一种叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置的制作方法

1.本发明涉及煤矿井下钻井装置的技术领域，具体涉及一种叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置。

背景技术：

2.目前，国内各油田在深井和超深井、硬岩地层钻进中存在钻井速度慢、钻具寿命短、钻井周期长、钻井成本高等难题，直接制约着深井和超深井钻井速度和勘探开发的整体效益。随着石油行业的发展以及勘探开发难度的增加，油气钻井不断向更深、更广发展，硬地层钻进的难题日益突出。如何解决油气井硬岩钻进难题是国内外石油钻井工程技术人员十分关心的课题之一。
3.在高硬度或砾岩地层中实现快速钻进是钻井过程中的技术难题，当pdc钻头钻硬地层或研磨性地层时，钻头可能会出现转矩不足而无法破碎地层，此时钻柱因弹性势能的积蓄持续扭转，直至pdc钻头克服地层阻力，钻柱中的能量便会瞬间释放出来，使钻柱与钻头一起产生剧烈振动，钻头突然加速，造成钻头损坏，即粘滑现象。在大多非常规井中，由于井身结构和岩石可钻性差，钻柱与井壁之间的摩擦比常规井更大，会导致钻头托压、卡钻现象的出现，降低钻井效率。

技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，解决现有技术中在钻进过程中产生的粘滑、托压、卡钻等现象导致钻头寿命低、钻头失效、钻井周期长及钻井效率低等问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，包括外壳体和连接在外壳体一端的下接头，接头为空心结构，沿轴向形成第一流体通道；
6.所述的外壳体内还依次安装有能量转换机构，旋转阀机构和轴向冲击机构，能量转换机构位于外壳体内部远离下接头的一端，所述的旋转阀机构安装在能量转换机构上，
7.所述的能量转换机构用于带动旋转阀机构周期性开合；
8.所述的轴向冲击机构包括同轴安装在外壳体内的锤体筒和安装在锤体筒内的轴向冲击锤，所述的轴向冲击锤沿自身轴线方向开设有贯通腔；
9.所述的轴向冲击锤包括同轴连接的第一轴向冲击锤和第二轴向冲击锤，所述的第一轴向冲击锤的直径大于第二轴向冲击锤的直径，第一轴向冲击锤的外壁和锤体筒的内壁相配合；
10.所述的轴向冲击机构还包括同轴安装在外壳体内的坐封器，所述的坐封器包括同轴连接的坐封盘、坐封杆和坐封头，所述的坐封盘的直径大于坐封杆的直径，且坐封盘上开设有坐封孔；
11.所述的坐封杆穿过贯通腔布置，所述的坐封盘位于轴向冲击锤靠近能量转换机构
一侧，坐封头位于轴向冲击锤靠近下接头一侧；
12.所述的轴向冲击锤和坐封器均能够在锤体筒内沿自身轴线方向移动；
13.所述的坐封盘通过锤体筒顶端进行轴向定位，
14.所述的叶轮机构和外壳体之间的空隙、旋转阀机构、坐封孔、贯通腔和第一流体通道形成钻井液通道；
15.当非作业状态时，坐封盘与锤体筒顶端接触，轴向冲击锤与下接头接触，坐封头与下接头接触，封闭第一流体通道；
16.当作业状态时，钻井液冲击能量转换机构，能量转换机构带动旋转阀机构周期性开合，钻井液进入锤体筒并抬升轴向冲击锤直至轴向冲击锤顶开坐封器，第一流体通道打开，轴向冲击锤冲击下接头，完成一次轴向冲击。
17.本发明还具有如下技术特征：
18.所述的能量转换机构包括同轴安装在外壳体内的叶轮轴和套接在叶轮轴外侧的叶轮，所述的叶轮轴一端连接有旋转阀机构，另一端与套接在外壳体内的安装板连接；
19.所述的能量转换机构还包括套接在叶轮轴上位于叶轮和旋转阀机构之间的导流筒，叶轮轴穿过导流筒与旋转阀机构连接；
20.所述的叶轮轴通过轴承与导流筒连接，所述的叶轮轴穿出导流筒朝向叶轮的一端套接有轴承端盖，所述的叶轮轴穿出导流筒背向叶轮的一端套接有耐磨环。
21.所述的旋转阀机构包括与叶轮轴穿出导流筒的一端连接的旋转阀体和套接在外壳体内部的单孔流道座；
22.所述的旋转阀体包括与叶轮轴连接的连接杆和连接在连接杆末端的密封块，所述的连接杆和密封块的数量相对应；
23.所述的单孔流道座包括座体和开设在座体上的流道，所述的密封块与单孔流道座的顶面相接触，密封块随叶轮轴转动周期性封闭流道；
24.所述的流道贯通单孔流道座并且流道的轴线与单孔流道座的轴线不重合。
25.所述的连接杆包括垂直安装在叶轮轴穿出导流筒的一端侧面的水平安装杆和与水平安装杆垂直连接的竖直安装杆，所述的密封块安装在竖直安装杆的一端；
26.所述的竖直安装杆的轴线与叶轮轴轴线的距离和流道的轴线与叶轮轴轴线的距离相同。
27.所述的旋转阀体为两个；
28.所述的两个旋转阀体的水平安装杆分别对称垂直安装在叶轮轴穿出导流筒的一端的两侧；
29.所述的两个旋转阀体的竖直安装杆上分别安装有密封块。
30.所述的外壳体包括同轴套接的上接头和冲击壳体，所述的冲击壳体一端连接有上接头，另一端连接有下接头；
31.所述的能量转换机构布置在上接头内，轴向冲击机构置在冲击壳体内。
32.所述的外壳体内套接有套筒；
33.所述的套筒包括套接在上接头内、导流筒和单孔流道座之间的第一套筒和套接在冲击壳体内单孔流道座另一侧的第二套筒.
34.所述的单孔流道座顶端通过第一套筒定位，底端通过第二套筒定位；
35.所述的锤体筒底端与下接头接触，所述的锤体筒外侧布置有固定环，所述的第二套筒的底端与固定环接触，同时，固定环还与冲击壳体内壁台阶面相接触。
36.所述的下接头顶端安装有铁砧，铁砧为空心结构，与第一流体通道连通；
37.当非作业状态时，坐封盘与锤体筒顶端接触，轴向冲击锤与下接头接触，坐封头与铁砧接触，封闭第一流体通道。
38.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
39.(ⅰ)本发明能够采用叶轮驱动，具有工作可靠、耐高温和压降小等优点，没有偏心引起的径向振动，对较为敏感的元件不会产生太大的影响，可以在较小的流量下引起较高频率的轴向振动，有效地减小了钻井时钻具与井壁之间的摩阻，提升钻井效率和钻具使用寿命；能够产生周期性高频率轴向振动等特点，可有效减少钻井过程中出现的托压、钻头的粘滑现象，对于提高机械钻速、钻井效率和钻具寿命有着十分重要的意义。
40.(ⅱ)本发明的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置结构简单、操作方便、安全可靠、适应性强、不影响钻具结构，自动化施工效率高、自动化施工效率高，作业精度高，并可与机系统相互配合完成施工作业，
附图说明
41.图1为本发明的总体结构剖视示意图；
42.图2为本发明的a-a截面示意图；
43.图3为本发明的b-b截面示意图；
44.图4为本发明的c-c截面示意图；
45.图5为本发明的单孔流道座结构示意图；
46.图6为本发明的坐封器结构示意图ⅰ；
47.图7为本发明的坐封器结构示意图ⅱ；
48.图8为发明的轴向冲击锤结构示意图；
49.图9为本发明的旋转阀机构结构示意图；
50.附图中各个标号含义：
51.1-外壳体；2-下接头；3-能量转换机构；4-旋转阀机构；5-轴向冲击机构，6-套筒，7-铁砧；
52.1-1上接头，1-2冲击壳体；
53.3-1叶轮轴，3-2叶轮，3-3导流筒，3-4轴承，3-5轴承端盖，3-6耐磨环；
54.4-1旋转阀体，4-2单孔流道座；
55.4-1-1连接杆，4-1-2密封块，4-1-3水平安装杆，4-1-4竖直安装杆；
56.4-2-1座体，4-2-2流道；
57.5-1锤体筒，5-2轴向冲击锤，5-3贯通腔，5-4坐封器，5-5固定环；
58.5-2-1第一轴向冲击锤，5-2-2第二轴向冲击锤；
59.5-4-1坐封盘，5-4-2坐封杆，5-4-3坐封头，5-4-4坐封孔；
60.6-1第一套筒；6-2第二套筒；
61.以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
62.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
63.本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。
64.在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
65.本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。
66.实施例1：
67.遵从上述技术方案，如图1～图9所示，一种叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，包括外壳体1和连接在外壳体1一端的下接头2，接头2为空心结构，沿轴向形成第一流体通道；
68.所述的外壳体1内还依次安装有能量转换机构3，旋转阀机构4和轴向冲击机构5，能量转换机构3位于外壳体1内部远离下接头2的一端，所述的旋转阀机构4安装在能量转换机构3上，
69.所述的能量转换机构3用于带动旋转阀机构4周期性开合；
70.旋转阀机构4只有一个阀口，能量转换机构3带动旋转阀机构4转动，使阀口进行周期性闭合和打开，通过阀口周期性的闭合和打开从而产生高频率周期性脉冲式液体能量进入轴向冲击机构5内部，
71.所述的轴向冲击机构5包括同轴安装在外壳体1内的锤体筒5-1和安装在锤体筒5-1内的轴向冲击锤5-2，所述的轴向冲击锤5-2沿自身轴线方向开设有贯通腔5-3；
72.所述的轴向冲击锤5-2包括同轴连接的第一轴向冲击锤5-2-1和第二轴向冲击锤5-2-2，所述的第一轴向冲击锤5-2-1的直径大于第二轴向冲击锤5-2-2的直径，第一轴向冲击锤5-2-1的外壁和锤体筒5-1的内壁相配合；
73.所述的轴向冲击机构5还包括同轴安装在外壳体1内的坐封器5-4，所述的坐封器5-4包括同轴连接的坐封盘5-4-1、坐封杆5-4-2和坐封头5-4-3，所述的坐封盘5-4-1的直径大于坐封杆5-4-2的直径，且坐封盘5-4-1上开设有坐封孔5-4-4；
74.所述的坐封杆5-4-2穿过贯通腔5-3布置，所述的坐封盘5-4-1位于轴向冲击锤5-2靠近能量转换机构3一侧，坐封头5-4-3位于轴向冲击锤5-2靠近下接头2一侧；
75.所述的轴向冲击锤5-2和坐封器5-4均能够在锤体筒5-1内沿自身轴线方向移动；
76.所述的坐封盘5-4-1通过锤体筒5-1顶端进行轴向定位，
77.所述的叶轮机构5-1和外壳体1之间的空隙、旋转阀机构4、坐封孔5-4-4、贯通腔5-3和第一流体通道形成钻井液通道；
78.当非作业状态时，坐封盘5-4-1与锤体筒5-1顶端接触，轴向冲击锤5-2与下接头2
接触，坐封头5-4-3与下接头2接触，封闭第一流体通道；
79.当作业状态时，钻井液冲击能量转换机构3，能量转换机构3带动旋转阀机构4周期性开合，钻井液进入锤体筒5-1并抬升轴向冲击锤5-2直至轴向冲击锤5-2顶开坐封器5-4，第一流体通道打开，轴向冲击锤5-2冲击下接头2，完成一次轴向冲击。
80.所述坐封盘5-4-1部分沿圆周方向每60度开有两孔，两孔间距为12mm，共12个孔。
81.钻井液通过旋转阀机构4进入内部，在轴向冲击锤5-2的下腔形成高压液流，在冲锤上下端面压力差的作用下，轴向冲击锤5-2逐渐上行，顶开坐封器5-4，并使原本关闭的第一流体通道打开，钻井液通过第一流体通道流出，轴向冲击锤5-2下腔流体压力降低。在轴向冲击锤5-2的上部液体压力和自身重力作用下加速向下运动，直至冲击下接头2，完成冲击过程。
82.作为本实施例的一种优选：
83.所述的能量转换机构3包括同轴安装在外壳体1内的叶轮轴3-1和套接在叶轮轴3-1外侧的叶轮3-2，所述的叶轮轴3-1一端连接有旋转阀机构4，另一端与套接在外壳体1内的安装板1-2连接；
84.所述的能量转换机构3还包括套接在叶轮轴3-1上位于叶轮3-2和旋转阀机构4之间的导流筒3-3，叶轮轴3-1穿过导流筒3-3与旋转阀机构4连接；
85.所述的叶轮轴3-1通过轴承3-4与导流筒3-3连接，所述的叶轮轴3-1穿出导流筒3-3朝向叶轮3-2的一端套接有轴承端盖3-5，所述的叶轮轴3-1穿出导流筒3-3背向叶轮3-2的一端套接有耐磨环3-6；
86.所述叶轮3-2和叶轮轴3-1采用键连接，叶轮3-2上端通过锁紧螺母锁紧定位，叶轮3-2下端通过轴肩定位，高速钻井液冲击叶轮3-2，通过键连接传递运动和力带动叶轮轴3-1转动；所述轴承3-4安装在导流筒3-3上，轴承3-4上端通过轴承端盖3-5定位，轴承3-4下端通过导流筒3-3凸起部分定位；所述o型密封圈安装在轴承端盖3-5内的环槽内，起到密封作用，防止液体流进轴承3-4内，导致轴承润滑失效，增大磨损；
87.所述定位螺钉安装在上接头1和导流筒3-3之间，用于导流筒3-3的周向定位，防止导流筒3-3产生周向转动；所述导流筒3-3与叶轮轴3-1接触部分采用o型密封圈密封，且在导流筒3-3下部安装耐磨环3-6；耐磨环3-6安装在导流筒3-3的下端，且耐磨环3-6上部通过导流筒3-3的下端定位，下部采用轴环定位，叶轮轴3-1转动通过键连接带动旋转阀机构4转动；
88.钻井液从所述上接头1流入，冲击叶轮3-2，使叶轮3-2转动，继而带动叶轮轴3-1转动，从而将液体能量转化为机械能，钻井液经导流筒3-3汇集在旋转阀机构4内部空腔，叶轮轴3-1转动通过平键带动旋转阀机构4转动，致使单孔流道座4-2的流道4-2-2周期性的闭合进而产生周期性脉冲式液体能量。
89.作为本实施例的一种优选：
90.所述的旋转阀机构4包括与叶轮轴3-1穿出导流筒3-3的一端连接的旋转阀体4-1和连接在旋转阀体4-1末端的密封块4-1-2；
91.所述的旋转阀机构4包括与叶轮轴3-1穿出导流筒3-3的一端连接的旋转阀体4-1和套接在外壳体1内部的单孔流道座4-2；
92.所述的旋转阀体4-1包括与叶轮轴3-1连接的连接杆4-1-1和连接在连接杆4-1-1
末端的密封块4-1-2，所述的连接杆4-1-1和密封块4-1-2的数量相对应；
93.所述的单孔流道座4-2包括座体4-2-1和开设在座体4-2-1上的流道4-2-2，所述的密封块4-1-2与单孔流道座4-2的顶面相接触，密封块4-1-2随叶轮轴3-1转动周期性封闭流道4-2-2；
94.所述的流道4-2-2贯通单孔流道座4-2并且流道4-2-2的轴线与单孔流道座4-2的轴线不重合。
95.所述的连接杆4-1-1包括垂直安装在叶轮轴3-1穿出导流筒3-3的一端侧面的水平安装杆4-1-3和与水平安装杆4-1-3垂直连接的竖直安装杆4-1-4，所述的密封块4-1-2安装在竖直安装杆4-1-4的一端；
96.所述的竖直安装杆4-1-4的轴线与叶轮轴3-1轴线的距离和流道4-2-2的轴线与叶轮轴3-1轴线的距离相同。
97.所述的旋转阀体4-1为两个；所述的两个旋转阀体4-1的水平安装杆4-1-3分别对称垂直安装在叶轮轴3-1穿出导流筒3-3的一端的两侧；
98.所述的两个旋转阀体4-1的竖直安装杆4-1-4上分别安装有密封块4-1-2，避免偏心造成的震动。
99.本实施例中，流道4-2-2包括连通的第一流道、第二流道和第三流道，第一流道连通单孔流道座4-2的上端平面，第三流道连通单孔流道座4-2的下端平面，第一流道轴线与单孔流道座4-2的轴线不重合，第三流道轴线与单孔流道座4-2的轴线重合，第二流道连通第一流道和第三流道；
100.所述的密封块4-1-2的尺寸略大于第一流道的直径，确保密封块4-1-2随叶轮轴3-1转动时可以封闭流道4-2-2。
101.若要调整液体能量脉冲的频率，一方面可以调节钻井液流入的速度，另一方面可以调节旋转阀体4-1和密封块4-1-2的数量；
102.作为本实施例的一种优选：
103.所述的外壳体1包括同轴套接的上接头1-1和冲击壳体1-2，所述的冲击壳体1-2一端连接有上接头1-1，另一端连接有下接头2；
104.所述的能量转换机构3布置在上接头1-1内，轴向冲击机构5布置在冲击壳体1-2内。
105.上接头1-1和下接头2通过螺纹连接在冲击壳体1-2两端。
106.作为本实施例的一种优选：
107.所述的外壳体1内套接有套筒6；
108.所述的套筒6包括套接在上接头1-1内、导流筒3-3和单孔流道座4-2之间的第一套筒6-1和套接在冲击壳体1-2内单孔流道座4-2另一侧的第二套筒6-2。
109.作为本实施例的一种优选：
110.所述的单孔流道座4-2顶端通过第一套筒6-1定位，底端通过第二套筒6-2定位；
111.所述的锤体筒5-1底端与下接头2接触，所述的锤体筒5-1外侧布置有固定环5-5，所述的第二套筒6-2的底端与固定环5-5接触，同时，固定环5-5还与冲击壳体1-2内壁台阶面相接触。
112.所述单孔流道座4-2与第二套筒6-2之间安装有橡胶垫圈；所述坐封盘5-4-1与锤
体筒5-1之间安装橡胶垫圈；
113.所述第二套筒6-2下端通过固定环5-5定位；所述锤体筒5-1与轴向冲击锤之间安装有密封环；
114.作为本实施例的一种优选：
115.所述的下接头2顶端安装有铁砧7，铁砧7为空心结构，与第一流体通道连通；
116.当非作业状态时，坐封盘5-4-1与锤体筒5-1顶端接触，轴向冲击锤5-2与下接头2接触，坐封头5-4-3与铁砧7接触，封闭第一流体通道。
117.铁砧7与下接头2之间设置有橡胶垫圈，起到能量缓冲传递作用，防止内部零件被冲击损伤；所述铁砧7中间设置有一中心流道，用于钻井液流入孔底进行清洗作用和防回水功能。
118.铁砧7、下接头2组成传递机构和防回水机构，用来传递轴向冲击锤5-2与铁砧7冲击所产生的冲击载荷，且液体能够通过铁砧7中心流道流出，能够防止井底泥沙等回流进冲击装置内，堵塞液体流出通道，造成憋泵现象，起到防回水作用
119.本实施例的工作过程如下：
120.轴向冲击机构开始工作前：坐封器5-4和轴向冲击锤5-2在重力的作用均位于各自行程的最下端，坐封器5-4下端的坐封头5-4-3与铁砧3中心流道紧密接触，钻井液被封堵在空腔内。
121.钻井液从所述上接头1流入，冲击叶轮3-2，使叶轮3-2转动，继而带动叶轮轴3-1转动，从而将液体能量转化为机械能，钻井液经导流筒3-3汇集在旋转阀机构4内部空腔，叶轮轴3-1转动通过平键带动旋转阀机构4转动，
122.钻井液随流道4-2-2流入轴向冲击锤5-2内部通道，由于坐封头5-4-3与铁砧3的闭合，钻井液在轴向冲击锤5-2的下腔形成高压液流，由于轴向冲击锤5-2的下端有效承压面积大于上端有效承压面积，在上下端面压力差的作用下，轴向冲击锤5-2逐渐上行，直到与坐封器5-4接触，坐封器5-4在轴向冲击锤5-2的带动下向上运动，坐封头5-4-3向上运动，并脱离与铁砧7接触，此时，铁砧7中心流道被打开，钻井液通过中心流道流出，致使轴向冲击锤5-2下腔内流体压力急剧降低。此时，轴向冲击锤5-2在上部液体压力和自身重力的作用下加速向下运动，冲击铁砧7，完成一次轴向冲击。
123.轴向冲击锤5-2运动行程大于坐封器5-4的运动行程，故在轴向冲击锤5-2冲击到铁砧7时，坐封器5-4已达到初始状态，且已与铁砧7中心流道闭合，此时各元件回到工作前的初始位置，并开始下一周期的工作。
124.传递机构和防回水机构主要由铁砧7、下接头2构成。在完成一次轴向碰撞后钻井液经铁砧7中心流道和下接头2流入孔底进行清洗作业，在轴向冲击机构工作之前，由于铁砧7中心流道关闭，防止流出的钻井液回流到轴向冲击机构内，堵塞液体流出通道，造成憋泵现象，起到防回水作用。
125.以上所述的，仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，不经创造性劳动想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，包括外壳体(1)和连接在外壳体(1)一端的下接头(2)，接头(2)为空心结构，沿轴向形成第一流体通道；其特征在于，所述的外壳体(1)内还依次安装有能量转换机构(3)，旋转阀机构(4)和轴向冲击机构(5)，能量转换机构(3)位于外壳体(1)内部远离下接头(2)的一端，所述的旋转阀机构(4)安装在能量转换机构(3)上，所述的能量转换机构(3)用于带动旋转阀机构(4)周期性开合；所述的轴向冲击机构(5)包括同轴安装在外壳体(1)内的锤体筒(5-1)和安装在锤体筒(5-1)内的轴向冲击锤(5-2)，所述的轴向冲击锤(5-2)沿自身轴线方向开设有贯通腔(5-3)；所述的轴向冲击锤(5-2)包括同轴连接的第一轴向冲击锤(5-2-1)和第二轴向冲击锤(5-2-2)，所述的第一轴向冲击锤(5-2-1)的直径大于第二轴向冲击锤(5-2-2)的直径，第一轴向冲击锤(5-2-1)的外壁和锤体筒(5-1)的内壁相配合；所述的轴向冲击机构(5)还包括同轴安装在外壳体(1)内的坐封器(5-4)，所述的坐封器(5-4)包括同轴连接的坐封盘(5-4-1)、坐封杆(5-4-2)和坐封头(5-4-3)，所述的坐封盘(5-4-1)的直径大于坐封杆(5-4-2)的直径，且坐封盘(5-4-1)上开设有坐封孔(5-4-4)；所述的坐封杆(5-4-2)穿过贯通腔(5-3)布置，所述的坐封盘(5-4-1)位于轴向冲击锤(5-2)靠近能量转换机构(3)一侧，坐封头(5-4-3)位于轴向冲击锤(5-2)靠近下接头(2)一侧；所述的轴向冲击锤(5-2)和坐封器(5-4)均能够在锤体筒(5-1)内沿自身轴线方向移动；所述的坐封盘(5-4-1)通过锤体筒(5-1)顶端进行轴向定位，所述的叶轮机构(5-1)和外壳体(1)之间的空隙、旋转阀机构(4)、坐封孔(5-4-4)、贯通腔(5-3)和第一流体通道形成钻井液通道；当非作业状态时，坐封盘(5-4-1)与锤体筒(5-1)顶端接触，轴向冲击锤(5-2)与下接头(2)接触，坐封头(5-4-3)与下接头(2)接触，封闭第一流体通道；当作业状态时，钻井液冲击能量转换机构(3)，能量转换机构(3)带动旋转阀机构(4)周期性开合，钻井液进入锤体筒(5-1)并抬升轴向冲击锤(5-2)直至轴向冲击锤(5-2)顶开坐封器(5-4)，第一流体通道打开，轴向冲击锤(5-2)冲击下接头(2)，完成一次轴向冲击。2.如权利要求1所述的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，其特征在于，所述的能量转换机构(3)包括同轴安装在外壳体(1)内的叶轮轴(3-1)和套接在叶轮轴(3-1)外侧的叶轮(3-2)，所述的叶轮轴(3-1)一端连接有旋转阀机构(4)，另一端与套接在外壳体(1)内的安装板(1-2)连接；所述的能量转换机构(3)还包括套接在叶轮轴(3-1)上位于叶轮(3-2)和旋转阀机构(4)之间的导流筒(3-3)，叶轮轴(3-1)穿过导流筒(3-3)与旋转阀机构(4)连接；所述的叶轮轴(3-1)通过轴承(3-4)与导流筒(3-3)连接，所述的叶轮轴(3-1)穿出导流筒(3-3)朝向叶轮(3-2)的一端套接有轴承端盖(3-5)，所述的叶轮轴(3-1)穿出导流筒(3-3)背向叶轮(3-2)的一端套接有耐磨环(3-6)。3.如权利要求2所述的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，其特征在于，所述的旋转阀机构(4)包括与叶轮轴(3-1)穿出导流筒(3-3)的一端连接的旋转阀体(4-1)和套接在外
壳体(1)内部的单孔流道座(4-2)；所述的旋转阀体(4-1)包括与叶轮轴(3-1)连接的连接杆(4-1-1)和连接在连接杆(4-1-1)末端的密封块(4-1-2)，所述的连接杆(4-1-1)和密封块(4-1-2)的数量相对应；所述的单孔流道座(4-2)包括座体(4-2-1)和开设在座体(4-2-1)上的流道(4-2-2)，所述的密封块(4-1-2)与单孔流道座(4-2)的顶面相接触，密封块(4-1-2)随叶轮轴(3-1)转动周期性封闭流道(4-2-2)；所述的流道(4-2-2)贯通单孔流道座(4-2)并且流道(4-2-2)的轴线与单孔流道座(4-2)的轴线不重合。4.如权利要求3所述的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，其特征在于，所述的连接杆(4-1-1)包括垂直安装在叶轮轴(3-1)穿出导流筒(3-3)的一端侧面的水平安装杆(4-1-3)和与水平安装杆(4-1-3)垂直连接的竖直安装杆(4-1-4)，所述的密封块(4-1-2)安装在竖直安装杆(4-1-4)的一端；所述的竖直安装杆(4-1-4)的轴线与叶轮轴(3-1)轴线的距离和流道(4-2-2)的轴线与叶轮轴(3-1)轴线的距离相同。5.如权利要求4所述的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，其特征在于，所述的旋转阀体(4-1)为两个；所述的两个旋转阀体(4-1)的水平安装杆(4-1-3)分别对称垂直安装在叶轮轴(3-1)穿出导流筒(3-3)的一端的两侧；所述的两个旋转阀体(4-1)的竖直安装杆(4-1-4)上分别安装有密封块(4-1-2)。6.如权利要求4所述的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，其特征在于，所述的外壳体(1)包括同轴套接的上接头(1-1)和冲击壳体(1-2)，所述的冲击壳体(1-2)一端连接有上接头(1-1)，另一端连接有下接头(2)；所述的能量转换机构(3)布置在上接头(1-1)内，轴向冲击机构(5)布置在冲击壳体(1-2)内。7.如权利要求6所述的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，其特征在于，所述的外壳体(1)内套接有套筒(6)；所述的套筒(6)包括套接在上接头(1-1)内、导流筒(3-3)和单孔流道座(4-2)之间的第一套筒(6-1)和套接在冲击壳体(1-2)内单孔流道座(4-2)另一侧的第二套筒(6-2)。8.如权利要求7所述的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，其特征在于，所述的单孔流道座(4-2)顶端通过第一套筒(6-1)定位，底端通过第二套筒(6-2)定位；所述的锤体筒(5-1)底端与下接头(2)接触，所述的锤体筒(5-1)外侧布置有固定环(5-5)，所述的第二套筒(6-2)的底端与固定环(5-5)接触，同时，固定环(5-5)还与冲击壳体(1-2)内壁台阶面相接触。9.如权利要求1-8任一一项所述的叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，其特征在于，所述的下接头(2)顶端安装有铁砧(7)，铁砧(7)为空心结构，与第一流体通道连通；当非作业状态时，坐封盘(5-4-1)与锤体筒(5-1)顶端接触，轴向冲击锤(5-2)与下接头(2)接触，坐封头(5-4-3)与铁砧(7)接触，封闭第一流体通道。

技术总结

本发明公开了一种叶轮激发式双作用轴向冲击钻井装置，包括外壳体和连接在外壳体一端的下接头，外壳体内还依次安装有能量转换机构，旋转阀机构和轴向冲击机构，能量转换机构用于带动旋转阀机构周期性开合；轴向冲击机构包括锤体筒和轴向冲击锤，还包括坐封器，当作业状态时，钻井液冲击能量转换机构带动旋转阀机构周期性开合，钻井液进入锤体筒并抬升轴向冲击锤直至轴向冲击锤顶开坐封器，轴向冲击锤冲击下接头，完成一次轴向冲击。本发明采用叶轮驱动，没有偏心引起的径向振动，可以在较小的流量下引起较高频率的轴向振动，提升钻井效率和钻具使用寿命；能够产生周期性高频率轴向振动等特点，可有效减少钻井过程中出现的托压、钻头的粘滑现象。钻头的粘滑现象。钻头的粘滑现象。