液动冲击回转钻进工艺在坚硬岩石中的应用
中国煤炭地质钻探技术介绍
中国煤炭地质钻探技术介绍【大中小】我国煤炭资源丰富，开发利用历史悠久，往上可追溯到我国西汉时期。
到了近代1903年，我国已有用英国蒸汽钻机进行煤矿老窖钻探施工的记录。
1946年9月30日，地质专家谢家荣应用日本利根RL-150型钻机，在安徽淮南煤田布孔进行钻探施工。
直到新中国成立之际，煤炭地质勘探工作仍十分落后，只有工人四百余名，技术人员十几个，和日伪时期留下的57台破烂不堪的手把给进式钻机，仅在个别矿区有零星的钻探工作量。
新中国煤炭地质勘探工作得到飞速发展，先后在全国29个省区建立100多个勘探队，年开动钻机近千台。
统计至1995年，累计完成钻探工作量74,088,729m，探明煤炭储量超过10000亿t，钻月效率由解放初的87m提高到400余m，煤心采取率由35.7%提高到90%以上，为我国煤炭工业发展提供了可靠资源保证。
钻探工程作为煤炭勘探重要手段，除了从事煤炭地质勘探外，已全面进入社会地质、岩土基础工程市场，获得良好的社会效益和经济效益。
1.钻探工艺、技术不断发展1．1钻探技术发展阶段20世纪50～70年代间，煤田钻探主要采用普通硬质合金和铁砂、钢粒分层钻进工艺。
50年代前期采用的钻进参数为：轻压、慢转、少给水。
钻孔开孔直径大，一般为150mm，终孔直径为91或75mm，其钻探效率低、质量差、事故多。
随后受“大跃进、放卫星”的影响，在软地层采用的“高压大水无岩心快速钻进测井解释法”，无心钻进比例一度上升到70%～80％，曾创单机日进尺1140m、月进尺10335m记录，钻探效率显著提高，但质量直线下降。
为解决硬岩钻进效率低的问题，于1969年起步，煤田地质系统开始了人造金刚石、金刚石钻头、金刚石钻进技术的研究、制造与应用，先后建成西安、石家庄两个人造金刚石合成和钻头制作车间，年产几十万克拉人造金刚石，用于钻头制造。
为进一步提高效率与质量，煤田地质系统于1980年前后开展了绳索取心钻进技术研制试验。
基于煤田地质钻探的冲击回转钻进技术
Hale Waihona Puke ・ ９ ｌ・ 基于煤 田地质钻探 的冲击 回转钻进 技术
王 文 田
（ 黑龙 江省 煤 田 地质 １ １ ０勘探 队 ， 黑龙江 双鸭 山 １ ５ ５ １ ０ ０ ）
摘 要： 本文主要 阐述 了煤 田地质钻探 中冲击 回转钻进 的工具、 冲击回转钻进设备及 附属装置等技 术问题 。 关键词 ： 煤田地质钻探 ； 冲击回转 ； 钻进 ； 技术 冲击回转钻进 可用不 同的磨料来钻进 中硬 、 硬及坚 硬岩石。用 ２ ． Ｉ 液动 冲击 回转钻进设备 硬质合金 为磨 料时 ， 最适 用于钻进粗粒不均 质的岩层 ， 特别是钻 进 ２ ． １ ． １钻机 。以硬质合金磨料为主进行冲击 回转钻进 时， 要求钻 可钻性 ５ － ８级岩层时 ， 效果最佳。钻 孑 Ｌ 直径及孔深 均可满足各种钻 机增加低速挡 。 无低速挡的钻机可在钻机 的输入轴处添加一个减 速 孔要 求 目前采 用液动 冲击 回转 钻进 方法 所施 工 的钻孔 直径 ， 由 装 置（ 自制减速箱 或用汽车变 速箱） ， 使钻具 的 回转转速 采用减速箱 ５ ０ ｍ ｍ 到 １ ５ ０ ０ ｍｍ， 要 按 需 要 进 行 选 择 。 钻 进 孔 深 可 达 变更钻机 的回转转速时 ， 减速箱应有两个速挡 。其 中一个速挡要保 ８ ０ ０ ａｍ ｒ 一 １ ０ ０ ０ ａ ｒ ｍ。用 于反循环及各种勘察施 工 ， 各种贯通式及非 贯 持 钻机原 有的 回转转速 ，以便用于升降钻具 和钻进较 软岩层 的需 通式液 、 气运 冲击器广泛 用于水力反循环连续取 心钻进 、 气举反循 要 ； 另一个是减速挡 ， 使钻机 的回转转速增加一个低 转速区 ， 在该转 环连续取心钻进 中 ， 并 在岩心勘探 、 工程勘察施工 、 岩土工程施 工中 速可获得 ２ ０ — ８ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ的几个不 同转速 ， 用 于钻进较硬 的岩层 。进行 得到广泛应用 。 从 目前 ， 大量生产实践效果看 ， 冲击 回转钻进具有钻 金刚石 冲击 回转钻进时 ， 用 的钻机要具有 高转速 的性能 。 进效率高 、 工程质量好 、 钢材用量 少 、 孔 内事 故少 、 钻探 工程成本 低 ２ ． １ ． ２水泵 。 水泵是 冲击器工作的主要动力源。 为保证冲击器 能 等优点。 发挥有效的作用及 尽可能减少修理时间 ， 要求水泵达到 以下性能 ： ａ ． １冲击回转钻 进的工具 泵压 为（ ４ — ６ ）ｘ ｊ ０ ６ Ｐ ａ时 ， 水量达 ２ ． ５ — ３ ． ３ ３ Ｌ ／ ｓ ． ｂ 强 度大 ， 不 易损坏 ， 密 封性好 ， 排量均匀 、 稳定 ； ｃ ． 能长时间持续在高压状态下进行工作 ； ｄ ． １ ． １冲击器及其工作原理 １ ． １ ． １阀式正作用液动冲击 器。阀式 正作 用液 动冲击器 以液压 根据需要可进行多级变 速或无级变速 ， 以改变泵压和排量。 推动冲击锤下行进行 冲击 ， 用弹簧恢 复其 原位 特征的称 为正作用液 ２ ． １ ． ３动力机 。 钻机可用原配套型号的动力机 。 水泵的动力机需 动冲击器。冲锤活塞在锤 簧的作用下处于上位。在其 中心孔被活阀 增加功率 。浅孔时用 ２ ０ — ２ ２ ｋ Ｗ 动力机 ， 深孔 时用 ３ ０ ｋ Ｗ 的动力机 。 盖住 ， 液流 瞬时被阻 ， 液压急剧 增高而产 生水 锤，则活塞 和活 阀在 ２ ． ２附属装置及工具 高压作用 下一 同下行 ，压缩 阀簧与锤簧，在 活阀下行 到相 当位 置 ２ ． ２ ． １稳压罐 。目前所用水泵的空气室容积较小 ， 不能消除排量 时， 活阀被 阀座限制 ， 活 阀停止运动并 与活塞脱开 。 此时冲洗液能 自 不均匀性 ， 保持液压冲击时 的稳定性 ； 因此 ， 在水泵 的输 出管 与高压 ４ ６ ｍｍ或 由流径冲击器 中孔至孔底 ， 液压下降 。 之后 ， 活阀在 阀簧作用下返 回 胶管之 间需要安装一个稳压罐装 置。稳压罐可 用直径为 １ 原位 ， 冲锤活塞在动 能作 用下继续运行 。在 冲程 末了 ， 冲锤 冲击 铁 更大直径 的无缝钢管制作 。要求耐压能力在 １ ×１ ０ Ｐ ａ以上 ， 容积应 砧， 冲击能量经铁砧 、 岩心管接头 、 岩心管等传 到钻头（ 冲击 阶段） 。 冲 大 于 ０ ． ０ ５ ｍ 。 ２ ． ２ ． ２砂轮机 。 碳 化硅 砂 轮 机 。 砂 轮 片 直径 为 ２ ０ ０ ｍ ｍ一 ２ ５ ０ ｍ ｍ， 砂 击之后 ， 冲锤在锤簧的作用下弹 回。 在活塞与活阀再 次接触时 ， 液 流 轮粒度为 ６ ０ — １ ０ ０网 目， 砂轮的线 速度 以 ２ ０ ～２ ５ ｍ ／ ｓ 为宜。 又被阻止 ， 出现液压水击 ， 此工作周 而复始进行 。 １ ． １ ． ２无 阀式射吸液动 冲击器 。Ｓ Ｘ 一 ５ ４正型射 吸式 冲击 器结 构 ２ ． ２ ． ３分流器 。为解决金 刚石冲击 回转钻进 时 ， 冲击器需要 的冲 在 冲 简单 ， 是 国产 的新型液动冲击器 。它利用 高压 液流喷射 时的卷吸作 洗液量大与孔底金刚石钻头所需要 的冲洗 液量 小之间的矛盾 ， 用， 使 阀与活塞 、 冲锤的上下腔出现交变压力差 ， 推动 冲锤活塞往 复 击器 的下部应装置能进行调 节入孔底冲洗液量 的分流器 。Ｑ ＷＦ － １ 另一 运动。阀与活塞的回程和冲程都 由液压推动。ａ ． 回程 。 启动前 ， 冲击 型分流器 由冲击器排 出的液流一部分通过钻头 流到外管 间隙 ， 器的 阀与 冲锤 活塞都处行程下 限， 液流通道 畅通 。上 、 下腔形成 压 部分则经卡簧座的下部 流人 内管 中， 上返至分流接头孑 Ｌ ， 泄出管外 。 差， 使位于行程下限的阀与活塞 同时上行 ； 由于 阀的质量较轻 ， 运 动 可减 少流在孔底 的阻力 和对 金刚石钻头 的强力 冲蚀 ， 同时 ， 由内管 速度快 ， 先行 到达行程上限， 随后活塞也抵达行程上 限 ， 至此 回程 结 中上返 的液流对其岩心会 出现一 种向上移 动的推力 ， 此推力有助 于 束 ． 冲程。 在活塞上升到上 限时 ， 与活塞连成一体 的冲锤顶部锥体 减 少 岩 心 堵 塞 的机 会 。 ２ ． ２ ． ４高压胶管 。冲击 回转钻进时所需要 的泵压较高 ， 用 高压胶 （ 阀座１ 与 阀结 合， 高 速液流被迅速 切断而 出现水 击 ， 上腔压力猛 增 ； 同时 ． 活塞下腔的压力急剧下 降。因此 ， 上、 下 腔间压力 差推 动活塞 管可能爆裂 ； 需用钢丝 编制 ２ 层 或 ３层的 、 耐压在 ８ ０ ０ ｋ Ｐ ａ以上 的高 迅速 向下运 动， 阀抵达行程 下限后 ， 活 塞因惯性继续 向下运 动（ 自由 压胶管 。 行程） 直至冲击砧子为止。 这时 ， 阀门完全打开 ， 液流畅通。 进行周而 ２ ． ３管材 复始地出现冲击。 ２ ． ３ ． １钻 杆。为 减少 高压液流沿途的压力 损失 ， 在可能条件下尽 可能选用 内径较大的钻杆 。为避 免防止钻 杆接 头丝扣处 漏水 ， 降低 １ ． ２冲击 回转钻进钻头 冲击 回转钻进钻头 的主要类型主要有 ： 冲击器 的工作性能 ， 在接头丝扣处要采取密封措施 。 ２ ． ３ ． ２岩心管 。为提高岩心管的抗弯强度（ 刚性） 和增强耐 磨性 ， １ ． ２ ． １液动 冲击 回转钻 头。取心式硬质合金钻 头分 为： ａ ． 普通人 八角 硬质合金钻 头 ，有带肋骨 和不带肋 骨两种形式 ， 适 用 于钻 进 要进行高频表面淬火。岩心管经高频表面淬火处理后 ， 不仅 能增 强 成倍 的延长使用寿命 ， 大量节省钢材 ； 而在 冲击 回 ５ － ８ 级 中硬岩石 ； ｂ ． 长片状肋 骨式 合金 钻头， 适用于大 冲击 功低频率 耐磨性和抗弯强 ， 液动冲击器钻进 中硬岩层 ； ｃ ．异形硬质合 金钻头 的特点是利用异形 转钻进 中， 它的重要意义 ， 即是在 岩心管刚性增 加后 ， 要减少 冲击传 截面钻头体 ， 以增大液流过水 断面 ， 减少流阻背压和岩心堵塞 ， 钻头 递效率 的损失 。 ２ ． ４风动冲击 回转钻进 的设备 适用于钻进 ５ — ７级 中硬 岩石 。 风动冲击 回转 钻进 的主要设 备有钻 机 、 风动 冲击 器 、 空气压 缩 １ ． ２ ． ２取心金刚石钻头 。金刚石液动 冲击 回转钻进 的主要特点 机。 钻机按钻进对象不 同有所区别 ， 如： 水井钻进多采用长行程动力 是高频率 、 小 冲击功 ， 配备 的钻头必须能钻进坚硬及打滑岩层 。 １ ． ２ ． ３风动 冲击 回转钻进用钻头 。 风动 冲击 回转钻进用的钻头 ， 头钻机 ； 地质勘探孔钻进时 ， 多把主轴式钻机设 计为低转速 ， 有 时也 按用途分为取心式 和不取心全面钻进钻头。目前使用较多 的是不取 直接采用长行程无级变速的动力头式复合钻机 ； 在大口 径工 程钻施 常使用起重 机式 打桩机 ； 此外 ， 如矿 山爆破孔 钻进 都有 不同形 心全面钻进钻头。 按采用的齿形 可分为 ： 一是 片齿钻头 。 钻头齿为硬 工时 ， 它为 质合金片 ； 二是柱齿钻头 根据柱齿端部形状 的不 同 ， 可分为平头型 式的专用钻机 。空压机是风动冲击 回转钻进的另一主要设备 ， 和球齿型 ； ��
液动冲击回转钻探技术
常用液动锤分类
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
正作用液动冲击器工作原理
阀式正作用液动冲击器的基本结 构和工作原理见图。当钻具接触孔底后， 构和工作原理见图。当钻具接触孔底后， 冲锤活塞5在锤簧6的作用下处于上位， 冲锤活塞5在锤簧6的作用下处于上位，当 其中心孔被活阀4 盖住时， 液流瞬时被阻， 其中心孔被活阀 4 盖住时 ， 液流瞬时被阻 ， 液压急剧增高而产生水锤增压。 液压急剧增高而产生水锤增压。在高压液 流作用下， 流作用下 ，活塞和活阀一同下行压缩阀簧 与锤簧。 这称为闭阀启动加速运行阶段。 与锤簧。 这称为闭阀启动加速运行阶段。 当活阀下行到相当位置时， 活阀4 当活阀下行到相当位置时 ， 活阀 4 被活阀 座 2 限制 ， 停止下行并与冲锤脱开 ， 此时 限制， 停止下行并与冲锤脱开， 冲洗液可以自由地流径冲击器中孔而至孔 底，液压下降。 液压下降。
反作用液动冲击器工作原理
反作用液动冲击器的工作原理与正作用冲击器正好 相反， 相反 ， 它是利用高压液流的压力增高来推动活塞冲锤上 升 ， 并同时压缩弹簧 ， 储备能量 ， 一旦当工作室压力下 并同时压缩弹簧， 储备能量， 降时， 弹簧便释放弹性能推动活塞冲锤加速向下运动， 降时 ， 弹簧便释放弹性能推动活塞冲锤加速向下运动 ， 产生冲击而做功。 产生冲击而做功 。 反作用冲击器的结构原理及工作过程 见示意图。 当高压液流进入冲击器后， 见示意图 。 当高压液流进入冲击器后 ， 作用于活塞冲锤 的下部， 的下部 ， 当液流的作用使活塞的上下端压力差超过工作 弹簧1的压缩力和活塞冲锤本身的重量时， 弹簧1的压缩力和活塞冲锤本身的重量时，迫使活塞冲锤 上行，同时压缩工作弹簧1使其储存能量，与此同时， 上行，同时压缩工作弹簧1使其储存能量，与此同时，铁 砧4的水路逐步打开，高压液流开始流向孔底，此时活塞 的水路逐步打开，高压液流开始流向孔底， 冲锤仍以惯性作用继续上升。当冲锤3上升到上死点时， 冲锤仍以惯性作用继续上升。当冲锤3上升到上死点时， 活塞冲锤下部的液流已通畅地流向孔底， 活塞冲锤下部的液流已通畅地流向孔底 ， 此时工作室压 力降低。由于活塞冲锤自身的容量和工作弹簧1 力降低。由于活塞冲锤自身的容量和工作弹簧1释放出的 能量的同时作用， 能量的同时作用 ， 驱动活塞冲锤急剧向下运动而冲击铁 砧。产生冲击时，由于活塞冲锤与铁砧4相接触而又封闭 产生冲击时，由于活塞冲锤与铁砧4 了液流通向孔底的通路。 此后， 了液流通向孔底的通路 。 此后 ， 高压液流再一次作用于 活塞冲锤3的下部而循环重复上一次的动作。 活塞冲锤3的下部而循环重复上一次的动作。
液动冲击旋转钻井技术在石油钻井中的应用分析
液动冲击旋转钻井技术在石油钻井中的应用分析【摘要】在石油钻井过程中，硬地层与软硬交错地层的交界处，是钻井过程中的难题。
通过液动冲击旋转钻井技术的使用，是解决这一问题最有效的途径之一。
本文介绍了液动冲击旋转钻井的国内外研究与应用现状，概述了旋转钻井的原理和优势。
还分析了一些旋转冲击钻井技术难以推广的原因与未来对这项技术的展望。
【关键词】液动冲击旋转石油钻井技术展望旋转钻井技术的设想开始于欧洲，这项技术最核心的技术就是液动冲击旋转工具。
19世纪中期，英国最新发明了最新旋转钻井技术，并申请了专利。
20世纪50年代，美国改进了反作用冲击器，并大量使用与钻井过程中，主要用作钻井及卡钻事故处理。
70年代，日本也开始这方面的研究，并研制出液动双作用冲击钻具。
90年代后期，在深井的石油钻井中，液动冲击旋转钻井技术的使用已经非常普遍。
我国最早开始研究旋转钻井技术是在20世纪的80年代，这一技术的成熟在21世纪初期。
目前我国已研制出多种液动冲击器，并大量应用与实际，取得了良好的经济效益。
1 液动冲击器的原理和特点1.1 液动冲击器的原理液动冲击器的主要构成有四个部分，分别为冲击部分、配水部分、传递部分以及防回水部分。
其结构简单，却具有很强的可调性。
为了保证冲击器的寿命，其冲击部分的构件一般要承受很大的冲击旋转作用了，所以在一些冲击构件上都会采用WC喷涂，同时，对于损坏构件，还可以容易更换。
液动冲击器工作原理：泥浆冲上接头处流进冲击器的配水部分，在配水部分的上阀处设置有内孔，泥浆经由内孔流入配水阀内，配水阀内的调液螺母将泥浆进行分流作用，经过中间的通孔和孔隙流入水槽之中，同时另一部分粘稠体流入铁砧上，封死流道。
冲锤受到水力的压力作用向上运动，到达初始点处，封死的流道打开，冲锤受到向下的压力作用迅速加速向下，打击砧子，之后上部流道又被封堵，冲锤向上运动，重复上述过程，一次次的打击砧子，促使底部工作。
液动冲击器的分类：按照液动冲击器的结构上来分，可以分为阀式正作用冲击器、阀式反作用冲击器、阀式双作用冲击器以及射流式冲击器三种。
冲击回转钻进工艺在易斜地层中的应用
头在钻杆的带动下做 回转运动 ， 而潜孔锤在循环介质 （ 压缩空气或水） 的推动下 ， 对孔底岩石进行冲击破碎 。
这样 ， 在钻头上 既有 回转作用 又有 冲击 作用 。该 项技术
的主要优点有 ：１钻进效率高 ；２ 钻头寿命长 ；３ 所 （） （） （）
需钻压 低 ；４具 有较好 的防斜效 果 ；５ 不破坏含水层 ； （） （）
７ ２
西部探矿 工程
２１ ００年第 ５期
冲 击 回转 钻进 工 艺在 易斜 地 层 中的应 用
赵 立新 ， 潘 峰
（ 南地 矿局 第一地质工 程院 ， 河 河南 驻马店 ４３０ ） ６００ 摘 要： 液动 冲击 回转钻 进是对付 坚硬和 复杂岩层 的先 进钻 探技 术 ， 以提 高钻进 效 率和 钻 头寿命 ， 可
（） １钻孔 布置在 井筒 中心 ；
（） ６钻探成本低 。在我 国， 冲击 回转钻探经过几十年 的开发和实践 ， 证明是对付坚硬和复杂岩层 的先进钻探 技术 ［ ， 项技 术 已在 我 国 地 勘行 业 进 行 了广 泛 的应 ３该 ］
用， 取得 了巨大 的技术经 济效益 ［。液 动 冲击 回转钻 进 ４ ］ 适 用于钻进 粗颗 粒 的不 均 质 的岩 层 。在可 钻 性 Ⅵ 一 Ⅷ
４ Ｍ Ｐａ。 ．０
１ ４ 钻孔 结构 ．
３ 液 动冲击 回转钻 进效 果分 析
本 次钻 进 的 ３个 钻 孔 ， 据 地 层 情 况 及 甲方 的 要 根
在该勘察工程钻进中， 个钻孔在前 ６ｍ均未使用 ３ ５
冲击回转钻进是将传统 的回转钻进和冲击钻进结
合在 一起［ ， １ 即在钻头 之上装置 一个潜 孔锤 ， ］ 钻进 时 ， 钻
石油钻井中液动冲击旋转钻井技术
钻井完井化 工 设 计 通 讯Drilling CompletionChemical Engineering Design Communications·229·第44卷第8期2018年8月1 液动冲击旋转钻井技术目前，石油钻井工程中，液动冲击旋转钻井技术的应用较为广泛在具体应用中，通过在钻头上设置1个冲击器。
在钻进作业中，利用高压液流驱动冲击器，发挥其高频冲击力的作用，给钻头施加压力，达到破碎坚硬岩石的效果。
其核心工具为液动冲击器。
此类工具主要类型包括射流式液动冲击器和射吸式液动冲击器等。
2 液动冲击旋转钻井技术的应用实例2.1 案例概述以A 钻井为例，其在开采作业中，常见井下故障和机械钻速情况如下（部分数据）：①北1。
井漏次数3；漏失量为300m 3；平均机械钻速为4.96m/h 。
②北2。
井漏次数5；漏失量为837m 3；平均机械钻速为2.38m/h ；除井漏外，还出现断钻具和掉牙轮钻头的情况；复杂井下时效为15.39%；故障时效为2.96%。
③北201。
井漏次数15；漏失量为1022.85m 3；平均机械钻速为4.15m/h ；井下复杂时效为25.40%。
对于上述问题，从技术层面入手，提升技术水平。
现结合其采取的技术手段，进行相应的分析。
2.2 关键提速技术在油田北209井的提速改造中，考虑到其地层岩性特点，即为杂色以及灰色含砾细砂岩以及砂砾岩等的不等厚互层，其中部分井段含砾＞80%，甚至达到了95%，使用牙轮钻头，开展钻进作业，钻速较低；使用PDC 钻头钻进，复合片极易损坏。
经过反复分析决定，使用液动射流式冲击器，利用钻井液循环作用产生冲击。
在实际应用中，能够结合具体需求，来调节冲击功的大小。
利用液动射流式冲击器，开展钻井作业，获得了不错的效果，具体如下：①设计钻井周期为63.38d ，实际周期为40.98d ，提前了22.40d ；②井眼单趟钻进长度增加；③平均机械钻速达到了8.62m/h 。
冲击回转钻进在石油钻井中的应用(1)
冲击回转钻进在石油钻井中的应用（1）在经济及社会繁荣发展的进程中，我国工业的水平也不断地提升，工业发展的过程中，对石油的需求量是非常大的，由此一来，推动了石油钻井工程的发展。
石油钻井工程中应用了冲击回转钻进技术，显著的提升了钻井的效率和质量，因此在石油钻井中得到了广泛的应用。
本文根据作者多年工作经验，对冲击回转钻进在石油钻井中的应用进行了探讨分析。
關键词：冲击回转钻进；石油钻井；应用1 冲击回转钻进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。
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。
冲击回转钻进的核心部件是冲击器，根据驱动介质类型可分为液动冲击器和气动冲击器。
液动冲击器以高压水或泥浆驱动，对中硬以上岩石比单纯回转钻进有明显优势，还可与绳索取心相结合。
广泛用于地质钻探、水文水井、工程施工、石油钻井等领域。
但由于自身冲击能较小，故钻进效果仍低于气动冲击器。
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。
2 液动和气动冲击器2.1 阀式液动冲击器2.1.1 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。
液动冲击回转钻探技术在实践中的应用效果分析
液动冲击回转钻探技术在实践中的应用效果分析本文探讨了分别在几种不同的坚硬地层中液动冲击回转钻探技术的应用效果。
标签：液动冲击；回转钻探；应用；分析几年来，液动冲击回转钻探技术已经扩展到铁、锰、锡、铜、锡、铀、金、磷和石墨等金属，非金属矿种中使用，液动冲击回转钻探技术的应用潜力很大。
实践中，液动冲击回转钻进指标值有较大幅度的波动，某些岩层可以比回转钻进提高1～2倍，通常可提高10%～30%。
值得注意的是某些回转钻进中的弱点，可以通过液动冲击回转予以弥补，甚至可以改善提高钻进性能。
因此，如何进一步分析研究液动冲击回转钻探技术的规律性，开拓其技术应用途径，对做好钻探工作非常必要。
一、液动冲击回转钻探的应用效果1、在致密坚硬的岩层中钻进，钻速提高最显著。
金刚石回转钻进及绳索取心钻进，由于钻头壁厚，克取面积大，为了提高致密坚硬岩石的钻进效率，从改善钻头结构型式，金刚石级配合理选择，胎体硬度的调整等作了大量工作，并卓有成效。
不过仍有较大的局限性，除钻头寿命低成本高外，在静压回转的情况下，许多学者认为是以研磨破碎岩石，压入微米几到几十微米也能引起岩石较大颗粒的破碎，特别是与结构粒度有关，从薄弱面崩解。
而孕镶钻头，更多的人倾向于磨削理论的密实体一劈拉破岩理论，说明细粒岩粉是剪切力而大颗粒是拉应力的作用。
这里值得指出的，对坚硬岩石达到体积破碎需要加载34.3～58.5kN，绝非岩心钻探设备所能承担。
因此，只能在钻头锐利的情况下，实现研磨或磨削破碎岩石，液动冲击器回转钻进除轴压与回转之外，还要服从瞬时动载即以冲击波的形式破碎岩石。
以SKZ-54冲击器为例，经标定单次冲击功为3-20J，冲击力为19.6～49KN，按直径56钻头的底面积可以达到1960—4900N/，超过轴载若干倍，即使在动硬度相应增高的情况下，静载及动载相结合的情况下，仍在产生体积破碎的有利条件下，使之形成压碎，压裂，剪拉崩裂等过程，钻进效率大幅度提高。
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经济有效、 技术可行 ， 为未来相似施工条件积累了 经验 ， 一定 的现实 意义 。 具
２ 地 质 概 况
矿 区位于扬 子准地 台与华 南褶 皱带接 触带西 缘， 次级 黔南 台陷带构 造带南 东 。出露 地层 为 ： 上 寒武 统三 都组 、 下奥 陶统 锅塘组 、 中奥 陶统 十字铺 组、 中泥盆 统龙 洞 水 组 。该 区钻 孔所 遇 岩 石 主要 有 ： 土 、 英 砂 岩 、 质 砂 岩 、 质 页 岩 含 砾 砂 浮 石 泥 砂
岩石 的破碎机 理 ， 克服 了单一 回转的“ 滑” 象， 打 现 获得 理想 的效果 。
［ 关键词 ］ 坚硬 岩石 ； 冲击 回转 ； 钻进 工 艺 ； 实意义 现 ［ 中图分类号 ］ ６４４ ［ Ｐ ３． 文献标 识码］ ［ Ａ 文章编 号］００— ９３２１ ）１ ０７ ０ １０ ５４ （０２ ０ — ０７— ４ 岩、 岩、 灰 白云 岩 及 白云 质 灰 岩 。岩 层 倾 角 多 在
起到破 碎 和切 削 的 双 重 作 用 ， 决 了 “ 滑 ” 解 打 问 题 。在 后期施 工钻孔 中应用 ， 取得 了理想 的效果 ，
下接头 之 间拉 开一定 的距离 ， 冲锤 与 阀脱 开 ， 冲洗 液 畅通 ， 冲击 器 不工 作 。 当下接 头 坐在 花 键轴 上 时， 六方 套压 紧在下接 头上 ， 冲锤相对 上移 与 阀接 触 ， 闭 液流 形 成水 锤增 压 ， 关 在此 压 力作 用下 ， 阀 与冲锤一 起加 速下 行 ， 阀运 行至 限制 坐后 停止 运 行 。此 时 阀与 冲锤脱 开 泵压 下 降 ， 在 阀簧作 用 阀 下复位 ， 流畅通孔底 ， 液 冲锤 则 依 靠 惯 性继 续 下
重 量作用 下 ， 下接头 以下部分 向下 滑动 ， 方套与 六
“ 打滑 ” 钻进 不 “ ” 钻进 效率 低 ， 探 成本 高 ， ， 走 ， 钻 施工周 期长 。后来 ， 经过 综 合分 析 研究 ， 为“ 认 打 滑” 的原 因是 钻 头 在 刻 取 岩 石 时 只 是 单 一 的切 削 ， 磨 而 打滑 ， 此 ， 定在 钻 孔 的施 工途 中改 硬 因 决 用液动 冲击 回转钻 进 工 艺 ， 使钻 头 在刻 取 岩 石 时
２ ０度左 右 、 部 较 陡达 ４ 局 ０～ ６ 。 矿体 产 于 断 裂 ０， 带 中产出 。含 矿 断裂 带上 盘地层 主要为 中细粒 石 英砂 岩 ， 岩石 坚 硬 致 密 ， 可钻 性 ７—９级 ， 部 达 局 １级， １ 强研磨 性 。
回转钻进工艺。在施工过程 中， 上部软质岩石施 工正 常 ， 当进人 中细 粒 石英 砂 岩后 （ 深 ５ ， 孔 ０ ｍ）
节范 围大 ， 能满足此要 求 ， 延用 。 故
５ 操作 程序 及技 术 要求
５ １ 下孔前 的准备工作 ．
（） １ 对钻 具 的组 装 进 行 严 格 的 检查 ， 确保 零
３ ３ 泥浆 泵 ．
泵 是 冲击 器 的主要 动 力 源 ， 为确 保 冲击器 有 效地工 作 ， 供 足 够 的泵量 和泵 压 。绳 索 取 心 冲 提 击 回转 钻进所 需 的泵 量和泵 压 比一般绳索 取心 回 转钻 进 高 ， ５口径泵 量 不 低 于 ６ ／ ｎ 泵压 研 ０Ｌ ｍｉ； 则是 以满 足液动潜孔 锤 冲击 回转 钻进 的泵 压需 要 （ ５ＭＰ ）并 应 配备 具有 抗 震 性 能 的压 力表 ， ２— ａ ； 以便 及时 掌握液 动潜 孔锤 在孔 内工作情况 。起初 使用 的 Ｂ ５ Ｗ２ ０泥浆泵 可满足 要求 ，半 坡 锑 矿 是 独 山东 峰 锑 矿 的接 替 矿 山 。该 区设 计钻 孔 ６个 ， 深 为 ４０— ６０ｒ， 孔 ０ ０ ｌ终 ｆ 孔 口径 为 ７ ｍ。起 初 选 用 Ｘ 一４ 钻 机 配 ５ｍ Ｙ
Ｂ ５ Ｗ２ ０型泥 浆泵进 场施 工 ， 用 金 刚石 绳索 取 心 采
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７ ８・
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州
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２１ ０ ２年 ２ ９卷
３ ２ 钻 机 ．
该 冲击 器 要 求 钻 机 具 有 一 定 的 回转 速 度 范
要求 ， 就会造成地表设备（ 高压交管等） 因负荷过 重损坏 而经 常维修 。
围， 以适 应冲击 回转钻进相 对较低转速 ， ８ （Ｏ～ ５０ｒｍｎ 减少 钻 头 的磨 损 ； Ｙ一４钻 机 转 速 调 ０ ｉ） ／ Ｘ
行， 并压缩锤簧冲击铁砧 ， 完成一次冲击。冲击后 由于锤簧弹力及铁砧的反弹力 ， 使冲锤 向上运 动
又 与 阀接 触 ， 闭液 流通路 ， 关 高压腔 内又形成 水锤 增 压 ， 二次 冲击开 始 ， 第 如此循 环周 而复始 。加上
钻杆 的回转 ， 现 冲击 回转作 用 。 实
［ 收稿 日期 ］２ １ ０ ０ ２— ２—１ ２ ［ 作者简介 ］ 莫树 权（９９一 ， ， １５ ）男 钻探工程 师 ， 期从事 钻探 施工 与技术 管理 ， 任贵州 省地矿 局 １４ 质大 队副总 长 现 ０地 工程 师。
２１ ２ ０ ２年 ９卷 第１ （ 期 总第 １０期 ） １
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Ｖ １ ９Ｎ ． （ ｏ Ｕ０ ２ １ ｏ ２ ｏ １ Ｔ １ ． ． ）０ ２
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７ ・ ７
液动冲击回转钻进工艺在坚硬岩石中的应用
莫树 权 黄 ， 林 谭 光辉２ ，
由于岩 石坚硬 ， 可钻 性高 （ ９—１ 级 ） 钻 头在 孔底 １ ，
３ 使 用 液 动 冲 击 类 型及 主 要 施 工 设 备
３ １ 液动 冲击器 ．
Ｓ Ｚ ７ 索取 心 液动 冲击 回转 钻 具 。其 冲 Ｙ Ｘ ５绳 击 过程 是 ： 冲击 器 连 同 内管 总成 一 道投 入 钻杆 将 柱 内 ， 内管 总承未 坐到花键 轴上 时 ， 内管总 承 在 在
福泉 ） （． １贵州省地矿局 １４地质大队 ， ０ 贵州 都 匀 ５ ８０ ；． ５ ００ ２ 瓮福集 团有限责任公司 ， 贵州
［ 摘 要］ 按常规 ， 岩心钻探施工一般 多采 用金刚石绳索取心回转钻进 工艺， 然而在独山县半坡 锑矿 坚硬岩石 中， 回转钻进 却不凑 效 ， 者通过 采 用液动冲 击 回转 钻进 工艺后 ， 变了钻 头刻取 笔 改