一种扭力冲击动力工具技术领域
本实用新型涉及钻井工程中使用的提速工具，具体讲是涉及一种扭力冲击动力工
具。
背景技术
在石油、天然气资源勘探开发的钻井工程中，钻杆很长，井眼是曲线，弯曲度很大，
钻杆和井壁之间的摩擦很大，钻杆加在钻头上的钻压减小，尤其是大斜度井和水平井，托压
现象很严重，严重地制约了钻井速度。钻头与钻杆之间的是刚性连接，地层不均质，当钻头
受到来自地层非正常的冲击力时，容易造成PDC钻头切削齿过早损坏，导致钻头失效，降低
钻井速度，增加钻井成本。
另一方面，当PDC钻头切削齿吃入地层过深，或因地层的抗剪强度过大，常规钻井
使用的螺杆钻具不足以提供足够的扭力使PDC钻头获得应有的扭矩，因此PDC钻头不能剪切
井底岩石破岩。此时，PDC钻头处于停止状态，而钻柱继续转动并发生扭转，当钻柱扭转产生
的势能足够大时，PDC钻头突然剪切岩石破岩。钻柱的扭转势能突然释放，钻柱迅速地回转
到原来形态，从而可能带动钻头回旋。当钻柱扭转势能释放完成后，PDC钻头获得的扭力又
不足以克服地层的抗剪强度而处于停止状态。周而复始，PDC钻头有效工作的时间较短，严
重制约了钻井效率的提升。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述缺点，本实用新型的目的是提供一种扭力冲击动力工
具,该装置能够给钻头提供稳定的钻压和扭矩，使地层对钻头的冲击减小，保护钻头复合
片，延长钻头寿命，使钻头在井底的有效工作时间增加，全面提升钻井效率。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种扭力冲击动力工具，包括上壳体、下壳体、转轴、芯轴，其特征在于：所述上壳
体和下壳体通过螺纹连接固定，上壳体内设有转轴，所述转轴与上壳体上端之间设有支撑
环，所述支撑环与上壳体螺纹连接，所述转轴内部中空供钻井液流通，处于临近支撑环下部
的转轴上设有上旁通孔，处于所述上旁通孔下部的转轴设有螺旋形的沟槽；所述下壳体内
的芯轴与转轴螺纹连接，所述芯轴为中空结构，芯轴上端设有下旁通孔，芯轴的外侧设置自
上而下设置有上凸台和下凸台,所述芯轴上端、上凸台和下壳体上端之间的U型口内设有限
位环，所述限位环与上壳体螺纹连接固定；所述下壳体与芯轴下端之间设有档环，所述档环
与下壳体螺纹连接固定；所述芯轴的下凸台和档环之间装配有弹簧。
在上述技术方案中，钻井液通过所述转轴的中空内孔，部分钻井液通过位于转轴
上的旁通孔进入转轴外壁与上壳体内壁之间，高速流经转轴上的螺旋形沟槽，推动转轴转
动，转轴的转动带动芯轴转动。钻井液通过处于芯轴上的旁通孔进入芯轴内部中空孔。
所述转轴的最上端设置外螺纹，该外螺纹用于连接钻柱，钻柱向本实用新型涉及
的扭力冲击动力工具传递钻压和扭矩。所述外壳的最下端设置有锥型内螺纹，该内螺纹用
于连接钻头，并将钻压和扭矩传递给钻头。
所述弹簧为压力弹簧。当钻头钻遇地层岩性变化时，从软地层进入硬地层，钻头机
械钻速降低，连接钻头的下壳体相对于转轴和芯轴发生向上的运动，弹簧被压缩。弹簧被压
缩过程冲降低了地层对钻头的冲击。钻头从硬地层进入软地层，钻头机械钻速增加，连接钻
头的下壳体相对于转轴和芯轴发生向下的运动，弹簧逐渐复位，同样能降低地层对钻头的
冲击。所述压力弹簧实际起到减震的作用，能够较好的保护钻头，免受地层变化的冲击，延
长钻头的使用寿命。
所述弹簧为扭力弹簧。钻头切削齿吃入地层过深，或因地层的抗剪强度过大，钻柱
提供给钻头的扭矩不足以克服地层的抗剪强度，不能使钻头剪切破碎岩石。转轴和芯轴转
动，而与钻头连接的外壳停止，扭力弹簧被扭转储存扭转势能。当扭力弹簧的扭转势能足够
大时，岩石被钻头剪切破碎。由于扭力弹簧的扭转势能是逐渐释放的，扭力弹簧逐渐复位，
能够防止钻柱带动钻头发生回旋运动。当扭力弹簧的扭转势能与地层的抗剪强度达到平衡
时，钻头就能够处于一直处于剪切破碎岩石的状态，从而使钻头破岩效率提高。
作为优选，所述弹簧为压力弹簧和扭力弹簧的组合弹簧。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型的扭力冲击动力工具使用转轴为井底钻头提供转速，使钻头破岩效
率提高。
2.本实用新型的扭力冲击动力工具采用了压力弹簧，对钻头起到减震作用，能够
有效地保护钻头，延长钻头使用寿命。
3.本实用新型的扭力冲击动力工具采用了扭力弹簧，能够防止钻柱回旋转动，保
护钻柱，并使钻头一直处于剪切破碎岩石的状态，提高钻井效率。
附图说明
下面结合附图和本实用新型的实施方式对本实用新型做作进一步的说明。
图1是本实用新型扭力冲击动力工具的结构示意图。
图中标记：1-上壳体、2-下壳体、3-转轴、4-芯轴、5-支撑环、6-限位环、7-档环、8-
弹簧；301-上旁通孔、302-螺旋形沟槽、401-下旁通孔、402-上凸台、403-下凸台。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施
例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释
本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示意的表示出本实用新型扭力冲击动力工具的基本结构，它包括上壳体1、下
壳体2、转轴3、芯轴4，其特征在于：所述上壳体1和下壳体2通过螺纹连接固定，上壳体1内设
有转轴3，所述转轴3与上壳体1上端之间设有支撑环5，所述支撑环5与上壳体1螺纹连接，所
述转轴3内部中空供钻井液流通，处于临近支撑环5下部的转轴3上设有上旁通孔301，处于
所述上旁通孔301下部的转轴1设有螺旋形的沟槽302；所述下壳体2内的芯轴4与转轴螺纹
连接，所述芯轴4为中空结构，芯轴4上端设有下旁通孔401，芯轴4的外侧设置自上而下设置
有上凸台402和下凸台403,所述芯轴4上端、上凸台402和下壳体2上端之间的U型口内设有
限位环6，所述限位环6与下壳体2螺纹连接固定；所述下壳体2下端内侧设置有内螺纹，所述
下壳体2与芯轴4下端之间设有档环7，所述档环7与下壳体2螺纹连接固定；所述芯轴4的下
凸台403和档环7之间装配有弹簧8。
所述转轴3的最上端设置外螺纹，该外螺纹用于连接钻柱，钻柱向本实用新型涉及
的扭力冲击动力工具传递钻压和扭矩。钻柱内的钻井液通过转轴3的中空内孔，部分钻井液
通过位于转轴上的旁通孔301进入转轴3外壁与上壳体1内壁之间，高速流经转轴3上的螺旋
形沟槽302，推动转轴3转动，转轴3的转动带动芯轴4转动。钻井液通过处于芯轴4上的旁通
孔401进入芯轴4内部中空孔。
所述下壳体2的最下端设置有锥型内螺纹，该内螺纹用于连接钻头，并将钻压和扭
矩传递给钻头。
当弹簧8为压力弹簧时。钻头从软地层进入硬地层，钻头机械钻速降低，连接钻头
的下壳体2相对于连接钻柱的转轴3和芯轴4发生向上的运动，弹簧8被压缩。钻头从硬地层
进入软地层，钻头机械钻速增加，连接钻头的下壳体2相对于连接钻柱的转轴3和芯轴4发生
向下的运动，弹簧逐渐复位。因此压力弹簧实际起到减震的作用，使钻压更加稳定，能够较
好的保护钻头，延长钻头的使用寿命。
当弹簧5为扭力弹簧时。钻头剪切破碎岩石的扭矩由扭力弹簧被扭转储存的势能
提供，其扭转势能能够与地层的抗剪强度达到平衡，使钻头一直处于工作状态，提高钻井效
率。
作为优选，弹簧5为压力弹簧和扭力弹簧的组合弹簧，使钻头获得的钻压和扭矩更
加稳定，达到延长钻头寿命和提高钻井效率的作用。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新
型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述
实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。