專利名稱：一種三向沖擊工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域內沖擊工具，尤其是鉆井工程領域的一種三向沖擊工具。
背景技術：
石油鉆井中，鉆頭在旋轉動力系統、水力噴射和鉆壓的作用下螺旋向下進行鉆進作業，在較硬地層水力噴射的作用有限，單靠扭矩積聚和較大鉆壓的施加會帶來很多問題，譬如，卡滑問題、鉆柱的扭轉震蕩問題，還有過大鉆壓造成的鉆頭等鉆具疲勞壽命低甚至溜鉆等嚴重事故。因此，在合理的動力與適當鉆壓情況下，更加需要一定頻率螺旋向下的沖擊能量，即一種三向沖擊鉆井工具。目前鉆井作業中，有軸向沖擊鉆井工具，可與牙輪鉆頭配合使用(與牙輪鉆頭破巖原理相符)；也有適合PDC鉆頭的剪切破巖原理的扭轉沖擊鉆井工具——美國專利扭轉沖擊發生器(專利號:US 7096980 B2)和勝利石油管理局鉆井工藝研究院申請的專利扭轉沖擊鉆井工具(專利申請號:201010511421.2);卻沒有符合鉆頭螺旋向下鉆進規律的、能夠直接產生三向沖擊的鉆井工具，增加的三向沖擊方式與能量有利于鉆頭螺旋鉆進剪切和沖擊破碎巖石，對于提高較硬地層機械鉆速與鉆井效率有積極作用。因此，本專利公開一種三向沖擊工具。
發明內容
本發明的目的在于提供一種三向沖擊工具。本發明要解決的技術問題在于解決較硬地層機械鉆速與鉆井效率低的問題。為了解決以上技術問題，本發明公布了一種三向沖擊工具。本發明內部有能夠圓周往復運動的沖擊錘體，并且沖擊的作用面有一定螺旋上升角。鉆井過程中，本發明利用流體能量驅動內部沖擊錘體產生一定頻率的三向沖擊，即給鉆頭施加一定頻率螺旋向下的剪切沖擊破巖方式和能量，增加鉆頭的破巖能力，提高較硬地層機械鉆速。本發明為三向沖擊模塊，可與鉆頭等需要三向沖擊的任何部件聯接，模塊設計、結構緊湊、效率高。本發明采用了以下技術方案:一種三向沖擊工具,包括蓋1、外殼2、錘3和芯4,由內向外依次為芯4、錘3和外殼2，其特征在于，所述芯4和錘3封閉在蓋I與外殼2內部；所述蓋I設有第一蓋孔101 ；所述芯4內部垂直方向上依次設有相通的第一芯孔401、第二芯孔402和第三芯孔403，所述第二芯孔402為芯4的側向開孔，所述第一芯孔401與所述第一蓋孔101相連通；所述外殼2上部與蓋I聯接，所述外殼底部設有第一殼通孔201、所述第一殼通孔201與所述第三芯孔403相連通，所述外殼2內部設有外錘空腔205，所述外錘空腔205由蓋1、外殼2和錘3封閉而成，所述錘3設有內錘301和外錘302，外錘302在外錘空腔205內，所述外錘302與外錘空腔205具有相同的螺旋上升角(0-90° )，外錘302兩側有第一外錘通孔303和第二外錘通孔304。
所述蓋I設有第二蓋孔102和第三蓋孔103 ;圓周上位于錘3的外側，內錘301的兩邊，所述外殼內部有內錘第一空腔21和內錘第二空腔22，所述內錘第一空腔21和所述第二蓋孔102相通，所述內錘第二空腔22和所述第三蓋孔103相通。所述錘3在極限位置I和極限位置2之間轉動。所述外殼2底部設有第三殼通孔203和第四殼通孔204，圓周上對稱分布在錘(3)的內側和芯(4)的外側；當所述錘3位于極限位置I時，所述第二外錘通孔304與所述第二芯孔402連通，所述外錘空腔205、所述第一外錘通孔303與所述第三殼通孔203連通；當所述錘3位于極限位置2時，第一外錘通孔303與所述第二芯孔402連通，所述外錘空腔205、所述第二外錘通孔304與所述第四殼通孔204連通。所述芯4在極限位置I和極限位置2之間轉動。所述內錘301兩側設有第一內錘通孔305和第二內錘通孔306，所述內錘封閉在由蓋1、錘3和芯4組成的內錘第三空腔404內，所述外殼設有第二殼孔202，當所述芯4位于極限位置I時，所述內錘第一空腔21、第一內錘通孔305與內錘第三空腔404連通，所述第二內錘通孔306與第二殼孔202相連通；當所述芯4位于極限位置2時，所述第二內錘通孔306、內錘第二空腔22與內錘第三空腔404連通，所述第一內錘通孔305與第二殼孔202連通。所述第三芯孔403直徑小于第一芯孔401，所述第三芯孔403位于第一芯孔401與第二芯孔402下方。所述外殼2呈凹形柱體，所述芯4為為杯狀體，所述錘3呈中空柱形。本發明的一種三向沖擊工具可與鉆頭等需要三向沖擊的任何部件聯接，流體驅動錘和芯在極限位置之間旋轉往復運動，沖擊面有螺旋上升角，螺旋向下的三向沖擊能量施加在鉆頭上并傳遞給巖石，增加了鉆頭破巖的本領和能量。本發明的有益效果是:本發明的一種三向沖擊工具利用流體驅動產生一定頻率沖擊扭矩，作用在與鉆頭相連外殼上有螺旋上升角的沖擊面上，在鉆頭旋轉破巖的同時，增加了螺旋向下的三向沖擊破巖的方式與能量，增加了鉆頭破巖的本領與能量，提高較硬地層機械鉆速和鉆井效率，模塊化設計，結構緊湊，效率高。
圖1為一種三向沖擊工具正視剖面圖；圖2為蓋的俯視圖；圖3為外殼底部的仰視圖；圖4a為圖1中A-A截面圖，錘的極限位置1，芯的極限位置I ;圖4b為圖1中A-A截面圖，錘的極限位置2，芯的極限位置2 ；圖5為錘的正向局部剖視圖，外錘螺旋上升角為Θ ；圖6為外殼的正視圖，內部空腔205螺旋上升角為Θ (或者沖擊面206螺旋上升角為Θ);圖中標記:1_蓋；2-外殼;3-銀;4-芯;101-第一蓋孔；102- M~-蓋孔;103-第二蓋孔；201_第一殼通孔；202_第二殼通孔；203_第三殼通孔；204_第四殼通孔；205_外錘空腔；21-內錘第一空腔；22-內錘第二空腔，206-沖擊面；301-內錘；302~外錘;303_第一外錘通孔；304_第二外錘通孔；305_第一內錘通孔；306_第二內錘通孔；401_第一芯孔；402-第二芯孔；403_第三芯孔；404-內錘第三空腔。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步的詳細說明。參照附圖1，一種三向沖擊工具主要由蓋1、外殼2、錘3、芯4組成，芯4在內，錘3在外，二者封閉在蓋I與外殼2內部；蓋I上有第一蓋孔101、第二蓋孔102和第三蓋孔103 ；外殼2呈凹形柱體，底部有-第一殼通孔201、外殼還設有第二殼通孔202、第三殼通孔203，外殼2上部與蓋I聯接；外殼內部有內錘第一空腔21 ;內錘第二空腔22和外錘空腔205，其中內錘第一空腔21和內錘第二空腔22分別與與第二蓋孔102和第三蓋孔103相通，內錘第一空腔21和內錘第二空腔22分別位于孔第二殼通孔202的兩側；外錘空腔205由蓋
1、外殼2和錘3封閉而成，外錘空腔205螺旋上升角Θ ;錘3呈中空柱形，有內錘301和與外錘空腔205螺旋上升角相配合的外錘302 ;內錘301兩側有第一內錘通孔305 ;第二內錘通孔306，并封閉在主要由蓋1、錘3和芯4組成的內錘第三空腔404內，能轉動；外錘302兩側有第一外錘通孔303 ;第二外錘通孔304 ；，并封閉在外錘空腔205內，能轉動；所述芯4為中空柱形，內有相通的孔401、402與403，其中孔402為芯4的側向開孔，孔403直徑小于孔401，且位于孔401與側孔402下方；外殼2可與鉆頭等部件聯接。鉆井過程中，來自鉆柱里的泥漿通過蓋上的第一蓋孔101 ;第二蓋孔102和第三蓋孔103，參照附圖1、2、3、4，一部分直接由第三芯孔403流出工具，其余流體分別進入內錘第一空腔21、內錘第二空腔22和第一芯孔401 ;經內錘第一空腔21、內錘第二空腔22流體經第一內錘通孔305和第二內錘通孔306進入內錘第三空腔404中(圖4a)，再由第一內錘通孔305和第二內錘通孔306到-第二殼通孔202流出工具；經第一芯孔401的流體經第二芯孔402進入外錘兩側的第一外錘通孔303和第二外錘通孔304 ；，進入外錘空腔205推動錘3逆時針轉動，至其極限位置沖擊面206時，流體由第一外錘通孔303和第二外錘通孔304經外殼2底板第三殼通孔203和第四殼通孔204流出工具，芯4繼續逆時針旋轉至其極限位置(圖4b)，如此完成錘3的一個往復沖擊循環，只要有流體流經本發明，錘3將以一定頻率周而復始的螺旋向下沖擊外殼2內的沖擊面206。工作時，本發明的一種三向沖擊工具下部與鉆頭聯接，上部與鉆鋌聯接。流經三向沖擊工具的鉆井液推動錘在外殼內封閉的相應區域內的極限位置之間螺旋往復沖擊，鉆頭因此承受來自工具產生的螺旋向下的沖擊方式和能量，鉆頭在旋轉刮削巖石的同時，還在反復敲擊巖石，提高較硬地層機械鉆速和鉆井效率。以上僅是實現本發明的一種方法，基于此發明原理的其它實現形式在本發明的范圍之內。
權利要求
1.一種三向沖擊工具，包括蓋(I)、外殼⑵、錘⑶和芯(4)，由內向外依次為芯(4)、錘⑶和外殼⑵，其特征在于，所述芯(4)和錘(3)封閉在蓋⑴與外殼(2)內部；所述蓋(I)設有第一蓋孔(101);所述芯(4)內部垂直方向上依次設有相通的第一芯孔(401)、第二芯孔(402)和第三芯孔(403)，所述第二芯孔(402)為芯(4)的側向開孔，所述第一芯孔(401)與所述第一蓋孔(101)相連通；所述外殼(2)上部與蓋⑴聯接，外殼底部設有第一殼通孔(201)、所述第一殼通孔(201)與所述第三芯孔(403)相連通，所述外殼(2)內部設有外錘空腔(205)，所述外錘空腔(205)由蓋(I)、外殼⑵和錘(3)封閉而成,所述錘(3)設有內錘(301)和外錘(302)，外錘(302)在外錘空腔(205)內，所述外錘(302)與外錘空腔(205)具有相同的螺旋上升角；外錘(302)兩側有第一外錘通孔(303)和第二外錘通孔(304)。
2.根據權利要求1所述的三向沖擊工具，其特征在于，所述蓋(I)設有第二蓋孔(102)和第三蓋孔(103)，圓周上位于錘(3)的外側，內錘(301)的兩邊，所述外殼內部的內錘第一空腔(21)和內錘第二空腔(22)，所述內錘第一空腔(21)和所述第二蓋孔(102)相通，所述內錘第二空腔(22)和所述第三蓋孔(103)相通。
3.根據權利要求1或2所述的三向沖擊工具，其特征在于，所述錘(3)在極限位置I和極限位置2之間轉動。
4.根據權利要求3所述的三向沖擊工具，其特征在于，所述外殼(2)底部設有第三殼通孔(203)和第四殼通孔(204)，圓周上對稱分布在錘(3)的內側和芯(4)的外側；當所述錘(3)位于極限位置I時，所述第二外錘通孔(304)與所述第二芯孔(402)連通，所述外錘空腔(205)、所述第一外錘通孔(303)與所述第三殼通孔(203)連通；當所述錘(3)位于極限位置2時，第一外錘通孔(303)與所述第二芯孔(402)連通，所述外錘空腔(205)、所述第二外錘通孔(304)與所述第四殼通孔(204)連通。
5.根據權利要求1或2所述的三向沖擊工具，其特征在于，所述芯(4)在極限位置I和極限位置2之間轉動。
6.根據權利要求4所述的三向沖擊工具，其特征在于，所述內錘(301)兩側設有第一內錘通孔(305)和第二內錘通孔(306)，所述內錘封閉在由蓋(I)、錘(3)和芯(4)組成的內錘第三空腔(404)內，所述外殼設有第二殼孔(202)，當所述芯(4)位于極限位置I時，所述內錘第一空腔(21)、第一內錘通孔(305)與內錘第三空腔(404)連通，所述第二內錘通孔(306)與第二殼孔(202)相連通；當所述芯⑷位于極限位置2時，所述第二內錘通孔(306)、內錘第二空腔(22)與內錘第三空腔(404)連通，所述第一內錘通孔(305)與第二殼孔(202)連通。
7.根據權利要求6所述的三向沖擊工具，其特征在于，所述第三芯孔(403)直徑小于第一芯孔(401),所述第三芯孔(403)位于第一芯孔(401)與第二芯孔(402)下方。
8.根據權利要求7所述的三向沖擊工具，其特征在于，所述外殼(2)為杯狀體，所述芯(4)為中空柱形，所述錘(3)呈中空柱形。
全文摘要
本發明公開了一種三向沖擊工具，工程機械領域內沖擊工具，尤其是鉆井工程提速提效領域。本發明主要由蓋、外殼、錘和芯組成，利用流體驅動內部有螺旋上升角的錘在封閉的、相應形狀的區域內，產生螺旋向下的沖擊能量和方式，模塊化設計，組合靈活、結構緊湊、效率高，可與鉆頭等需要三向沖擊的任何部件聯接。
文檔編號E21B6/00GK103147686SQ20131009757
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者徐正強 申請人:徐正強