冲程式扭转冲击动力工具

本发明属于石油装备，具体涉及一种用于提供动力以及附带轴向振动和扭转冲击的冲程式扭转冲击动力工具。

背景技术：

1、随着全球能源需求的不断增长，石油和天然气的开采变得越来越重要。现有行业内常见的有螺杆钻具、涡轮钻具和电动钻具等；这些动力工具各有优劣，各类动力工具的研究及应用情况均有所不同，如螺杆马达工作扭矩与压降和结构有关而与转速无关，但有横向振动，需要用到万向节来保持动力的平稳输出；涡轮钻具虽然具有高转速的特性，且无横向振动等优点，但是由于其输出钻速过高而扭矩不足的特点，通常需要增加减速机构以满足使用要求；电动钻具的输出钻速较高，多级减速结构复杂，可靠性差，且井下电动机的绝缘和密封性能要求高。因此，需要开发出一款稳定提供动力，结构可靠，适用范围广的动力工具。

2、基于上述原因，研发出一款冲程式扭转冲击动力工具应用于石油装备领域具有重要意义。冲程式扭转冲击动力工具利用高压液体对外输出扭转冲击动力，同时本身产生一个轴向振动，对于不同应用场景下，能够起到不同的作用。例如，将其安装在井下，能够实现钻进过程降摩减阻，削弱粘滑效应；将其运用于积硫严重的管道内，连接上除硫刮刀，实现对管道的有效清洁；由于其独特的结构与工作原理，工具整体可以为全金属结构，能够适用于井下高温环境，弥补了现有动力工具存在的不足之处。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种冲程式扭转冲击动力工具，为解决背景技术中所描述的动力工具存在的问题，提高工具适用范围。本发明的技术方案是：单冲程扭转冲击动力总成，其特征在于：冲程式扭转冲击动力工具位于上部管柱与下部工具组合之间，包括压转动力总成和动力输出恢复总成：所述压转动力总成包括下阀盘、阀式芯轴、承压弹簧、下压座、扭转冲击筒、上压筒座、上阀盘、上推力球轴承、入流压盖；

2、所述动力输出恢复总成包括上接头、冲程体外壳、下部外壳、下密封头、下部旋转接头、下推力球轴承；冲程体外壳内部设计有与扭转冲击筒相配合的花键槽，下部旋转接头通过螺纹与目标执行元件相连接；阀式芯轴与下部旋转接头通过螺纹连接；下密封头与下部旋转接头形成工具内外环境的密封。

3、所述扭转冲击筒外筒表面设计有花键，冲程体外壳内部有供扭转冲击筒轴向运动的花键滑槽，压转动力总成主体仅能在装置中轴向运动；所述上阀盘与上压筒座形成的上阀为关，下阀盘与阀式芯轴形成的下阀为开时，在管柱内高压流体的作用下，压转动力总成主体向下压，承压弹簧被压缩，阀式芯轴在上压筒座与下压座间形成的轨迹区间作用下发生扭转。从而通过花键的连接，将扭矩由阀式芯轴传递给下部旋转接头；

4、当所述上阀盘与上压筒座形成的上阀由关变为开，下阀盘与阀式芯轴形成的下阀由开变为关时，压转动力总成上下腔体的压力达到一致，并且在承压弹簧与水锤效应的双重作用下，压转动力总成向上运动，同时继续带动下方部件扭转；

5、本发明与现有技术比较具有以下有益效果：（1）与传统动力工具相比，本发明输出的动力为具有扭转冲击的动力源，同时伴随有轴向振动；（2）依托于本发明独特的结构设计，能够做到整体结构均为金属，可以作为全金属动力钻具使用，能够适应高温高压的恶劣环境；（3）本发明在使用时，同样使钻压产生波动，在轴向与周向双向耦合作用下，大大提高作业效率。

技术特征：

1.冲程式扭转冲击动力工具，其特征在于：冲程式扭转冲击动力工具位于上部管柱与下部工具组合之间，包括压转动力总成和动力输出恢复总成：

2.所述的冲程式扭转冲击动力工具，其特征在于下压座（10）与上压筒座（12）均有4个周向均布的螺纹沉孔，通过螺钉与扭转冲击筒（11）固连，下压座（10）与上筒压座（12）相配合形成独特运动区间，通过压转动力总成驱使上阀盘（13）转动，从而带动阀式芯轴（8）以及下部旋转接头（5）旋转；阀式芯轴（8）上焊接有两个突起圆柱（801）。

3.根据权利要求1所述的冲程式扭转冲击动力工具，其特征在于：上接头（1）内孔小于冲程体外壳（2），对压转动力总成进行轴向运动距离限位；所述压转动力总成中入流压盖（15）与扭转冲击筒（11）通过螺纹连接，通过上推力球轴承（14）将上阀盘（13）压紧在上压筒座（12）上，实现阀口的相对密封；上阀盘（13）上设计有用于滑动的花键（1301），其与阀式芯轴（8）内筒壁的花键槽（802）相配合；阀式芯轴（8）上设计有两个圆柱，在下压座（10）与上压筒座（12）间运动。

4.根据权利要求1所述的冲程式扭转冲击动力工具，其特征在于：下部外壳（3）上端设有花键槽，下阀盘（7）与下部外壳（3）通过花键连接，实现周向固定，利用冲程体外壳（2）接头下端对下阀盘（7）实施轴向限位；阀式芯轴（8）下部轴的外径略小于下阀盘（7）。

5.根据权利要求1所述的冲程式扭转冲击动力工具，其特征在于：下压座（10）、扭转冲击筒（11）、上压筒座（12）、上阀盘（13）、上推力球轴承（14）、入流压盖（15）在流体作用下轴向运动；上阀盘（13）、阀式芯轴（8）与下部旋转接头（5）在压转动力总成作用下旋转。

技术总结
本发明属于石油装备技术领域，具体涉及一种冲程式扭转冲击动力工具，包括压转动力总成、动力输出恢复总成；冲程式扭转冲击动力工具上部连接管柱，下部与功能部件相连接，实现在不同的需求环境下的动力输出；冲程式扭转冲击动力工具通过上下阀口的设计，实现对压差变化的调配与控制，进而将压差变化转化为单向扭转冲击与轴向冲击的动能。本发明有效实现扭转冲击动力的稳定动力输出，解决了现有动力工具受磨损泄漏寿命短的问题，该项工具有效应用于动力输出，对井壁修整等需要外在动力的井下环境。本发明提供了一种具备扭转冲击与轴向冲击的动力输出工具，有效提高了动力输出效率，该项工具的研发对于石油装备领域具有重要意义。

技术研发人员：田家林,肖乾锐,毛兰辉,吴雨航,冉龙,黄春健,谢宇峰,李巧林
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/21