冲击回转钻进

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1、第四章冲击回转钻进本章主要内容:1、冲击器的分类和工作原理;2、冲击回转钻进用的钻头;3、冲击回转钻进设备及附属装置;4、冲击回转钻进工艺;5、钢丝绳冲击钻进及振动钻进.7/23/2021中国地质大学勘查教研室第四章冲击回转钻进定义：冲击回转钻进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。与常规回转钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达到破碎坚硬岩石的效果。概述冲击回转钻进的实现分两类：一类是顶驱式，在钻杆顶部用风动、液动或电动机构等实现冲击，并同时回转钻杆；另一类是潜孔式，以液力、气力、电磁力驱动靠近孔底的冲击器，产生冲击载荷，同时由地面

2、机构施加轴向压力和回转扭矩。潜孔式具体实施方法：在回转钻进的钻具中增加一个具有一定冲击频率和冲击能量的冲击器（也称潜孔锤），在取心钻进时，冲击器一般安装在岩心管上端；在无岩心钻进时，则直接安装在钻头上。7/23/2021中国地质大学勘查教研室概述冲击回转钻进的优点：最适用于粗颗粒的不均质岩层,在可钻性Ⅵ～Ⅷ级，部分Ⅸ级的岩石中，钻进效果尤为突出；不仅应用于硬质合金钻进，还应用于金刚石钻进及牙轮钻进，它既可钻进较软的岩层，又可钻进坚硬的岩层；应用于小口径金刚石钻进，不仅可提高钻进效率和钻头寿命，还可克服裂隙地层的堵心，坚硬致密地层的“打滑”，及某些地层的孔斜等问题。同时，在岩土工程的大口径施工

3、中也有用武之地。7/23/2021中国地质大学勘查教研室第一节冲击器冲击器是冲击回转钻进的关键部件。根据动力采用形式的不同，分以下三种：(1)液动冲击器：采用高压水或泥浆做为动力介质；(2)风动冲击器：又称风动“潜孔锤”，用压缩空气做为动力介质；(3)机械作用式冲击器：利用某种机械运动，使冲锤上下运动而产生冲击力。这些机械可以是电机、电磁装置，也可以是涡轮或特种机构(如牙嵌离合器)等。上述分类中，以液动、气动两种型式比较成熟，在地质勘探中又以液动冲击器使用比较广泛。7/23/2021中国地质大学勘查教研室一、液动冲击器液动冲击器根据结构不同可分为:阀式液动冲击器又可分为:(1)正作用阀式液动

4、冲击器;(2)反作用阀式液动冲击器;(3)双作用阀式液动冲击器.无阀式液动冲击器又可分为:(1)射流式液动冲击器;(2)射吸式液动冲击器。第一节冲击器7/23/2021中国地质大学勘查教研室第一节冲击器(一)阀式正作用液动冲击器其工作原理如右图所示：冲锤活塞5在锤簧6的作用下处于上位，其中心孔被活阀4盖住，液流瞬间被阻，液压急剧增高而产生水锤(也称水击)效应。在液压作用下，冲锤活塞和活阀一同下行，压缩阀簧3和锤簧；当活阀下行到一定位置时，活阀被阀座9限制，活阀停止运行并与冲锤活塞脱开，液流经冲锤活塞中心孔而流向孔底，液压下降，活阀在阀簧作用下返回原位；冲锤活塞在动能作用下利用惯性继续运行，冲

5、击铁砧7，冲击能量经铁砧一岩心管接头一岩心管等传至钻头，冲击之后，冲锤活塞在锤簧力作用下弹回；再次与活阀接触，完成一个冲击周期。7/23/2021中国地质大学勘查教研室第一节冲击器其主要特点：(1)正作用冲击器结构简单，性能稳定，调试容易。(2)冲击器中弹簧的反作用要消耗一部分能量，抵消了很大一部分高压液流所产生的冲击力。(3)弹簧在1500次／min或更高的循环压缩、伸张下，容易损坏。7/23/2021中国地质大学勘查教研室第一节冲击器(二)阀式反作用液动冲击器它是利用高压液流的压力推动冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能而作功。1、工作原理如图:高压液流进入冲击器，由于水路封

6、闭，当冲锤活塞上下端压力差超过超过工作弹簧1的压缩力和冲锤活塞本身的质量时，迫使冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量；与此同时，铁砧4的水路被逐步打开，高压液流开始流向孔底，液压下降，冲锤活塞利用惯性继续上行，当上行到上死点时，冲锤活塞利用自身质量和工作弹簧的弹力，使冲锤活塞急速向下运动而冲击铁砧；同时，由于冲锤活塞与铁砧相接触而又封闭了液流通向孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值，再次作用于冲锤活塞，使其上行，开始第二个工作周期。7/23/2021中国地质大学勘查教研室第一节冲击器2、反作用冲击器的主要特点：(1)对冲洗液的适应能力较强；(2)可获得较大的单次冲击功；(3)冲击器内部的

7、压力损失较小，效率较高。该类冲击器的主要缺点是需要刚度较大的弹簧，工作寿命只有40~lOO小时。7/23/2021中国地质大学勘查教研室第一节冲击器(三)阀式双作用液动冲击器它的冲锤活塞正冲程和反冲程均由液体压力推动。1、工作原理如图：当钻具到达孔底时，由于钻具自重，使活接头f被压紧到外套上的g处，这时工作腔d处的液流，分别作用在活阀2和塔形冲锤活塞6上，由于活阀上下端的压差，迫使活阀上移到最上位置；由于冲锤