深孔液动锤钻进技术

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1、深孔液动锤钻进技术苏长寿谢文卫勘探技术研究所2010年7月安徽黄山1冲击回转钻进的基本概念利用冲击的办法加速碎岩，来源于人类的生产生活活动，因为此种方法具有作用时间短、应力高，效率快、能量消耗少，尤其对脆性的岩石，冲击破碎是一种最佳的方法。采用冲击加回转方法形成孔，早年的雏形为手持钎杆人工锤击凿岩。这种方法是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。根据冲击载荷施加的位置不同可分为孔口顶驱式和孔底潜孔式。孔口顶驱式是在钻(钎)杆顶部实现冲击，并同时回转钻(钎)杆；通过钻(钎)杆传递冲击能，由于钻杆材料和能量传递损耗，其使用孔深受到限制，’

2、而且易对钻(钎)杆造成损伤。以多种方式驱动靠近孔底的潜孔锤(冲击器)，产生冲击载荷，同时由地面机构(或井底动力机具)施加轴向压力和回转扭矩。这种方法具有能量传递损失小，利用率高、钻进速度快，钻具负荷低，可以钻更深的孔。但存在潜孔锤尺寸受孔径限制，增加了设计和制造难度。按驱动方式的不同，潜孔冲击可分为：(1)气动g以压缩空气为动力驱动潜孔锤；(2)液压：以清洁的液体作为潜孔锤驱动介质(油或清水)；(3)液动：以钻进的冲洗液驱动潜孔锤；(4)机械：(机械冲击器，牙轮钻头、滚刀钻头等)(5)电动：(回转的转换、直线电机)。而液动潜孔锤钻探的基本概念是：利用现场泥浆泵输出的冲洗液驱动

3、处于孔内的液动潜孔锤(简称液动锤或冲击器)，对其下部回转的钻头(或钻具)旋加一定频率和能量的冲击功，加速碎岩、减少岩心堵塞，提高钻孔质量。即钻头在钻压、扭矩以及冲击的联合作用下碎岩。它具有配套简单、低耗、基本不受孔深影响的优点。但同时有受泥浆的影响稳定性差、对钻井泥浆环境的适应性差的不足。2液动潜孑L锤工作原理及基本分析液动潜孔锤钻探是在回转钻探的基础上通过利用现场配套的泥浆泵输送的冲洗'液驱动液动潜孔锤(简称液动锤)对破碎岩石的钻头施加一定频率的冲击能量，也就是钻头上带有冲击负荷的回转钻探。钻孔时液动锤安装在钻杆或岩心管与钻头(全面钻进或取心钻进)之间，并随钻孔之延深而潜入

4、钻孔中对钻头施加冲击负荷，以达到提高钻进效率之目的。它可广泛用于矿产勘探、水井、石油钻井等领域(见图1)。图1液动潜孔锤现场连接图液动潜孔锤钻探是对常规回转钻探的重大改革，是继现代金刚石钻探和空气钻探之后的钻探新方法。它较好地利用了坚硬岩石脆性大而抗剪强度较低不耐冲击力的弱点，是解决坚硬岩层和某些复杂岩层钻探效率低钻孔质量差的有效钻探技术。我国是目前世界上开展液动锤技术研究和应用工作做得最好的国家之一。勘探技术研究所于1958年开始系统的专题研究，1961年列为原地质部重点项目，除去“文革’’期间被迫中断外，一直坚持研究开发工作。同时，从上世纪70年代(1975年)左右原长春

5、地质学院、辽宁地质局九队、原核工业部地质局等对此作了很多试验研究，但大规模的开发工作是从1978年实行改革开放之后才得以顺利进行。全国有近十个单位相继建立了冲击回转钻探试验室(台)，设立专题开展系统的研究开发。经过数年的工作，至1983年左右原地质矿产部勘探技术研究所的正作用式YZ一54一II型、原长春地质学院的射流式SC-54型、原辽宁地矿局九队的双作用式SH-54型、原冶金部探矿技术研究所的正作用式TK型、原河北地矿局综合研究队的正作用式ZF一54型、原云南地矿局探矿研究室的SX射吸式液动锤，原核工业部江西264队的双作用式YE型等液动锤先后分别通过所属各部的鉴定，这批成

6、果迅速在施工中得到推广应用。从此，这项新技术进入了一个新的发展时期直到上世纪90年代中期。进入21世纪，利用大陆科学钻探和新一轮地质大调查的落实，该技术的研究与应用2取得突破性进展。21研究开发的液动锤的主要品种(L)正作用式：阀和冲锤的回程运动依靠各自弹簧．而冲程依靠水击驱动冲锤下行产生冲击能量；(2)反作用式：利用冲洗液的压力增高推动冲锤上行压缩工作弹簧储存能量，当阀门打开，液流畅通工作室压力降低，工作弹簧释放储存能量驱动冲锤下行产生冲击：(3)双作用式：冲锤的回程及冲程运动均依靠冲洗液的压力驱动，当冲锤下行时产生冲击能量：(4)复合作用式：综合巳上上三种作用形式中的任二

7、种研发的产品：(5)中空贯通式：配合气举、水力中心反循环钻进研发，它与普通液动锤的区别在于沿其轴线从上到下设有一个贯通的柱状孔，在钻进中构成的反循环连续输送岩心(样)的通道。因此心部的全部零件都是贯通的，如逆止阁、缸座、活塞及钻头等都是筒状；(6)与其他技术结合的派生产品(如绳索取心式、液气两用式等)。我国研制的几种主要液动锤结构如图2所示。稿髓匍鞠曲ft月t≯●^#^tj■㈣a■■At^i●jf月ti●图2我国研制的王要液动锤类型2．2传统液动锤存在的主要缺陷2．21正作用液动锤存在的主要缺陷(1)阀