扭转冲击器技术领域
本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种扭转冲击器。
背景技术
扭转冲击器是一种辅助破岩工具，可以通过流体的液压能转换为周向往复动
作的机械能，以给钻头在周向上施加往复脉冲，防止钻头卡在地层中，使整个钻
井过程稳定。
在现有技术中，扭转冲击器的结构较为复杂，尤其是在其与钻头相连的位置，
零件较多。在钻井过程中，尤其是在对较硬的地层进行钻井的过程中，这种结构
复杂的扭转冲击器难以承受钻井产生的振动及负载，极易导致其内部结构损坏，
从而极易导致部分扭转冲击器的结构和钻头遗落在井中，影响进一步井下作业。
因此，需要一种能保证钻井作业顺利进行的扭转冲击器。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种扭转冲击器，使用这种扭转冲击器能保证
钻井作业顺利进行。
本发明提出了一种扭转冲击器，包括：壳体，在壳体的周向内壁上构造有滑
动槽；设置于壳体内的旋转体，旋转体与钻头相连；以及将旋转体与壳体保持在
一起的卡件，卡件包括容纳于滑动槽内并与滑动槽滑动式配合的滑接端；其中，
在使用时，卡件能使与钻头相连的旋转体保持在壳体内并能承受钻井产生的振动
及负载。
通过使用本发明的扭转冲击器，卡件能使壳体与旋转体沿轴向方向(即，对
卡件产生剪切力的方向)的相对运动被阻止，保证了旋转体能有效保持在壳体内，
进而保证了钻头能与扭转冲击器的有效连接。这种连接方式较为稳定，能保证扭
转冲击器在作业过程中保持结构稳定，不易损坏，从而保证了扭转冲击器的完整
性，扭转冲击器和与其相连的钻头不会遗落在井中，进而保证了钻井作业能顺利
进行。此外，卡件为一体的，结构简单，强度较高，从而能有效承载钻井产生的
振动和负载，保证钻井作业的顺利进行。
在一个实施例中，在旋转体的周向侧面上径向向内延伸设置有插道，卡件还
包括与滑接端相连的插接端，插接端容纳于插道内。其中，卡件能沿插道滑动至
滑接端完全收回到旋转体之内。这种结构令使用者能够方便地对扭转冲击器进行
装配，从而能更方便地将扭转冲击器与钻头稳定相连。
在一个实施例中，滑接端构造成在插接端上向两侧延伸的弧形延伸体，在插
道靠近旋转体的外壁一侧延伸构造有相应的限位槽，滑动槽构造为环形的以适应
于弧形延伸体的形状。其中，滑接端能全部缩回到限位槽内，并且限位槽的槽壁
能防止卡件继续沿径向向内运动。这种滑接端对轴向载荷的承载面较大，从而有
效提高了对轴向载荷的承载能力，进而提高了旋转体容纳于壳体内的稳定性，保
证了钻头能与扭转冲击器稳定连接。另外，限位槽能保证卡件完全收回到旋转体
内，并能在卡件进一步向内运动时用滑动槽的壁抵住卡件，使其无法继续运动，
从而防止了卡件滑入过深，进而令这种扭转冲击器使用更方便。
在一个实施例中，旋转体为中空结构，插道贯穿旋转体的侧壁，扭转冲击器
还包括装卸式设置在旋转体内的挡件，其中，挡件能封堵插道的内侧以阻止卡件
滑动。装入旋转体内的挡件能防止卡件朝向设置挡件的一侧滑动，从而保证了旋
转体有效保持在壳体内。另外，挡件为可拆卸的，当挡件拆下后，会在其安装位
置处产生空间(即，旋转体的中空位置)，卡件可朝向该空间处滑动，从而使其
滑接端能完全收回到旋转体内。上述这种设置不仅保证了扭转冲击器的结构稳定
性，还使扭转冲击器为可拆卸的，方便了使用者对其内部进行清理与检查。
在一个实施例中，挡件与旋转体螺纹连接。螺纹能起到引导作用，这使得扭
转冲击器的装配更加方便。
在一个实施例中，在卡件的插接端上与挡件接触处构造有倾斜的推挤面。在
安装挡件时，挡件的上端与倾斜的推挤面相接触，从而会对卡件产生径向推动力，
以使其插入到滑动槽内。
在一个实施例中，在挡件与卡件接触的上端处构造有倾斜的引导面。引导面
为倾斜的，从而能方便地向卡件产生沿径向的推动力，以使其插入到滑动槽内。
在一个实施例中，卡件为多个，在多个卡件的滑接端恰好缩回到旋转体内时，
多个滑接端能一起围成一个整圆。这种结构保证了卡件对轴向载荷的承载面进一
步增大，极大地保证了卡接的稳定性，提高了连接的有效性。
在一个实施例中，在壳体上与滑动槽相对应的侧壁处构造有通孔。通孔减小
了卡件进入滑动槽时的阻力，方便了使用者对扭转冲击器进行装配。
在一个实施例中，在通孔内容纳有活动式顶杆，顶杆能伸入到滑动槽内以顶
动卡件的滑接端。顶杆能防止沉砂等杂质从通孔进入到旋转体与壳体之间，从而
保证了旋转体能顺利转动。另外，顶杆还能将卡件顶出滑动槽，使旋转体能顺利
被取出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)这种连接方式极为稳定，能保
证扭转冲击器在作业过程中保持结构稳定，不易损坏，从而保证了扭转冲击器的
完整性，扭转冲击器和与其相连的钻头不会遗落在井中，进而保证了钻井作业能
顺利进行。(2)卡件为一体的，结构简单，强度较高，从而能有效承载钻井产
生的振动和负载，保证钻井作业的顺利进行。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的扭转冲击器的轴向剖面示意图。
图2显示了本发明的扭转冲击器的局部结构示意图。
图3显示了本发明的扭转冲击器的横截面示意图。
图4显示了本发明的卡件的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
这里应理解地是，这里的轴向、周向和径向均以整个扭转冲击器为参照，例
如，轴向为沿扭转冲击器的轴线的方向。
图1示意性地显示了本发明的扭转冲击器100的结构。扭转冲击器100包括
壳体10和旋转体20。旋转体20设置在中空的壳体10内部，并与钻头200相连。
优选地，旋转体20与钻头200通过螺纹结构连接，连接简单，稳定。在钻头转
动时，旋转体随钻头一同沿扭转冲击器的轴向转动，并能保持容纳在壳体10
内。为了在钻头200工作时保证旋转体20能稳定地保持在壳体10内，在旋转体
20的轴向侧壁上向内延伸设置有插道21，并在插道21内设置有卡件30。在壳体
10内周向内侧壁上设置有相应的滑动槽12。卡件30的一端保持容纳在插道21
内，此端为插接端32，而另一端可延伸以进入到滑动槽12内，此端为滑接端
31。插道21沿旋转体20的径向设置。这样，在旋转体20沿壳体10的轴向活动
或具有沿壳体10的轴向活动的趋势时，卡件30的滑接端31能卡在滑动槽12
内，从而防止了旋转体20与壳体10沿轴向方向的进一步相对运动，这样便能使
与钻头200相连的旋转体20保持在壳体10内并随钻头200一同转动。滑接端能
在滑动槽内，并优选为环形的滑动槽内相对于壳体绕轴线小角度往复转动，进而
能给钻头提供周向往复的脉冲。
这种扭转冲击器的结构简单，稳定性高，不易损坏，从而能有效防止扭转冲
击器和钻头遗落在井内。另外，稳定工作的扭转冲击器不易损坏，提高了井下作
业的安全性。因此，使用上述这种扭转冲击器能保证钻井作业和接下来的进一步
井下作业均能顺利进行。
优选地，在插接端32与插道21密封，例如可如图4所示的那样，在插接端
32上构造用于容纳密封件33的环形凹槽。如图2所示的那样在将卡件30装配到
旋转体20内时，在环形凹槽上套设密封件33，使插接端32与插道21密封。密
封式的连接使得外界的砂粒、杂质等无法进入，保证了装置内部的干净，使扭转
冲击器100在工作时不会受到杂质的影响，进而保证了钻头200工作的顺滑和稳
定。
如图2所示的那样，还可以在插道21靠近旋转体20的外壁的一侧构造限位
槽22，限位槽22的截面大于插道21另一端的截面，并且其形状要适应于滑接端
31的形状以保证卡件30能完全收回到旋转体20内。同时，卡件30上也可构造
有相应的外凸起，例如可优选地直接令滑接端31的截面尺寸大于插接端32的截
面尺寸。滑接端31沿插道21方向的长度小于或等于，并优选为小于限位槽22
沿插道21方向的深度。卡件30能在插道21内滑动，直至滑接端31完全收回到
旋转体20的内部。此时，旋转体20与壳体10之间的相对轴向运动不受到阻挡，
使得旋转体20和卡件30均能被取出。这种设置使得扭转冲击器100本身为可拆
卸的，从而方便了使用者对其内部进行保养、清理。这里应理解地是，可通过弹
簧等连接件将卡件30连接在旋转体内，这同时还能保证卡件30能伸出到旋转体
之外，并能完全缩回到旋转体内。
在一个优选的实施例中，为了保证卡件30能在旋转体20旋转时较为稳定地
保持在滑动槽12内，可如图3所示的那样，将旋转体20构造为中空的，在其中
可设置挡件40。挡件40能通过螺纹连接的方式与旋转体20相连。在旋入挡件
40时，其可与在插道21内的卡件30相接触，使其无法回缩，从而使滑接端31
能稳定地保持在滑动槽12内。当需要拆卸扭转冲击器时，可先将挡件40取出，
此时会产生供卡件30回缩到旋转体20内的空间，使滑接端31完全缩回，以将
旋转体取出。此时由于限位槽22的设置，还能防止卡件30缩回过多以致其从中
空的旋转体20内掉出。这里优选地令卡件30沿插道21方向的厚度大于插道21
的厚度，从而当挡件40旋入后，卡件30能有效卡在外壳与旋转体20之间，而
当取出挡件40后，卡件30的一部分会伸入到设置挡件40的位置，使卡件30能
全部收回到旋转体20内。这种结构更为稳定，从而能使扭转冲击器与钻头稳定
连接，进而能有效提高扭转冲击器的可靠性。
滑接端31能在滑动槽12内沿周向延伸。优选地，如图4所示的那样，滑接
端31构造为弧形延伸体，以使承受旋转体20与壳体10之间的轴向载荷的表面
增大，从而提高扭转冲击器100的强度和稳定性，保证钻头200能与扭转冲击器
100有效连接。滑动槽12构造为环状的，以容纳弧形延伸体，并保证旋转体20
和卡件30能相对壳体10绕轴线小角度往复转动，进而能给钻头200提供周向往
复的脉冲。
这里所说的弧形延伸体如图4所示的那样，是大体如圆管侧壁的一部分那样
的形状。
如图2所示的那样，还可在挡件40的旋入端处构造引导面，引导面与卡件
30接触会对卡件30产生沿插道21方向的力，从而使卡件30能更加方便地插入
到滑动槽12内。还可在卡件30的插接端32上设置推挤面321，推挤面321设置
为能与挡件40相接触，这同样能方便将卡件3推入到滑动槽12中。优选地，卡
件30可构造为如图4所示的那样，其插接端32的末端处大体呈楔形，以进一步
方便使用。楔形的末端可在与挡件40接触处构造有与挡件40相适应的弧形轮廓，
这样能有效提高其与挡件40的接触面积，保证其强度，提高扭转冲击器100的
稳定性。
这里应理解地是，旋入端指的是如图2所示的挡件40的上端，其为装配挡
件40时优先进入到旋转体20内的一端。
在一个优选的实施例中，扭转冲击器设置有多个卡件30，多个卡件均匀分布
并均匀而稳定地承受轴向负载。例如，可如图3所示的那样设置4个卡件30，滑
接端31的扇形面均为90°，并且当4个卡件30均恰好缩回到旋转体20内时，滑
接端31相互接触并能一起形成一个整圆。这一设置使得卡件30承载轴向载荷的
面最大化，极大地保证了旋转体20稳定保持在壳体10内，从而极大地保证了钻
具与整个扭转冲击器100的稳定连接。
还可如图3所示的那样，在壳体10的侧壁上设置径向的通孔，通孔设置在
滑动槽12的侧壁上，并能与卡件30相对，优选地在插入卡件30时与卡件30的
插接端32相对，以更加方便卡件30的装卸。壳体10内部均为密封的，在将卡
件30推向壳体10的过程中，可保证卡件30的滑接端31一侧的空气能经通孔有
效排出到壳体10之外，从而保证了滑接端31能顺利伸入到滑动槽12中。
另外，为了防止在钻井过程中，通孔处会有杂质进入，在通孔内设置有可装
卸式顶杆，顶杆优选为销钉。顶杆能密封通孔，以防止沉砂等颗粒进入到壳体10
与旋转体20之间的间隙内，从而保证了旋转体20能相对于壳体10有效转动。
而在组装时，为了保证空气能由通孔排出以保证卡件顺利进入到壳体的滑动槽
内，可将顶杆取出。
另外，顶杆设置为活动式顶杆，可以使其伸入到容纳腔内顶动卡件30，从而
能方便地将卡件30完全顶回到旋转体20内部，使旋转体能从壳体10内取出。
钻头200与扭转冲击器100能有效连接，并能在不需要钻头200工作时，相
互拆卸下来，从而更加方便了对钻头200和扭转冲击器100的运输，尤其是方便
了对钻头200和扭转冲击器100的长途运输，极大地降低了运输负担，减少了运
输成本。另外，由于扭转冲击器100和钻头200有利于运输。钻头200的结构为
本领域的技术人员所熟知的，在此不加赘述。
本申请的扭转冲击器100的步骤如下：
(1)将卡件30从旋转体20的外侧插入到滑道中；
(2)将装有卡件30的旋转体20插入到壳体10内；
(3)将挡件40旋入到旋转体20内，使卡件30进入到滑动槽12内，并防
止卡件30回缩；
(4)将顶杆插入到通孔内，使其密封。
使用上述扭转冲击器100，能够保证扭转冲击器100与钻头200稳定并可反
复装卸地连接，方便运输，极大地降低了运输成本以及作业成本。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的
情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只
要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起
来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内
的所有技术方案。