一种被动阀式液动潜孔锤的制作方法

1.本实用新型涉及钻井工程技术领域和地质岩心钻探技术领域，特别是涉及一种阀式液动潜孔锤。


背景技术：

2.钻井或地质岩心钻探过程中，连接在钻头或取心钻具上端的液动潜孔锤(以下简称液动锤)，在钻井液驱动下产生并向钻头输出高频轴向震动，该震动与钻头的回转运动联合作用于岩石，以冲击回转方式切削破碎岩石，提高钻进效率。
3.当前的阀式液动锤，存在高黏钻井液环境下心阀易堵，液动锤工作时冲锤有刚性反打，液动锤与其他大排量井底动力钻具(如螺杆钻、涡轮钻)联合工作时排量匹配较困难的技术缺陷。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种被动阀式液动潜孔锤，以解决上述现有技术存在的问题，其为由冲锤推动心阀切换水路实现锤体往复运动的工作机构，且该机构可通过简单地改变心阀和喷嘴的结构尺寸调节液动锤的工作性能。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
6.本实用新型提供一种被动阀式液动潜孔锤，包括上接头、喷嘴、垫片、内缸、心阀、外缸、冲锤、半合箍、四方套和砧子，所述上接头、喷嘴、内缸、外缸和四方套均为空心结构，所述上接头底部与外缸的顶部连接，所述喷嘴、垫片设置于上接头内，所述内缸设置于所述喷嘴的底部并位于所述外缸内，所述心阀的阀芯、阀杆分别插于所述内缸的阀芯腔和阀杆腔内，所述内缸的底端为活塞腔，所述冲锤设置于所述所述内缸的底部，且所述冲锤的活塞和锤体分别插接于所述内缸的活塞腔和所述外缸的锤体腔内，所述外缸底部与所述四方套连接，所述砧子的轴颈和轴方分别插入所述四方套的颈腔和方腔内，在所述四方套的轴颈上设置有箍槽，所述箍槽内卡入两块半合箍，所述半合箍外径与所述外缸的锤体腔同径。
7.优选地，所述上接头底部与所述外缸的顶部螺纹连接，所述外缸底部与所述四方套螺纹连接。
8.优选地，所述喷嘴座于垫片上，所述垫片座于所述上接头内的圆柱腔的台肩上，由钻铤或钻杆的公螺纹端压紧定位。
9.优选地，所述内缸座挂在所述外缸内的凸台上，由所述上接头公螺纹压紧定位。
10.优选地，所述上接头的内部为带有台肩的圆柱腔，所述圆柱腔的底部导成向外扩张的锥腔，所述上接头的底部为螺纹连接端。
11.优选地，所述外缸为薄壁管件，所述外缸的顶端和底端均为螺纹连接端，所述外缸的顶部螺纹的底部设置凸台，所述凸台用于座挂所述内缸，所述凸台底部的外缸内腔为锤体腔。
12.优选地，所述内缸内部沿本体轴线由顶端到底端依次设置有承喷腔、缓冲孔、阀芯
腔、阀杆腔和活塞腔，所述内缸的缸壁上沿圆周方向设置斜孔和变流腔，所述承喷腔与阀芯腔同径，所述缓冲孔的直径大于所述承喷腔的直径，所述阀杆腔直径小于所述阀芯腔的直径，所述活塞腔直径大于所述缓冲孔的直径，所述斜孔和变流腔数量相同、各2～4个，沿内缸本体圆周方向互相错开对称分布，所述斜孔与缓冲孔和阀芯腔连通，所述变流腔为横截面为弧形的直槽，仅与所述活塞腔连通。
13.优选地，所述心阀由顶端到底端分别为圆锥形实体导流锥、圆柱形实体阀芯和圆柱形实体阀杆，所述阀杆上设有节流缝，所述阀杆的底端为球冠状。
14.优选地，所述冲锤由顶端到底端分别为圆柱形实体活塞和锤体，所述活塞的直径小于所述锤体的直径，所述活塞上轴向分布有活塞槽，所述锤体上周向分布有锤槽，所述活塞槽和所述锤槽均为横截面为弧形的直槽，所述活塞槽为开置所述锤体顶端的半槽，所述锤槽为开设所述锤体底端的通槽，所述锤体的底端为球冠状。
15.本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
16.本实用新型提供的被动阀式液动潜孔锤，在心阀被堵卡的情况下，冲锤上行快速击打阀杆有助于心阀解卡；可完全消除冲锤的刚性反打；改变喷嘴射流孔直径可大范围调节保证冲锤正常工作的泵量；改变阀杆长度可改变冲锤的行程，从而调节冲锤的冲击频率和冲击功；结构简单，加工便利，制作成本大大降低。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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。
18.图1为本实用新型被动阀式液动潜孔锤的提下钻工况下的液动锤状态的结构示意图，其中图(a)和图(b)分别为正视剖面图和左视剖面图；
19.图2为本实用新型被动阀式液动潜孔锤的液动锤进入工作的初始状态的结构示意图，其中图(a)和图(b)分别为正视剖面图和左视剖面图；
20.图3为本实用新型被动阀式液动潜孔锤的心阀和冲锤到达上死点开始向下运动的状态的结构示意图，其中图(a)和图(b)分别正视剖面图和左视剖面图；
21.图4为上接头和喷嘴、垫片的装配结构示意图；
22.图5中图(a)是内缸的正视剖面图；
23.图5中图(b)是图(a)的a
‑
a向剖面图；
24.图5中图(c)是图(b)的b向剖面图；
25.图6是心阀的结构示意图；
26.图7中图(a)是冲锤的结构示意图；
27.图7中图(b)是图(a)的c向视图；
28.图8是外缸的结构示意图；
29.图9是半合箍的结构示意图；
30.图10中图(a)是四方套的结构示意图；
31.图10中图(b)是图(a)的d向视图；
32.图11中图(a)是砧子的结构示意图；
33.图11中图(b)是图(a)的c向视图。
34.图中：1、上接头，1
‑
1、圆柱腔，1
‑
2、锥腔，2、喷嘴，2
‑
1、收敛腔，2
‑
2、射流孔，3、内缸，3
‑
1、承喷腔，3
‑
2、缓冲孔，3
‑
3、斜孔，3
‑
4、变流腔，3
‑
5、阀芯腔，3
‑
6、阀杆腔，3
‑
7、活塞腔，4、心阀，4
‑
1、导流锥，4
‑
2、阀芯，4
‑
3、节流缝，4
‑
4、阀杆，5、外缸，5
‑
1、凸台，5
‑
2、锤体腔，6、冲锤，6
‑
1、活塞槽，6
‑
2、活塞，6
‑
3、锤体，6
‑
4、锤槽，7、半合箍，8、四方套，8
‑
1、颈腔，8
‑
2、方腔，9、砧子，9
‑
1、箍槽，9
‑
2、轴颈，9
‑
3、轴方，9
‑
4、斜孔，9
‑
5、直孔，10、垫片。
具体实施方式
35.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。
36.本实用新型的目的是提供一种被动阀式液动潜孔锤，以解决现有技术存在的问题。
37.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
38.本实施例中的被动阀式液动潜孔锤，如图1～图3所示，包括上接头1、喷嘴2、内缸3、心阀4、外缸5、冲锤6、半合箍7、四方套8和砧子9、垫片10，上接头1、喷嘴2、内缸3、外缸5和四方套8均为空心结构，上接头1底部与外缸5的顶部螺纹连接，垫片10座于上接头1内的圆柱腔1
‑
1的台肩上，喷嘴2座于垫片10之上由钻铤或钻杆(图中未示出)的公螺纹端压紧定位，内缸3设置于喷嘴2的底部，内缸3座挂在外缸5内的凸台5
‑
1上，由上接头1公螺纹压紧定位，心阀4的阀芯4
‑
2、阀杆4
‑
4分别插于内缸3的阀芯腔3
‑
5和阀杆腔3
‑
6内，内缸的底端为活塞腔3
‑
7，冲锤6设置于内缸3的底部，且冲锤6的活塞6
‑
2和锤体6
‑
3分别插接于内缸3的活塞腔3
‑
7和外缸5的锤体腔5
‑
2内，外缸5底部与四方套8(如图10所示)螺纹连接，砧子9(如图11所示)的轴颈9
‑
2和轴方9
‑
3分别插入四方套8的颈腔8
‑
1和方腔8
‑
2内，在四方套8的轴颈9
‑
2上设置有箍槽9
‑
1，箍槽9
‑
1内卡入两块半合箍7(如图9所示)，半合箍7外径与外缸5的锤体腔5
‑
2同径。
39.如图4所示，上接头1的内部为带有台肩的圆柱腔1
‑
1，圆柱腔1
‑
1的底部导成向外扩张的锥腔1
‑
2，上接头1的底部为螺纹连接端；喷嘴2的内部顶端为直径逐渐变小的收敛腔2
‑
1，底端为圆柱形的射流孔2
‑
2。
40.如图8所示，外缸5为薄壁管件，外缸5的顶端和底端均为螺纹连接端，外缸5的顶部螺纹的底部设置凸台5
‑
1，凸台5
‑
1用于座挂内缸，凸台5
‑
1底部的外缸5内腔为锤体腔5
‑
2。
41.如图5所示，内缸3内部沿本体轴线由顶端到底端依次设置有承喷腔3
‑
1、缓冲孔3
‑
2、阀芯腔3
‑
5、阀杆腔3
‑
6和活塞腔3
‑
7，内缸的缸壁上沿圆周方向设置斜孔3
‑
3和变流腔3
‑
4，承喷腔3
‑
1与阀芯腔3
‑
5同径，缓冲孔3
‑
2的直径大于承喷腔3
‑
1的直径，阀杆腔3
‑
6直径小于阀芯腔3
‑
5的直径，活塞腔3
‑
7直径大于缓冲孔3
‑
2的直径，斜孔3
‑
3和变流腔3
‑
4沿内缸3本体圆周方向互相错开对称分布，数量各2～4个，斜孔3
‑
3与缓冲孔3
‑
2和阀芯4
‑
2腔3
‑
5连通，变流腔3
‑
4为弧形槽，仅与活塞腔3
‑
7连通。
42.如图6所示，心阀4由顶端到底端分别为圆锥形实体导流锥4
‑
1、圆柱形实体阀芯4
‑
2和圆柱形实体阀杆4
‑
4，阀杆4
‑
4上设有节流缝4
‑
3，阀杆4
‑
4的底端为球冠状；心阀4与内缸3阀腔、冲锤6活塞6
‑
2与内缸3的活塞6
‑
2腔3
‑
7、冲锤6锤体6
‑
3与外缸5的锤体6
‑
3腔5
‑
2、四方套8与砧子9、半合箍7与外缸5锤体6
‑
3腔5
‑
2均为滑动配合连接。
43.如图7所示，冲锤6自由顶端到底端分别为圆柱形实体活塞6
‑
2和锤体6
‑
3，活塞6
‑
2的直径小于锤体6
‑
3的直径，活塞6
‑
2上轴向分布有活塞槽6
‑
1，锤体6
‑
3上周向分布有锤槽6
‑
4，活塞槽6
‑
1和锤槽6
‑
4均为横截面为弧形的弧形槽，活塞槽6
‑
1为开置锤体6
‑
3顶端的半槽，锤槽6
‑
4为开设锤体6
‑
3底端的通槽，锤体6
‑
3的底端为球冠状。
44.图1为提下钻工况下的液动锤状态：
45.砧子9、冲锤6和心阀4均处于下极限位置，冲锤6的部分活塞槽6
‑
1暴露于内缸3活塞腔3
‑
7外。此时泵入钻井液，从喷嘴2的射流孔2
‑
2射出的液体，一部分直接喷入内缸3的承喷腔3
‑
1自斜孔3
‑
3进至外缸5，一部分自上接头1的锥腔1
‑
2经内缸3的变流腔3
‑
4，活塞腔3
‑
7、冲锤6的活塞槽6
‑
1进至外缸5，外缸5的液流经砧子9的斜孔9
‑
4汇聚于直孔9
‑
5排出液动锤。此状态下冲锤6上下端压力基本平衡，液动锤不工作。
46.图2为液动锤进入工作的初始状态：
47.砧子9到达上行死点并推动冲锤6的活塞槽6
‑
1完全进入内缸3的活塞腔3
‑
7，液流经活塞槽6
‑
1排入外缸5的水路封闭，活塞腔3
‑
7与变流腔3
‑
4内的液体，因射流孔2
‑
2中射出的高速液流在上接头1的锥腔1
‑
2内造成的负压向上回流，与锥腔1
‑
2内液体汇聚从内缸3斜孔3
‑
3排至外缸5，冲锤6开始上行，并在与心阀4的阀杆4
‑
4接触后推动心阀4上行。
48.图3为心阀4和冲锤6到达上死点开始向下运动的状态：
49.心阀4的导流锥4
‑
1的大径高速通过内缸3的缓冲孔3
‑
2与内缸3的承喷腔3
‑
1接触，迅速切断钻井液下行通道造成承喷腔3
‑
1、变流腔3
‑
4及其以上腔体内的液体压力急剧上升，液流在内缸3的变流腔3
‑
4内变向推动冲锤6的活塞6
‑
2下行、承喷腔3
‑
1中的心阀4同时受承喷腔3
‑
1内高压液流作用下行，直到锤体6
‑
3被砧子9阻挡形成锤击，液动锤恢复图2状态开始下一轮工作往复。
50.本实用新型应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。