[发明专利]一种PDC钻头脉动冲击装置与方法

权利要求书

1.一种PDC钻头脉动冲击装置，主要由旁通阀壳体（1）、过滤板（2）、旁通阀阀芯（3）、旁通阀弹簧（4）、旁通阀阀套（5）、弹性挡圈（6）、防掉锁母（7）、防掉连杆（8）、螺杆外筒（9）、橡胶衬套定子（10）、螺杆转子（11）、活绞（12）、球座（13）、锁紧套（14）、万向轴连杆（15）、万向轴外筒（16）、密封套（17）、传动球（18）、承压球（19）、止推轴承（20）、传动轴（21）、驱动球头（22）、滑动往复轴（23）、动力转换外筒（24）、柱塞座（25）、单向阀阀体（26）、单向阀阀套（27）、单向阀阀芯（28）和单向阀弹簧（29）组成，其特征在于：所述旁通阀壳体（1）与螺杆外筒（9）、螺杆外筒（9）与万向轴外筒（16）、万向轴外筒（16）与动力转换外筒（24）、动力转换外筒（24）与柱塞座（25）间均通过螺纹连接；所述万向轴外筒（16）下端内壁设有用于轴向承重的台阶；所述动力转换外筒（24）的内壁设有2条对称分布的轴向凹槽（24a）；所述传动轴（21）上端与万向轴连杆（15）螺纹连接，传动轴（21）设有传动轴大径端（21a）、传动轴小径端（21b）和斜环槽（21c），斜环槽（21c）是一条设在传动轴小径端（21b）上的斜向封闭环槽；所述传动轴小径端（21b）的上部与万向轴外筒（16）下端内壁的台阶间设有止推轴承（20），止推轴承（20）用于承受作用于传动轴（21）上的轴向载荷；所述滑动往复轴（23）上设有滑动往复轴大径端（23a）、滑动往复轴小径端（23b）、螺纹侧孔（23c）、凸翼（23d）和径向孔通（23e）；所述传动轴小径端（21b）下端插入滑动往复轴大径端（23a）内筒，螺纹侧孔（23c）与斜环槽（21c）间设有驱动球头（22），驱动球头（22）通过螺纹固定于滑动往复轴大径端（23a）上且其球头部分位于斜环槽（21c）内；所述滑动往复轴小径端（23b）上的径向孔通（23e）对称分布，作为进入单向阀内流体的通道；所述滑动往复轴小径端（23b）与单向阀阀体（26）螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种PDC钻头脉动冲击装置的操作方法，其特征在于：将所述冲击装置连接好后，其上端与钻杆或其它下部钻具连接，其下端与PDC钻头连接；钻井液由冲击装置上端的旁通阀壳体（1）处进入，经过旁通阀阀芯（3）和旁通阀阀套（5）后进入螺杆外筒（9），螺杆转子（11）与橡胶衬套定子（10）的啮合使螺杆转子（11）在钻井液的作用下转动，螺杆转子（11）驱动由活绞（12）、球座（13）、锁紧套（14）、万向轴连杆（15）、密封套（17）、传动球（18）和承压球（19）组成的万向轴总成转动并进一步带动传动轴（21）转动；滑动往复轴（23）上的螺纹侧孔（23c）与传动轴（21）上的斜环槽（21c）间设有驱动球头（22），转动的传动轴（21）使驱动球头（22）的轴向位置周期性变化；滑动往复轴（23）上设有与轴向凹槽（24a）间隙配合的凸翼（23d），驱动球头（22）轴向位置的周期性变化使滑动往复轴（23）也产生周期性的轴向运动；在滑动往复轴（23）周期性轴向运动过程中，进入滑动往复轴小径端（23b）内筒的钻井液被压缩并将单向阀打开，该钻井液具有周期性脉动特性，进入PDC钻头后用于辅助破岩；除进入单向阀的钻井液外，其它钻井液则由柱塞座（25）上的钻井液流道直接流至PDC钻头。