贯通式潜孔锤钻探2
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反循环排出的流体及岩(矿)心、岩渣(屑)， 沿中心通道上返后进入专门的取心筒，对孔口及 周围环境不产生污染； 钻探成本低
钻探效率高，钻头寿命长，孔内事故减少，
最终大幅度降低了钻探成本。
二、水文水井钻凿实例 采用潜孔锤正循环技术钻凿水井，钻进效率高，
但水井工程孔深大，背压高，配套使用的空压机不但
要求风量大，风压也高，使钻进成本大幅度增高。主
埋钻、卡钻、断钻杆等孔内事故频繁发生。
2、潜孔锤反循环连续取心钻进效果
钻进效率高
试验中平均时效4.08米，是金刚石钻进的3.5倍；
平均台班进尺18.42米，是金刚石钻进的4.5倍； 时间利用率高
在复杂地层中钻进最大提钻间隔86米，平均时间
利用率36.3％，是金刚石钻进的2.27倍；
钻头寿命长
反循环取心球齿钻头平均寿命75.45米，是金 刚石钻头寿命的6～8倍；
三、钻进原理 如图所示。驱动潜孔锤后的废气由钻头底部的
排气孔高速喷出，在喷口附近形成低压区，对周围
介质就形成抽吸作用。气流与被抽吸的介质，由孔 底岩石反射后经钻头扩压槽而进入钻头中心通孔； 于是高速流体的流速逐渐降低，压力增高，携带的 岩心、岩屑及孔内流体沿钻具的中心通道上返，经 双通道气水龙头和鹅颈弯管排出孔外。
心采取率低，达不到地质要求；综合施工成本大幅
度增高，施工周期延长。下面以河南嵩县金矿勘探
为例介绍。
1、矿区概况
矿区位于河南省嵩县范疙瘩村，金矿赋存于构 造蚀变破碎带中。地层极为复杂，属于硬、脆、碎、 漏、塌等复杂地层，钻探施工难度极大。前期曾采 用硬质合金钻进、金刚石钻进，但孔内经常坍塌掉
块漏失严重，岩矿心采取率严重不足，钻孔超径，
上返风速所需风量 潜孔锤所需风量
12.5
8～10 lO～12
14～16 16～18 18～20
由表可知：为满足上返风速要求时，其供风量
均大于驱动潜孔锤做功所要求的供风量。且孔径越 大，供风量之差就越大。
正、反循环所需最低风量比较
钻孔直径 正 配用钻杆 循 环 风量 Φ 160 Φ 89 Φ 89 12.70 反 配用钻杆 循 环 风量 SHB 89／ 60 17.58 SHB 89／ 60 Φ 89 23.04 SHB 89／ 60 29.07 SHB 114 ／70 Φ 180 Φ 200 Φ 220 Φ 89 Φ 89 39.20 SHB 114 ／70 50.62 SHB 128／ 87 Φ 250 Φ 280 Φ 89
贯通式潜孔锤 及反循环连续取心钻探
第一节 一、钻进工艺方法
钻进工艺方法
贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头及双壁钻杆
组成的钻具系统，钻进中可同步实现下列三种钻探
新技术：
1、潜孔锤冲击回转钻进；
2、压缩空气全孔反循环；
3、钻进中不停钻连续取心。
二、钻进系统的组成 如图所示。压缩空气经输气胶管进入双通道气 水龙头，进入双壁钻杆的环状通道，驱动贯通式潜 孔锤的冲锤作高频往复运动冲击钻头，实现潜孔锤 碎岩钻进。冲锤工作后的废气，经钻头的排气孔排 出，再经潜孔锤的贯通孔和双壁钻杆的中心通道， 通过双通道气水龙头及鹅颈弯管、排渣管排到旋流
心通道上返速度高，携渣能力强，形成的柱状岩心在
钻进中即可连续排出地表，孔底始终保持清洁；
反循环能力强，孔径不受限制
反循环的形成与钻具及孔径的级配无关。在钻具 规格不变时，水井口径可任意设计，不会影响反循环 的形成和排渣效果；
岩心(样)采取率高，品质好
孔底钻进产生的岩或岩心只有一个反循环中心通
道，别无通路。钻出的岩心在巨大冲击力作用下及时
2、采用增压机、提高供风压力 空压机设备多，油耗高； 3、潜孔锤钻进与提钻捞渣交叉作业 增加了工序，影响钻进效率；
4、小径打、大径扩二次成井法
保持了潜孔锤的高效率，但需二次成孔； 5、贯通式潜孔锤反循环钻进 钻进与排渣同步完成。真正发挥了潜孔锤
的优势。
四、应用前景 除应用于地质岩心勘探、水文水井钻凿领域外，也可应 用于其他复杂地层条件或不同应用领域的钻孔工程：
3、复杂地层物探爆破孔工程：石油天然气勘探的物探爆破 孔工作量越来越大，钻孔深度亦在增加，复杂地层爆破孔所
占比率增大，成为新的钻进难题。采用贯通式取心潜孔锤是
一种理想的钻进方法，利用中心通道下入炸药，钻具相当于
套管保护孔壁，成孔下药后，再提出钻具，安全可靠；
4、帷幕灌浆孔、集水井水平导水孔、隧道洞室管棚支护孔 等：用潜孔锤反循环钻进均可取得理想效果。
岩矿心采取好
由于钻进产生的岩(矿)心只有唯一的中心通道， 岩矿心采取率达98％以上；
孔内事故少
因钻压小，转速低，孔壁无流体扰动和冲刷， 孔底干净无沉渣，连续钻进回次进尺长，故大幅 度减少了孔内事故的发生； 钻孔垂直度好
冲击回转钻进，钻进规程参数小，以冲击为
主体积破碎岩石，因此钻孔不易弯曲；
孔口无污染
心，经潜孔锤贯通孔、双壁钻杆中心通道、双通道气水龙头中
心孔及鹅颈弯管9由排渣管8排出孔外，从而实现动力介质的反 循环，即贯通式潜孔锤反循环及连续取心钻进。
现场施工系统图 1一反循环钻头； 2一贯通式潜孔锤； 3一双壁钻杆； 4一黄河钻机； 5一进气胶管；
6一主动钻杆；
7一气水龙头； 8一排渣管；
9－鹅颈弯管；
取样器，完成动力及流体介质的反循环。潜孔锤钻
进中形成的岩矿心及岩渣屑经钻头底部间隙和扩压
槽随反循环流体上返，实现不停钻连续取心钻进。
1一天轮；2－鹅颈排心(样)管；3一双通道气水龙头；4－排心(样)管；5一取样器排 气(尘)管；6一旋流取心(样)器；7－钻机立轴；8一接心(样)桶；9－双壁钻杆；10－ 钻机；11一双壁钻杆锁接头；12－CQ-100／44贯通式潜孔锤；13一反循环柱齿合 金钻头；14－空压机；15、16－输送压气管路；17－空气储气罐
单次冲击功／J 165 冲击频率／Hz 18 耗气量／m3.min 5 19 9 11 12 13 14 18.8 17 16 18 268 4l0 534 640 720
16 17
第二节
钻进实例
一、复杂地层地质岩心勘探钻进实例 在复杂地层中的地质岩心勘探，通常表现为：
岩石坚硬，难于钻进；地层漏失，护壁困难，岩矿
2.59
2.59
2.59
3.52
3.52
5.44
表中数据清晰反映出即使钻孔直径较大时，采
用反循环钻进方法满足上返风速条件时所需供风量 依然很小。当选用的钻杆确定后，上返风速不随钻
孔直径改变而变化，只与供风量有关。实际钻进中，
反循环上返风速所需风量，已远远小于潜孔锤正常 工作所需的额定供风量。
1、在水文水井钻凿中的应用实例 钻进的现场施工系统见图5－4所示。空压机输出的压缩空 气，经贮气罐12由进气胶管5进入双通道气水龙头7，经双壁钻 杆3的环状断面通道，输入贯通式潜孔锤2后驱动活塞冲锤往复 运动，高速冲击反循环钻头1并产生巨大的冲击力破碎孔底岩 石，完成高速钻进。做功后的废气由钻头下部的排气孔高速排 出，在孔底形成低压区，经钻头底端面的排气槽进入钻头的中 心孔，以较高的风速和携屑能力将孔底的岩屑及钻进形成的岩
1、边坡加固及滑坡治理的锚杆孔工程、疏水孔工程：通常
其地层条件较复杂，易塌孔，目前多采用潜孔锤跟管钻进工
艺，钻进效率偏低，成本高。采用贯通式潜孔锤反循环钻进
方法，可较大提高钻进效率，降低钻孔成本； 2、坑道内的导水孔工程：用潜孔锤正循环钻进，粉尘不易 消除，环境污染严重。但若采用贯通式潜孔锤反循环钻进， 可根除孔口污染问题，并改善工作面作业条件，利于环保；
折断，形成短圆柱，能及时迅速排至地表； 判层准确、及时 潜孔锤钻进产生的岩渣(屑)颗粒大，产生的岩心
及时排至地表，地质人员几乎与孔底钻头同时接触同
一岩石，时效性强，可及时判层、及时采取相应的技
术措施和进行正确决策，提高工程质量；
不堵塞含水层裂隙，提高水井出水量
孔壁及含水层无岩渣或岩粉通过，并且潜孔 锤反循环钻进过程亦进行抽水洗井过程，利于疏 通含水层，省去了抽水洗井工序，并提高水井出 水量； 供风量减小 节省设备投资和降低空压机能源消耗；
GQ-100 ／ 44 型 贯 通 式 潜 孔锤反循环连续取心(样) 钻进的原理图： 1一排心(样)管； 2--双通道气水龙头； 3一鹅颈弯管； 4--进气胶管； 5一双壁钻杆； 6一逆止阀； 7一心管； 8一内缸； 9---活塞； 10---衬套； 11一反循环专用钻头
四、特点
1、潜孔锤及钻头在结构上均为中空式； 2、冲锤直接撞击钻头，能量传递效率高； 3、耗风量低，热功效率高，冲击能量大； 4、使用空气动力介质时，仍可使用各种液体冲 洗介质保护孔壁及岩心，这对在破碎复杂地层中 的应用具有特殊的意义； 5、与专用反循环钻头配套使用，不需封隔器可 稳定形成全孔反循环连续取心（样）钻进。
利于在干旱缺水地区施工
该项技术的动力介质是压缩空气，不需任何液 体介质或水，故利于干旱缺水、无水地区施工，能
节约钻进成本；空气钻进不受季节限制，可全天候
施工作业；即使在冬季或冷冻地层、永冻地区也可 正常钻进。
三、普通潜孔锤钻进基岩水井排渣的技术措施 1、增加空压机、增大供风量
设备投资大，钻进成本高；
要矛盾是：为满足排渣上返风速的要求时，供风量巨
大，远远超出潜孔锤本身工作的需求。如表中所列为
不同孔径条件下满足上返风速15m／s时对供风量的需
求，以Φ 89钻杆为例。
项
目 Φ 160 Φ 180 17.3
孔 Φ 200 22.7 12～14
径／mm Φ 220 28.6 Φ 250 Φ 280 38.6 49.8
10－空压机； 11一输风胶管；
12一贮气罐
2、钻进效果 钻进效率高
钻头为环状碎岩，且反循环排渣屑，孔底干净，
无重复破碎，因此，钻进效率大幅度提高，是普通潜
孔锤的3－5倍；
纯钻进时间利用率高
不需提钻取心，钻头寿命长，使纯钻进时间利用
率比其他方法有较大提高；
孔内排(渣)屑能力强
实施反循环钻进，压缩空气及流体介质沿钻具中
五、贯通式潜孔锤系列规格及主要技术参数
GQ100 GQ108 潜孔锤外径／mm 100 108 GQ127 GQ146 GQ160 GQ200 127 146 160 190 GQ250 242
贯通孔直径／mm
钻孔直径／mm
55
38
55
55
60
62
60
Baidu Nhomakorabea
105 112 －132 －132
132 152 165 200 250－ －152 －185 －200 －250 350 1052
钻探效率高，钻头寿命长，孔内事故减少，
最终大幅度降低了钻探成本。
二、水文水井钻凿实例 采用潜孔锤正循环技术钻凿水井，钻进效率高，
但水井工程孔深大，背压高，配套使用的空压机不但
要求风量大，风压也高，使钻进成本大幅度增高。主
埋钻、卡钻、断钻杆等孔内事故频繁发生。
2、潜孔锤反循环连续取心钻进效果
钻进效率高
试验中平均时效4.08米，是金刚石钻进的3.5倍；
平均台班进尺18.42米，是金刚石钻进的4.5倍； 时间利用率高
在复杂地层中钻进最大提钻间隔86米，平均时间
利用率36.3％，是金刚石钻进的2.27倍；
钻头寿命长
反循环取心球齿钻头平均寿命75.45米，是金 刚石钻头寿命的6～8倍；
三、钻进原理 如图所示。驱动潜孔锤后的废气由钻头底部的
排气孔高速喷出，在喷口附近形成低压区，对周围
介质就形成抽吸作用。气流与被抽吸的介质，由孔 底岩石反射后经钻头扩压槽而进入钻头中心通孔； 于是高速流体的流速逐渐降低，压力增高，携带的 岩心、岩屑及孔内流体沿钻具的中心通道上返，经 双通道气水龙头和鹅颈弯管排出孔外。
心采取率低，达不到地质要求；综合施工成本大幅
度增高，施工周期延长。下面以河南嵩县金矿勘探
为例介绍。
1、矿区概况
矿区位于河南省嵩县范疙瘩村，金矿赋存于构 造蚀变破碎带中。地层极为复杂，属于硬、脆、碎、 漏、塌等复杂地层，钻探施工难度极大。前期曾采 用硬质合金钻进、金刚石钻进，但孔内经常坍塌掉
块漏失严重，岩矿心采取率严重不足，钻孔超径，
上返风速所需风量 潜孔锤所需风量
12.5
8～10 lO～12
14～16 16～18 18～20
由表可知：为满足上返风速要求时，其供风量
均大于驱动潜孔锤做功所要求的供风量。且孔径越 大，供风量之差就越大。
正、反循环所需最低风量比较
钻孔直径 正 配用钻杆 循 环 风量 Φ 160 Φ 89 Φ 89 12.70 反 配用钻杆 循 环 风量 SHB 89／ 60 17.58 SHB 89／ 60 Φ 89 23.04 SHB 89／ 60 29.07 SHB 114 ／70 Φ 180 Φ 200 Φ 220 Φ 89 Φ 89 39.20 SHB 114 ／70 50.62 SHB 128／ 87 Φ 250 Φ 280 Φ 89
贯通式潜孔锤 及反循环连续取心钻探
第一节 一、钻进工艺方法
钻进工艺方法
贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头及双壁钻杆
组成的钻具系统，钻进中可同步实现下列三种钻探
新技术：
1、潜孔锤冲击回转钻进；
2、压缩空气全孔反循环；
3、钻进中不停钻连续取心。
二、钻进系统的组成 如图所示。压缩空气经输气胶管进入双通道气 水龙头，进入双壁钻杆的环状通道，驱动贯通式潜 孔锤的冲锤作高频往复运动冲击钻头，实现潜孔锤 碎岩钻进。冲锤工作后的废气，经钻头的排气孔排 出，再经潜孔锤的贯通孔和双壁钻杆的中心通道， 通过双通道气水龙头及鹅颈弯管、排渣管排到旋流
心通道上返速度高，携渣能力强，形成的柱状岩心在
钻进中即可连续排出地表，孔底始终保持清洁；
反循环能力强，孔径不受限制
反循环的形成与钻具及孔径的级配无关。在钻具 规格不变时，水井口径可任意设计，不会影响反循环 的形成和排渣效果；
岩心(样)采取率高，品质好
孔底钻进产生的岩或岩心只有一个反循环中心通
道，别无通路。钻出的岩心在巨大冲击力作用下及时
2、采用增压机、提高供风压力 空压机设备多，油耗高； 3、潜孔锤钻进与提钻捞渣交叉作业 增加了工序，影响钻进效率；
4、小径打、大径扩二次成井法
保持了潜孔锤的高效率，但需二次成孔； 5、贯通式潜孔锤反循环钻进 钻进与排渣同步完成。真正发挥了潜孔锤
的优势。
四、应用前景 除应用于地质岩心勘探、水文水井钻凿领域外，也可应 用于其他复杂地层条件或不同应用领域的钻孔工程：
3、复杂地层物探爆破孔工程：石油天然气勘探的物探爆破 孔工作量越来越大，钻孔深度亦在增加，复杂地层爆破孔所
占比率增大，成为新的钻进难题。采用贯通式取心潜孔锤是
一种理想的钻进方法，利用中心通道下入炸药，钻具相当于
套管保护孔壁，成孔下药后，再提出钻具，安全可靠；
4、帷幕灌浆孔、集水井水平导水孔、隧道洞室管棚支护孔 等：用潜孔锤反循环钻进均可取得理想效果。
岩矿心采取好
由于钻进产生的岩(矿)心只有唯一的中心通道， 岩矿心采取率达98％以上；
孔内事故少
因钻压小，转速低，孔壁无流体扰动和冲刷， 孔底干净无沉渣，连续钻进回次进尺长，故大幅 度减少了孔内事故的发生； 钻孔垂直度好
冲击回转钻进，钻进规程参数小，以冲击为
主体积破碎岩石，因此钻孔不易弯曲；
孔口无污染
心，经潜孔锤贯通孔、双壁钻杆中心通道、双通道气水龙头中
心孔及鹅颈弯管9由排渣管8排出孔外，从而实现动力介质的反 循环，即贯通式潜孔锤反循环及连续取心钻进。
现场施工系统图 1一反循环钻头； 2一贯通式潜孔锤； 3一双壁钻杆； 4一黄河钻机； 5一进气胶管；
6一主动钻杆；
7一气水龙头； 8一排渣管；
9－鹅颈弯管；
取样器，完成动力及流体介质的反循环。潜孔锤钻
进中形成的岩矿心及岩渣屑经钻头底部间隙和扩压
槽随反循环流体上返，实现不停钻连续取心钻进。
1一天轮；2－鹅颈排心(样)管；3一双通道气水龙头；4－排心(样)管；5一取样器排 气(尘)管；6一旋流取心(样)器；7－钻机立轴；8一接心(样)桶；9－双壁钻杆；10－ 钻机；11一双壁钻杆锁接头；12－CQ-100／44贯通式潜孔锤；13一反循环柱齿合 金钻头；14－空压机；15、16－输送压气管路；17－空气储气罐
单次冲击功／J 165 冲击频率／Hz 18 耗气量／m3.min 5 19 9 11 12 13 14 18.8 17 16 18 268 4l0 534 640 720
16 17
第二节
钻进实例
一、复杂地层地质岩心勘探钻进实例 在复杂地层中的地质岩心勘探，通常表现为：
岩石坚硬，难于钻进；地层漏失，护壁困难，岩矿
2.59
2.59
2.59
3.52
3.52
5.44
表中数据清晰反映出即使钻孔直径较大时，采
用反循环钻进方法满足上返风速条件时所需供风量 依然很小。当选用的钻杆确定后，上返风速不随钻
孔直径改变而变化，只与供风量有关。实际钻进中，
反循环上返风速所需风量，已远远小于潜孔锤正常 工作所需的额定供风量。
1、在水文水井钻凿中的应用实例 钻进的现场施工系统见图5－4所示。空压机输出的压缩空 气，经贮气罐12由进气胶管5进入双通道气水龙头7，经双壁钻 杆3的环状断面通道，输入贯通式潜孔锤2后驱动活塞冲锤往复 运动，高速冲击反循环钻头1并产生巨大的冲击力破碎孔底岩 石，完成高速钻进。做功后的废气由钻头下部的排气孔高速排 出，在孔底形成低压区，经钻头底端面的排气槽进入钻头的中 心孔，以较高的风速和携屑能力将孔底的岩屑及钻进形成的岩
1、边坡加固及滑坡治理的锚杆孔工程、疏水孔工程：通常
其地层条件较复杂，易塌孔，目前多采用潜孔锤跟管钻进工
艺，钻进效率偏低，成本高。采用贯通式潜孔锤反循环钻进
方法，可较大提高钻进效率，降低钻孔成本； 2、坑道内的导水孔工程：用潜孔锤正循环钻进，粉尘不易 消除，环境污染严重。但若采用贯通式潜孔锤反循环钻进， 可根除孔口污染问题，并改善工作面作业条件，利于环保；
折断，形成短圆柱，能及时迅速排至地表； 判层准确、及时 潜孔锤钻进产生的岩渣(屑)颗粒大，产生的岩心
及时排至地表，地质人员几乎与孔底钻头同时接触同
一岩石，时效性强，可及时判层、及时采取相应的技
术措施和进行正确决策，提高工程质量；
不堵塞含水层裂隙，提高水井出水量
孔壁及含水层无岩渣或岩粉通过，并且潜孔 锤反循环钻进过程亦进行抽水洗井过程，利于疏 通含水层，省去了抽水洗井工序，并提高水井出 水量； 供风量减小 节省设备投资和降低空压机能源消耗；
GQ-100 ／ 44 型 贯 通 式 潜 孔锤反循环连续取心(样) 钻进的原理图： 1一排心(样)管； 2--双通道气水龙头； 3一鹅颈弯管； 4--进气胶管； 5一双壁钻杆； 6一逆止阀； 7一心管； 8一内缸； 9---活塞； 10---衬套； 11一反循环专用钻头
四、特点
1、潜孔锤及钻头在结构上均为中空式； 2、冲锤直接撞击钻头，能量传递效率高； 3、耗风量低，热功效率高，冲击能量大； 4、使用空气动力介质时，仍可使用各种液体冲 洗介质保护孔壁及岩心，这对在破碎复杂地层中 的应用具有特殊的意义； 5、与专用反循环钻头配套使用，不需封隔器可 稳定形成全孔反循环连续取心（样）钻进。
利于在干旱缺水地区施工
该项技术的动力介质是压缩空气，不需任何液 体介质或水，故利于干旱缺水、无水地区施工，能
节约钻进成本；空气钻进不受季节限制，可全天候
施工作业；即使在冬季或冷冻地层、永冻地区也可 正常钻进。
三、普通潜孔锤钻进基岩水井排渣的技术措施 1、增加空压机、增大供风量
设备投资大，钻进成本高；
要矛盾是：为满足排渣上返风速的要求时，供风量巨
大，远远超出潜孔锤本身工作的需求。如表中所列为
不同孔径条件下满足上返风速15m／s时对供风量的需
求，以Φ 89钻杆为例。
项
目 Φ 160 Φ 180 17.3
孔 Φ 200 22.7 12～14
径／mm Φ 220 28.6 Φ 250 Φ 280 38.6 49.8
10－空压机； 11一输风胶管；
12一贮气罐
2、钻进效果 钻进效率高
钻头为环状碎岩，且反循环排渣屑，孔底干净，
无重复破碎，因此，钻进效率大幅度提高，是普通潜
孔锤的3－5倍；
纯钻进时间利用率高
不需提钻取心，钻头寿命长，使纯钻进时间利用
率比其他方法有较大提高；
孔内排(渣)屑能力强
实施反循环钻进，压缩空气及流体介质沿钻具中
五、贯通式潜孔锤系列规格及主要技术参数
GQ100 GQ108 潜孔锤外径／mm 100 108 GQ127 GQ146 GQ160 GQ200 127 146 160 190 GQ250 242
贯通孔直径／mm
钻孔直径／mm
55
38
55
55
60
62
60
Baidu Nhomakorabea
105 112 －132 －132
132 152 165 200 250－ －152 －185 －200 －250 350 1052