一种安全冲管式射吸冲击器

技术领域

本发明涉及地质勘探中安全取心钻具技术领域，具体涉及一种安全的冲管式射吸冲击器。

背景技术

在地质勘探取心工作领域，往往根据需要进行侧钻取心，这样主孔与侧钻取心钻具就形成了一定的夹角，在这种情况下，存在两个致命问题：

一个问题是由于造斜段与原钻孔轴线存在一个夹角，钻头上所需破岩力只是主动钻压力的分力，由于受到侧钻弯曲曲率的影响，实际所受到的力很小，满足不了钻头破岩的要求，为了满足侧钻钻头上所需要的碎岩力就必须加大钻压，这样就给取心工作的安全性带来了隐患，很容易发生钻具折断或导致孔壁坍塌的风险。

另一个问题是取心钻具长度会受到侧钻造斜曲率半径的影响，也就是说取心钻具过长的话造斜拐弯处不容易通过。

解决如上两个问题的关键就是改变孔内钻头的受力方式和缩短取心钻具的长度。

改变孔底钻头受力方式就必须实现孔底加压，为此要么采用孔底动力，要么采用孔内节流加压。而同时具有这两个双重作用的就是射吸冲击器。首先射吸冲击器工作产生的冲击力可施加给钻头，其次是其工作喷嘴本身具有节流增压的作用，也可对钻头施加一定的压力。

但是，传统的射吸冲击器又存在如下两个问题：首先是传统冲击器本身具有一定的长度，加上所需的取心管的长度，整套钻具就变的较长，这就遇到取心钻具长度受侧钻曲率半径的限制问题，也就是说在一定曲率半径条件下，取心钻具长的话不容易通过拐弯处，其次是钻具过长，冲击器产生的冲击力是通过外管传递到钻头，传动链越长消耗的能量越多，致使钻头碎岩效率不能得到充分的发挥。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的上述问题，提供一种冲管式射吸冲击器，可有效缩短侧钻取心钻具长度、减小冲击力能量损失、提高冲击器能量利用效率。

本发明技术方案详述如下：

一种安全冲管式射吸冲击器，包括依次连接的上接头（1）、阀壳（5）、岩心管外管（12）、花键套（18）和花键轴（17），其中，上接头（1）用于连接造斜钻具，花键轴（17）用于连接钻头；

所述上接头（1）内安装有喷嘴（2）；

所述阀壳（5）内安装有能相对阀壳（5）上下滑动的阀（3），阀（3）下端设有锥面，阀（3）内安装有能相对阀（3）上下滑动的芯阀活塞（4），芯阀活塞（4）设有与喷嘴（2）连通的水道（b）；

所述岩心管外管（12）内安装有锤肩（6）和冲管（13），锤肩（6）上端内部与芯阀活塞（4）锥度连接，锤肩（6）上端外部设有锥面，锤肩（6）的锥面与阀（3）的锥面之间形成能与水道（b）连通的泄水通道；锤肩（6）下端与冲管（13）螺纹连接，所述冲管（13）为管状结构；芯阀活塞（4）、锤肩（6）和冲管（13）组合构成冲锤，冲锤与岩心管外管（12）之间留有环隙供从水道（b）和泄水通道而来的液体通过并流向钻头；

所述锤肩（6）设有呼吸孔（7），所述呼吸孔（7）一端连通至冲锤与岩心管外管（12）之间的环隙，另一端连通至冲管（13）。

可选或优选的，上述安全冲管式射吸冲击器，所述锤肩（6）与冲管（13）的连接处设有带水道的上导正环（8）。

可选或优选的，上述安全冲管式射吸冲击器，所述冲管（13）下端与外管（12）的连接处设有下扶正环（15），用于防止冲管（13）下边摆动，下扶正环（15）上带有水道，既起到扶正的作用，同时保证水路的畅通。

可选或优选的，上述安全冲管式射吸冲击器，所述冲管（13）内还安装有内衬岩芯管（14），内衬岩心管（14）上端插接有内管堵头（9），内衬岩心管（14）下端与花键轴（17）插接。

可选或优选的，上述安全冲管式射吸冲击器，所述锤肩（6）下端设有第一筒状滑动导正结构（D）；内管堵头（9）位于第一筒状滑动导正结构（D）内且可相对第一筒状滑动导正结构（D）上下滑动；内管堵头（9）设有单向球阀（11），单向球阀（11）上端连接有球阀弹簧（10）与第一筒状滑动导正结构（D）内顶面接触；第一筒状滑动导正结构（D）和内管堵头（9）共同构成溶腔（V）。

可选或优选的，上述安全冲管式射吸冲击器，其特征在于，所述呼吸孔（7）另一端连通至冲管（13）内的溶腔（V）。

可选或优选的，上述安全冲管式射吸冲击器，所述花键套（18）外周镶嵌有条状保径条块（16），所述保径条块（16）由耐磨材料制成。

可选或优选的，上述安全冲管式射吸冲击器，所述花键套（18）下端设有第二筒状滑动导正结构（E），与钻头上端外部为滑动配合，钻头即可上下滑动，又能防止钻头摆动。

与现有技术相比，本发明的安全冲管式射吸冲击器具有如下有益效果：

1、不采用传统的实心冲锤设计，本发明冲锤由芯阀活塞、锤肩和冲管组合构成，冲管为管状结构，除了满足冲锤的功能外，还可以容置岩芯管，因此缩短了侧钻取心钻具的长度，有利于通过侧钻点的转弯处。

2、本发明冲锤的撞击点由岩心管上端转移到岩心管下端，即冲管下端撞击花键轴，将撞击力传递给钻头，缩短了冲击力传动链的长度，减小了能量损失，提高了冲击器能量利用效率。

3、充分地利用了射吸冲击器喷嘴的节流增压作用(如图4)直接对钻头施加液压，再加冲击器产生的冲击动压，可有效满足钻头钻进需要，同时改善造斜转弯部位钻具的受力条件，钻具既不容易折断，钻孔亦不容易坍塌，确保侧钻取心的安全性。

附图说明

图1为实施例中安全冲管式射吸冲击器的剖面结构示意图；

图2是图1中A-A横截面结构示意图；

图3是上导正环8、下扶正环15的结构示意图；

图4是节流增压示意图；

图5安全冲管式射吸冲击器工作原理说明图，其中（一）是冲洗液从喷嘴2喷出形成卷吸状态，（二）是芯阀活塞4上行而关闭泄水通道的状态。

图中：

1-上接头；2-喷嘴；3-阀；4-芯阀活塞；5-阀壳；6-锤肩；7-呼吸孔；8-上导正环；9-内管堵头；10-球阀弹簧；11-球阀；12-岩心管外管；13-冲管；14-内衬岩芯管；15-下扶正环；16-保径条块；17-花键轴；18-花键套；19-卡簧挡圈；20-卡簧；21-钻头；31、41-密封材料；a-限位凸环；b-水道；c-内台阶；D-第一筒状滑动导正结构；E-第二筒状滑动导结构；V-溶腔；P

具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明技术方案进行详细解释和说明，以使本领域技术人员能够更好地理解本发明并予以实施。

请参考图1，

一种实施例的安全冲管式射吸冲击器，包括依次连接的上接头1、阀壳5、岩心管外管12、花键套18和花键轴17。

上接头1、阀壳5、岩心管外管12的上下两端均带丝扣，花键套18上端带丝扣。上接头1上端丝扣与相应造斜钻具连接，下端丝扣与阀壳5的上端丝扣连接，阀壳5的下端丝扣与岩心管外管12的上端丝扣连接，岩心管外管12的下端丝扣与花键套18的上端丝扣连接，花键套18下端通过花键与花键轴17连接，花键轴17下端通过丝扣与钻头21连接。

上接头1内安装有喷嘴2，二者亦通过丝扣连接。

阀壳5内具有限位凸环a，限位凸环a上安装有能相对阀壳5上下滑动的阀3，阀3内壁设有内台阶c供安装芯阀活塞4，芯阀活塞4能相对阀3上下滑动。

芯阀活塞4设有水道b，水道b上端连通喷嘴2，下端通向芯阀活塞4与阀3之间的环空间隙，阀3带有密封材料31、芯阀活塞4带有密封材料41。其中密封材料31用于阀3和阀壳5之间的接触位置密封，密封材料41用于芯阀活塞4和阀3之间的接触位置密封。

岩心管外管12内安装有锤肩6和冲管13。芯阀活塞4、锤肩6（包括第一筒状滑动导正结构D）和冲管13组合构成冲锤。

锤肩6上部呈锥形结构，锤肩6的上端与芯阀活塞4锥度连接，该种连接具有自锁角，冲锤越冲击连接越紧密，确保冲锤不脱落。锤肩6下端设有第一筒状滑动导正结构D，第一筒状滑动导正结构D通过丝扣与冲管13螺纹连接。锤肩6还设有呼吸孔7，呼吸孔7一端连通至锤肩6的第一筒状滑动导正结构D内的溶腔V，另一端连通至阀壳5与阀3之间的环隙，其作用是当冲锤向下冲击时，第一筒状滑动导正结构D和内管堵头9之间的可变间隙即溶腔V的体积缩小，所存水需要从呼吸孔7排出（吐水），否则会阻碍冲锤下行，而当冲锤上行时，溶腔V的体积变大，需要通过呼吸孔7补水进来（吸水），否则会形成真空，不利冲锤顺利上行，冲锤每完成一次冲击周期动作，呼吸孔都相应完成一次吐水和吸水动作，如同呼吸一样。锤肩6与冲管13的连接处设有上导正环8，其结构如图3，其作用是保证冲管13和芯阀活塞4的同轴度。

冲管13为管状结构，冲管13内还安装有内衬岩芯管14，内衬岩心管14上端插接有内管堵头9，内衬岩心管14下端与花键轴17插接。内管堵头9位于第一筒状滑动导正结构D内，该导正结构主要作用是通过内管堵头9防止内衬岩心管14摆动，且可相对第一筒状滑动导正结构D上下滑动；内管堵头9设有单向球阀11，单向球阀11上端连接有球阀弹簧10与第一筒状滑动导正结构D内顶面接触。

冲管13下端与岩心管外管12的连接处设有下扶正环15，下扶正环15内侧带有水道，其结构同上导正环8相同（如图3）。具体的，岩心管外管12下端设有内台阶，下扶正环15固定在岩心管外管12下端内台阶处，并被花键套18顶端顶住。

花键套18外周镶嵌有若干保径条块16，保径条块16由耐磨材料制成。花键套18下端设有第二筒状滑动导正结构E，与钻头上端外侧的柱面滑动配合，防止钻头21摆动。

钻头21内锥面内安有卡簧20，卡簧上方设有卡簧挡圈19。

请参考图5，本发明的工作原理为：当冲洗液送到喷嘴2则形成射流Q从喷嘴2喷出，喷出的射流Q在周边形成卷吸，如图5（一），由于周边液体被卷吸而形成负压，则阀3和芯阀活塞4均被负压上吸而向上运动，冲管13也随芯阀活塞4上行，此时冲洗液经芯阀活塞4的水道b点处分支孔、流过锤肩6，进而通过岩心管外管12和冲管13之间的环隙流向孔底钻头21，当阀3上行到极限顶点则停止运动，芯阀活塞4继续上行就会关闭锤肩6锥面与阀3下端锥面间的通道，如图5（二），由于泄水通道被突然关闭则喷嘴2下方立刻形成水击压力p，推动阀3和芯阀活塞4下行，当阀3下行至限位凸环a则被限制下行，而芯阀活塞4和冲管13在惯性作用下继续下行，则使锤肩6锥面与阀3下端锥面离开，水路打开。

芯阀活塞4+冲管13，在下行的惯性作用下，直到冲管13撞击花键轴17，进而将撞击力传给钻头21。此时又回到图5（一）的状态，进行下个回次动作，周而复始。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。