第四章 冲击回转.

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反作用冲击器特点
1、冲击器由于被压缩弹簧释放出的能 量与冲锤活塞自重同时作用，故可获得 较大的单次冲击功；
优点
2、冲击器内部压力损失小，能量利用 率高。
3、对冲洗液的适应能力较强。
缺点
要求有大刚度的弹簧，弹簧的工作寿命短， 只有40～100小时。
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三、双作用冲击器 冲锤活塞的正冲程和反冲程均 由液体压力推动－－双作用。 整个结构中弹簧易损件很少（ 或者没有）。
循环的回程，如此周而复始地产生冲击。
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射吸式冲击器特点 1、无弹簧装置，运动部件及易损零件少； 2、结构很简单，便于操作使用；
3、液流在腔体内畅通性较好；
4、对密封性能要求较低；
5、适于口径钻进；
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第三节
一、有阀潜孔锤
风动潜孔锤
这类潜孔锤由配气机构的阀片控制气体推动活塞上、 下运动。有阀潜孔锤按排气方式又分为旁侧排气和中心排 气两种，目前使用较多的为中心排气式。即缸内废气是从
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第四章
概念
冲击回转钻进
第一节 概述
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。
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回转钻进
钻压、回转扭矩及冲洗 液均通过钻杆传递给钻头。 在坚硬地层钻进速度较低。
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顶驱式冲击回转钻进 冲击能量从顶部 由钻杆（钎杆）传递 给钻头。该方法较简 单，但对钻杆的损伤 较大。
按产生冲击回 转的机构分类 潜孔式
潜孔式机构比顶驱式机构的能量利用率高
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冲击回转钻进适用的地层
冲击回转钻进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。近
几年来，冲击回转钻进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，所以，它既可钻进较软的岩层 ，又可钻进坚硬的岩层。冲击回转钻进应用于小口径金刚 石钻进，不仅可提高钻进效率和钻头寿命，而且还可克服 裂隙地层的堵心，坚硬致密地层的"打滑"，及某些地层的
于其自身冲击能较小，故钻进效果仍低于气动冲击器。
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气动冲击器也称为风动潜孔锤，是用压缩空气作为驱 动介质。其冲击器紧连钻头（若取心也可连接一根岩心管 ），由于单次冲击功大，上返岩屑风速高，钻进效率可比 液动冲击器高2～3倍。近年来又出现了一些新的进展， 如：用于反循环连续取心的贯通式气动冲击器；用潜孔锤 偏心扩孔钻头进行跟管钻进；将3～8个单体潜孔锤组成 集束式潜孔锤用于大口径钻进；利用潜孔锤解卡、起拔套 管和用于泡沫钻进等。 机械作用式冲击器是利用某种机械运动，在钻具回转 时产生冲锤上下运动。这些机构可以是电机，电磁装置， 也可以是涡轮或特种机构。
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限，液流通道畅通。启动时，工作液体从喷嘴1喷出，高
速射流的卷吸作用将活塞上腔介质抽往下腔，上腔迅速降
压；进入下腔的液流，由于通道扩大，流速减慢和砧子7
节流孔的增压作用，使活塞下腔压力升高；于是，上、下 腔形成压差，使冲锤活塞与活塞套同时上行。由于活塞套 的质量较轻，运动速度较快，先抵达行程上限，随后冲锤 活塞也抵达行程上限，至此回程结束。
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潜孔式冲击回转钻进
冲击能量直接（或通过 岩心管）作用于钻头。该方 法冲击能的损失少，对钻杆 的损伤少。
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顶驱式
潜孔式
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顶驱式
在钻杆顶部用风动、液动或电动 机构实现冲击，并同时回转钻杆 冲击能通过钻杆传递，能量利用 率低，钻进孔深受到限制 以液力或气力驱动靠近孔底的冲 击器，产生冲击载荷，同时由地 面机构施加轴向压力和回转扭矩 冲击能直接传给钻头，能量利用 率高，可钻更深的孔，且钻孔速 度快
四、射流式冲击器 射流式冲击器是我国独创的一种 采用双稳射流元件作为控制机构的新 型钻具。
1-上接头; 2-射流元件; 3-缸体;4-活塞;
5-冲锤; 6-外缸; 7-砧子;8-花键套; 9-下接头
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射流式冲击器工作原理
1-射流元件; 2-缸体; 3-活塞; 4-冲锤; 5-砧子; 6-岩心管; 7-钻头; D、F-信号孔; C、E-输出道; A、B-放空孔
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射流式冲击器工作原理
（1）高压液流从射流元件1的喷嘴喷出，产生附壁作用，假如 先附壁于右侧，高压液流便由E输出，进入缸体2的上部，推 动活塞3下行。此时，与活塞连接的冲锤4便冲击砧子5，冲击 能量便经岩心管传至钻头7上，完成一次冲击作用。 （2）活塞冲程末了，上缸液压升高，反馈讯号回到F控制孔 ，促使射流由E切换到C输出，液流经C进入缸体下缸，推动 活塞上行，做返回动作。 （3）回程末了，反馈讯号又回到D，将射流切换到开始位置 ，液流又从E输出，进入上缸，如此往返，实现冲击作用。上 、下缸的回水，则通过E、C输出道而返到放空孔B、A，再经 与放空孔连接的水路及砧子内的孔，流入岩心管。
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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，
前苏联和中国才开始研究并在地质钻探中采用。该冲击器
置于岩心管（3～4.5m长）顶部，对于中硬以上的岩石， 较之单纯的回转钻进具有明显优势，并且可与绳索取心和 水力反循环连续取心相结合，已广泛应用于地质岩心钻探 、水文水井钻探、工程施工钻井、石油钻井等领域。但由
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正作用冲击器特点
优点 1、冲击器结构简单，技术成熟； 2、冲锤活塞向下作功时，可利用高 压室中巨大的水锤能量 ；
缺点
回动弹簧的反作用力将抵消相当大的冲击力。
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SYZX273液动锤
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二、反作用冲击器 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， 经弹簧释放能量而作功，推动冲锤下 行，产生冲击。
1-工作弹簧； 2-外壳； 3-冲锤活塞； 4-铁砧 反作用液动冲击器
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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。
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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。
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双作用冲击器特点 1、冲击器采用差动运动方式，故必须有既滑动又隔压的 密封件； 2、为使冲击器内部能形成一个压力差，在铁砧部位设有 “节流环”、“下阀”等元件； 3、在与冲锤活塞中间部位和活阀上部对应的外壳处设有 “呼吸道”；
4、从理论上讲，该冲击器的液流功率恢复较高。
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孔斜等问题。同时，在岩土工程的大口径施工中也有用武
之地。
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冲击回转钻进的优点
1、钻进效率高 硬质合金冲击回转钻进在5～7级，部分8级岩石中钻进，比普 通硬质合金回转钻进效率高50～100％。 小口径金刚石冲击回转钻进在8～10级完整岩石中钻进，比普 通金刚石回转钻进方法高20～50％。
1-带孔的活阀座; 2-活阀; 3-外套; 4-支撑座; 5-导向密封件; 6-塔形冲锤活塞; 7-导向密封件; 8-节流环; 9-砧子 双作用液动冲击器
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双作用冲击器工作原理 （1）当钻具到达孔底时，由于钻具自重作用，使活接头f 被压紧到外套上的g处，这时冲击器内压力工作腔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 两端的压差，迫使活阀上移到最上位置；由于冲锤活塞上 下两端面积不同而产生压力差，迫使其也向上移动； （2）当冲锤活塞上行到与活阀接合时，通道d1被关闭， 冲锤活塞与活阀便一起急速下行，当下行h时，活阀被支 撑座4限止，冲锤活塞与活阀分离，借助惯性作用继续下 行，下行到s时，冲击砧子9；由于冲锤活塞中心通道被打 开，液流又恢复循环，在液流压力作用下，活阀急剧上升 ，冲锤活塞也急剧上行，如此运行，周而复始进行。
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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
在致密弱研磨性的“打滑”地层则可提高50～100％或更高。
2、钻孔质量好 冲击回转钻进方法，由于钻头破碎岩石的方式不同于回转钻进 ，所以使用的钻进规程，钻压小，转速低，同时进尺又快，故不易 发生孔斜。
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3、孔内事故少，回次进尺长，纯钻进时间利用率高
由于在冲击回转钻进中钻压小，转速低，冲洗液量大，孔
5、缺点：射流元件内部易发生冲蚀磨损，寿命短。
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五、射吸式冲击器
该冲击器系利用高压液流喷射 时的卷吸作用，使活塞冲锤的上下 腔产生交变压力差推动活塞往复运 动。