阅读说明：本技术 一种扭转冲击螺杆钻具 (Torsional impact screw drill ) 是由 查春青 柳贡慧 李军 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明为一种扭转冲击螺杆钻具,包括螺杆钻具本体,螺杆钻具本体包括用于控制钻井液流向的旁通阀总成,所述旁通阀总成的下方设置马达总成,所述马达总成通过万向轴总成连接传动轴总成,所述马达总成用于将钻井液的液压动力转换为驱动所述传动轴总成绕中心轴旋转的机械能,所述传动轴总成的底部用于连接钻头；所述传动轴总成的下部套设有轴向固定的扭转冲击总成,所述扭转冲击总成用于将钻井液的流体能量转换为对所述传动轴总成的扭转冲击力。该工具解决现有技术中存在的钻头粘滑、破岩效率低或造斜能力差等问题,该扭转冲击螺杆钻具将螺杆钻具和扭转冲击器结合在一起,兼容性良好,有效提高钻具机械钻速和钻进能力。(The invention relates to a torsional impact screw drill which comprises a screw drill body, wherein the screw drill body comprises a bypass valve assembly for controlling the flow direction of drilling fluid, a motor assembly is arranged below the bypass valve assembly and is connected with a transmission shaft assembly through a universal shaft assembly, the motor assembly is used for converting the hydraulic power of the drilling fluid into mechanical energy for driving the transmission shaft assembly to rotate around a central shaft, and the bottom of the transmission shaft assembly is used for connecting a drill bit; the lower part of the transmission shaft assembly is sleeved with an axially fixed torsional impact assembly, and the torsional impact assembly is used for converting fluid energy of drilling fluid into torsional impact force on the transmission shaft assembly. The tool solves the problems of drill bit stick-slip, low rock breaking efficiency or poor deflecting capability and the like in the prior art, the torsional impact screw drill combines the screw drill and the torsional impactor together, the compatibility is good, and the mechanical drilling speed and the drilling capability of the drill are effectively improved.)

一种扭转冲击螺杆钻具

技术领域

本发明涉及石油开发领域中的井下钻井工具，尤其涉及一种扭转冲击螺杆钻具。

背景技术

随着钻井工程的快速发展，螺杆钻具也有了长足的发展，螺杆钻具是在钻井工程中应用最为广泛的一种井下动力工具。为了提高螺杆钻具的钻进能力和机械转速，国内外一些学者通过对马达进行改进以增大螺杆钻具的扭矩，如串联马达、加长马达等。虽然提高了钻速，但是钻头磨损加快。另外，在硬地层钻进时，施加在钻头上的转速和扭矩存在较大的波动，仍会出现粘滑现象。粘滑作用大大降低了钻头破岩效率，增加了钻头的无规律冲击破坏，加速钻头失效。

为了解决在深井硬质地层中采用PDC钻头钻进时容易出现的粘滑情况，国内外一些学者研制了扭力冲击器。该类工具是通过给PDC钻头提供高频低幅的扭转冲击来调节PDC钻头的运动状态，提高PDC钻头的稳定性，从而抑制PDC钻头的扭转振动。目前，该类工具在钻井现场已经得到了较为广泛的应用，也取得了较好的提速效果。但是，该类工具目前也存在一定的问题，如：该类工具如果和螺杆钻具配合使用时，尤其是和弯螺杆配合使用时，会影响弯螺杆的造斜能力。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种扭转冲击螺杆钻具，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扭转冲击螺杆钻具，解决现有技术中存在的钻头粘滑、破岩效率低或造斜能力差等问题，该扭转冲击螺杆钻具将螺杆钻具和扭转冲击器结合在一起，兼容性良好，有效提高钻具机械钻速和钻进能力。

本发明的目的是这样实现的，一种扭转冲击螺杆钻具，包括螺杆钻具本体，所述螺杆钻具本体包括用于控制钻井液流向的旁通阀总成，所述旁通阀总成的下方设置马达总成，所述马达总成通过万向轴总成连接传动轴总成，所述马达总成用于将钻井液的液压动力转换为驱动所述传动轴总成绕中心轴旋转的机械能，所述传动轴总成的底部用于连接钻头；所述传动轴总成的下部套设有轴向固定的扭转冲击总成，所述扭转冲击总成用于将钻井液的流体能量转换为对所述传动轴总成的扭转冲击力。

在本发明的一较佳实施方式中，所述传动轴总成包括传动轴，所述传动轴上设置轴向贯通的传动轴中心孔，所述传动轴的侧壁上位于所述扭转冲击总成上方的位置径向贯通设置第一径向通孔，所述传动轴的侧壁上位于所述扭转冲击总成下方的位置径向贯通设置第二径向通孔，所述传动轴的侧壁上与所述扭转冲击总成相对的位置周向间隔设置多个长透槽，传动轴中心孔内位于长透槽的下方设置直径呈减小设置的第六台阶部，第六台阶部处的缩孔构成喷嘴结构；所述传动轴中心孔内的钻井液能经过第一径向通孔自上而下流向所述扭转冲击总成，所述传动轴中心孔内的钻井液能经过长透槽自内而外流向所述扭转冲击总成，流经所述扭转冲击总成的钻井液经过第二径向通孔返流回所述传动轴中心孔内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述扭转冲击总成包括由内到外依次套设于所述传动轴上且轴向固定的换向结构、摆锤和冲击筒，所述冲击筒的下部密封套设于所述传动轴上，所述摆锤能在钻井液的作用下周向往复运动冲击所述冲击筒；所述换向结构的内壁抵靠套设于所述传动轴上，所述摆锤的内壁与所述换向结构的外壁转动抵靠，所述摆锤的外壁与所述冲击筒的内壁转动抵靠。

在本发明的一较佳实施方式中，所述传动轴的上部外侧套设传动轴壳体，所述传动轴壳体的下方连接扭冲外壳，所述传动轴的底端穿出所述扭冲外壳的底端用于连接钻头，所述冲击筒的外壁与所述扭冲外壳的内壁呈转动抵靠设置；所述冲击筒包括筒本体，所述筒本体的侧壁上设置2个顶部开口且径向对称设置的冲击筒扇形透槽；所述筒本体的内壁上设置2个径向对称的冲击筒内槽道，2个所述冲击筒内槽道与2个冲击筒扇形透槽呈十字交叉设置，各所述冲击筒内槽道的顶部开口且其底端与冲击筒扇形透槽的槽底呈平齐设置；所述筒本体的外壁上位于各冲击筒内槽道的周向两侧分别设置冲击筒外槽道，各所述冲击筒外槽道的顶部开口且其底端高于冲击筒扇形透槽的槽底设置，各所述冲击筒外槽道内设置径向贯通的外槽道透槽；所述传动轴上位于第一径向通孔的下方密封套设端盖，所述端盖的底面与所述筒本体的顶面轴向顶抵，所述端盖的外壁与所述扭冲外壳的内壁呈转动抵靠设置，所述端盖上设置能与所述冲击筒外槽道连通的端盖过流透槽。

在本发明的一较佳实施方式中，所述换向结构包括筒状的换向本体，所述换向本体的外壁上设有两个沿轴向贯通、且径向对称设置的第一换向外凸柱，所述换向本体的外壁上还设有两个沿轴向贯通、且径向对称设置的第二换向外凸柱，2个第一换向外凸柱与2个第二换向外凸柱呈十字交叉设置；2个第一换向外凸柱上均设置有径向贯通的换向透槽，2个第二换向外凸柱上设置自下而上设置的定位槽道，所述定位槽道的顶部呈封闭设置；

所述摆锤包括筒状的锤本体，所述锤本体的外壁设有两个沿轴向贯通、且径向对称设置的摆锤扇形外凸柱，所述锤本体的侧壁上位于各所述摆锤扇形外凸柱的周向两侧分别设置第一摆锤侧壁透槽和第二摆锤侧壁透槽，各所述摆锤扇形外凸柱能摆动地设置在对应的所述冲击筒扇形透槽内，所述冲击筒扇形透槽的圆心角大于所述摆锤扇形外凸柱的圆心角；所述锤本体的内壁设有两个沿轴向贯通、且径向对称设置的摆锤扇形内凸柱，两个所述摆锤扇形内凸柱与两个所述摆锤扇形外凸柱呈十字交叉设置，所述锤本体的侧壁上位于各所述摆锤扇形内凸柱的周向两侧分别设置第三摆锤侧壁透槽和第四摆锤侧壁透槽，两个所述摆锤扇形内凸柱能分别摆动套设于两个定位槽道内，定位槽道的圆心角大于摆锤扇形内凸柱的圆心角；各所述摆锤扇形内凸柱的顶面能轴向顶抵于各所述定位槽道的顶面。

在本发明的一较佳实施方式中，所述筒本体的内壁上位于所述冲击筒扇形透槽的槽底处设置直径呈减小设置的第一台阶部，所述锤本体的底面顶抵于所述第一台阶部上；所述第一台阶部的下方轴向间隔设置直径呈减小设置的第二台阶部，所述筒本体位于所述第二台阶部下方的内壁抵靠套设于所述传动轴上；所述第二径向通孔与所述第二台阶部上方的冲击筒的内腔连通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述传动轴壳体的内壁顶部与所述传动轴之间设置上扶正轴承，所述上扶正轴承的下方轴向顶抵设置推力轴承组，所述传动轴上位于所述推力轴承组的下方设置下锁母，下锁母的顶面与推力轴承组的内圈底面轴向顶抵，所述下锁母的外侧套设隔套，扭冲外壳的顶端套设于所述传动轴壳体内，隔套的顶面与推力轴承组的外圈底面轴向顶抵，隔套的底面与扭冲外壳的顶面轴向顶抵；扭冲外壳的内壁底部与所述传动轴之间设置下扶正轴承。

在本发明的一较佳实施方式中，所述旁通阀总成与所述马达总成之间串接有防掉总成，所述防掉总成用于防止事故时马达总成、万向轴总成、传动轴总成掉落井中。

由上所述，本发明提供的一种扭转冲击螺杆钻具具有如下有益效果：

本发明提供的扭转冲击螺杆钻具中，将螺杆钻具本体和扭转冲击总成结合在一起，在钻井液的作用下扭转冲击总成对传动轴总成产生扭转冲击，可以很好的消除PDC钻头钻进时可能出现的振动和卡滑现象，使PDC钻头更有效地剪切破碎地层，明显提高钻头寿命和切削效率，大大增加机械钻速和钻井导向性；扭转冲击总成设置在螺杆钻具本体内部，不仅两者的兼容性良好，而且不影响螺杆钻具本体的弯点，更不会增加螺杆钻具本体的额外长度，即不影响螺杆钻具本体的造斜和定向，应用范围较广。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明的扭转冲击螺杆钻具的示意图。

图2：为图1中Ⅰ处放大图。

图3：为图1中Ⅱ处放大图。

图4：为图1中Ⅲ处放大图。

图5：为本发明的换向结构的示意图。

图6：为本发明的摆锤的示意图。

图7：为本发明的冲击筒的示意图。

图8：为初始状态时图4中A-A处示意图。

图9：为换向结构和摆锤共同顺时针转动过程中图4中A-A处示意图。

图10：为摆锤到达顺时针极限位置时图4中A-A处示意图。

图11：为换向结构到达顺时针极限位置时图4中A-A处示意图。

图中：

100、扭转冲击螺杆钻具；

1、旁通阀体；2、阀芯；3、弹簧；4、筛板；5、密封圈；6、阀套；7、弹性挡圈；

8、防掉锁母；9、防掉接头；10、防掉连杆；

11、定子；12、转子；

13、活铰；14、万向轴壳体；15、球座；16、承压球；17、传动球；18、锁紧套；19、连接杆；20、密封套；21、挡套；22、水帽结构；23、轴套；

24、上扶正轴承；25、传动轴；250、传动轴中心孔；251、第一径向通孔；252、第二径向通孔；253、长透槽；254、第六台阶部；26、推力轴承组；27、传动轴壳体；28、下锁母；29、隔套；

30、扭冲外壳；31、端盖；32、换向结构；320、换向本体；321、第一换向外凸柱；322、第二换向外凸柱；323、换向透槽；324、定位槽道；325、换向流道；33、摆锤；330、锤本体；331、第一摆锤侧壁透槽；332、第二摆锤侧壁透槽；333、第三摆锤侧壁透槽；334、第四摆锤侧壁透槽；335、摆锤扇形外凸柱；336、摆锤扇形内凸柱；34、冲击筒；340、筒本体；341、冲击筒扇形透槽；342、冲击筒内槽道；343、冲击筒外槽道；344、外槽道透槽；345、第一台阶部；346、第二台阶部；35、下扶正轴承。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图11所示，本发明提供一种扭转冲击螺杆钻具100，包括螺杆钻具本体，螺杆钻具本体包括用于控制钻井液流向的旁通阀总成，旁通阀总成的下方设置马达总成，马达总成通过万向轴总成连接传动轴总成，马达总成用于将钻井液的液压动力转换为驱动传动轴总成绕中心轴旋转的机械能，传动轴总成的底部用于连接钻头(PDC钻头，现有技术，图中未示出)；传动轴总成的下部套设有轴向固定的扭转冲击总成，扭转冲击总成用于将钻井液的流体能量转换为对传动轴总成的扭转冲击力。

本发明提供的扭转冲击螺杆钻具中，将螺杆钻具本体和扭转冲击总成结合在一起，在钻井液的作用下扭转冲击总成对传动轴总成产生扭转冲击，可以很好的消除PDC钻头钻进时可能出现的振动和卡滑现象，使PDC钻头更有效地剪切破碎地层，明显提高钻头寿命和切削效率，大大增加机械钻速和钻井导向性；扭转冲击总成设置在螺杆钻具本体内部，不仅两者的兼容性良好，而且不影响螺杆钻具本体的弯点，更不会增加螺杆钻具本体的额外长度，即不影响螺杆钻具本体的造斜和定向，应用范围较广。

进一步，如图1、图4所示，传动轴总成将马达总成的旋转动力传递给钻头输出扭矩和转速，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。传动轴总成包括传动轴25，传动轴25上设置轴向贯通的传动轴中心孔250，传动轴25的侧壁上位于扭转冲击总成上方的位置径向贯通设置第一径向通孔251，传动轴25的侧壁上位于扭转冲击总成下方的位置径向贯通设置第二径向通孔252，传动轴25的侧壁上与扭转冲击总成相对的位置周向间隔设置多个长透槽253；在本发明的一具体实施例中，传动轴25的侧壁上设置有4个相互间隔90°的第一径向通孔251，传动轴25的侧壁上设置有6个相互间隔60°的长透槽253(呈长方形的透槽)，传动轴25的侧壁上设置有4个相互间隔90°的第二径向通孔252。传动轴中心孔250内位于长透槽253的下方设置直径呈减小设置的第六台阶部254，第六台阶部254处的缩孔构成喷嘴结构，此处流道面积突然减小，产生一个局部的压降，使得一部分的高压流体从传动轴25的第一径向通孔251或长透槽253流出进入换向结构32、摆锤33和冲击筒34的流道。

传动轴中心孔250内的钻井液能经过第一径向通孔251自上而下流向扭转冲击总成，传动轴中心孔250内的钻井液能经过长透槽253自内而外流向扭转冲击总成，流经扭转冲击总成的钻井液经过第二径向通孔252返流回传动轴中心孔250内。在本发明的一具体实施例中，第一径向通孔251呈水平设置，第二径向通孔252呈倾斜设置，其自外向内倾斜设置，有利于钻井液返流回传动轴中心孔250。部分钻井液经传动轴中心孔250直接流向钻头，用以钻削；部分钻井液经第一径向通孔251或长透槽253流向扭转冲击总成，扭转冲击总成在钻井液作用下相对传动轴25往复摆动产生扭转冲击。

进一步，如图1、图5、图6和图7所示，扭冲总成将钻井液的流体能量转换为扭转冲击力，进而将能量传递给钻头。扭转冲击总成包括由内到外依次套设于传动轴25上且轴向固定的换向结构32、摆锤33和冲击筒34，冲击筒34的下部密封套设于传动轴25上，在本实施方式中，冲击筒34的下部通过螺纹连接于传动轴25上；摆锤33能在钻井液的作用下周向往复运动冲击冲击筒34；换向结构32的内壁抵靠套设于传动轴25上，摆锤33的内壁与换向结构32的外壁转动抵靠，摆锤33的外壁与冲击筒34的内壁转动抵靠。冲击筒34随传动轴25同步转动，换向结构32、摆锤33也绕传动轴25的中心轴转动，同时在经第一径向通孔251或长透槽253流出的钻井液作用下，换向结构32、摆锤33相对传动轴25及冲击筒34往复摆动，从而对传动轴25及冲击筒34产生扭转冲击。

进一步，如图1所示，传动轴25的上部外侧套设传动轴壳体27，传动轴壳体27的下方连接扭冲外壳30，传动轴25的底端穿出扭冲外壳30的底端用于连接钻头，冲击筒34的外壁与扭冲外壳30的内壁呈转动抵靠设置；如图7所示，冲击筒34包括筒本体340(中空的圆筒状结构)，筒本体340的侧壁上设置2个顶部开口且径向对称设置的冲击筒扇形透槽341；筒本体340的内壁上设置2个径向对称的冲击筒内槽道342，2个冲击筒内槽道342与2个冲击筒扇形透槽341呈十字交叉设置，各冲击筒内槽道342的顶部开口且其底端与冲击筒扇形透槽341的槽底呈平齐设置；筒本体340的外壁上位于各冲击筒内槽道342的周向两侧分别设置冲击筒外槽道343，各冲击筒外槽道343的顶部开口且其底端高于冲击筒扇形透槽341的槽底设置，各冲击筒外槽道343内设置径向贯通的外槽道透槽344；传动轴25上位于第一径向通孔251的下方密封套设端盖31，端盖31的底面与筒本体340的顶面轴向顶抵，端盖31的外壁与扭冲外壳30的内壁呈转动抵靠设置，端盖31上设置能与冲击筒外槽道343连通的端盖过流透槽。

进一步，如图5所示，换向结构32包括筒状的换向本体320，换向本体320的外壁上设有两个沿轴向贯通、且径向对称设置的第一换向外凸柱321，换向本体320的外壁上还设有两个沿轴向贯通、且径向对称设置的第二换向外凸柱322，2个第一换向外凸柱321与2个第二换向外凸柱322呈十字交叉设置；2个第一换向外凸柱321上均设置有径向贯通的换向透槽323，各第一换向外凸柱321上换向透槽323的数量为2个，2个第一换向外凸柱321上的换向透槽323呈径向对称设置；2个第二换向外凸柱322上设置自下而上设置的定位槽道324，定位槽道324的顶部呈封闭设置；相邻的第一换向外凸柱321和第二换向外凸柱322之间构成轴向贯通的换向流道325；

如图6所示，摆锤33包括筒状的锤本体330，锤本体330的外壁设有两个沿轴向贯通、且径向对称设置的摆锤扇形外凸柱335，锤本体330的侧壁上位于各摆锤扇形外凸柱335的周向两侧分别设置第一摆锤侧壁透槽331和第二摆锤侧壁透槽332，各摆锤扇形外凸柱335能摆动地设置在对应的冲击筒扇形透槽341内，冲击筒扇形透槽341的圆心角大于摆锤扇形外凸柱335的圆心角；锤本体330的内壁设有两个沿轴向贯通、且径向对称设置的摆锤扇形内凸柱336，两个摆锤扇形内凸柱336与两个摆锤扇形外凸柱335呈十字交叉设置，锤本体330的侧壁上位于各摆锤扇形内凸柱336的周向两侧分别设置第三摆锤侧壁透槽333和第四摆锤侧壁透槽334，两个摆锤扇形内凸柱336能分别摆动套设于两个定位槽道324内，定位槽道324的圆心角大于摆锤扇形内凸柱336的圆心角；各摆锤扇形内凸柱336的顶面能轴向顶抵于各定位槽道324的顶面。

进一步，如图7所示，筒本体340的内壁上位于冲击筒扇形透槽341的槽底处设置直径呈减小设置的第一台阶部345，锤本体330的底面顶抵于第一台阶部345上，实现摆锤33的轴向下限位；第一台阶部345的下方轴向间隔设置直径呈减小设置的第二台阶部346，筒本体340位于第二台阶部346下方的内壁抵靠套设于传动轴25上；第二径向通孔252与第二台阶部346上方的冲击筒34的内腔连通。驱动扭转冲击总成产生周向扭转冲击的钻井液到达第二台阶部346上方的冲击筒34内腔后经第二径向通孔252返流回传动轴中心孔250。

进一步，如图1所示，传动轴壳体27的内壁顶部与传动轴25之间设置上扶正轴承24，在本实施方式中，上扶正轴承24的上部通过螺纹连接于传动轴25上；上扶正轴承24的下方轴向顶抵设置推力轴承组26，传动轴25上位于推力轴承组26的下方设置下锁母28，下锁母28的顶面与推力轴承组26的内圈底面轴向顶抵，下锁母28通过螺纹连接安装在传动轴25上且位于推力轴承组26的下方对其轴向定位，下锁母28的外侧套设隔套29，二者同心安装且径向间隔，扭冲外壳30的顶端套设于传动轴壳体27内，隔套29的顶面与推力轴承组26的外圈底面轴向顶抵，隔套29的底面与扭冲外壳30的顶面轴向顶抵；扭冲外壳30的内壁底部与传动轴25之间设置下扶正轴承35，在本实施方式中，下扶正轴承35的上部通过螺纹连接于扭冲外壳30内。

进一步，旁通阀总成与马达总成之间串接有防掉总成，防掉总成用于防止事故时(螺纹脱扣、壳体断裂的时候)马达总成、万向轴总成、传动轴总成掉落井中，或者便于钻具落井之后的打捞。

如图1、图2所示，在本实施方式中，旁通阀总成包括旁通阀体1，旁通阀体1上设置轴向贯通的阀体中心孔；阀体中心孔内滑动套设阀芯2，阀芯2上设置轴向贯通的阀芯中心孔，旁通阀体1的内侧下部套设阀套6，阀套6上设置轴向贯通的阀套中心孔，阀芯2能沿阀套中心孔上下滑动，旁通阀体1内位于阀套6的底部设置弹性挡圈7，阀套6通过弹性挡圈7进行轴向定位；阀芯2、阀套6的外壁与旁通阀体1的内壁之间设置密封圈5，保证密封性；阀芯2的外壁上设置第三台阶部，阀套6的外壁上设置第四台阶部，阀芯2上套设弹簧3，弹簧3的两端分别顶抵于第三台阶部和第四台阶部上；阀芯2的侧壁上设置径向贯通的阀芯侧透孔，在本发明的一具体实施例中，阀芯2的侧壁上设置3个相互间隔120°的阀芯侧透孔；旁通阀体1的侧壁上径向贯通设置阀口，阀口内设置筛板4；旁通阀总成控制流体的流向，当钻井液流量和压力未达到标准设定值时，阀芯中心孔经阀芯侧透孔与阀口连通，钻井液经筛板4流出进入旁通阀体1外侧环空；当钻井液流量和压力达到标准设定值时，阀芯2下移进入阀套6，阀芯侧透孔关闭，此时钻井液经阀芯中心孔流入阀套中心孔；

马达总成包括定子11，定子11的内侧匹配设置转子12，定子11和转子12均带有螺旋线且两者相互啮合；转子12上设置轴向贯通的转子中心孔，转子12和定子11之间构成马达环空流道；马达总成是动力部件，转子在钻井液(压力泥浆)的驱动下，绕定子的轴线旋转，完成液体压力能向机械能的转化，为钻头提供动力。

防掉总成包括中空的防掉接头9，防掉接头9的顶部与旁通阀体1连接，防掉接头9的底部穿设连接于定子11内，防掉接头9内套设防掉连杆10，防掉连杆10的外壁与防掉接头9的内壁之间构成防掉环空，防掉环空与阀套中心孔、马达环空流道轴向连通；防掉连杆10的底端穿设连接于转子中心孔内，在本发明的一具体实施例中，防掉连杆10的底端通过螺纹连接于转子中心孔内；防掉接头9的内壁上设置直径呈减小设置的第五台阶部，防掉连杆10的顶端套设防掉锁母8，在本实施方式中，防掉锁母8和防掉连杆10通过螺纹连接，防掉锁母8能卡止于第五台阶部上。

进一步，万向轴总成将马达总成的动力传递给传动轴总成，万向轴总成包括万向轴壳体14，万向轴壳体14的两端分别与定子11、传动轴壳体27连接，万向轴壳体14的内腔与定子11的内腔连通；万向轴壳体14内设置活铰13，活铰13的顶端连接于转子中心孔内，在本发明的一具体实施例中，活铰13的顶端通过螺纹连接于转子中心孔内；活铰13的底端球连接有连接杆19，具体地，如图3所示，活铰13的底端中心处向内设置盲孔，盲孔内设置球座15，连接杆19的顶端与球座15对应的位置设有承压球16，承压球16能铰接于球座15内，连接杆19的外壁顶端与盲孔的内壁之间设置传动球17，连接杆19的外壁上套设密封套20，密封套20的顶部设置挡套21，连接杆19的顶部通过锁紧套18与活铰13的底端锁紧连接，锁紧套18与活铰13通过螺纹连接；连接杆19的底端球连接有水帽结构22，在本实施方式中，水帽结构22和连接杆19通过螺纹连接，连接杆19底端的球连接方式与连接杆19顶端的球连接方式相同；水帽结构22上自下而上设置水帽轴盲孔，水帽轴盲孔与传动轴中心孔连通，水帽结构22的侧壁上设置连通万向轴壳体14的内腔与水帽轴盲孔的水帽侧透孔。在本发明的一具体实施例中，水帽结构22的侧壁上设置3个相互间隔120°的水帽侧透孔，水帽侧透孔自外向内向下倾斜设置，便于钻井液流入传动轴中心孔250。

在本实施方式中，水帽结构22的底部和上扶正轴承24顶部之间顶抵设置轴套23。

综上，旁通阀总成包括旁通阀体1、阀芯2、弹簧3、筛板4、密封圈5、阀套6和弹性挡圈7；防掉总成包括防掉锁母8、防掉接头9和防掉连杆10；马达总成包括定子11和转子12；万向轴总成包括活铰13、万向轴壳体14、球座15、承压球16、传动球17、锁紧套18、连接杆19、密封套20和挡套21；传动轴总成包括水帽结构22、轴套23、上扶正轴承24、传动轴25、推力轴承组26、传动轴壳体27、下锁母28、隔套29和下扶正轴承35；扭转冲击总成包括扭冲外壳30、端盖31、换向结构32、摆锤33和冲击筒34。旁通阀体1、防掉接头9、定子11、万向轴壳体14、传动轴壳体27和扭冲外壳30之间通过螺纹连接，构成本发明的外壳结构。

钻井液进入阀体中心孔后，当钻井液流量和压力达到标准设定值时，钻井液的主通道为阀芯中心孔、阀套中心孔、防掉环空、马达环空流道、万向轴壳体14的内腔、水帽侧透孔、水帽轴盲孔、传动轴中心孔250，传动轴中心孔250内部分钻井液经第一径向通孔251或长透槽253流向扭转冲击总成，促成扭转冲击总成进行扭转冲击后向下并经第二径向通孔252返流回传动轴中心孔250，所有钻井液经传动轴中心孔250流向钻头。

本发明的扭转冲击螺杆钻具100以钻井液作为驱动介质，钻井液从旁通阀体1的阀体中心孔流入阀芯2的阀芯中心孔，当钻井液流量和压力未达到标准设定值时，阀芯中心孔经阀芯侧透孔与阀口连通，钻井液经筛板4流出进入旁通阀体1外侧环空，处于旁通状态；当钻井液流量和压力达到标准设定值时，阀芯2下移进入阀套6，阀芯侧透孔关闭，此时钻井液经阀芯中心孔流入阀套中心孔；

钻井液从阀套6的阀套中心孔流出，经过防掉接头9流入定子11和转子12之间的马达环空流道(螺旋密封腔)，转子12进行转动，整个万向轴总成也进行转动，万向轴总成将转速和扭矩传递到传动轴25上，最后传递到钻头上，这是常规的螺杆钻具的工作原理。

钻井液从马达环空流道流向万向轴壳体14的内腔，再从水帽结构22的水帽侧透孔、水帽轴盲孔流入传动轴25的传动轴中心孔250(即其中间流道)。

传动轴中心孔250内第六台阶部254处的流道面积突然减小，产生一个局部的压降，使得一部分的高压流体从传动轴25的第一径向通孔251或长透槽253流出进入换向结构32、摆锤33和冲击筒34的流道。钻井液流入扭冲总成，扭冲总成开始运转。

如图8所示，以摆锤33逆时针转动到极限位置为初始状态，此时摆锤33的摆锤扇形内凸柱336与换向结构32上定位槽道324的顺时针一侧顶抵，传动轴25上长透槽253连通换向结构32上第一换向外凸柱321的换向透槽323，流入高压的钻井液，钻井液推动摆锤33和换向结构32一起顺时针转动，转动过程的状态如图9所示；

如图10所示，当摆锤33顺时针转动到极限位置时，摆锤33的摆锤扇形外凸柱335接触冲击筒34的瞬间，对冲击筒34产生一个剧烈的碰撞并停止，此时换向结构32的定位槽道324通过第三摆锤侧壁透槽333、外槽道透槽344与冲击筒外槽道343(高压钻井液的通道)相通，高压钻井液流入定位槽道324驱动换向结构32顺时针转动至极限位置(摆锤扇形内凸柱336与换向结构32上定位槽道324的逆时针一侧顶抵)后停止。

如图11所示，此时，摆锤33和换向结构32顺时针转动到极限位置，摆锤扇形外凸柱335顺时针一侧的第一摆锤侧壁透槽331与第一换向外凸柱321的换向透槽323连通，流入高压流体，推动摆锤33和换向结构32一起逆时针转动，直到摆锤33和换向结构32都到达极限位置(前述的初始状态，如图8所示)，完成一个扭转冲击运动周期。

由上所述，本发明提供的一种扭转冲击螺杆钻具具有如下有益效果：

本发明提供的扭转冲击螺杆钻具中，将螺杆钻具本体和扭转冲击总成结合在一起，在钻井液的作用下扭转冲击总成对传动轴总成产生扭转冲击，可以很好的消除PDC钻头钻进时可能出现的振动和卡滑现象，使PDC钻头更有效地剪切破碎地层，明显提高钻头寿命和切削效率，大大增加机械钻速和钻井导向性；扭转冲击总成设置在螺杆钻具本体内部，不仅两者的兼容性良好，而且不影响螺杆钻具本体的弯点，更不会增加螺杆钻具本体的额外长度，即不影响螺杆钻具本体的造斜和定向，应用范围较广。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。