一种井下涡轮驱动的旋转锤击装置的制作方法

本发明涉及一种钻井工具，尤其是涉及一种井下涡轮驱动的旋转锤击装置。

背景技术：

随着油气田勘探不断的勘探开发，深井、超深井、复杂工艺井的不断出现以及海上油气田深井的不断增加，从而出现钻井深部地层岩石强度大、研磨性高、可钻性差、钻具憋跳严重，机械钻速慢，钻井周期长，钻井成本高等现象，需要提供一种能够高效破碎岩石，提高机械钻速，防止卡滑等现象，可以满足多种地层的钻井提速要求。与PDC钻头配合使用，形成一种安全、经济、高效的钻井工具提速配套技术，可以较好解决当前硬地层钻井过程中出现的复杂工况，高效安全的缩短钻井周期，降低油气井生产成本。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供一种井下涡轮驱动的旋转锤击装置，该装置由涡轮驱动，周向旋转运动产生锤击作用，可以较好的辅助破岩功能，提高机械钻速。

本发明采用的技术方案是：一种井下涡轮驱动的旋转锤击装置，包括外壳和设置在外壳内的主轴，其特征在于：所述主轴上部外轴壁和外壳内壁之间设有动力总成，钻井液通过动力总成驱动主轴旋转；所述主轴下部外轴壁上设有捶座，所述捶座的上部与外壳内壁之间设有用于承载轴向力的轴承，所述捶座的下部设有锤头；所述外壳内壁下部设有与锤头配合的锤击体，所述锤击体通过螺纹与钻头连接；所述主轴旋转，带动锤头敲击锤击体，从而带动钻头对岩石进行破碎。

作为优选，所述动力总成和轴承之间设有弹簧。

进一步的，所述弹簧采用碟簧,蝶簧正反交替安装。

进一步的，所述动力总成包括设置在外壳上的定子和设置在主轴上的动子，所述定子与外壳采用圆柱键轴向连接，限制定子的径向移动；所述动子与主轴采用圆柱键轴向连接，限制动子的径向移动。定子与动子采用叶片的形式组成，叶片采用二次曲线的设计方式。

更进一步的，所述动子的上端通过锁紧螺母和锁紧螺钉限位，下端抵靠在主轴的凸缘上；所述定子上端抵靠在外壳内壁的凸缘上，下端抵靠在弹簧的上端；所述弹簧的下端抵靠在轴承的上端，所述轴承的下端通过孔用弹性挡圈限制在外壳内壁上,在定子与动子的驱动下产生定轴定心转动。

作为优选，所述捶座通过螺纹设置在主轴下部的外轴壁上，所述捶座的下部设有十字方槽，所述锤头通过锤轴设置在十字方槽内。

作为优选，所述锤击体通过滚珠和锁钉与外壳连接。

作为优选，所述锤击体外壁与外壳内壁之间设有O型密封圈。

本发明取得的有益效果是：在主轴上部外轴壁和外壳内壁之间设有动力总成，动力总成采用定子和动子的涡轮结构，通过涡轮结构的定子与动子的相互配合，在钻井液的作用下产生源动力，通过带动主轴旋转从而带动锤头规律性的敲击了锤击体，产生一定的扭转冲击作用，该扭转冲击装置的锤击频率具有可调性，在不同钻井液的作用下，可以产生不同的冲击频率。本装置动力源为金属涡轮构成，运转性能不受温度的制约，能够在高温硬地层高效破碎岩石，提高机械钻速，防止卡滑等现象，与PDC钻头配合使用，形成一种安全、经济、高效的钻井工具提速配套技术，可以较好解决当前硬地层钻井过程中出现的复杂工况，高效安全的缩短钻井周期。在锤座与外壳之间设有轴承，轴承与定子之间设有蝶形弹簧，使得整个装置运行更加平稳，减小机械运动的摩擦，延长使用寿命。

本发明装置结构简单，使用方便；可以通过对钻井液的调节来产生不同频率不同扭矩的扭转冲击作用，并能较好的适应高温、硬度较高的复杂地层施工，该装置加工成本低，运输方便，操作简单，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步说明。

如图1所示，本发明的一种井下涡轮驱动的旋转锤击装置，包括外壳1和主轴2，外壳1为中空的结构，上端通过外螺纹与钻杆连接，下端内壁内设有锤击体7，锤击体7的下部通过内螺纹与钻头连接。主轴2设置在外壳1内，主轴2上部外轴壁和外壳1内壁之间设有动力总成，本发明的动力总成采用涡轮结构，包括定子31和动子32，定子31采用圆柱键33与外壳1轴线连接，限制定子的径向移动；动子32采用圆柱键33与主轴2外轴壁轴向连接，限制动子32的径向移动，即定子31和动子32的径向位置保持相对固定；在轴向方向上，主轴2上端设有锁紧螺母92和锁紧螺钉91，动子32的上端通过锁紧螺母92和锁紧螺钉91限位，下端抵靠在主轴2的凸缘上。定子31上端抵靠在外壳1内壁的凸缘上，下端抵靠在弹簧4的上端。

主轴2下部外轴壁上设有捶座6，本实施例中，捶座6通过螺纹连接的方式设置在主轴2下部的外轴壁上，捶座6的上部与外壳1内壁之间设有用于承载轴向力的轴承5，轴承5与动力总成的定子31之间设有弹簧4，本实施例中，弹簧4采用碟簧，弹簧4的上端抵靠在定子31下端，弹簧4的下端抵靠在轴承5的上端，轴承5的下端通过孔用弹性挡圈8限位，孔用弹性挡圈8卡在外壳1内壁的凹槽内。捶座6的下部设有十字方槽61，锤头62通过锤轴63设有在十字方槽61内，主轴2转动，通过捶座6带动锤头62敲击锤击体7，从而带动钻头对岩石进行破碎。

在一实施例中，在锤击体7的外壁上开有一个半球形凹槽，在外壳1的对应位置处开有一个圆柱小孔，滚珠71从圆柱小孔落入锤击体7外壁上的半球形凹槽内，滚珠71一半在锤击体7的半球形凹槽内，一半在外壳1的圆柱小孔内，然后将锁钉72插入到外壳1的圆柱小孔，将滚珠71锁紧。锤击体7通过滚珠71和锁钉72与外壳1连接，结构简单，连接可靠。

在一实施例中，锤击体7外壁与外壳1内壁之间设有O型密封圈73，减小钻井液压力损耗。

高压钻井液从壳体1上端流入，流入到定子31和动子32之间，通过动子32带动主轴2做定轴转动；由于高压钻井液在轴向具有冲击力，轴承5既起到支撑主轴2的作用，防止主轴2过度摩擦，又承受整个装置的轴向载荷；弹簧4起到了轴向的缓冲作用，使整个装置运行更加平稳，减小轴承5的摩擦，延长使用寿命；锁紧螺母92和锁紧螺钉91与孔用弹性挡圈8共同作用，将定子31、动子32、弹簧4和轴承5轴向限位在主轴2上。主轴2转动，带动下部的锤座6一起转动，从而驱动锤头62不断的敲击锤击体7，锤击体7带动钻头对岩石进行破碎。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。