专利名称：一种自转式空气锤的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油天然气钻井装备制造技术领域，确切地说涉及一种应用于石 油天然气气体钻井中的自转式空气锤。
背景技术：
气体钻井技术采用空气锤依靠高压气体提供动力进行冲击破岩。现有空气锤在结 构上只能提供冲击功能，而不能输出扭矩，主要依靠钻机转盘驱动旋转，该工具在垂直井眼 内应用效果良好，但是在水平井、定向井钻井作业中，由于井壁摩擦阻力过大，常规空气锤 应用效果很不理想。公开号为CN101363305，
公开日为2009年2月11日的中国专利文献公开了一种 用于石油天然气钻井中的长寿命高性能空气锤。它能有效提高空气锤使用寿命及增强其整 体性能。其技术方案是外壳上端用螺纹与上接头连接，外壳下端用螺纹与下接头连接，下 接头再与钻头花键连接，外壳内腔为阶梯状；配气座中心孔安有逆止阀、弹簧，上接头与配 气座间安有碟簧组；内缸安装在外壳内腔，内缸外表面对称分布有四道轴向平槽，槽内加工 有径向的气体流通孔，内缸内装活塞；钻头加工有环槽安装卡环，钻头外圆设置有一圈保径 齿；在内缸与配气座配合面安有密封垫片。本实用新型具有寿命长和性能高两大特征，能有 效提高空气锤使用寿命及增强其整体性能；其结构简单，可用于石油天然气气体钻井中。但上述技术方案仍然仅能提供冲击功能，不能输出扭矩，仍然依靠钻机转盘驱动 旋转，不能解决在水平井、定向井钻井过程中因摩擦阻力过大而不能高效钻进的难题。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种适用于石油天然气气体钻井中的自 转式空气锤，本实用新型不但能提供冲击功能，还能输出扭矩，实现了空气锤的自旋转，使 空气锤实现了冲击与旋转钻进相结合的钻井方式，有效的解决了在水平井、定向井钻井过 程中因摩擦阻力过大而无法采用常规空气锤实现高效钻进的难题。本实用新型是通过采用下述技术方案实现的—种自转式空气锤，包括旋转隔离机构、旋转机构、配气机构、活塞组件和防掉落 钎头，其特征在于所述旋转隔离机构包括上接头、橡胶密封锥、逆止阀体、弹簧、密封圈和 外缸，其中，所述上接头一端与钻具组合螺纹连接，上接头的另一端与外缸螺纹连接，所述 橡胶密封锥与逆止阀体通过弹簧定位在上接头与配气机构的配气座盖之间，密封圈设置在 上接头和外缸之间。所述旋转机构包括离合器、螺旋棒和螺旋母，其中，离合器安装在配气机构的配气 座内部，螺旋棒上部通过花键与离合器相连接，螺旋棒下部通过花键与螺旋母相连接，螺旋 母通过螺纹连接在活塞组件的活塞上部。所述配气机构包括节流旋塞、配气座盖、配气座、内缸和导向套，其中，配气座盖通 过螺纹连接在配气座上部，配气座通过键定位在外缸内部，节流旋塞安装在配气座盖内部，内缸上部与配气座通过台阶定位，下部与导向套相接触，导向套下部通过台阶定位在外缸 内部。所述活塞组件包括活塞、传动套和定位环，其中，活塞下部经花键与传动套相连 接，传动套通过花键与防掉落钎头的钎头相连接，定位环安装在传动套与防掉落钎头的钎 头卡杯之间。所述防掉落钎头包括钎头卡杯、钎头、下连接套和防掉接头，其中，钎头卡杯与钎 头通过台阶定位，钎头卡杯定位在下连接套上部，下连接套通过螺纹与外缸连接，防掉接头 通过台阶与下连接套相挂扣，防掉接头通过螺纹与钎头相连接。内缸、活塞与导向套之间的环形空间形成前气室。内缸、活塞、螺旋棒与配气座之间的环形空间形成后气室。与公开号为CN101363305为代表的现有技术相比，本实用新型的优点表现在由于本实用新型采用“旋转隔离机构、旋转机构、配气机构、活塞组件和防掉落钎 头形成的自转式空气锤”这样的技术方案，通过旋转隔离机构能将空气锤的旋转运动与钻 柱隔离，从而达到空气锤下部旋转而上部不旋转的目的，而采用旋转机构，实现了空气锤的 单向旋转，其于部件实现空气锤正常工作；本实用新型不但能提供冲击功能，还能输出扭 矩，实现了空气锤的自旋转，使空气锤实现了冲击与旋转钻进相结合的钻井方式，有效的解 决了在水平井、定向井钻井过程中因摩擦阻力过大而无法采用常规空气锤实现高效钻进的 难题。
下面将结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明，其 中图1为本实用新型的结构示意图图中标记1、上接头，2、橡胶密封锥，3、逆止阀体，4、密封圈，5、弹簧，6、配气座盖，7、键，8、节流旋塞，9、离合器，10、配气座，11、螺旋棒，12、螺旋母，13、活塞，14、内缸，15、导向套，16、外 缸，17、传动套，18、定位环，19、钎头卡杯，20、钎头，21、下连接套，22、防掉接头。
具体实施方式
实施例1本实用新型公开了一种自转式空气锤，包括旋转隔离机构、旋转机构、配气机构、 活塞组件和防掉落钎头，所述旋转隔离机构包括上接头1、橡胶密封锥2、逆止阀体3、弹簧 5、密封圈4和外缸16，其中，所述上接头1 一端与钻具组合螺纹连接，上接头1的另一端与 外缸16螺纹连接，所述橡胶密封锥2与逆止阀体3通过弹簧5定位在上接头1与配气机构 的配气座盖6之间，密封圈4设置在上接头1和外缸16之间。旋转机构、配气机构、活塞组 件和防掉落钎头均采用现有技术中的已有机构。实施例2作为本实用新型一较佳实施方式，本实用新型所述的旋转机构包括离合器9、螺旋 棒11和螺旋母12，其中，离合器9安装在配气机构的配气座10内部，螺旋棒11上部通过花键与离合器9相连接，螺旋棒11下部通过花键与螺旋母12相连接，螺旋母12通过螺纹连 接在活塞组件的活塞13上部。配气机构、活塞组件和防掉落钎头均采用现有技术中的已有 机构。实施例3作为本实用新型一较佳实施方式，本实用新型公开了一种自转式空气锤，包括旋 转隔离机构、旋转机构、配气机构、活塞组件和防掉落钎头，所述旋转隔离机构包括上接头 1、橡胶密封锥2、逆止阀体3、弹簧5、密封圈4和外缸16，其中，所述上接头1 一端与钻具组 合螺纹连接，上接头1的另一端与外缸16螺纹连接，所述橡胶密封锥2与逆止阀体3通过 弹簧5定位在上接头1与配气机构的配气座盖6之间，密封圈4设置在上接头1和外缸16 之间；所述旋转机构包括离合器9、螺旋棒11和螺旋母12，其中，离合器9安装在配气机构 的配气座10内部，螺旋棒11上部通过花键与离合器9相连接，螺旋棒11下部通过花键与 螺旋母12相连接，螺旋母12通过螺纹连接在活塞组件的活塞13上部。所述配气机构包括 节流旋塞8、配气座盖6、配气座10、内缸14和导向套15，其中，配气座盖6通过螺纹连接在 配气座10上部，配气座10通过键7定位在外缸16内部，节流旋塞8安装在配气座盖6内 部，内缸14上部与配气座10通过台阶定位，下部与导向套15相接触，导向套15下部通过 台阶定位在外缸16内部。活塞组件和防掉落钎头均采用现有技术中的已有机构。实施例4作为本实用新型另一较佳实施方式，本实用新型公开了一种自转式空气锤，包括 旋转隔离机构、旋转机构、配气机构、活塞组件和防掉落钎头，所述旋转隔离机构包括上接 头1、橡胶密封锥2、逆止阀体3、弹簧5、密封圈4和外缸16，其中，所述上接头1 一端与钻具 组合螺纹连接，上接头1的另一端与外缸16螺纹连接，所述橡胶密封锥2与逆止阀体3通 过弹簧5定位在上接头1与配气机构的配气座盖6之间，密封圈4设置在上接头1和外缸 16之间；所述旋转机构包括离合器9、螺旋棒11和螺旋母12，其中，离合器9安装在配气机 构的配气座10内部，螺旋棒11上部通过花键与离合器9相连接，螺旋棒11下部通过花键 与螺旋母12相连接，螺旋母12通过螺纹连接在活塞组件的活塞13上部。所述配气机构包 括节流旋塞8、配气座盖6、配气座10、内缸14和导向套15，其中，配气座盖6通过螺纹连接 在配气座10上部，配气座10通过键7定位在外缸16内部，节流旋塞8安装在配气座盖6 内部，内缸14上部与配气座10通过台阶定位，下部与导向套15相接触，导向套15下部通 过台阶定位在外缸16内部。所述活塞组件包括活塞13、传动套17和定位环18，其中，活塞 13下部经花键与传动套17相连接，传动套17通过花键与防掉落钎头的钎头20相连接，定 位环18安装在传动套17与防掉落钎头的钎头卡杯19之间。防掉落钎头均采用现有技术 中的已有机构。实施例5作为本实用新型再一较佳实施方式，本实用新型公开了一种自转式空气锤，包括 旋转隔离机构、旋转机构、配气机构、活塞组件和防掉落钎头，所述旋转隔离机构包括上接 头1、橡胶密封锥2、逆止阀体3、弹簧5、密封圈4和外缸16，其中，所述上接头1 一端与钻具 组合螺纹连接，上接头1的另一端与外缸16螺纹连接，所述橡胶密封锥2与逆止阀体3通 过弹簧5定位在上接头1与配气机构的配气座盖6之间，密封圈4设置在上接头1和外缸 16之间；所述旋转机构包括离合器9、螺旋棒11和螺旋母12，其中，离合器9安装在配气机构的配气座10内部，螺旋棒11上部通过花键与离合器9相连接，螺旋棒11下部通过花键 与螺旋母12相连接，螺旋母12通过螺纹连接在活塞组件的活塞13上部。所述配气机构包 括节流旋塞8、配气座盖6、配气座10、内缸14和导向套15，其中，配气座盖6通过螺纹连接 在配气座10上部，配气座10通过键7定位在外缸16内部，节流旋塞8安装在配气座盖6 内部，内缸14上部与配气座10通过台阶定位，下部与导向套15相接触，导向套15下部通 过台阶定位在外缸16内部。所述活塞组件包括活塞13、传动套17和定位环18，其中，活塞 13下部经花键与传动套17相连接，传动套17通过花键与防掉落钎头的钎头20相连接，定 位环18安装在传动套17与防掉落钎头的钎头卡杯19之间。所述防掉落钎头包括钎头卡 杯19、钎头20、下连接套21和防掉接头22，其中，钎头卡杯19与钎头20通过台阶定位，钎 头卡杯19定位在下连接套21上部，下连接套21通过螺纹与外缸16连接，防掉接头22通 过台阶与下连接套21相挂扣，防掉接头22通过螺纹与钎头20相连接。实施例6作为本实用新型一实例，参照说明书附图1，其结构如下本实用新型所述上接头1上部螺纹与钻具组合相连接，下部螺纹与外缸16相连 接。所述橡胶密封锥2与逆止阀体3通过弹簧5定位在上接头1与配气座盖6之间，配气 座盖6通过螺纹连接在配气座10上部。配气座10通过键7定位在外缸16内部。节流旋 塞8安装在配气座盖6内部。离合器9安装在配气座10内部，螺旋棒11上部通过花键与 离合器9相连接，螺旋棒11下部通过花键与螺旋母12相连接，螺旋母12通过螺纹连接在 活塞13上部。内缸14上部与配气座10通过台阶定位，下部与导向套15相接触，导向套15 下部通过台阶定位在外缸16内部。活塞13下部的花键与传动套17相连接，传动套17通 过花键与钎头20相连接，钎头卡杯19与钎头20通过台阶定位，钎头卡杯19定位在下连接 套21上部，下连接套21通过螺纹与外缸16连接，防掉接头22通过台阶与下连接套21相 挂扣，防掉接头22通过螺纹与钎头20相连接。在内缸14、活塞13与导向套15之间的环形空间内形成前气室；在内缸14、活塞 13、螺旋棒11与配气座10之间的环形空间形成后气室。本实用新型的工作原理如下在开展气体钻井时，本实用新型通过上接头1连接钻具组合下入井底，通过地面 设备提供高能压缩气体，高压气体推开逆止阀体3，气体通过配气座10中开设的气道以及 内缸14与外缸16之间的环形通道后，经内缸14上开设的气孔进入前气室，推动活塞13上 行。此时离合器9处于逆齿状态，螺旋棒11无法转动，而螺旋棒11通过花键连接的螺旋母 12则向右旋转，带动与之连接的活塞13向右旋转，活塞13带动传动套17向右旋转，最终传 动套17通过花键带动钎头20向右旋转，从而实现了本实用新型提出了空气锤自旋转。当高压气体推动活塞13上行一定距离后，前气室的进气通道被封闭，前气室内高 压气体通过传动套17与活塞13下端之间的通道进入钎头20的中心孔排入井眼内。当活 塞上行到一定位置时，后气室的排气通道关闭，同时后气室的进气通道打开，高压气体经内 缸14上的气孔进入后气室，当活塞13运动到上死点时，后气室内的高压气体推动活塞13 加速下行，当活塞下行一定距离后，后气室的排气通道打开，后气室排气，此时活塞13继续 加速下行，直到其冲击到钎头20的上端面，从而实现本实用新型提出的产生冲击功。在活 塞13向下行进的过程中，离合器9处于顺齿状态，螺旋棒11可以自由转动，所以活塞在下行的过程中不旋转。当活塞13完成对钎头20上端面进行冲击后，前气室的进气通道打开， 活塞重复上述动作。
权利要求一种自转式空气锤，包括旋转隔离机构、旋转机构、配气机构、活塞组件和防掉落钎头，其特征在于所述旋转隔离机构包括上接头(1)、橡胶密封锥(2)、逆止阀体(3)、弹簧(5)、密封圈(4)和外缸(16)，其中，所述上接头(1)一端与钻具组合螺纹连接，上接头(1)的另一端与外缸(16)螺纹连接，所述橡胶密封锥(2)与逆止阀体(3)通过弹簧(5)定位在上接头(1)与配气机构的配气座盖(6)之间，密封圈(4)设置在上接头(1)和外缸(16)之间。
2.根据权利要求1所述的一种自转式空气锤，其特征在于所述配气机构包括节流旋 塞(8)、配气座盖(6)、配气座(10)、内缸(14)和导向套(15)，其中，配气座盖(6)通过螺纹 连接在配气座(10)上部，配气座(10)通过键(7)定位在外缸(16)内部，节流旋塞⑶安 装在配气座盖(6)内部，内缸(14)上部与配气座(10)通过台阶定位，下部与导向套(15) 相接触，导向套(15)下部通过台阶定位在外缸(16)内部。
3.根据权利要求2所述的一种自转式空气锤，其特征在于所述活塞组件包括活塞 (13)、传动套(17)和定位环(18)，其中，活塞(13)下部经花键与传动套(17)相连接，传动 套(17)通过花键与防掉落钎头的钎头(20)相连接，定位环(18)安装在传动套(17)与防 掉落钎头的钎头卡杯(19)之间。
4.根据权利要求3所述的一种自转式空气锤，其特征在于所述防掉落钎头包括钎头 卡杯(19)、钎头(20)、下连接套(21)和防掉接头(22)，其中，钎头卡杯(19)与钎头(20) 通过台阶定位，钎头卡杯(19)定位在下连接套(21)上部，下连接套(21)通过螺纹与外缸 (16)连接，防掉接头(22)通过台阶与下连接套(21)相挂扣，防掉接头(22)通过螺纹与钎 头(20)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种自转式空气锤，其特征在于内缸(14)、活塞(13)与导 向套(15)之间的环形空间形成前气室。
6.根据权利要求5所述的一种自转式空气锤，其特征在于内缸(14)、活塞(13)、螺旋 棒(11)与配气座(10)之间的环形空间形成后气室。
专利摘要本实用新型公开了一种自转式空气锤，包括旋转隔离机构、旋转机构、配气机构、活塞组件和防掉落钎头，所述旋转隔离机构包括上接头、橡胶密封锥、逆止阀体、弹簧、密封圈和外缸，其中，所述上接头一端与钻具组合螺纹连接，上接头的另一端与外缸螺纹连接，所述橡胶密封锥与逆止阀体通过弹簧定位在上接头与配气机构的配气座盖之间，密封圈设置在上接头和外缸之间。本实用新型不但能提供冲击功能，还能输出扭矩，实现了空气锤的自旋转。
文档编号E21B1/30GK201598972SQ20102013021
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者何超, 刘彬, 李伟成, 邓虎, 陈晓彬, 陈立 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司