压力脉冲实现二次冲击的振荡器技术领域
本发明涉及一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻探等领域中具轴向冲击作用的
井下工具。
背景技术
近年来，随着我国社会经济的不断发展，国家对石油、天然气的需求也大幅度增
加，所以对石油、天然气的开发也逐渐增多。在钻井过程中，钻柱与井筒之间往往会产生摩
擦。特别是在水平井段中，由于水平井段长和井底净化效果差等原因，造成井筒与钻柱之间
的摩擦会大大高于垂直井和定向井所产生的摩擦。随着摩擦的增加，使得钻压不能有效地
传递到钻头，这会对钻头产生非常大的影响，会导致钻进速度大大下降，还会增加对钻柱和
钻头的磨损，严重时甚至会发生卡钻等井下事故，为钻井作业的施工带来极大的安全隐患，
导致生产效率降低。
大多数轴向振动工具需要借助外部动力产生周期性压力脉冲，比如井下动力钻具
和涡轮钻具。这类井下工具会增加井下作业的费用以及井下操作的复杂性，基于此，本文提
出压力脉冲实现二次冲击的振荡器，利用钻井液的压力和弹簧的弹力来产生纵向冲击，实
现钻柱的轴向振动，缓解托压效应，以达到减小井下钻具与井筒的摩擦的目的，从而使钻压
更为有效地传递到井底，进而延长井下工具的寿命，提高钻井的效率。
发明内容
本发明的目的是：为了解决在水平井以及斜井中钻柱与井筒摩擦阻力大，钻压无
法有效传递到井底的问题，特提供一种将钻井液压力转化为钻柱轴向冲击作用的井下工
具。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的压力脉冲实现二次冲击的振
荡器由上接头、定位短节、定位套筒A、阀芯、上阀体弹簧、轨道销钉、上阀座、定位套筒B、阀
芯头、上支撑座、下支撑座、壳体、下阀体、下阀体弹簧、弹簧座、下接头等组成。其特征在于
上接头、定位短节、壳体和下接头依次通过螺纹连接；定位短节位于上接头和壳体之间，其
上端内表面开有花键键槽；定位套筒A上端的外表面和下端的内表面都开有花键键槽，它位
于定位短节和阀芯之间，并通过上接头和上阀座进行轴向定位，通过定位短节上的花键进
行周向定位；上阀体弹簧位于阀芯和定位套筒A之间；上阀座位于壳体和阀芯之间，通过定
位套筒A进行轴向定位，并通过定位套筒A上的花键进行周向定位，上阀座在径向开有三个
相互间隔120°均匀分布的圆孔，并在上阀座下端沿轴向方向上设置6个相互间隔60°均匀分
布的盲孔，与之对应再沿径向方向上从内向外开6个相互间隔60°均匀分布的通孔，通孔连
通主流道和轴向方向上6个相互间隔60°均匀分布的盲孔；阀芯位于本发明工具的最内侧，
阀芯上端台阶处开有通流花键；三个轨道销钉从上阀座上三个径向圆孔穿过并与阀芯外表
面的滑移键槽配合，实现阀芯的周向定位；阀芯头与阀芯通过螺纹连接；定位套筒B位于阀
芯和壳体之间，通过上阀座实现轴向定位；上支撑座和下支撑座通过螺纹连接，并通过定位
套筒B和壳体实现轴向定位；下阀体位于下接头内部，通过下阀体弹簧和壳体实现轴向定
位，在下阀体下端径向沿轴向方向设置有4个等距离的通孔；弹簧位于下阀体和下接头之
间，通过下阀体和弹簧座实现轴向定位；弹簧座位于下阀体和下接头之间，通过下接头实现
轴向定位。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：（1）压力脉冲实现二次冲击的振荡器能
够提供一个稳定的周期性高频二次轴向冲击力；（2）高频的轴向冲击有效地克服了井下钻
具与井筒的摩擦力，实现井口钻压的有效传递，提高机械钻速，同时因为工具本身的振动，
防止钻具长时间贴在下井壁上，从而避免了粘卡等井下事故的发生。
附图说明
图1为本发明所述的压力脉冲实现二次冲击的振荡器的结构示意图。
图中：1-上接头、2-定位短节、3-定位套筒A、4-阀芯、5-上阀体弹簧、6-轨道销钉、
7-上阀座、8-定位套筒B、9-阀芯头、10-上支撑座、11-下支撑座、12-壳体、13-下阀体、14-下
阀体弹簧、15-弹簧座、16-下接头。
图2为本发明图1中A-A面的截面图。
图3为本发明图1中B-B面的截面图。
图4为本发明图1中C-C面的截面图。
图5为本发明图1中D-D面的截面图。
图6为本发明图1中E-E面的截面图。
图7为本发明阀芯的三维视图。
图8为本发明上支撑座的三维视图。
图9为本发明阀芯外表面键槽的平面展开图。
具体实施方式
根据附图所示，所述的压力脉冲实现二次冲击的振荡器，由上接头、定位短节、定
位套筒A、阀芯、上阀体弹簧、轨道销钉、上阀座、定位套筒B、阀芯头、上支撑座、下支撑座、壳
体、下阀体、下阀体弹簧、弹簧座、下接头等组成。其特征在于上接头1、定位短节2、壳体12和
下接头16依次通过螺纹连接；定位短节2位于上接头1和壳体12之间，其上端内表面开有花
键键槽；定位套筒A3上端的外表面和下端的内表面都开有花键键槽，它位于定位短节2和阀
芯4之间，并通过上接头1和上阀座7进行轴向定位，通过定位短节2上的花键进行周向定位；
上阀体弹簧5位于阀芯4和定位套筒A3之间；上阀座7位于壳体12和阀芯4之间，通过定位套
筒A3进行轴向定位，并通过定位套筒A3上的花键进行周向定位，上阀座7在径向开有三个相
互间隔120°均匀分布的圆孔，并在上阀座7下端沿轴向方向上设置6个相互间隔60°均匀分
布的盲孔，与之对应再沿径向方向上从内向外开6个相互间隔60°均匀分布的通孔，通孔连
通主流道和轴向方向上6个相互间隔60°均匀分布的盲孔；阀芯4位于本发明工具的最内侧，
阀芯4上端台阶处开有通流花键；三个轨道销钉6从上阀座7上三个径向圆孔穿过并与阀芯4
外表面的滑移键槽配合，实现阀芯4的周向定位；阀芯头9与阀芯4通过螺纹连接；定位套筒
B8位于阀芯4和壳体12之间，通过上阀座7实现轴向定位；上支撑座10和下支撑座11通过螺
纹连接，并通过定位套筒B8和壳体12实现轴向定位；下阀体13位于下接头16内部，通过下阀
体弹簧14和壳体12实现轴向定位，在下阀体13下端径向沿轴向方向设置有4个等距离的通
孔；弹簧位于下阀体13和下接头16之间，通过下阀体13和弹簧座15实现轴向定位；弹簧座15
位于下阀体13和下接头16之间，通过下接头16实现轴向定位。
压力脉冲实现二次冲击的振荡器要配合减震器一起使用，才会产生有效的冲击震
荡作用。工作时，阀芯4被上阀体弹簧5顶起，阀芯4上部的花键台阶与上接头1的下端面接
触，阀芯4下部的六个过流孔关闭，阀芯头9与上支撑座10分离。下阀体13被下阀体弹簧14顶
起，下支撑座11与下阀体13接触。钻井液从上接头1进入，流经阀芯4和阀芯头9，由于钻井液
无法继续向下流动，使阀芯4中的钻井液压力开始升高，当压力升高到对阀芯头9产生的向
下的力大于上阀体弹簧5弹力时，阀芯4和阀芯头9开始向下移动，下移一段距离时开始转
动，当阀芯4下移至最大位置时阀芯转过30°，阀芯4下移过程中，阀芯头9先与上支撑座10接
触，然后阀芯4上的六个过流孔与上阀座7上的六个过流孔连通。从阀芯4流出的钻井液流入
定位套筒B8，再依次流过上支撑座10和下支撑座11，在下阀体13上端面处被堵住，然后通过
钻井液的高压推动下阀体13向下运动，一直运动到下阀体13与下支撑座11分离，使得阀体
上部的高压钻井液与下部的低压钻井液连通，从而使钻井液压力下降。由于弹簧弹力作用，
钻井液压力下降后，首先阀芯4被上阀体弹簧5弹起，使阀芯4撞击上接头1并同时回到初始
位置，产生第一个轴向冲击；然后下阀体13被下阀体弹簧14弹起，使下阀体13撞击壳体12并
同时回到初始位置，产生第二个轴向冲击。钻井液又重复上述第一个过程，如此反复，压力
脉冲实现二次冲击的振荡器产生一个稳定的周期性高频轴向冲击力。