冲击回转钻进.doc

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1、第五章冲击回转钻进第一节概述钻探工程以机械方式破碎岩石，最早是采用冲击钻进方法．以后才发展到以回转钻进为主的钻进方法。近几十年来．钻探工作者根据动载荷比静压载荷能够更加有效破碎坚硬岩石的原理．研制成功了冲击回转钻进技术。一、冲击回转钻进的实质冲击回转钻进是有机地综合了冲击钻进(单次破碎岩石作用)和回转钻进(连续破碎岩石作用)的一种钻进方法。冲击回转钻进主要是指在回转钻进的基础上，加人一个冲击器以提高钻进效率。在钻头上或岩心管上联结一个专门的冲击器，在钻进中给钻具以一定的轴向压力和回转运动，同时冲击器给钻具以一定频率的冲击能量，在冲击和回

2、转共同作用下，钻头破碎岩石，进行钻进。它是在地面以动力带动全套钻具进行回转(并通过钻具给钻头一定的轴向压力)的同时，孔内冲击器以每分钟几百次至几千次的频率进行冲击。此冲击力通过岩心管或直接传至钻头：钻头上同时作用两种载荷，即回转方向的回转力和轴向方向的冲击力。如Error!Referencesourcenotfound.所示。所以称为冲击回转钻进。图01冲击回转钻进与冲击钻进、回转钻进的碎岩比较示意图a–回转钻进；b–冲击钻进；c–冲击回转钻进P静–轴向力；M–回转力；P冲–冲击力根据岩石破碎原理，在一定的轴向压力下冲击破碎岩石，岩石

3、强度要降低50%～80%，所以上述冲击回转钻进比钢绳冲击钻进效率要高3～5倍。又由于冲击器放置在孔底，冲击能量直接施加在钻头上，能量损失较少，因此它比地表冲击器的钻进效率也要高许多。又由于在冲击载荷作用下，坚硬岩石易于实现体积破碎过程，所以，冲击回转钻进比一般的回转钻进，其效率也要高。冲击回转钻进提高钻进效率的原因，归纳起来有下列几点：(1)冲击载荷的特点是接触应力瞬时可达极高值，应力比较集中。由于岩石的动硬度要比静硬度小，固易产生微裂纹。并且冲击速度愈大，岩石脆性增大，有利于裂隙发育，因此，不大的冲击功就可以破碎坚硬岩石，而静压入时则

4、需要很大的力。(2)切削刃的磨损减少。在冲击回转钻进中切削刃具磨损减少的原因有：①冲击破碎岩石时刃具与岩石的作用时间很短；②体积破碎的摩擦系数低于表面破碎时的摩擦系数，而在冲击回转钻进中很容易达到体积破碎；③钻速快，切削具的相对磨损就减少。(3)在冲击时岩石上还加有一定的轴向压力，改善了冲击能量的传递条件，增大了冲击效果。(4)由于连续高频地给岩石施加冲击载荷，所以在碎岩过程中裂隙发育较完全，更有利于破碎较硬岩石。(5)在冲击中又有连续不断的回转切削作用，改变了冲击载荷的传递方向，充分发挥了冲击碎岩和切削碎岩的效果。一、冲击回转钻进的发

5、展概况冲击回转钻进的应用已有上百年的历史。早在19世纪60年代就有人进行了潜孔式冲击器的试制工作。早期在法国研制过低频液动冲击器。后来，在原苏联和美国进行过“涡轮锤”和“涡轮振动钻”的研究工作。20世纪30年代发展了风动潜孔锤。到50、60年代获得了较为广泛的应用。20世纪40年代，原苏联葛莫夫研制了滑阀式正作用液动冲击器，美国巴辛格尔也研制了活阀式正作用液动冲击器。50年代美国的艾莫雷研制了活阀式及反作用冲击器，到后期，就出现了种类繁多的冲击器。各类冲击器一直发展到现在，都取得了较大的发展。原苏联在1961年开始成批生产Г一3A型冲击

6、器，1962年开始大力推广冲击回转钻进方法。到1963年已有30个队用此法钻进。此后新冲击器不断出现，1964年生产了使用泥浆的Г—5A型冲击器；1965年生产ГМЛ一2小水量冲击器；1970年生产Г—7型小口径冲击器；1973年出现了КТСГ一76型小口径冲击器和ГB—5型高频冲击器，开始推广金刚石冲击回转钻进；1975年到1976年成批生产口径最小的KTCГ一59型、频率更高的ГB一6型冲击器，与此同时，研制了用于各类地层的钻头和辅助设备和工具。例如，在Г一7和Г一9的基础上改进的KГCГ—7—76和KTCГ一9—59型冲击器，并带

7、有专用的碎岩和辅助工具，它在金属矿中可钻孔深达800～1200m。在60年代中，原苏联将液动冲击回转钻进方法用于常规口径的硬质合金钻进和钢粒钻进中。70年代，原苏联则将这种钻进方法应用到小口径金刚石和硬质合金钻进中。这样便进一步扩大了液动冲击回转钻进方法的使用范围。据初步统计，到1980年已累计进尺1000×104以上。原苏联采用液动冲击同转钻进定向钻孔已试验成功；并根据液动冲击器的作用原理，设计制造出可以处理孔内卡钻事故的冲击振动器；同时为了进一步提高钻进效率，并研制出ГC—50型用于绳索取心钻进的液动冲击器装置。此外，还大力发展了气

8、动冲击回转钻进方法。美国、法国、南非等国家也发展了冲击回转钻进方法，并已将气动冲击回转钻进视为现代各类岩土钻凿施工中快速而经济的方法。这些国家将该技术作为“多工艺综合钻进方法”的一部分，研制成功各类冲击器；