多工艺冲击回转钻进技术
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800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
气体体积流量随井深变化曲线 2018/12/29
井深(m)
循环系统内压力分布曲线
三、大直径反循环潜孔锤 钻进技术
组合式大直径潜孔锤
多工艺冲击回转 钻进技术研究
2018/12/29 FC-312型组合式潜孔锤
HC-15型环状取心潜孔锤
新疆白干湖钨细锡矿区试验
2018/12/29
多工艺冲击回转 钻进技术研究
河北涿鹿锰银矿试验
2018/12/29
云南试验
内蒙古草原铅锌矿前期勘探
多工艺冲击回转 钻进技术研究
气体钻井用反循环钻头 SGQ-320型贯通式潜孔锤
2018/12/29
Vm=5
Vm=10
Vm=15
Vm=20
Vm=25
多工艺冲击回转 钻进技术研究
多工艺冲击回转钻进 技术研究
Multiple Process Percussion-Rotate Drilling Technology Research
汇报人：博 坤
冲击回转钻进技术研究室
概 述
多工艺冲击回转 钻进技术研究
射流式液动冲击器 液动冲击 回转钻进 研究内容 风动冲击 回转钻进 海底液动冲击取样技术 贯通式液动冲击器 贯通式潜孔锤钻进技术 大直径反循环潜孔锤 气动冲击矛 油压夯管锤
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实验室台架试验
多工艺冲击回转 钻进技术研究
实验台反循环钻头流场测试
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反循环钻头CFD流场模拟
多工艺冲击回转 钻进技术研究
0
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潜孔锤反循环钻进技术应用
多工艺冲击回转 钻进技术研究
2018/12/29
河南栾川钼矿复杂地层试验
多工艺冲击回转 钻进技术研究
多工艺冲击回转 钻进技术研究
工艺方法： 1.潜孔锤碎岩钻进； 2.泥浆介质反循环排渣； 3.泥浆湿式循环护壁； 4.压缩空气封闭循环降低 风压。
2018/12/29 FGC-15型大直径湿式反循环潜孔锤钻具系统
多工艺冲击回转 钻进技术研究
四通道钻杆和气水龙头
反循环排渣良好
2018/12/29
多工艺冲击回转 钻进技术研究
环空注气通道 中心孔通道 4 5 6 压力(MPa) 0 0 200 400 600
井深(m)
最小气体体积流量(m^3/min) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Байду номын сангаас
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多工艺冲击回转 钻进技术研究
2018/12/29
多工艺冲击回转 钻进技术研究
谢 谢!
2018/12/29
多工艺冲击回转 钻进技术研究
实验室内冲击器的调试与测试
2018/12/29
二、贯通式潜孔锤反循环连续 取心钻进技术
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反循环形成原理
进气管 排渣管
双通道气水龙头
多工艺冲击回转 钻进技术研究
双通道钻杆
反循环取芯钻头
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多工艺冲击回转 钻进技术研究
目前已形成11个系列的GQ贯 通式潜孔锤产品，可满足不 同地层要求和取心要求的钻 头多种。
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冲击末速度测试系统
多工艺冲击回转 钻进技术研究
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多工艺冲击回转 钻进技术研究
临界流速随活塞冲锤质量的变化关系
临界流速随活塞杆直径的变化关系
研制的低速射流元件较常规可数倍提高使用寿命， 其参数设计特点对油气钻井用长寿命高能射流式冲击器 的研制有重要借鉴意义。
2018/12/29
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一、射流式液动冲击器
2018/12/29
工作原理
多工艺冲击回转 钻进技术研究
2018/12/29
多工艺冲击回转 钻进技术研究
科钻返回的冲蚀失效元件
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冲击器工作过程流场模拟
多工艺冲击回转 钻进技术研究
临界状态时图6-2中网格模型上下对称平面上的3个瞬间速度场 （a）回程终了瞬间 （b）冲程中途瞬间 （c）冲程终了瞬间
第四章冲击及冲击回转钻进
第二节、冲击回转钻进 二、冲击回转钻进用的钻头 2、液动冲击回转钻进用钻头 ① 取心式硬合金钻头
长片状肋骨式硬合金钻头: 钻头内肋骨与钢体成一体。外肋骨 厚4mm，外出刃1.5mm，内出刃 1mm，底出刃5mm，冲击刃角110º。 适用于采用大冲击功、低频率液动 冲击器钻进中硬岩石。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进 二、冲击回转钻进用的钻头 1、冲击回转钻进用钻头的特点 1) 冲击回转钻进时钻头刚体承受冲击荷载、轴向静载和扭矩，刚 体材料强度要高于普通钻头——40Cr、45CrNi合金钢； 2) 取心冲击钻头壁厚较普通取心钻头厚，一般壁厚10~20mm， 钻头体长度较长(140mm)；而气动冲击回转钻头壁厚更大或多采 用全面钻进型式； 3) 钻头体的外形多呈多边形，以增大通水、通气面积； 4) 为使钻头切削具承受大冲载，多采用YGl5或粗粒YG11C硬质 合金切削具，多采用圆柱状、八角状和球齿形状。 5) 切削具的出刃形式多为平底形，且出刃量较大。
工程钻探学课件
潜孔锤钻凿水井
第二节、冲击回转钻进
一、冲击器 冲击器种类繁多。目前根据所采用的动力不同分为：
(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。
在地质勘探中常用液动冲击器；大口径工程施工钻进与水 井钻进，一般使用风动冲击器。
1一外壳； 2一活阀座垫圈； 3一阀簧； 4一活阀； 5一冲锤活塞； 6一锤簧； 7一铁砧； 8一缓冲垫圈
正作用液动冲击 器工作原理图
第二节、冲击回转钻进 一、冲击器 1、液动冲击器
工程钻探学课件
冲击器及钻头
冲击反循环钻孔法施工工艺
冲击反循环钻孔法施工工艺1前言随着国民经济的发展，铁路、公路的桥梁以及高层建筑的基础大多采用钻孔灌注桩基础，其成孔方法较多，而冲击钻孔法是常见的一种，因它能适应各种地层特别是冲击硬质岩层优势明显。
近年来，使用冲击反循环钻孔法成孔速度大有提高，因而在复杂地质中的钻孔灌注桩基础大多优先选用冲击钻孔法来解决施工中的疑难问题。
2工艺特点（1）设备简单，操作方便。
（2）可以采用反循环冲击成孔提高效率。
（3）可以穿过漂石、卵石、砾石等地层。
（4）对处理复杂地层中的基础有显著的优点。
（5）它可直接投入粘土块入孔自行造浆。
3适用范围冲击钻孔法适用于孔径100cm～300cm，钻孔深度50m。
冲击钻机适用于所有土层，采用实心锤钻进时，在漂、卵石和基岩中显得比其他方法优越。
4机械性能及参数见表1。
冲击钻孔系统设备由冲击钻头、三脚立架、卷扬机组成。
冲击钻机配有1～5t重的冲击锥。
国产的冲击钻机主要是CZ型的CZ-30、CZ-28、CZ-22等，另外还有YKC-31、YKC-30等型号。
5钻孔施工施工工艺流程5.1.1冲击钻孔施工工艺流程见图1。
5.1.2 冲击反循环钻孔施工工艺流程见图2。
图1 冲击钻孔施工工艺流程图图2 冲击反循环钻孔施工工艺流程施工工艺步骤5.2.1 施工准备（1）平整场地（陆地）。
平整场地应达到“三通一平”，以便钻机安装和移位；对于不利于施工机械运行的松散场地，应采取硬化、加固等措施。
场地要采取有效的排水措施。
根据施工图设计，合理选择和确定进出线路和钻孔顺序，制定场地布置方案。
合理的安排泥浆池、沉淀池的位置，沉淀池的容积应满足2个孔以上排渣量的需要。
（2）围堰筑岛（浅水）。
对于浅水区域的桩基施工，可采用围堰筑岛方式施工，筑岛填料宜用粘土，岛面要有足够的施工场地，岛面标高应高出施工水位～2.0m。
（3）平台施工（深水）。
对于场地为深水时，可采用钢管桩施工平台、双壁钢围堰平台等固定式平台，也可采用浮式施工平台。
第五章冲击回转钻进
第二节 液动冲击器结构及作用原理
• 一、“正作用”类型液动冲击器 • (一)“正作用”类型液动冲击器原理 • “正作用”冲击器是以高压液流推动活塞 冲锤下行而进行冲击，而并借助弹簧力量 使其恢复到原来位置。如图 5-2所示。
• “正作用”液动冲击器的工作过程如下： • 高压液流流向活塞冲锤5的顶部后，由于活 阀4封闭着活塞冲锤5的中间水路而截断了 液流通道。当不断流入的高压液流达到一 定能量时，便推动活塞冲锤5向下运动，使 其碰撞铁砧7产生一次冲击。
• 在活塞冲锤5向下运动进行冲击的过程中， 同时，也压缩冲锤弹簧6，它逐步储存能 量；活阀4由于受到活阀座2的限制，在活 塞冲锤5下行后便互相脱开(不再接触，失去 封闭作用)。液流开始沿活塞冲锤5的中间水 路流向孔底；活塞冲锤产生冲击作用后， 因其顶部压力降低，冲锤弹簧6将所储存的 能最释放出来，把活塞冲锤推回到原来的 位置处。
• 1、结构及工作原理 • (1)结构：冲击器结构简单，由27个零件组成(参见图5-3)。 • (2)工作原理(见图5-4)：当钻具11未接触孔底时，钻具11 悬吊在六方套10上。冲洗液经减耗阀接头通水孔a、活阀4 内孔，活塞冲锤7内孔、下砧9(即联动接头)，岩心管及钻 头畅流至孔底，并由钻具与孔壁之间的间隙返回地面。此 时冲击器处于悬吊状态，不工作。 • 当钻具11下降至孔底时，六方套10与钻具11的间隙被压 紧而消除。使活塞冲锤7相对上升与阀4底面接触，切断水 路而产生水锤，推动减耗阀2向上移动，打开主通水孔b， 使冲洗液大量进入活阀区，推动阀4活塞冲锤7同步下行。 并压缩阀簧5及锤簧8，此时，冲击器处于启动状态。
第五章 冲击回转钻进
第一节 概述 第二节 液动冲击器结构及作用原理 第三节 风动冲击器 第四节 冲击回转钻进设备及钻头 第五节 冲击回转钻进规程 第六节 冲击回转钻进的操作及注意事项
谈冲击回转钻探技术
第四章 冲击及冲击回转钻进
5) 切削具的出刃形式多为平底形，且出刃量较大。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ① 取心式硬合金钻头 普通大八角硬合金钻头 可带肋骨或不带肋骨。肋骨厚3mm 以增大通水面积，合金采用 10×10×16mm大八角柱八粒，内、 外出刃3mm，底出刃5mm，刃尖角
4) 钻头是以自由落体方式冲击岩石的。冲击钻头利用高的
冲击速度产生很大的冲击力，能有效破碎坚硬岩石。
工程钻探学课件
第一节、钢丝绳冲击钻进 一、钢丝绳冲击钻进的特点： 冲击钻进，总的来说是一种钻进速度低的老方法。它利用 钻具自由落体式进行钻进，因而只能钻进垂直的钻孔；与 现代先进钻进方法相比，钻进效率较低。因此，冲击钻进
（2）的中心通道而流人孔底，作经常性冷却钻头及吹粉，
②作为动力的主气流则沿缸壳(12）中的气槽，进人活塞 （冲锤）的中间环腔，并经缸壳上的下气槽进入锤下气室， 推动活塞上行。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
一、冲击器
2、风动冲击器 ③在活塞上行中，当下段活塞封闭下气槽的入口后，就停 止向下气室进气，但锤下气室内的压气便膨胀井在惯性作用 下继续推动活塞上升。
冲击器钻进中硬岩石。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ① 取心式硬合金钻头
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ②金刚石钻头 (1）现在金刚石冲击回转钻进方法仍以回转作用为主，冲击 为辅，所以选择钻头类型时，表镶或孕镶钻头都可以用；
2、风动冲击器 ⑥在活塞上行的过程中，当活塞的尾端离开轴承环(19）时， 活塞下气室中的膨胀气体经钻头中心孔排于孔底， ⑦当活塞下行至离开配气机构的尾管后，锤上气室的气体
第四章 冲击回转.
1-工作弹簧； 2-外壳； 3-冲锤活塞； 4-铁砧 反作用液动冲击器
岩土钻凿工艺学
反作用冲击器工作原理
（1）高压液流进入冲击器对冲锤活塞3产生作用，当冲锤活塞上下 端压力差超过工作弹簧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。 （2）当冲锤3上行到上死点时，冲锤下部的液流已畅通地流向孔底 ，工作室压力降低，由于冲锤活塞自身质量和工作弹簧释放储存能 量，便驱动冲锤活塞急速向下运动而冲击铁砧； （3）产生冲击作用的同时，由于冲锤活塞3与铁砧4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。
岩土钻凿工艺学
射流式冲击器特点： 1、射流冲击器除活塞与冲锤外无其他运动零件，也无弹 簧、配水活阀等易损零件，因而钻具工作可靠，使用寿命 较长； 2、冲锤向下冲击砧子时，没有自由行程阶段和弹簧对冲 击力的抵消作用，因而冲击器能量利用率高； 3、能适用于高温高压条件下的深井作业 ；
4、钻进中产生的高压水锤波比阀式小，钻具工作平稳。
岩土钻凿工艺学
冲程时,由于冲锤活塞顶部锥体与活塞套下端闭合,高
速液流被迅速切断而产生水击，上腔压力猛增；与此同时
，冲锤活塞下腔压力急剧下降，故上、下腔间压力差推动
冲锤活塞和活塞套向下运动。活塞套抵达行程下限后，冲
锤活塞因惯性继续向下运动，直至冲击砧子为止。此时，
通道完全打开，液流畅通，活塞套与冲锤活塞又进入下一
岩土钻凿工艺学
液动冲击器以高压水或泥浆作为驱动介质。尽管液
动冲击器1887年就获得专利，但实际到20世纪50年代，
煤田地质勘探中的冲击回转钻进工艺
煤田地质勘探中的冲击回转钻进工艺【摘要】本文主要阐述了煤田地质勘探中冲击回转钻进的钻具转速、钻压、泵量与泵压、净化冲洗液等技术工艺技术问题。
【关键词】煤田地质；勘探；冲击回转；钻进工艺1、钻具转速进行冲击回转钻进时，钻具回转转速的高低，一般按所钻岩石的性质、所用磨料的种类以及冲击器冲击功的大小和冲击频率的高低等因素进行确定。
以块柱状硬质合金为磨料的钻头，钻进硬岩层或钻进强研磨性岩层时，由于破碎岩石的主导作用是冲击载荷，所以钻具的回转转速应在20-80./min之间。
钻的岩石越硬，其钻具的回转转速就越低。
实践表明，若钻具的转速过高，不仅会使冲击间距大，降低破碎岩石效果和崩坏硬质合金；还随着钻头圆周速度的提高，硬质合金与岩石进行摩擦的里程增加，也会迅速磨损切削具，其结果会大幅降低回次进尺长度。
要提高钻具的转速，转速通常要在80-300r/min之间。
按钻探生产实践经验，钻具转速的选取可参阅表1。
选择钻具转速除要岩石性质外，还应考虑冲击器的性能状况。
冲击器的冲击功较大时，要适当的提高钻具转速；反之，要降低钻具的转速。
同样，冲击器的冲击频率较高时，钻具的转速也要适当增加；反之，应适当降低转速。
冲击频率高时要提高钻具的转速，而冲击频率低时要降低转速呢？可从以下情况看出它们之间的关系。
冲击回转钻进时，钻头上的每一颗硬质合金由于同时受回转的作用在完成第一次冲击破碎岩石后，便移动一段距离，进行第二次冲击破碎岩石。
硬质合金两次冲击之间的距离为冲击间距（S）。
计算可知，冲击间距（S）的大小是与冲击频率的高低和钻具回转转速的快慢有着密切关系的。
岩石越硬，其抗破碎阻力越大，越容易崩刃和磨损硬质合金；所以冲击间距（S）应该小一些。
钻进硬岩层时，应该采用较低的转速。
各种岩石都有它的最优冲击间距值，根据生产实践经验，一般可钻性为6-7级的岩石，S=10～15mm，可钻性为7-8级的岩石，S=8-10mm，可钻性为9-10级的岩石，S=5～8mm。
多工艺冲击回转钻进的感悟与思考
多工艺冲击回转钻进的感悟与思考多工艺冲击回转钻进技术，说的通俗易懂一点就是潜孔锤钻进技术。
可以说，这项技术是全球钻探界的一朵奇葩，潜孔锤对于钻探就像相对论对于物理，他完全颠覆了人们对于钻进效率的认识，将钻进效率成十倍的提高，对于高成本的钻探行业来说，这无疑是一项举世瞩目的成就。
当然，潜孔锤技术对钻探界的影响远不止钻进效率这一个方面，下面我将结合老师上课讲的内容以及自己阅读的文献，谈一下自己对这项技术的感悟与思考。
首先，我们提出了潜孔锤钻进的三字特点：快、好、省。
快，指的是钻进效率，风动潜孔锤的钻进效率是一般金刚石钻进效率的10倍之多，这并不奇怪，从两者的碎岩机理上来分析，就会发现，潜孔锤的钻进效率比一般金刚石钻进效率高出十多倍是必然的，举个很简单的例子，往墙壁里钉钉子，用手边压边转往墙壁里面钉和用锤子冲击钉子往里钉，哪个会更快呢？很显然，用锤子钉快多了。
潜孔锤钻进的碎岩机理就是冲击回转使岩层产生体积破碎，而一般的金刚石钻进只有回转，没有冲击，所以钻进效率的高低自然就会差很多。
好，指的是岩心采取率及岩心的利用价值，潜孔锤钻进实现了真正意义上的100%岩心采取率，而且实现了对岩心的实时观测，将岩心的利用价值发挥到最大限度。
先来看一般的金刚石取心钻进，由于钻头具有一定的厚度，所以岩心管取心的直径是钻头的内径，而钻孔直径和钻头内径之间这个环状间隙的岩层，却没有形成岩心，也就是说岩心管无法将其取出。
事实上，这部分岩层被磨成岩粉、岩屑随着冲洗液被冲走了。
另外，一般的金刚石绳索取心钻进一个回次大概需要1个小时左右，也就是说当岩心取上来，地质学家拿到手里来对其进行一些必要的分析和研究的时候，已经距离这块岩心被钻取的时间一个小时了，这就可能使岩心失真，势必降低岩心的利用价值。
再来看潜孔锤钻进，由于采取了贯通式潜孔锤全孔反循环连续取心钻进技术，使整个孔径的岩心，包括磨成的岩粉、岩屑被毫无保留的取到孔口的收集袋里，从而真正意义上的实现100%岩心采取率。
冲击回转钻进技术说明书
摘要冲击回转钻进技术的设想始于欧洲。
从上世纪五十年代开始，在美国，加拿大和前苏联才研制出几种具有实用意义的液动冲击器。
我国从1958年底开始在原地质矿产部勘探技术研究所对液动冲击回转钻进技术进行研究，几乎与世界同步。
液动冲击器是液动冲击回转钻探的关键设备。
随着中国现代化建设的不断推进和发展，国民经济增长对液动冲击回转钻探不断提出更高的要求，所以，加速液动冲击器的研究势在必行。
本文在综述了国内外液动冲击回转钻探和液动冲击回转钻探核心机械—液动冲击器的基础上，研究阀式反作用液动冲击器的工作原理和结构特点，并提出了计算液动冲击力和冲击频率的方法。
通过分析，指出阀式反作用液动冲击器适用于中到中硬以上的岩层，并且应尽量增大泥浆排量，采用较大刚度的冲锤弹簧，以使冲击器的优点得到充分发挥。
并针对液动冲击器的关键零件—冲锤弹簧进行了详细的分析计算和验算。
并从技术和经济学角度分析了液动冲击回转钻探的技术经济效果。
本文主要作了以下工作：1）详细阐述了液动冲击回转钻探；2）详细介绍了各种液动冲击器；3）分析了反作用液动冲击器的结构原理和结构特点4）阀式反作用液动冲击器的性能分析和参数计算。
关键词：液动回转钻探反作用冲击器1AbstractThe text ,basing on summing up the studying of nation inside and outside n circumgyrate drilling of fluid move concussion and fluid move impulsion implement of counteractive of valve style,study working principle and frame characteristic of fluid move impulsion implement of counteractive of valve style.And it advances the measure that account the wallop and concussion frequency.Overpass the analysis,it indicate that the fluid move impulsion implement of counteractive of valve style is the same with the terrane that whose rigidity is middle or upwards.Besides it should accretion the arrange quantity of slop to the best of its abilities and adhibits clash spring of the greater limit to exert the excellence of impulsion implement.It also makes detailed analyzed account and checking computations in allusion to the key part of the impulsion implement,and analyses the technic economy effet of the impulsion implement.The text do mianly these work:1)expound circumgyrate drilling of fluid move concussion particular.2)introduce diversified impulsion implement particular.3)analyse orking principle and frame characteristic of fluid move impulsion implement of counteractive of valve style.4)capability analysis and parameter account of fluid move impulsion implement of counteractive of valve style.Key words: fluid move, circumgyrate, drilling, counteractive ,concussion implement2目录摘要 (1)Abstract (2)第一章液动冲击回转钻探 (1)1．1概述 (1)1．2冲击回转钻进的实质和特点 (2)1．3冲击回转钻进的应用范围 (3)1．4冲击回转钻进的发展概况................................................. 错误！未定义书签。
岩土钻掘工程冲击回转钻进
*优点:
• 钻进效率高－在5-7级、部分8级硬岩中钻效可 提高50%-100%；在金刚石冲击回转钻进中对810级岩石效率可提高20%-50%，对致密、弱研磨 岩层可有效防止“打滑”，效率可提高50%100%
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺
二一、、冲冲击击回钻转进钻机进理的机理
冲击回转钻进时，钻头上的切削具受到 三种力的作用，即回转力、轴向静压力和冲 击力。在三种力的共同作用下，切削具以冲 击剪切和回转切削两种方式破碎岩石。在两 次冲击之间造成孔底局部岩脊，而回转的切 削具则将这已经产生了裂纹的岩脊从孔底岩 体上切削下来，如下图所示：
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺
二三一、、、冲冲冲击击击回钻参转进数钻机进理的机理
表征冲击器产生和施加给岩石以动载作用的特性指 标： ①冲击功－决定于冲锤重量和冲击速度
②冲击速度
③冲击频率-冲锤单位时间内的冲击次数。 冲击间距：在冲击回转钻进中，切削具两次冲 击之间的移动距离。
冲击回转钻进
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺 一二 三 四、、冲冲击击回钻参转进数钻机进理的规机程理
12、、转钻速压
（3）各种岩石都有最优的冲击间距， 必须在施工中累积资料。前苏联对于 9~11级岩石，最优冲击间距为5~8mm； 对于7~8级岩石，最优冲击间距取 8~14mm。
冲击回转钻进
3.钻进工艺
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺 一二 三四、、冲冲冲击击击回钻回参转进转数钻机钻进理进的规机程理
1、 钻压