国家精品课程岩土钻掘工程学第6章__冲击回转钻进与

冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上 移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1 被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h 时，活阀被支撑座4限止，冲锤与活阀分离， 借助惯性继续下行到s时，冲击砧子9；
由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环， 在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行， 周而复始。
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第二节 液动和气动冲击器
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第二节 液动和气动冲击器
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主要特点: 1)结构简单易操作； 2)无弹簧及配水活 阀等零件，寿命较长； 3)能量利用率较高； 4）工作时不易堵水 较好预防烧钻及蹩泵 等事故； 5）钻进中产生的高压水锤波比阀式冲击器小，钻具工作较平
当活塞行至衬套的花键槽被关闭时→下腔压力开 始上升→活塞上端中心孔离开配气杆→上腔通大 气压力降低，工作行程结束。
活塞冲击钻头尾部后→阀片因其上、下压差作用 →换向→活塞重复返回行程动作。
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2. 无阀潜孔锤
潜孔锤控制活塞往复运动的配气系统装在活塞或气缸 壁上，活塞运动时自动配气。
蝶状阀片为圆形，两面带有斜面，靠阀片左右 摆动实现阀体变位。
压缩空气P由风动冲击器上接头进入气室A，经 开启的左侧气孔沿B进入下气室，推动活塞上行。 产生压差后，蝶状阀片在压差作用下摆动变位， 阀的右翼开启而左翼盖严。于是压缩气体经开启 的右侧气孔沿C向进入上气室，推动活塞向下运动 产生一次冲击作用。
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第六章 冲击回转钻进与冲击、振动钻进
1、概述； 2、液体和气动冲击器； 3、冲击回转钻进用钻头; 4、冲击回转钻进工艺; 5、钢丝绳冲击钻进及振动钻进工艺.
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第一节 概述
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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。
上部，推活塞下行，冲锤冲击砧。 在C输出高压水的同时，有一小股高压液流(反馈信
号)进入D控制孔。在活塞行程末了时，反馈信号很 强，促使射流由C切换到E输出，高压液流由左通道 输出，进入下腔，推动活塞向上。 活塞上行时，反馈信号又回到F，射流又切换到右 输出通道。如此反复循环，实现冲锤的冲击动作。
活塞在冲程过程中，气体经活塞上环形气槽进入上 缸→经历冲程进气、空气膨胀、活塞惯性滑行三阶 段，不同的是各阶段运行长度不同，冲程要保证有 足够的进气长度，使活塞获得较大的速度，而具有 较大的冲击能。
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3. 油气钻井用的气动潜孔锤
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。
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1.3 双作用冲击器
冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。
钻具自重使活接头f压紧到外套g处，工作腔d 的液流分别作用在活阀2和塔形冲锤6上，由 活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置；
气动冲击器(风动潜孔锤) 以压缩空气驱动。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。 近年来出现了贯通式冲击器、跟管钻进、成集束式潜孔锤 用于大口径钻进 、潜孔锤解卡、起拔套管等。钻孔深度从 埋线杆孔2.3m——油气井1000m以上。
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第二节 液动和气动冲击器
使用风动冲击器钻进时，需配备能力较大的空压机，燃料 消耗较大，设备也较复杂。
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1. 有阀冲击器
1.1 压差式斜面蝶状阀配气装置
所谓压差式是以风动冲击器活塞运动方向的前方增压，后方减压所造成 的压力差来实现阀的变位，从而达到配气的目的。
（2）输出输入技术参数范 围较宽，能在高频状 态下稳定冲击，耐背ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压特性好。
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3.其他型式的液动冲击器:
3.1 绳索取心式液动冲击器
不仅具有绳索取心钻进的各种优点，同时冲击载荷可克服绳索取心钻进 钻头唇部较厚，钻头比压较小在坚硬致密岩石中钻速较低的缺点。
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活塞杆端面越过衬套12上的沟槽Ⅲ时，下腔压气 经钻头中孔与大气通，在压差作用下阀片7迅速 上移关闭下腔气路，开始冲击行程的配气工作。
(2) 冲击行程工作原理 冲击行程开始→活塞和阀片均处于极上位置→压
气经阀盖和阀座的径向孔进入气缸上腔→推动活 塞高速向下运动冲击钻头。
空气锤提离井底时，压缩空气从公接头流 到钻头清理井眼，并没有激发活塞。
当空气锤放到井底同时加上钻压时，钻头 接头被压紧到空气锤内部密封舱上。活塞 的一个通气口(流体通过活塞的流道之一) 对准控制杆的一个窗口，压缩空气→活塞 底部空间→推动活塞向上运动。
在活塞上行中，没有空气通过钻头流到孔 底。实际上吹洗岩屑的工作暂停了。
即使在悬吊状态时，亦不允许承受冲击负 荷（即所谓空打）。
用防空打孔Ⅰ来实现这一功能。当潜孔锤 处于悬吊状态时，钻头23及活塞9均借助于 自重向下滑行一段距离，则防空打孔Ⅰ露 出，于是来自配气机构的压气被引入缸体， 并经活塞中心孔道及钻头孔道流入孔底， 使潜孔锤自行停止工作。
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图 . 斜面蝶状阀配气装置 1-阀箱，2-阀片，3-阀座。
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如果活塞串联使用时，C1孔道的压气去下 一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。 压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中 心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又 产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循 环工作。
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1.2 反作用冲击器
利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能 量，经弹簧释能作功。
高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差 超过弹簧1的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤 上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧4的 水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降， 冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身 质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。
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1.3 配气机构及工作原理
(1) 返回行程工作 返回行程→阀片7,活塞9处于下限→压气经阀
片7后面、阀盖6上的轴向与径向孔进入环形 腔Ⅱ→至气缸前腔，推动活塞向上运 动。
气缸上腔经活塞9及钻头23的中心孔与孔底 相通→压气使活塞9加速向上运 动。
当活塞9端面与配气杆22配合时，上腔排气 孔关闭→处于压缩状态→活塞做减速运动。
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其主要特点： （1）双作用液动冲击器的液流能利用率
较大； （2）结构比较复杂，部分零件磨损较快
等缺点。
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2.无阀冲击器
2.1 射流式冲击器
双稳射流元件控制的液动冲击钻具。 高压水射流从喷嘴喷出产生附壁作用。 若先附于右壁，高压液流则流入通道C并进入缸体
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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。
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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。
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。
冲击回转钻进不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决 “堵心” 、“打滑”、“防斜”等问题。 在岩土工程的大口径施工中也有用武之地。
第一节 概述
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1.阀式液动冲击器
1.1 正作用冲击器
液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位—“正 作用” 。
冲锤5在簧6作用下处上位，中孔被活阀4盖住， 液流瞬间被阻，液压↑产生水锤。冲锤和活阀 一同下行，压缩阀簧3和锤簧；活阀下行时被阀 座9限制与冲锤脱开，液流经中心孔流向孔底， 液压↓，活阀在阀簧作用下返位；冲锤在动能 作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧7，冲击能 量经铁砧→岩心管接头→钻头。
冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。
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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。
稳，能减少水泵、冲击器及高压管路等零件损坏.
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2.2 射吸式液动冲击器