[发明专利]一种定向钻进用空气反循环潜孔锤自回转钻具

说明书

本发明涉及钻探设备技术领域，具体是一种定向钻进用空气反循环潜孔锤自回转钻具，包括壳体、配气机构、回转机构和钻头，所述配气机构、回转机构和钻头从上到下依次安装在壳体内；所述配气机构包括阀门组件、具有前气室和后气室的活塞组件，活塞组件的活动端设有斜键部与回转机构包含的螺旋衬套配合；所述螺旋衬套通过与其间歇咬合的花键套连接钻头；所述阀门组件控制气体交替通入前气室和后气室带动活动端往复运动，并驱动钻头回转。有益效果：所有机构均安装在壳体内部，依靠回转机构包括的楔形齿与键槽配合传递扭矩，结构紧凑，强度可靠；利用带键活塞回程能量驱动钻头回转磨削岩石，还保持带键活塞冲程能量冲击破碎岩石，能量利用率高。

技术领域

本发明涉及钻探设备技术领域，具体是一种定向钻进用空气反循环潜孔锤自回转钻具。

背景技术

气动反循环潜孔锤钻井技术是一种高效、经济的钻探方法，广泛应用于地质岩心钻探、水文水井钻凿、基础工程施工、油气资源开采等领域，其具有硬岩钻速快、成孔质量好、耗气量低、取样率高、可防止地层漏失、对环境无污染等优点，可有效降低钻探成本，提高施工效率。

然而，由于气动潜孔锤需要钻杆驱动其回转，无法直接使用定向工具，因此难以对井眼轨迹进行精确检测和控制，无法直接用于定向孔施工，只能与气动螺杆钻具配合进行复合钻进。

但气动螺杆钻具转速高，尺寸长，增加了工艺复杂性，可靠性低，无法充分发挥气动潜孔锤的技术优势。此外，现有气动潜孔锤采用钻杆经由地表钻机驱动回转，在定向井或水平井应用时，存在扭矩小、钻压施加难的技术问题，限制了其在该领域的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定向钻进用空气反循环潜孔锤自回转钻具，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种定向钻进用空气反循环潜孔锤自回转钻具，包括壳体、配气机构、回转机构和钻头，所述配气机构、回转机构和钻头从上到下依次安装在壳体内；所述配气机构包括阀门组件、具有前气室和后气室的活塞组件，活塞组件的活动端设有斜键部与回转机构包含的螺旋衬套配合；所述螺旋衬套通过与其间歇咬合的花键套连接钻头；所述阀门组件控制气体交替通入前气室和后气室带动活动端往复运动，进而带动螺旋衬套咬合花键套并带动咬合后的花键套和钻头旋转，或带动螺旋衬套脱离花键套并冲击钻头。

作为本发明再进一步的方案：所述活塞组件包括依次套装的心管、带键活塞及内缸，且所述带键活塞与内缸之间形成隔断的前气室和后气室；所述带键活塞内表面顶部开设有若干直键槽与心管外表面中部设有的凸起配合，所述带键活塞的外表面底端圆周阵列有多个斜键形成斜键部，所述阀门组件包括上接头和阀组，所述上接头安装在壳体顶部，所述阀组通过弹簧安装在所述心管设有的心管配气座顶部；所述心管配气座底端与内缸内侧、带键活塞顶部端面形成后气室；所述阀组采用逆止阀。

作为本发明进一步的方案：所述心管配气座底端与内缸内侧、带键活塞顶部端面形成后气室，心管中部均布若干凸起，凸起与心管轴线平行，并与带键活塞上部直键槽配合。

所述壳体包括相互螺纹连接的上壳体和下壳体，且上壳体与内缸之间留有壳体环型通道，所述壳体环型通道与内缸的进气口联通；所述下壳体靠近配气机构的端面依次安装有衬套和中隔套，所述中隔套和带键活塞侧面形成前气室。

作为本发明再进一步的方案：所述螺旋衬套与下壳体台阶之间设有耐磨润滑件，用于减小螺旋衬套旋转时的摩擦力。

作为本发明再进一步的方案：所述回转机构包括设置在螺旋衬套底部的楔形齿，所述楔形齿与花键套尾端设有的齿圈啮合；所述螺旋衬套的内表面开设有若干与带键活塞的斜键相配合的螺旋槽。

作为本发明再进一步的方案：所述齿圈包括两个相对连接的半圆环楔形齿圈，两个所述半圆环楔形齿圈分别与花键套尾端插销连接。