和下阀体612之间的冲击活塞62，所述冲击活塞62能够在所述上阀体611和下阀体612之间自由轴向运动;所述冲击活塞62上设有冲击导流孔。
[0054]一轴向活动套装在所述冲击活塞62的内腔的导向活塞63，所述导向活塞63能够在所述所述冲击活塞62的内腔中自由轴向运动;所述导向活塞63上设有导向导流孔。
[0055]所述轴向液压通路40包括多个轴向分流孔，所述轴向分流孔与冲击导流孔、导向导流孔之间形成错落的轴向液压分路。
[0056]其中，所述冲击活塞62的两端设有用于限制所述导向活塞63的运动行程的上、下导流套64，所述上、下导流套64均通过配重锁母65套装在所述冲击活塞62的两端，因此，当导向活塞63抵接于冲击活塞62时，所述冲击活塞62通过配重锁母65带动导向活塞63同步运动。
[0057]所述轴向液压通路40上设有第一配流机构，所述第一配流机构包括第一节流嘴66和第一配流孔67，所述第一配流孔67将轴向液压通路40分流为轴向周向液压通路130和轴向中心液压通路230，所述第一节流嘴66将所述轴向周向液压通路130配置为高压通路，将轴向中心液压通路230配置为低压通路。具体的，当液压油通过所述第一节流嘴66时，其流道变窄，流速变大，形成负压区，因此，所述轴向周向液压通路130和轴向中心液压通路230之间具有压差，所述压差推动所述冲击活塞62与导向活塞63做高频运动。
[0058]如图2所不，所述轴向振动冲击系统60设置在所述轴向周向液压通路130和轴向中心液压通路230之间，所述轴向周向液压通路130上设有第一轴向分流孔601a、第二轴向分流孔601b、第三轴向分流孔601c，所述第一轴向分流孔601a和第三轴向分流孔601c分别贯穿所述上阀体611和下阀体612设置，所述第二轴向分流孔601b设置在第一轴向分流孔60 Ia和第三轴向分流孔601 c之间。
[0059]所述冲击活塞62沿所述轴向液压通路40的延伸方向依次设有第一冲击导流孔621、第二冲击导流孔622、第三冲击导流孔623、第四冲击导流孔624、第五冲击导流孔625。
[0060]所述导向活塞63沿所述轴向液压通路40的延伸方向依次设有第一导向导流孔631、第二导向导流孔632、第三导向导流孔633、第四导向导流孔634。
[0061 ]具体的，当所述导向活塞63抵接于冲击活塞62内腔的上方时，所述第一轴向分流孔601a通过第一冲击导流孔621与所述冲击活塞62的内腔连通，形成第一轴向液压分路，液压油通过第一轴向液压分路推动导向活塞63在冲击活塞62的内腔中由上导流套向下运动至下导流套，由于下导流套通过配重锁母65与所述冲击活塞62固定设置，因此对冲击活塞62产生向下的轴向冲击力，由冲击活塞62过渡到上筒部11，并由上筒部11加载至钻头20。
[0062]当所述导向活塞63运动至下导流套时，所述第二轴向分流孔601b与第三冲击导流孔623、第二导向导流孔632、第四冲击导流孔624相导通，形成第二轴向液压分路，液压油通过第二轴向液压分路推动冲击活塞62在上阀体611和下阀体612之间由下阀体612向上运动至上阀体611，其对上阀体611产生的向上轴向冲击力通过上阀体611过渡到冲击环69，由冲击环69过渡到上筒部11，并由上筒部11加载至钻头20。同时，所述冲击活塞62通过下导流套带动导向活塞63同时向上运动。
[0063]当所述冲击活塞62运动至上阀体611时，所述第三轴向分流孔601c与第五冲击导流孔625相导通，形成第三轴向液压分路，液压油通过第三轴向液压分路推动导向活塞63在冲击活塞62的内腔中继续向上运动至上导流套，其对上导流套产生的向上轴向冲击力通过冲击活塞62过渡到上阀体611，由上阀体611过渡到上筒部11，并由上筒部11加载至钻头20。
[0064]当所述导向活塞63运动至上导流套时，所述第二轴向分流孔601b与第三冲击导流孔623、第二导向导流孔632、第二冲击导流孔622相连通，形成第四轴向液压分路，液压油通过第四轴向液压分路推动冲击活塞62在由上阀体611向下运动至下阀体612，其对下阀体612产生的向下轴向冲击力由下阀体612过渡到上筒部11，并由上筒部11加载至钻头20。
[0065]通过上述四次轴向冲击，对钻头20形成轴线振动冲击，使得钻头20更深的嵌入岩石中，并使岩石产生疲劳微裂隙，易于破碎。同时，由于所述轴向周向液压通路130为高压通路，轴向中心液压通路230配置为低压通路，所述轴向周向液压通路130与轴向中心液压通路230之间形成压差，从而能够使轴向周向液压通路130的液压油更加容易推动内部负压的冲击活塞62和导向活塞63做高频运动。
[0066]在实际应用中，根据钻柱10排量，通过调节第一节流嘴66的直径、冲击活塞62的行程以及配重锁母65的重量，可以得到不同的冲击频率和冲击功。具体的，调节节流嘴的直径可获得不同的节流压力，而节流压力高低，对冲击活塞62的推力大小产生影响，从而对轴线冲击力产生影响，推力大小也会改变冲击活塞62从静止到冲击时的末速度的时间，即改变了冲击行程运动时间，从而也对频率产生影响。调节冲击活塞62的行程，可以改变加速距离，从而影响冲击时的末速度，因而影响冲击力的大小，同时也改变了冲击活塞62的冲击行程时间，从而也改变了冲击频率。
[0067]如图3至图9所不，所述扭向振动冲击系统70设置包括
[0068]所述下筒部12的第二中空内腔102的内壁设有第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72，所述第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72相对设置；
[0069]—扭向活动设置在所述第二中空内腔102中的冲击摆锤73，所述冲击摆锤73的两端卡套在所述第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72内，所述冲击摆锤73能够相对下筒部12扭向摆动;具体的，如图4所示，所述冲击摆锤73径向向外延伸出第一弧形凸台731和第二弧形凸台732，所述第一弧形凸台731和第二弧形凸台732分别活动卡套在所述第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72内，同时，所述冲击摆锤73上设有摆锤导流孔。
[0070]—扭向活动套装在所述冲击摆锤73的内腔的导向摆74，所述导向摆74能够在所述所述冲击摆锤73的内腔中扭向摆动;具体的，所述冲击摆锤73径向向内延伸出第三弧形凸台733和第四弧形凸台734，所述导向摆74扭径向向内凹陷有出第三弧形凹槽741和第四弧形凹槽742，所述第三弧形凸台733和第四弧形凸台734分别活动卡套在所述第三弧形凹槽741和第四弧形凹槽742内，同时，所述导向摆74上设有导向摆导流孔。
[0071]所述扭向液压通路50包括多个扭向分流孔;所述扭向分流孔与摆锤导流孔、导向摆导流孔之间形成错落的扭向液压分路。
[0072]所述扭向液压通路50上设有第二配流机构，所述第二配流机构包括第二节流嘴75和第二配流孔76，所述第二配流孔76将轴向液压通路40分流为周向向内液压通路130和中心向外液压通路230，液压油经过第二节流嘴75之后，其流道变窄，流速变大，形成负压区，所述导向摆74与冲击摆锤73之间的间隙与所述负压区相连通，由于所述周向向内液压通路130和中心向外液压通路230均为高压区，则所述导向摆74与冲击摆锤73之间具有压差，所述压差推动所述冲击摆锤73与导向摆74做高频运动。
[0073]如图5所示，所述第二中空内腔102的内壁上沿液压通路30的总体流向周向均匀设有第一扭向分流孔102a、第二扭向分流孔102b、第三扭向分流孔102c、第四扭向分流孔1 2d，所述第一扭向分流孔1 2a、第二扭向分流孔1 2b、第三扭向分流孔1 2 c、第四扭向分流孔102d均与所述扭向周向液压通路30相连通。具体的，所述下筒部12的第二中空内腔102的内壁设有第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72，则相应的，所述第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72之间设有第五弧形凸台和第六弧形凸台，所述第一扭向分流孔102a、第二扭向分流孔102b贯穿所述第五弧形凸台设置，所述第三扭向分流孔102c、第四扭向分流孔102d贯穿所述第六弧形凸台设置。
[0074]如图4、图5和图8所示，所述冲击摆锤73的第一弧形凸台731、第二弧形凸台732、第三弧形凸台733、第四弧形凸台734的两侧分别设有第一摆锤导流孔703a、第二摆锤导流孔703b、第三摆锤导流孔703c、第四摆锤导流孔703d、第五摆锤导流孔703e、第六摆锤导流孔703f、第七摆锤导流孔703g、第八摆锤导流孔703h。
[0075]如图4、图5和图9所示，所述导向摆74的第三弧形凹槽741和第四弧形凹槽742之间设有第七弧形凸台743和第八弧形凸台744，所述第七弧形凸台743与第八弧形凸台744上径向相对设有第一导向摆导流孔704a、第二导向摆导流孔704b，所述第一导向摆导流孔704a、第二导向摆导流孔704b均与所述中心向外液压通路230相连通。
[0076]所述导向摆74还周向均匀设置有多个向内凹陷的第五弧形凹槽745，所述第五弧形凹槽745与所述扭向液压通路50的负压区相连通，形成扭向振动冲击系统70中的压差。
[0077]具体的，当所述冲击摆锤73的第三弧形凸台733和第四弧形凸台734分别顺时针抵接于导向摆74的第三弧形凹槽741和第四弧形凹槽742中，所述冲击摆锤73的第一弧形凸台731和第二弧形凸台732分别逆时针抵接于下筒部12的第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72中时，所述中心向外液压通路230通过第一导向摆导流孔704a、第一摆锤导流孔703a与第一弧形凹槽71连通，形成第一扭向液压分路，液压油通过第一扭向液压分路推动冲击摆锤73的第一弧形凸台731在第一弧形凹槽71中逆时针转动至顺时针抵接在第一弧形凹槽71中，冲击摆锤73的第二弧形凸台732在第二弧形凹槽72中逆时针转动至顺时针抵接在第二弧形凹槽72中，同时第三弧形凸台733和第四弧形凸台734亦带动导向摆74逆时针转动，则冲击摆锤73在液压油的推动下对下筒部12产生逆时针的扭向冲击力，并由下筒部12加载至钻头
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[0078]当所述冲击摆锤73的第一弧形凸台731和第二弧形凸台732分别顺时针抵接于下筒部12的第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72中时，所述周向向内液压通路130通过第一扭向分流孔102a、第二摆锤导流孔703b与第三弧形凹槽741形成第二扭向液压分路，液压油通过第二扭向液压分路推动导向摆74继续逆时针转动，直至第三弧形凸台733逆时针抵接于第三弧形凹槽741，第四弧形凸台734逆时针抵接于第四弧形凹槽742，则导向摆74在液压油的推动下对下筒部12产生逆时针的扭向冲击力，并由下筒部12加载至钻头20。
[0079]当所述导向摆74的第七弧形凸台743、第八弧形凸台744分别顺时针抵接于第三弧形凹槽741、第四弧形凹槽742时，所述中心向外液压通路230通过第一导向摆导流孔704a、第八摆锤导流孔703h与第一弧形凹槽71连通，形成第三扭向液压分路，液压油通过第三扭向液压分路推动冲击摆锤73的第一弧形凸台731在第一弧形凹槽71中顺时针转动至逆时针抵接在第一弧形凹槽71中，冲击摆锤73的第二弧形凸台732在第二弧形凹槽72中时顺针转动至逆时针抵接在第二弧形凹槽72中，同时第三弧形凸台733和第四弧形凸台734亦带动导向摆74顺时针转动，则冲击摆锤7 3在液压油的推动下对下筒部12产生顺时针的扭向冲击力，并由下询部12加载至钻头20。
[0080]当所述冲击摆锤73的第一弧形凸台731和第二弧形凸台732分别逆时针抵接于下筒部12的第一弧形凹槽71和第二弧形凹槽72中时，所述周向向内液压通路130通过第二扭向分流孔102b、第三摆锤导流孔703c与第三弧形凹槽741形成第四扭向液压分路，液压油通过第四扭向液压分路推动导向摆74继续顺时针转动，直至第三弧形凸台733顺时针抵接于第三弧形凹槽741，第四弧形凸台734顺时针抵接于第四弧形凹槽742，则导向摆74在液压油的推动下对冲击摆锤73产生顺时针的扭向冲击力，由冲击摆锤73加载至下筒部12，并由下筒部12加载至钻头20。
[0081]通过上述四次扭向冲击，对钻头20形成扭向振动冲击，如此往复，导致冲击摆锤73不停的高频撞击下筒部12，而下筒部12与钻头20固定连接，进而使钻头20体的冠部不停的对岩石产生微切削，形成更高效的破岩，且有利于避免粘滑，保护钻头20。同时，由于所述导向摆74与冲击摆锤73之间具有压差，从而能够使周向向内液压通路130和中心向外液压通路230的液压油更加容易推动冲击摆锤73与导向摆74做高频运动。
[0082]本发明所述轴向振动冲击系统60为液动推复式运动机构，是一种压差容积式驱动，其对流体、气体及混相液体具有优异的兼容性，适合淡水基泥浆、海水基泥浆、油基泥浆、加重泥浆、漂白剂、化学溶剂、1%的盐酸、3%KCL、聚合物凝胶、除垢剂、空气、二氧化碳、氮气或混合气体;且压力波动范围小，工作频率与MWD系统不同，不影响MWD/LWD工具信号，安放位置不受MffD系统的限制；
[0083]同时轴线振动和扭向振动冲击力可调，对钻头20和管柱不会产生冲击破坏，不会产生破坏钻头20切削齿或者轴承的冲击力，使钻压传递平稳，减少卡滑提高钻头20寿命。
[0084]本发明提供新型的振扭复合冲击提速钻头，采用轴向振动冲击系统60对钻头20形成轴向振动冲击，使得钻头20更深的嵌入岩石中，并使岩石产生疲劳微裂隙，易于破碎，同时米用扭向振动冲击系统70对钻头20形成扭向振动冲击，使钻头20体的冠部不停的对岩石产生微切削，形成更高效的破岩，且有利于避免粘滑，保护钻头20。
[0085]通过将轴向振动冲击系统60与扭向振动冲击系统70有机的复合到一个钻柱10内，并将非螺纹方式钻头20总成卡合在钻柱10上，从而有效的避免了局部应力的发生，轴向振动冲击和扭向振动冲击直接作用于钻头20体，最大程度的避免了能量的衰减。且所述液压运动机构采用分流方式驱动，即当运动机构因特殊原因被卡阻时，并不影响正向钻进管柱正常循环。
[0086]本发明提供新型的振扭复合冲击提速钻头，结构简单、拆卸方便、便于现场维护、更换配件和修复，且使用寿命长;能够与钻头20、磨鞋、套铣工具、捞锚捞筒等钻井、修井磨铣打捞工具配套，为其提供多方向冲击动能，是一种多用途石油钻采井下工具。
[0087]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种振扭复合冲击提速钻头，所述振扭复合冲击提速钻头设置在一液动装置上，所述液动装置为振扭复合冲击提速钻头提供循环液压动力，其特征在于， 所述振扭复合冲击提速钻头包括一钻柱(10)，以及设置在钻柱(10)—端的钻头(20)，以及一沿钻柱(10)本体长度方向设置的液压通路(30);所述液压通路(30)包括沿液压通路(30)的总体流向由上向下依次设置的轴向液压通路(40)和扭向液压通路(50)，所述轴向液压通路(40)上设有为所述钻头(20)提供轴向振动的轴向振动冲击系统(60)，所述扭向液压通路(50)上设有一为所述钻头(20)提供扭向振动的扭向振动冲击系统(70)，所述轴向振动冲击系统(60)与扭向振动冲击系统(70)均通过所述钻柱(10)进行动力传输。2.根据权利要求1所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述钻柱(10)具有一沿钻柱(10)本体长度方向延伸的中空内腔，所述液压通路(30)设置在所述中空内腔中，且所述钻柱(10)沿液压通路(30)的总体流向依次设置有相互卡套的上筒部(11)和下筒部(12)，所述轴向振动冲击系统(60)沿液压通路(30)的总体流向设置于所述上筒部(11)的第一中空内腔(101)，所述扭向振动冲击系统(70)设置于所述下筒部(12)的第二中空内腔(102)。3.根据权利要求2所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述轴向振动冲击系统(60)设置包括， 一固定设置于所述上筒部(11)的第一中空内腔(101)中的支撑套(61)，所述支撑套(61)沿轴向液压通路(40)的方向径向向内延伸出上阀体(611)和下阀体(612); 一轴向活动设置在所述上阀体(611)和下阀体(612)之间的冲击活塞(62)，所述冲击活塞(62)能够在所述上阀体(611)和下阀体(612)之间自由轴向运动;所述冲击活塞(62)上设有冲击导流孔， 一轴向活动套装在所述冲击活塞(62)的内腔的导向活塞(63)，所述导向活塞(63)能够在所述所述冲击活塞(62)的内腔中自由轴向运动;所述导向活塞(63)上设有导向导流孔， 所述轴向液压通路(40)包括多个轴向分流孔;所述轴向分流孔与冲击导流孔、导向导流孔之间形成错落的轴向液压分路。4.根据权利要求3所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述冲击活塞(62)的两端设有用于限制所述导向活塞(63)的运动行程的上、下导流套(64)，所述上、下导流套(64)均通过配重锁母(65)套装在所述冲击活塞(62)的两端。5.根据权利要求4所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述轴向液压通路(40)上设有第一配流机构，所述第一配流机构包括第一节流嘴(66)和第一配流孔(67)，所述第一配流孔(67)将轴向液压通路(40)分流为轴向周向液压通路(401)和轴向中心液压通路(402)，所述第一节流嘴(66)将所述轴向周向液压通路(401)配置为高压通路，将轴向中心液压通路(402)配置为低压通路。6.根据权利要求5所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述轴向液压分路包括第一轴向液压分路、第二轴向液压分路、第三轴向液压分路、第四轴向液压分路； 液压油通过第一轴向液压分路推动导向活塞(63)在冲击活塞(62)的内腔中由上导流套向下运动至下导流套； 液压油通过第二轴向液压分路推动冲击活塞(62)在上阀体(611)和下阀体(612)之间由下阀体(612)向上运动至上阀体(611); 液压油通过第三轴向液压分路推动导向活塞(63)在冲击活塞(62)的内腔中继续向上运动至上导流套； 液压油通过第四轴向液压分路推动冲击活塞(62)在由上阀体(611)向下运动至下阀体(612)07.根据权利要求1所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述扭向振动冲击系统(70)设置包括， 所述下筒部(12)的第二中空内腔(102)的内壁设有第一弧形凹槽(71)和第二弧形凹槽(72)，所述第一弧形凹槽(71)和第二弧形凹槽(72)相对设置； 一扭向活动设置在所述第二中空内腔(102)中的冲击摆锤(73)，所述冲击摆锤(73)的两端卡套在所述第一弧形凹槽(71)和第二弧形凹槽(72)内，能够在第一弧形凹槽(71)和第二弧形凹槽(72)内扭向摆动;所述冲击摆锤(73)上设有摆锤导流孔； 一扭向活动套装在所述冲击摆锤(73)的内腔的导向摆(74)，所述导向摆(74)能够在所述所述冲击摆锤(73)的内腔中扭向摆动;所述导向摆(74)上设有导向摆(74)导流孔； 所述扭向液压通路(50)包括多个扭向分流孔;所述扭向分流孔与摆锤导流孔、导向摆(74)导流孔之间形成错落的扭向液压分路。8.根据权利要求7所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述冲击摆锤(73)径向向外延伸出第一弧形凸台(731)和第二弧形凸台(732)，所述第一弧形凸台(731)和第二弧形凸台(732)分别活动卡套在所述第一弧形凹槽(71)和第二弧形凹槽(72)内，所述冲击摆锤(73)能够相对下筒部(12)扭向摆动； 所述冲击摆锤(73)径向向内延伸出第三弧形凸台(733)和第四弧形凸台(734)，所述导向摆(74)扭径向向内凹陷有出第三弧形凹槽(741)和第四弧形凹槽(742)，所述第三弧形凸台(733)和第四弧形凸台(734)分别活动卡套在所述第三弧形凹槽(741)和第四弧形凹槽(742)内，所述导向摆(74)能够相对冲击摆锤(73)扭向摆动。9.根据权利要求8所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述扭向液压通路(50)上设有第二配流机构，所述第二配流机构包括第二节流嘴(75)和第二配流孔(76)，所述第二配流孔(76)将轴向液压通路(40)分流为周向向内液压通路(501)和中心向外液压通路(502)，液压油经过第二节流嘴(75)之后，其流道变窄，流速变大，形成负压区，所述导向摆(74)与冲击摆锤(73)之间的间隙与所述负压区相连通，由于所述周向向内液压通路(501)和中心向外液压通路(502)均为高压区，则所述导向摆(74)与冲击摆锤(73)之间具有压差，所述压差推动所述冲击摆锤(73)与导向摆(74)做高频运动。10.根据权利要求9所述振扭复合冲击提速钻头，其特征在于，所述扭向液压分路包括第一扭向液压分路、第二扭向液压分路、第三扭向液压分路、第四扭向液压分路； 液压油通过第一扭向液压分路推动冲击摆锤(73)逆时针转动，直至第一弧形凸台(731)顺时针抵接于第一弧形凹槽(71)中，第二弧形凸台(732)顺时针抵接于第二弧形凹槽(72)中，同时第三弧形凸台(733)和第四弧形凸台(734)亦带动导向摆(74)逆时针转动；液压油通过第二扭向液压分路推动导向摆(74)继续逆时针转动，直至第三弧形凸台(733)逆时针抵接于第三弧形凹槽(741)，第四弧形凸台(734)逆时针抵接于第四弧形凹槽(742); 液压油通过第三扭向液压分路推动冲击摆锤(73)顺时针转动，直至第一弧形凸台(731)逆时针抵接于第一弧形凹槽(71)中，第二弧形凸台(732)逆时针抵接于第二弧形凹槽(72)中，同时第三弧形凸台(733)和第四弧形凸台(734)亦带动导向摆(74)顺时针转动；液压油通过第四扭向液压分路推动导向摆(74)继续顺时针转动，直至第三弧形凸台(733)顺时针抵接于第三弧形凹槽(741)，第四弧形凸台(734)顺时针抵接于第四弧形凹槽(742)。
【文档编号】E21B10/36GK105909177SQ201610355423
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】王越之, 王天巧
【申请人】长江大学, 荆州市学成实业有限公司, 宝鸡市远深石油设备新技术有限公司