液动轴向振动冲击破岩器的制作方法

本实用新型涉及石油钻井领域，尤其是涉及一种液动轴向振动冲击破岩器。

背景技术：

随着油气能源和矿产资源需求逐渐扩大，石油天然气钻井、地质岩心钻探越来越趋于地层内部，在石油天然气开采方面，我国未来的开发重点之一是4500米以下的深部地层，在深井、超深井钻井中，存在钻井效率低，产生井斜等问题，钻井成本大大增加，因此在各种钻井技术中高效钻井破岩技术就凸显了自身的重要性。

当前，各类冲击器是提高深井机械钻速的主要井下动力工具，但是目前常规冲击器普遍存在活动件多、部件配合多等缺点，这使得冲击器存在很多易损、薄弱部位，大大降低了常规液动冲击器的寿命，导致钻井效率低，同时，其弹簧等缓冲储能装置也影响了冲击器的效能，减少了冲击器使用寿命，这些问题严重制约了液动冲击器在现场的推广使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种液动轴向振动冲击破岩器，以解决传统冲击器寿命短、效能低，导致钻头钻井效率低的问题。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供一种液动轴向振动冲击破岩器，包括，

外壳体，具有中心通道；

锤外体，穿设在所述中心通道内，所述锤外体具有冲击腔，所述锤外体的下端与所述外壳体的下端相连；

分流管，位于所述中心通道内，所述分流管的上端与所述外壳体之间形成外分流通道，所述分流管的下端穿设在所述冲击腔内，所述分流管具有进液通道，且所述分流管从上至下分别设有与所述进液通道相连通的分流进液孔、启动进液通道和出液孔，所述分流进液孔与所述外分流通道相连通，所述启动进液通道和所述出液孔分别与所述冲击腔相连通；

冲击机构，套设在所述分流管上并与所述启动进液通道相对设置，所述冲击机构具有启动管及液动锤管，所述启动管能轴向移动地套设在所述分流管上，所述液动锤管能轴向移动地套设在所述启动管上，所述液动锤管能在所述启动管的带动下冲击所述锤外体。

进一步的，所述启动管具有沿圆周方向交错设置的液动槽及启动流道，所述液动槽开设在所述启动管的外壁上，所述启动流道包括上启动孔和下启动孔；

所述液动锤管具有沿圆周方向交错设置的外滑块及内滑块，所述外滑块设置在所述液动锤管的外壁上，所述内滑块设置在所述液动锤管的内壁上并伸入所述液动槽内，所述液动锤管上还设有位于所述外滑块两侧的第一上液动孔和第一下液动孔，以及位于所述内滑块两侧的第二上液动孔和第二下液动孔；

其中，所述第一上液动孔能通过所述上启动孔与所述分流管的启动进液通道相连通，所述第一下液动孔能通过所述下启动孔与所述分流管的启动进液通道相连通。

进一步的，所述启动管的外壁形成有轴向泄流槽，所述轴向泄流槽与所述冲击腔相连通。

进一步的，所述锤外体与所述外壳体之间形成有外过流通道，所述外过流通道与所述外分流通道相连通，所述锤外体上开设有导流通道，所述外过流通道通过所述导流通道与所述冲击腔相连通。

进一步的，所述导流通道包括位于所述锤外体上部的上导流孔和位于所述锤外体下部的下导流孔，以及位于所述上导流孔与所述下导流孔之间的中间导流孔；其中，所述下导流孔与所述分流管的出液孔相连通。

进一步的，所述锤外体的内壁形成有冲击槽，所述冲击槽与所述导流通道沿所述锤外体的圆周方向交错设置，所述外滑块能在所述冲击槽内轴向移动。

进一步的，在所述外滑块抵接在所述冲击槽的底壁的状态下，所述外过流通道通过所述中间导流孔、所述第二下液动孔与所述液动槽相连通，且所述外过流通道通过所述下导流孔与所述液动锤管的内通道相连通。

进一步的，在所述外滑块抵接在所述冲击槽的顶壁的状态下，所述外过流通道通过所述上导流孔、所述第二上液动孔与所述液动槽相连通。

进一步的，所述锤外体的内壁形成有至少一个泄流槽，所述泄流槽沿所述锤外体的轴向延伸设置，所述泄流槽的上端与所述冲击槽相连通，其下端与所述冲击腔相连通。

进一步的，所述锤外体的内壁上具有两个径向相对设置的所述冲击槽，所述液动锤管的外壁上具有两个径向相对设置的所述外滑块，两个所述外滑块能分别轴向移动地设置在对应的所述冲击槽内。

进一步的，所述启动管的外壁上具有两个径向相对设置的所述液动槽，所述液动锤管的内壁上具有两个径向相对设置的所述内滑块，两个所述内滑块能分别轴向移动地设置在对应的所述液动槽内。

进一步的，所述分流管内设有第一缩径流道，所述第一缩径流道位于所述启动进液通道和所述出液孔之间。

进一步的，所述分流管内具有第二缩径流道，所述第二缩径流道位于所述分流进液孔与所述启动进液通道之间。

进一步的，所述锤外体具有扣合相连的锤压盖及锤外壳，所述锤压盖与所述锤外壳之间形成所述冲击腔，所述锤外壳的下端外壁上沿其圆周方向间隔设有多个插接凸块，所述外壳体的下端沿其圆周方向间隔设有多个插接槽，多个所述插接凸块能插入多个所述插接槽内。

本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器的特点及优点是：冲击机构的液动锤管能在启动管的带动下冲击锤外体，以对旋转钻进的钻头施加轴向振动力，提高钻头的破岩效率和钻进速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器的结构示意图一；

图2为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器的结构示意图二；

图3为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中锤外体与液动锤管的结构示意图；

图4为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中分流管的结构示意图；

图5为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中液动锤管的立体结构示意图；

图6为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中液动锤管的剖视结构示意图；

图7为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中液动锤管的另一视角的剖视结构示意图；

图8为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中启动管的立体结构示意图；

图9为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中启动管的剖视结构示意图；

图10为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中启动管的俯视图；

图11为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中锤外壳的立体结构示意图；

图12为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中锤外壳的剖视结构示意图；

图13为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中锤压盖的侧视图；

图14为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中锤压盖的剖视结构示意图；

图15为本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器中外壳体的剖视结构示意图。

附图标号说明：

1、外壳体；11、中心通道；12、插接槽；

2、锤外体；21、冲击腔；22、外过流通道；23、导流通道；231、上导流孔；232、下导流孔；233、中间导流孔；24、冲击槽；25、泄流槽；26、锤压盖；261、半圆孔；262、水楔倒角；263、泄流倒角；264、圆柱孔；265、端板；2651、穿孔；266、法兰；27、锤外壳；271、插接凸块；272、圆柱螺纹孔；273、半圆槽；28、环形泄流流道；

3、分流管；31、外分流通道；32、进液通道；33、分流进液孔；34、启动进液通道；35、出液孔；36、第一缩径流道；37、第二缩颈流道；

4、冲击机构；41、启动管；411、液动槽；412、启动流道；4121、上启动孔；4122、下启动孔；413、轴向泄流槽；42、液动锤管；421、外滑块；422、内滑块；423、第一上液动孔；424、第一下液动孔；425、第二上液动孔；426、第二下液动孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图15所示，本实用新型提供了一种液动轴向振动冲击破岩器，包括外壳体1、锤外体2、分流管3和冲击机构4，其中，外壳体1具有中心通道11；锤外体2穿设在中心通道11内，锤外体2具有冲击腔21，锤外体2的下端与外壳体1的下端相连；分流管3位于中心通道11内，分流管3的上端与外壳体1之间形成外分流通道31，分流管3的下端穿设在冲击腔21内，分流管3具有进液通道32，且分流管3从上至下分别设有与进液通道32相连通的分流进液孔33、启动进液通道34和出液孔35，分流进液孔33与外分流通道31相连通，启动进液通道34和出液孔35分别与冲击腔21相连通；冲击机构4，套设在分流管3上并与启动进液通道34相对设置，冲击机构4具有启动管41及液动锤管42，启动管41能轴向移动地套设在分流管3上，液动锤管42能轴向移动地套设在启动管41上，液动锤管42能在启动管41的带动下冲击锤外体2。

本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器，冲击机构4的液动锤管42能在启动管41的带动下冲击锤外体2，以对旋转钻进的钻头施加轴向振动力，提高钻头的破岩效率和钻进速度，同时本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器具有中间结构少、部件不易损坏、能耗低以及冲击力大等优点，能利用钻井液的液体压力，不需要额外补充能量，使钻井液得到了更充分的利用，大大降低了钻井液的压力损耗；本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器具有结构简单、易于实现以及成本较低的特点，使得本实用新型便于在油田推广中使用。

具体的，如图15所示，在本实用新型中，外壳体1大体呈圆柱筒形，外壳体1内形成有上下贯通的中心通道11，外壳体1的下端沿其圆周方向间隔设有多个插接槽12，外壳体1的上端内壁车有螺纹，以便连接钻柱或钻铤。

如图3、图11、图12、图13以及图14所示，在本实用新型中，锤外体2具有冲击腔21，锤外体2的上端自外壳体1的下端插入外壳体1的中心通道11内。如图1所示，锤外体2与外壳体1之间形成有外过流通道22，外过流通道22与外分流通道31相连通，锤外体2的内壁形成有冲击槽24，在本实施例中，锤外体2的内壁上具有两个径向对称设置的冲击槽24，当然，在其它的实施例中，冲击槽24也可以是沿锤外体2的圆周方向间隔设置的三个、四个或者更多数量，在此不做限制。

进一步的，锤外体2上开设有导流通道23，外过流通道22通过导流通道23与冲击腔21相连通，在本实施例中，锤外体2的外壁上开设有两个径向对称设置的导流通道23，两个导流通道23和两个冲击槽24沿锤外体2的圆周方向交错设置。

在本实施例中，如图11所示，导流通道23包括位于锤外体2上部的上导流孔231和位于锤外体2下部的下导流孔232，以及位于上导流孔231与下导流孔232之间的中间导流孔233；其中，下导流孔232与分流管3的出液孔35相连通。

具体的，如图1、图3、图13以及图14所示，锤外体2具有扣合相连的锤压盖26及锤外壳27；其中，锤压盖26大体圆柱筒形，在锤压盖26的上端形成有端板265，该端板265上开设有穿孔2651，分流管3从该穿孔2651中穿过，锤压盖26的下端形成有法兰266，锤压盖26通过法兰266与锤外壳27相连，锤压盖26的上端抵接在分流管3上，在锤压盖26的上端形成水楔倒角262，使钻井液能够通过水楔作用将锤压盖26牢固地压在锤外壳27上。在锤压盖26的法兰266上沿其圆周方向间隔设有四个圆柱孔264，在锤压盖26的法兰266上开设有两个径向对称设置的半圆孔261。

如图1、图2、图11和12所示，锤外壳27大体呈圆筒形，在锤外壳27的上端沿其圆周方向间隔设有四个圆柱螺纹孔272，锤压盖26上的四个圆柱孔264与四个圆柱螺纹孔272相配合，通过螺栓穿过圆柱孔264并螺纹连接在圆柱螺纹孔272内以将锤压盖26固定在锤外壳27上，以减少了部件在冲击器内部的晃动，从而降低了部件的磨损以增加本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器的寿命。

进一步的，在锤外壳27的外壁上形成有两个径向对称设置的半圆槽273，两个半圆槽273与外壳体1之间形成两个径向对称设置的外过流通道22，两个外过流通道22分别通过两个半圆孔261与外分流通道31相连通。

锤压盖26与锤外壳27之间形成冲击腔21，两个导流通道23和两个冲击槽24均位于锤外壳27上并沿锤外壳27的圆周方向交错设置，锤外壳27的下端外壁上沿其圆周方向间隔设有多个插接凸块271，多个插接凸块271能插入外壳体1的多个插接槽12内，通过多个插接凸块271与多个插接槽12相互咬合，将上部钻柱的扭矩传递下去。

更进一步的，锤外壳27的内壁形成有至少一个泄流槽25，泄流槽25沿锤外体2的轴向延伸设置，泄流槽25的上端与冲击槽24相连通，其下端与冲击腔21相连通。在一具体实施例中，锤外壳27的内壁沿其圆周方向间隔开设有四个泄流槽25，泄流槽25呈半圆形，在本实施例中，在锤压盖26的内壁上开设有泄流倒角263，使得钻井液通过泄流倒角263形成水楔作用推动液动锤管42运动，泄流倒角263与液动锤管42之间形成环形泄流流道28，冲击槽24通过环形泄流流道28与泄流槽25的上端连通，泄流槽25的下端与冲击腔21相连通，以使泄流槽25内的钻井液能依次通过环形泄流流道28、泄流槽25、锤外壳27的内通道以及分流管3的出液孔35流至钻头。

如图1、图2以及图4所示，在本实用新型中，分流管3大体呈圆筒形，分流管3具有上下贯通的进液通道32，分流管3的上端抵接在外壳体1的内壁上，分流管3的下端通过螺纹连接在锤外壳27内，分流管3从上至下分别设有与进液通道32相连通的分流进液孔33、启动进液通道34和出液孔35。在本实施例中，分流管3的上部沿其圆周方向间隔开设有多个分流进液孔33，分流管3的进液通道32通过多个分流进液孔33与外分流通道31相连通，分流管3的下部沿其圆周方向间隔开设有多个出液孔35，冲击腔21通过多个出液孔35与分流管3的进液通道32相连通，在一具体实施例中，分流进液孔33的数量为六个，出液孔35的数量为八个，当然在其他的实施例中，分流进液孔33和出液孔35的数量也可以是十个、十二个或者更多数量，在此不做限制。

在本实施例中，启动进液通道34是沿分流管3的圆周方向间隔开设的多个矩形孔，该些矩形孔的长度与分流管3的轴向平行设置，钻进液通过该些矩形孔能分流到冲击槽24中，以推动液动锤管42运动。在本实施例中，分流管3内具有第二缩颈流道37，第二缩颈流道37位于分流进液孔33与启动进液通道34之间，第二缩颈流道37大体呈锥状，其具有大口径端以及位于大口径端下方的小口径端，第二缩颈流道37的大口径端朝向分流进液孔33设置，在钻井液从第二缩颈流道37的大口径端朝向小口径端流动时，由于第二缩颈流道37的管径变小以使第二缩颈流道37能减缓钻井液向下流动的速度，此时第二缩颈流道37内的钻井液的压力上升，使第二缩颈流道37内的钻井液能顺利通过多个分流进液孔33进入外分流通道31。

在本实施例中，分流管3内设有第一缩径流道36，第一缩径流道36位于启动进液通道34和出液孔35之间，第一缩径流道36大体呈锥形，其功能与喷嘴一致，第一缩径流道36具有大径端以及位于该大径端下方的小径端，大径端位于启动进液通道34的下方，小径端位于八个出液孔35的上方，在钻井液通过第一缩径流道36的大径端向小径端流动时，由于第一缩径流道36管径的减小以使从小径端射出的钻井液加速向下流动，以降低第一缩径流道36大径端的压力，使锤外壳27中的液流通过分流管3下端的八个出液孔35随着从第一缩径流道36的小径端射出的钻井液继续向下流动。第一缩径流道36的大口径端朝向多个矩形孔设置，通过第一缩径流道36可增加进液通道32内钻井液的压力，以使钻井液通过多个矩形孔进入冲击槽24。

如图8至图10所示，在本实用新型中，启动管41大体呈圆筒形，启动管41具有沿圆周方向交错设置的液动槽411及启动流道412，液动槽411开设在启动管41的外壁上，启动流道412包括上启动孔4121和下启动孔4122，启动管41的外壁形成有轴向泄流槽413，轴向泄流槽413与冲击腔21相连通。在本实施例中，启动管41上具有两个径向对称设置的液动槽411，两个液动槽411的横截面大体呈扇形，当然在其他的实施例中，液动槽411也可以采用沿启动管41的圆周方向间隔设置的三个、四个或者更多数量，在此不做限制，在本实施例中，启动管41上具有两个径向对称设置的启动流道412，两个启动流道412分别与两个液动槽411沿启动管41的圆周方向交错设置。

如图5至图7所示，在本实用新型中，液动锤管42大体呈圆筒形，液动锤管42具有沿圆周方向交错设置的外滑块421及内滑块422，外滑块421设置在液动锤管42的外壁上，内滑块422设置在液动锤管42的内壁上并伸入液动槽411内。在本实施例中，液动锤管42的外壁上具有两个径向对称设置的外滑块421，两个外滑块421的横截面大体呈扇形，两个外滑块421分别能轴向移动地设置在锤外壳27上相对应的两个冲击槽24内。在本实施例中，液动锤管42的内壁上具有两个径向对称设置的内滑块422，两个内滑块422分别能轴向移动地设置在启动管41上相对应的两个液动槽411内。

在本实施例中，液动锤管42上还设有位于外滑块421两侧的第一上液动孔423和第一下液动孔424，以及位于内滑块422两侧的第二上液动孔425和第二下液动孔426；其中，第一上液动孔423能通过上启动孔4121与分流管3的启动进液通道34相连通，第一下液动孔424能通过下启动孔4122与分流管3的启动进液通道34相连通。在外滑块421抵接在冲击槽24的底壁的状态下，外过流通道22通过中间导流孔233、第二下液动孔426与液动槽411相连通，且外过流通道22通过下导流孔232与液动锤管42的内通道相连通，以使钻井液向上推动液动锤管42以及启动管41。在外滑块421抵接在冲击槽24的顶壁的状态下，也即，外滑块421抵接在锤压盖26的状态下，外过流通道22通过上导流孔231、第二上液动孔425与液动槽411相连通。

在本实用新型中，锤外壳27的下端通过螺纹与分流管3配合固定，液动锤管42的内滑块422与启动管41的液动槽411相互配合并置于锤外壳27的内部，锤压盖26的下端通过螺栓固定在锤外壳27的上端、锤压盖26的上端密封并与锤外壳27之间形成冲击腔21，外壳体1是本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器的最外层元件，其整体是一个圆柱空心体，外壳体1的上部连接上部钻柱，下部连接锤外壳27，从而形成本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器。

如图1至图3所示；本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器的工作过程如下：

首先将钻铤连接安装到外壳体1的上端，钻头安装到锤外壳27的下端，并将本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器下入井内，此时循环钻井液，使本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器在钻井液作用下开始工作；

在钻井液进入外壳体1的中心通道11后经分流管3分流，一部分钻井液通过多个分流进液孔33流至外分流通道31内，外分流通道31内的钻井液继续向下流动并通过锤压盖26上的半圆孔261流入外过流通道22内，同时钻井液继续流动到上导流孔231、中间导流孔233以及下导流孔232处，另一部分钻井液通过进液通道32在分流管3内向下流动，进液通道32内的钻井液流经启动进液通道34、第一缩径流道36以及出液孔35流至钻头；

在冲击机构4下冲程时，进液通道32内的钻井液依次通过启动进液通道34、上启动孔4121以及第一上液动孔423进入冲击槽24，在锤压盖26的泄流倒角263处由于水楔作用，钻井液对外滑块421施加压力以推动液动锤管42向下移动，同时液动锤管42通过内滑块422与液动槽411的配合带动启动管41向下移动并冲击锤外壳27，在外滑块421向下移动至冲击槽24的底壁的状态下，导流通道23内的钻井液依次通过上导流孔231以及第二上液动孔425进入液动槽411内，钻井液对内滑块422施加压力以推动启动管41继续向下运动以使液动锤管42再次冲击锤外壳27，完成下冲程，从而产生纵向振动，使锤外壳27获得较大瞬时冲击力并传递至钻头，增大钻压，提高破岩效率；

在冲击机构4上冲程时，进液通道32内的钻井液依次通过启动进液通道34、下启动孔4122以及第一下液动孔424进入冲击槽24，钻井液对外滑块421施加压力以推动液动锤管42向上移动，同时液动锤管42通过内滑块422与液动槽411的配合带动启动管41向上移动，在外滑块421向上移动至抵接在锤压盖26的状态下，导流通道23内的钻井液依次通过中间导流孔233以及第二下液动孔426进入液动槽411内，钻井液对内滑块422施加压力以推动启动管41继续向上运动，完成上冲程，以使液动锤管42上下往复运动，从而使得本实用新型的液动轴向振动冲击破岩器能不断地上下锤击岩石，降低岩石强度，提高岩石可钻性，并充分利用了钻井液的水力能量，使资源得到了合理高效利用。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。