第四章 冲击及冲击回转钻进
第四章冲击及冲击回转钻进
第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
工程钻探学Leabharlann 件一字形钻头第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
第四章 冲击及冲击回转钻进
采用回转钻进方法钻进坚硬和研磨性较高的岩石时，由于岩 石抗压入强度高，切削具必须在很大的压力下才能切入岩石， 而大的轴心压力将导致切削具的急剧磨损，从而使钻进效率 大大降低。实践表明，破碎坚硬岩石时，冲击钻进比回转钻 进更为有效，这是由于岩石的剪切强度只相当于抗压强度的 1/6~1/12，冲击钻进使岩石产生剪切破碎。此外，在冲击载 荷作用下，岩石表面可产生瞬时接触应力，在动应力作用下， 岩石易产生裂纹，并且随冲击速度的提高，岩石的脆性将增 大，有利于岩石中裂纹的发育。因此，用不大的冲击力，便 可以达到破碎坚硬岩石的效果。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进 施工工地照片
工程钻探学课件
第四章 冲击及冲击回转钻进 第一节、钢丝绳冲击钻进
钢丝绳冲击钻进的基本原理是， 借助于一定重量的钻头，在一定 的高度内周期地冲击井底，使岩 石破碎而获得进尺。在每次冲击 之后，钻头在钢丝绳带动下，回 转一定的角度，从而使钻孔得到 规则的圆形断面。
工程钻探学课件
钢丝绳冲击钻机
钢丝绳冲击钻机
工程钻探学课件
第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程
冲击钻进规程是研究如何合理地、有效地运用冲击钻具进行钻 进，从而能达到提高效率、保持质量和降低成本的问题。
冲击回转钻进
第五章冲击回转钻进第一节概述钻探工程以机械方式破碎岩石，最早是采用冲击钻进方法．以后才发展到以回转钻进为主的钻进方法。
近几十年来．钻探工作者根据动载荷比静压载荷能够更加有效破碎坚硬岩石的原理．研制成功了冲击回转钻进技术。
一、冲击回转钻进的实质冲击回转钻进是有机地综合了冲击钻进(单次破碎岩石作用)和回转钻进(连续破碎岩石作用)的一种钻进方法。
冲击回转钻进主要是指在回转钻进的基础上，加人一个冲击器以提高钻进效率。
在钻头上或岩心管上联结一个专门的冲击器，在钻进中给钻具以一定的轴向压力和回转运动，同时冲击器给钻具以一定频率的冲击能量，在冲击和回转共同作用下，钻头破碎岩石，进行钻进。
它是在地面以动力带动全套钻具进行回转(并通过钻具给钻头一定的轴向压力)的同时，孔内冲击器以每分钟几百次至几千次的频率进行冲击。
此冲击力通过岩心管或直接传至钻头：钻头上同时作用两种载荷，即回转方向的回转力和轴向方向的冲击力。
如图0-1所示。
所以称为冲击回转钻进。
图0-1冲击回转钻进与冲击钻进、回转钻进的碎岩比较示意图a–回转钻进；b–冲击钻进；c–冲击回转钻进P静–轴向力；M–回转力；P冲–冲击力根据岩石破碎原理，在一定的轴向压力下冲击破碎岩石，岩石强度要降低50%～80%，所以上述冲击回转钻进比钢绳冲击钻进效率要高3～5倍。
又由于冲击器放置在孔底，冲击能量直接施加在钻头上，能量损失较少，因此它比地表冲击器的钻进效率也要高许多。
又由于在冲击载荷作用下，坚硬岩石易于实现体积破碎过程，所以，冲击回转钻进比一般的回转钻进，其效率也要高。
冲击回转钻进提高钻进效率的原因，归纳起来有下列几点：(1)冲击载荷的特点是接触应力瞬时可达极高值，应力比较集中。
由于岩石的动硬度要比静硬度小，固易产生微裂纹。
并且冲击速度愈大，岩石脆性增大，有利于裂隙发育，因此，不大的冲击功就可以破碎坚硬岩石，而静压入时则需要很大的力。
(2)切削刃的磨损减少。
在冲击回转钻进中切削刃具磨损减少的原因有：①冲击破碎岩石时刃具与岩石的作用时间很短；②体积破碎的摩擦系数低于表面破碎时的摩擦系数，而在冲击回转钻进中很容易达到体积破碎；③钻速快，切削具的相对磨损就减少。
冲击回转钻进
第五章冲击回转钻进第一节概述钻探工程以机械方式破碎岩石，最早是采用冲击钻进方法．以后才发展到以回转钻进为主的钻进方法。
近几十年来．钻探工作者根据动载荷比静压载荷能够更加有效破碎坚硬岩石的原理．研制成功了冲击回转钻进技术。
一、冲击回转钻进的实质冲击回转钻进是有机地综合了冲击钻进(单次破碎岩石作用)和回转钻进(连续破碎岩石作用)的一种钻进方法。
冲击回转钻进主要是指在回转钻进的基础上，加人一个冲击器以提高钻进效率。
在钻头上或岩心管上联结一个专门的冲击器，在钻进中给钻具以一定的轴向压力和回转运动，同时冲击器给钻具以一定频率的冲击能量，在冲击和回转共同作用下，钻头破碎岩石，进行钻进。
它是在地面以动力带动全套钻具进行回转(并通过钻具给钻头一定的轴向压力)的同时，孔内冲击器以每分钟几百次至几千次的频率进行冲击。
此冲击力通过岩心管或直接传至钻头：钻头上同时作用两种载荷，即回转方向的回转力和轴向方向的冲击力。
如图0-1所示。
所以称为冲击回转钻进。
图0-1冲击回转钻进与冲击钻进、回转钻进的碎岩比较示意图a–回转钻进；b–冲击钻进；c–冲击回转钻进P静–轴向力；M–回转力；P冲–冲击力根据岩石破碎原理，在一定的轴向压力下冲击破碎岩石，岩石强度要降低50%～80%，所以上述冲击回转钻进比钢绳冲击钻进效率要高3～5倍。
又由于冲击器放置在孔底，冲击能量直接施加在钻头上，能量损失较少，因此它比地表冲击器的钻进效率也要高许多。
又由于在冲击载荷作用下，坚硬岩石易于实现体积破碎过程，所以，冲击回转钻进比一般的回转钻进，其效率也要高。
冲击回转钻进提高钻进效率的原因，归纳起来有下列几点：(1)冲击载荷的特点是接触应力瞬时可达极高值，应力比较集中。
由于岩石的动硬度要比静硬度小，固易产生微裂纹。
并且冲击速度愈大，岩石脆性增大，有利于裂隙发育，因此，不大的冲击功就可以破碎坚硬岩石，而静压入时则需要很大的力。
(2)切削刃的磨损减少。
在冲击回转钻进中切削刃具磨损减少的原因有：①冲击破碎岩石时刃具与岩石的作用时间很短；②体积破碎的摩擦系数低于表面破碎时的摩擦系数，而在冲击回转钻进中很容易达到体积破碎；③钻速快，切削具的相对磨损就减少。
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，
国家精品课程：岩土钻掘工程学第6章——冲击回转钻进与冲击、振动钻进
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第二节 液动和气动冲击器
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。
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第二节 液动和气动冲击器
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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第二节 液动和气动冲击器
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并进入缸体上部，
冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。
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第二节 液动和气动冲击器
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。
• 同时，由于冲锤与铁砧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 作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。
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第二节 液动和气动冲击器
反作用冲击器的主要特点： (1)对冲洗液的适应能力较强； (2)可获得较大的单次冲击功； (3)冲击器内部的压力损失较小，效率较高。
• 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。
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。
岩心钻探钻进方法4-冲击回转钻进
特点：结构简单，技术成熟，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，冲击 器内部压力损失小，能量利用率高。但工 作弹簧的工作寿命只有40～100h。
图7.2 反作用液动冲击器
1-工作弹簧； 2-外壳； 3-冲锤活塞； 4-铁砧
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工程钻探
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③ 双作用液动冲击器
冲击回转钻进钻头在结构设计上与回转钻进用钻头类似，只是冲 击回转钻进钻头的受力比回转钻进复杂，强度要求高，故在钻头和切 削具耐冲击的性能上进行了提高。
① 钻头钢体
材料： 40Cr和40CrNi合金结构钢，韧性好于回转 钻进钻头用的45号中碳钢。
壁厚：厚度10—14mm，比回转钻进钻头8— 10mm强度提高，切削具的焊接牢固性亦提高。
工程钻探
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③ 硬合金切削具的数量、排列、出刃
▲与回转取心钻进钻头相比，由于硬合金尺寸增大，其 数量一般就要减少； ▲排列方式与回转取心钻进钻头基本相同，但一般不用 深度或宽度掏槽； ▲与回转取心钻进钻头相比，由于冲击回转钻进吃入岩 石更深，所以出刃更大； ▲液动冲击回转钻进使用的冲洗液量大，故水口也大。
图7.3 双作用液动冲击器 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
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工程钻探
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7.2.2.2 无阀式液动冲击器
① 射流式液动冲击器
结构：如图所示。
工作原理：由我国独创的采用双稳射
流元件作为控制机构、冲锤活塞正、反冲 程均由高压液体推动的新型钻具。
特点：结构简单，运动部件及易损件少，
冲击 回转钻进
液动冲击回转钻进
其主要特点如下： （1）施加给钻头的冲击载荷作用时问极短，刃具与孑L底的接触应力瞬间达最大值，使岩石脆性 增加，有利于裂隙的扩展，产生体积破碎，钻进效率高； （2）高频脉动冲击有利于金刚石钻头的出刃，克服孕镶钻头“打滑”现象，提高钻速和钻头寿 命； （3）潜孔锤产生的高频脉动使岩心进入岩心管更顺畅，有利于防止破碎地层中岩心堵塞，提高 回次进尺，大幅度减少钻进辅助时间； （4）产生冲击载荷的液动锤组合在孔底钻具组合中，冲击能量传递损失少； （5）采用冲洗液作为驱动介质，有利于维护井壁稳定，适合于深孔和复杂地层钻进施工； （6）与纯回转钻进相比，冲击回转钻进可在小钻压条件下实现高效钻进，沿钻具轴向传递的冲 击力可减小软硬地层钻进时的效率差，减小钻孑L弯曲，提高钻孔质量。
气动冲击一回转钻进
归纳起来，气动冲击一回转钻进具有下述优越性： （1）动力密度小，对孔底岩石压力小，碎岩比功小，冲击能量大，钻进效率高，钻头寿命长； （2）有利于在无水、缺水地区和漏失地层钻进，不受季节限制，在冬季或冷冻地区可以使用； （3）空气介质对地层、岩心的污染小； （4）消除了冲洗液在钻进时对孔壁的冲刷，有利于孔壁的保护，可避免水敏性地层钻孔缩径、 坍塌以 及岩石天然结构的破坏。 气动冲击一回转钻进的不足之处在于： 气动潜孔锤钻进能力受空压机能力的限制，尤其是遇到含水层时，效果显著下降，当涌水量较大 时，因空压机能力不足，循环可能中止。
液动冲击回转钻进
液动冲击回转钻进是回转与冲击两种钻进方式组合而成的一种高效钻进方法，是近代钻探工程中 与绳索取心钻进、金刚石钻进并列的新技术之一，可用于硬质合金钻进、金刚石钻进及牙轮钻头 钻进。液动冲击回转钻进广泛应用于固体矿产岩心钻探、水文水井钻进、油气井和地热井钻进、 岩土工程施工、科学钻探等工程领域。
冲击回转钻进
冲击回转钻进概述钻探工程以机械方式破碎岩石，最早是采用冲击钻进方法．以后才发展到以回转钻进为主的钻进方法。
近几十年来．钻探工作者根据动载荷比静压载荷能够更加有效破碎坚硬岩石的原理．研制成功了冲击回转钻进技术。
一、冲击回转钻进的实质冲击回转钻进是有机地综合了冲击钻进(单次破碎岩石作用)和回转钻进(连续破碎岩石作用)的一种钻进方法。
冲击回转钻进主要是指在回转钻进的基础上，加人一个冲击器以提高钻进效率。
在钻头上或岩心管上联结一个专门的冲击器，在钻进中给钻具以一定的轴向压力和回转运动，同时冲击器给钻具以一定频率的冲击能量，在冲击和回转共同作用下，钻头破碎岩石，进行钻进。
它是在地面以动力带动全套钻具进行回转(并通过钻具给钻头一定的轴向压力)的同时，孔内冲击器以每分钟几百次至几千次的频率进行冲击。
此冲击力通过岩心管或直接传至钻头：钻头上同时作用两种载荷，即回转方向的回转力和轴向方向的冲击力。
如图0-1所示。
所以称为冲击回转钻进。
图0-1冲击回转钻进与冲击钻进、回转钻进的碎岩比较示意图a–回转钻进；b–冲击钻进；c–冲击回转钻进P静–轴向力；M–回转力；P冲–冲击力根据岩石破碎原理，在一定的轴向压力下冲击破碎岩石，岩石强度要降低50%～80%，所以上述冲击回转钻进比钢绳冲击钻进效率要高3～5倍。
又由于冲击器放置在孔底，冲击能量直接施加在钻头上，能量损失较少，因此它比地表冲击器的钻进效率也要高许多。
又由于在冲击载荷作用下，坚硬岩石易于实现体积破碎过程，所以，冲击回转钻进比一般的回转钻进，其效率也要高。
冲击回转钻进提高钻进效率的原因，归纳起来有下列几点：(1)冲击载荷的特点是接触应力瞬时可达极高值，应力比较集中。
由于岩石的动硬度要比静硬度小，固易产生微裂纹。
并且冲击速度愈大，岩石脆性增大，有利于裂隙发育，因此，不大的冲击功就可以破碎坚硬岩石，而静压入时则需要很大的力。
(2)切削刃的磨损减少。
在冲击回转钻进中切削刃具磨损减少的原因有：①冲击破碎岩石时刃具与岩石的作用时间很短；②体积破碎的摩擦系数低于表面破碎时的摩擦系数，而在冲击回转钻进中很容易达到体积破碎；③钻速快，切削具的相对磨损就减少。
国家精品课程岩土钻掘工程学第4章——回转钻进用钻头
设钻进的初始钻速为 v0=A/S02，上式可写成：
vm
S02
v0 S02
2S0 t 2t 2
v0 (1 k0t)2
式中： k0——钻速下降的特征系数，k0=θ/S0。 钻头在t时间内
总进尺为 H
t
0 vmdt
得到
2019/9/7
vm v0 (1 k0t)
中国地质大学勘查教研室
2019/9/7
中国地质大学勘查教研室
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程
国家精品课程
岩土钻掘工程学
一、钻探用硬质合金
1、硬质合金的特性 （1）钻探用的钨(WC) -钴(Co)合金,以碳化钨粉末为骨架，钴
粉末为粘结剂，用粉末冶金方法制成。称为YG类合金。 （2）牌号的意义：如YG8c：YG—钨-钴系硬质合金；8—钴
国家精品课程
岩土钻掘工程学
（二）弹塑性岩石的孔底破碎过程
弹塑性岩石是硬质合金钻头的主要钻进对象。理论上，切 削具切入需要很大的轴向力，而在双向力的同时作用下实 际的Py力为（1/6~1/13）。
碎岩显著特点：以跳跃式的剪切破碎为主。岩石破碎大体 分三个阶段：
1、切入岩石，岩石剪切破碎，前移碰撞刃前岩石。 2、刃前接触面很小，挤压力较大，小剪切破碎。继续前移 产生若干次小剪切。
中国地质大学勘查教研室
第四章 回转钻进用钻头
国家精品课程
岩土钻掘工程学
回转钻进选择钻头的一般原则是： ① 在软岩和中硬岩层中用硬质合金回转钻头； ② 在中硬及部分中硬以上岩层中采用铣齿牙轮钻头； ③ 在硬岩中采用金刚石钻头或钢粒钻头； ④ 在硬脆岩层中采用镶齿牙轮钻头。 ⑤ 金刚石钻头主要用于59、76（75）、91 mm的小口径； ⑥ 钢粒钻头主要用于91mm以上的口径； ⑦ 硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径，又可钻进大口径
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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
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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
则经活塞和钻头的中心通道，排于孔底并吹洗孔底岩粉，
⑧在活塞下行中，当活塞的中间环腔与下气槽联通时，压气 又进人锤下气室，推动活塞上行，随即重复前过程。
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。
工程钻探学课件
第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程 ③冲击次数（n）
一般来说，冲击次数越多，破碎岩石效果越好，钻进效率就
愈高。
但冲击次数要与冲击高度S相匹配，要求钻机的冲击机构在
循环一次中，要与钻具下落的时间相吻合。
匹配的冲击次数，称为合理的冲击次数。
工程钻探学课件
第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程 ③冲击次数（n）
工程钻探
主讲人：杜振川
工程钻探学课件
第四章 冲击及冲击回转钻进
采用回转钻进方法钻进坚硬和研磨性较高的岩石时，由于岩
石抗压入强度高，切削具必须在很大的压力下才能切入岩石， 而大的轴心压力将导致切削具的急剧磨损，从而使钻进效率 大大降低。实践表明，破碎坚硬岩石时，冲击钻进比回转钻 进更为有效，这是由于岩石的剪切强度只相当于抗压强度的 1/6~1/12，冲击钻进使岩石产生剪切破碎。此外，在冲击载 荷作用下，岩石表面可产生瞬时接触应力，在动应力作用下，
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程 从上式可看出，钢丝绳冲击钻进规程参数主要有：钻具的重
力、钻具下降加速度、冲击高度、冲击次数和岩粉密度
①钻具的重力（Q）
由于在冲击过程中直接接触岩石的是钻头端部的钻刃，故
在实际选择和计算过程中，采用单位钻头刃长的钻具的相 对重力 Q=
q0 l
l —钻头上的有效刃长
q 0—根据岩石的硬度来选择
软岩小一些，硬岩大一些（可查表）。
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程 ②冲击高度（S）
冲击高度S是指钻具在冲击过程中，钻具被提离井底的高度。
改变冲击机构上的曲柄与连杆连接的位置，可得到不同的冲
击高度。
一般冲击钻机其可变的冲击高度范围在0.6-1.1m。
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第二节、冲击回转钻进 一、冲击器
2、风动冲击器
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第二节、冲击回转钻进 一、冲击器
2、风动冲击器
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第二节、冲击回转钻进 一、冲击器
2、风动冲击器
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第二节、冲击回转钻进 一、冲击器
2、风动冲击器
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第二节、冲击回转钻进
一、冲击器
2、风动冲击器 我国生产的W-200型冲击器，其工作原理如下： ①当压缩空气由钻杆进人冲击器后，推开止逆阀（3）， 部分气体经节流塞（8)，配气机构（9)，活塞(11）及钻头
一字形钻头
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第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具 1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
十字形钻头
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第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具 1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
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第二节、冲击回转钻进
冲击回转钻进是钻头在静压作用下进行回转，同时辅以纵向
冲击动载，从而形成以回转切削和纵向冲击相结合的碎岩钻
进方法。 此种方法对破碎坚硬和研磨性岩石有很好的效果。 具体实施是：在回转钻进的钻具中增加一个具有一定冲击频 率和冲击能量的冲击器（也称潜孔锤）。在取心钻进时，冲
90º ~100º ，
适于钻进5～8级中硬岩石。
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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
击器安装在岩心管上端；在无岩心钻进时，则直接安装在钻
头之上。
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第二节、冲击回转钻进
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第二节、冲击回转钻进
施工工地照片
潜孔锤钻孔直径560毫米
香港
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反循环潜孔锤钻孔直径610 毫米 美国
预钻孔(H铁桩)直径560毫 米 香港
第二节、冲击回转钻进
施工工地照片
预钻孔直径560毫米 香港
岩石易产生裂纹，并且随冲击速度的提高，岩石的脆性将增
大，有利于岩石中裂纹的发育。因此，用不大的冲击力，便 可以达到破碎坚硬岩石的效果。
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第四章 冲击及冲击回转钻进 第一节、钢丝绳冲击钻进 钢丝绳冲击钻进的基本原理是，
借助于一定重量的钻头，在一定
的高度内周期地冲击井底，使岩 石破碎而获得进尺。在每次冲击 之后，钻头在钢丝绳带动下，回 转一定的角度，从而使钻孔得到
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第二节、冲击回转钻进 一、冲击器
1、液动冲击器
正作用 阀式 根据结构的 不同分为 无阀式 反作用 双作用 射流式 射吸式
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第二节、冲击回转钻进 一、冲击器
1、液动冲击器
冲击器内部结构
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第二节、冲击回转钻进 一、冲击器
1、液动冲击器
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
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程 ④岩粉密度（ρ ） 在冲击钻进中，井内岩粉浆的密度值直接影响着钻进效率。
当岩粉密度太小时，岩粉的悬浮能力降低，岩粉沉淀会在井
底形成一层岩粉垫，这将减弱钻头在孔底的冲击作用。 当岩粉浆密度过大时，钻具加速度减小，于是形成钻具尚未 到达井底已经回升，会牵动钻具使其不能冲击井底，即所谓 “打空”。
90º ~100º ，
适于钻进5～8级中硬岩石。
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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
入石桩钻孔直径508毫米 香港
预钻孔(H铁桩)直径610毫 米 香港
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第二节、冲击回转钻进
施工工地照片
反循环潜孔锤钻孔直径 560毫米 香港
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反循环潜孔锤钻孔直径610 毫米 美国
第二节、冲击回转钻进 施工工地照片
反循环潜孔锤钻孔直径 610毫米 新加坡
反循环潜孔锤钻孔直径660 毫米 加拿大
液动射流 式冲击器
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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
冲击器及钻头
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第二节、冲击回转钻进 一、冲击器
2、风动冲击器
风动冲击器也称风动潜孔锤，是以压缩空气作为介质而工
作的。同时，压缩空气也兼做洗孔介质，因此也具有空气
洗井钻进的一些特点。生产实践表明，风动冲击回转钻进 的效率一般要比液动冲击回转钻进高0.75~1.6倍，其主要 原因是风动冲击器的单次冲击能量较大，且孔底冲洗效果 较好。但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。