发展中的冲击回转钻进技术_殷琨

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器 除规 格应 符合 油气钻井规 格 系列 外 还 须 适
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2 应孔 深 (
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o
o m 以 深 ) 泥 浆 固相 含 量及 粘 度
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击 器发 展 迅 速 性 能 也 愈加 完 善 诞生 了风 动 液 动 和 大直 径 湿式反 循环 闭 型 等数 种贯通 式 潜 孔锤 配 合 实现 了多 种先进 钻孔工 艺方 法
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高 泥浆 流量大 等特定工况条件 最新 研制 的 Y S C 一 1 7 8 型 液 动 射 流 式 冲击 器钻 进 必 2 1 9 2 4 0 0 油气 钻 井 最大 孔 深 已达 多米 硬 地
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层 钻进效率 成 倍提 高 显示 出 良好应 用前景
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解决 了 目前 钻孔 工程 中诸 多施 工难题
关祖 词
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冲击器
冲击 回转
殷现 男
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仿真 电算 年生
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第一作 者 简介
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1952
长 春科技 大学 工 程技 术学 院副 院长 兼勘察工程 系 主 任 教 授 博士 生
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导 师 国家教委 地矿 部跨世纪优 秀人才 国 家教委 勘查 技 术与工程专 业 教学委员 会主任 获多项 国家专 利和 国家
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的研 究 实现 对冲击器 的计算机辅助 设计
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冲击 回转 钻进 的核 心 器 具 是潜 孔 冲击器 冲击 器 活塞 ( 冲 锤 ) 的 往 复 运 动 是 一 复 杂 多 变
在计算机 技术 被 应用 之前 无法 用 定量 计算的方 法 描 述 活 塞运 动 规律及计算
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的动力过 程
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我们运 用 该 基 本 原 理 研 究 开 发 了 如 下 冲 击 器 的微 机模 拟仿 真 电算 程序 风动无阀型潜 孔 锤 液 动射 流 式 冲 击器 液 动 无 簧 双 作 用 冲
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钻 孔 的 冲击 器 用 于微 型 嵌岩 桩孔 坑 道 或
不变 的前题 下 实现 单次 冲击能 和 冲击 频率 两
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1 9 9 7 年第 5 期
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探
矿
工
程
R)
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参数 间 的因 子变 化 而积 不变 两参 数 的变化 可 通过 计算机 模拟 仿 真 电算方法 合理调 整制 约
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实行潜孔 锤 反循 环 中心 取 样钻 进方 法 ( C S
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术 提 高到 新水 平 大直 径 闭型 结 构 贯 通 式潜 孔锤 配 用三 通 道钻 杆 实行 泥 浆 湿 式 循 环 护壁 泵 吸反 循 环
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件 研制 低耗气 量型 和 低 压 高 能型潜 孔 锤是 工 程 实践提 出 的新课题 前者 以 最 大 限度 降低耗
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排渣 潜 孔 锤 碎岩钻进 压 缩 空 气 闭 式循 环等 多 种 钻 孔 工 艺 方 法 的综 合 运 用 技 术方法先 进 在 大直 径 嵌岩 孔 钻进中发挥 了显 著作 用
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冲击 器工作性 能不 断提 高
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冲击 器规 格 日臻 完善
冲 击 器首 先在 小 口 径 地 质 岩 心 勘 探 及 矿 山 采 石 场露天爆 破 孔 钻 凿等 领域得到 广 泛应
经几 十年 的发 展和 完 善 无论 是液 动 冲击 器 还 是风 动 潜孔锤 种类繁多 规 格尺 寸完 备
用
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钻 头寿 命 短 研 究开 发 油 气井 用 的液 动 冲击 器 是 目前 国 内外共 同 的研 究课 题 此类 冲 击
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结构发 展 到 贯通 式 冲击器 三通 道 闭型 贯通 式 潜 孔锤等 配合 实现 冲击 回 转 反循 环钻 进 需 0 年 来 贯通 式冲 打通冲击 器的 中心 通道 近 1
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贯 通式潜 孔 锤配 用 双 壁 钻具 实行反 循 环 连 续 取 心钻进 用 于 地 质 岩 心 勘 探 工 程 地 质勘 查
冲击 器工 作性 能参数 的相关 影 响 因 素 按 需求 进行 匹配 对 于 较坚 硬 地 层 适 当降低 冲击频
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率 提 高 单次 冲击 能 确保 钻 头 刃 齿 冲击 力 使 岩 石产 生 体积 破碎 穴 有 效 碎岩钻进 若地 层
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内部动 力过程 揭 示 活 塞往 复运 动规律及 诸结
水基作 为动 力介质 的液 动 冲击器 经 几十年的
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探
矿
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工
程
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一9 9 7
年第
5
期
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深入研 究 种类 不 断增 多 且 在不 断发 展 中 以 压 缩 空 气作 为 动力 介质 的风 动 潜 孔锤
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经 历 了 由阀 ( 碗 状 碟状 板状阀等 ) 式 到 无阀
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的推 广应 用 专 业基 础理 论研 讨 与交 流等方 面 起 到了积 极促进 作用 作 出了卓 越贡 献
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调 整 冲击 器性 能参数 的有效方 法 采用 微机 电 算 进行冲击器 研 究和 设计 使 设计参数与冲击 器 实 际 参数相 吻合 避 免 设计 的盲 目性 缩 短
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冲击 回 转钻进 技术得 益 于 杂 志 的传 播 与杂 志 共 同 走过 了 4 0 年快 速发 展 的历史 冲击 回转钻 进 以 其 高效 优 质 低耗 安 全
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wenku.baidu.com
于 潮湿地 层 钻进 有助 于 防尘和 取心 ( 样 )
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针对工程 的 实 际要求 近 些年 来 大直 径 冲击 器 发展 迅速 单体大直 径贯 通湿 式 反 循 环 闭型 风 动潜 孔 锤钻进 口 径达 0 8 ~ 1 s m 已 完 成 近 千 条 桩的嵌岩钻进 ; 组 合 捆
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以 液 压 油 作 为动 力 介 质 的液 压 冲击 器 由
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绑 式 大 直 径 风 动潜 孔锤经 东 南 沿 海 地 区 花 岗
于油 泵 的高 压 及 液压 油 良好 的 润滑性 能 冲击
器 活塞 的冲击 末速 度 高 能 量 大 有 效 热 功效 率高 钻孔 效率 显著提 高 动力 介质 的封 闭循 环 保持 了介质 洁 净性 提高 了冲击器 使 用 寿 命 减 少故 障 是 冲击器 发 展 的一个重要 趋 势
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研 制 周 期 实 现 冲击器设 计科学 化 简化 实 际 测 试过 程 实 现优 化设计 对于 任何 动 力介 质 ( 高压 水 压缩 空气 空 气 泡 沫 或 液 压 油 等 ) 驱 动 任何 工作原理 的冲
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的特点 应用愈加 广泛 与 其 它先进钻 孔工 艺 方 法相融 合 逐步 形成 了 多工 艺冲击 回 转钻 进 技
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算 机连 续对微段 的计算和 叠 加 得 出最终运 算 结 果 对各类 型 冲击器建立 相应 的数学模 型
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并 以 实 际 值 加 以 拟合 和验 证 提 高计算 的准确 度 和 科学 性 可方便地 实现对其 内部 工作 理论
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冲击 器 内部 工 作理论 研 究与 优化 设 计
型 潜 孔 锤过 程 风 压 由低 到 中型 发 展 正 在 向
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地 下 工 程 输 料孔 通 风 孔 等工 程 日渐 增 多 但 此 规格 的 冲击 器缺 乏 尚待 加 速研 究 开发 以 上 ) 硬岩钻进 大直径钻 孔 ( 必 8 0 采 用 冲击 回转钻进 方 法 实践 证 明钻进 效 率提
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据钻 孔 工 程 的某些 特殊需要 或 驱 动介 质动 力 源 的条件 限 制 需对 冲击 器某 一 单 项 的工 作 性
能 参数 进 行优 化 发 挥冲击器的最 大效 能
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液动 冲击 器 在基岩水 井 钻凿 中 已发挥 了显 著 作用 该 口径 系列 的风 动 潜孔锤 也在爆破孔 钻
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岩 地 层 实 际 生 产性 试验也表 现 出 良好 的 钻进 效 果 ; 大直径 液 动冲击 器 经生 产试 验 也 已 通过 部 级 鉴定 ; 大 直径 多 头环 状取 心 式组 合潜 孔锤 也 正 在研 究 中 钻孔 直径 不断增大 大直径冲 击器研制及钻 孔 工 艺方 法 正 处 在 快速发 展 之
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能 获得 更佳 钻进效 果
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屑堵 塞 含 水 层 影 响 出水 量 等难题 使钻 孔 技
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驱 动介质 动 力源是 决 定 冲击 器 冲 击 能 量 的根本 因 素 动力源 的选 择 往往 受 客观条件 限
制 以 风 动潜 孔锤 为例 除常规 工作参数的潜 孔 锤外 为适应 特殊工况 条件和 空 压机 设备 条
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电 动 电磁 冲击 器 因 受 结 构及 能 量转 换
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率 限制 尚难 用于 生产 实 际 随着研 究工作 的深 入 在 某些 特 定 的钻 孔领域将首 先得 到 应用 为满 足 不 同钻进工 艺方 法 的需 求 冲击 器
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中 应 用前 景 广 阔 石油 天然气勘探 钻 井硬 地 层钻进 效率低
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冲击 器性 能包括本身冲击 工 作参数 ( 如单 次冲击 能 冲击 频率 ) 和 驱 动 冲击 器 的 动力 介 质 参数 两 大部分 冲击 器 优化 的 最终 目标是 以
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最 小 的动 力介质参 数 获取最大 的冲击 能量 根
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很好满 足 了小直 径 钻孔 冲击 回 转 钻进 的 需求 中等 直 径钻孔 ( 如 水文水井 地热 钻 井 ) 的 0 ~ 25 0 的 冲 击 器近 些 年发 展 较 快 曰 1 5
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冲击 器工 作参数 只 能靠类 比法 或经 验公 式 进 行设 计 一种 冲击 器性 能 的优 化 往往 需调 配 几组 至 几 十组 不 同的结 构设计参数逐一 试验
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击器 和液 压 冲击 器 分别 对其 内部工 作理论及 优 化 设计进行研 究 取得 了 良好 效果
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测 试 和 对 比 从 中 选优 不 但耗 资 大 且 周 期
1997
年第 5 期
探
矿
工
程
发展 中 的 冲 击 回 转钻进技术
殷
提 要
现
蒋 荣庆
长 春 科技 大 学
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长春
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)
冲 击 回转 钻 进技 术应 用 日 趋广 泛 冲击器 的理论 研究不断 深入 规格 类型 发展迅 速 与多 种钻孔工
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艺方法相结 合更加 速了 该项技 术 的发展 赋予该技 术新 的生命 力
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等 领域 有效解 决 钻进 难 取 心 难 护 壁 难 成 本 高 施 工周 期 长等 复杂 地 层系 列 钻 孔施 工难
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较 软 则 提高 冲击 器 冲击 频 率 适 当 降低 冲击
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题 ; 贯通 式潜 孔 锤反 循 环钻进 用 于水 文水 井钻 凿 从根本 上 解决 排 渣 取 心 孔 口 污染 及 岩渣
省部级科技成果奖 主要 从 事多 工 艺 冲击 回转 钻进 理论 与技 术研究
年光 辉 历 程 作 为探 矿 工程 暨 岩 土 钻 掘工 程领域 的核 心 科 技 期刊 在 专业 的发 展 与 拓 宽 新 技 术新方 法
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《探矿 工 程 》杂 志 走 过 了 4 0
构 参数对 冲击 器工作性 能 的影 响规律 寻 找 出
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高 超高风 压 型发 展 泡沫 潜 孔锤 即 在压 缩 空 气 中注 入 适 量 的泡沫 剂 以 提 高 护壁 功能 和 排
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高 0 1 倍 以 上 是 一种高效 优质 经济 合 理 的
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钻 孔工艺方法
屑 取 心质量
雾 化潜 孔锤 在 压 缩空 气中注入 一 定 量 的 清 水 排 出的 风 水 混合 物 呈雾 状 利
冲击 器 的冲击 能 量 主 要 由单次 冲击 能 和 冲击频 率 表 征 两 者 之积反 映 了冲击 器 的冲击 功 率 冲 击器设计 总 的优化 目标是 获得最 高 的
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凿 和 水 井 施 工 中得 到 广泛应 用
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必 30 ~
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60
热 功效率 ( 能 量 利用 率 ) 在冲击器 总冲击 功 率
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冲 击 器结 构类 型 不断发 展 钻孔 目的及 地层 条 件 的不 同 给 冲击器 类
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长 并难 以 实现 最优 化设 计
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用 计 算机 模 拟仿 真 电算方 法 研 究 冲击器
型提 出更高的要 求 驱 动冲击器 的动 力 介质 不 同 其 工 作性 能及适 用条件也产 生差 异 利 用
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术 应用 领域亦 不 断拓宽 对潜 孔 冲击器 内部 动 力过 程 的研 究 不 断 深 入 规 格 系 列 不 断 完 善 工作 参数 不断优 化 结构 类 型不 断拓 展 在 钻孔工 程各领 域发 挥着 越来 越 大 的作用
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击 器 都 可 以 采用 有 限差 分原 理 对其模 拟仿 真 电算 即将 活 塞往复运 动行 程 有 限分 割成 细小 微 段 将微 段 内的变量视 为常 量进行计算 计