空气锤研制及应用技术
空气锤
空气锤研制及应用技术中国石油勘探开发研究院机械所一、概况空气锤钻进方法是指用联接在钻头上的空气锤对钻具施加压力并同时回转，予钻头以高频冲击能量，进行孔底冲击回转钻井。
这种方法比一般回转钻进效率高，孔内事故少，工程成本低。
因此，空气锤钻进方法，在钻进中硬以上岩层的工程中正在扩大使用范围。
三十年代中期开始发展起来的空气锤，经过不断改进和完善，已经在一些发达国家广泛应用。
在上个世纪五十年代末已经开始用于深井钻进。
在此期间，美国在3000—3500m的深井中，成功地进行了空气锤的钻进。
在前苏联，1975年已有约30万米以上的工作量是用空气锤钻进完成的。
国产空气锤的使用，已有二十多年的历史。
1978年，在VIII~X级的凝灰岩和辉绿岩中钻成了三口水井，其深度分别为50.3、45.5和64m，这是我国用空气锤钻进最早的一次实践。
从这时起，国内在水文、地质、地面工程等领域开始广泛应用这一技术，并表现出该项技术具有强大的市场竞争力。
在石油钻进领域，我国在上世纪九十年代初，进行了一次探索性试验。
用英格索兰公司的空气锤，在井深1000米的井下钻进。
由于各方面技术条件限制，没有取得预期的效果。
由于石油钻探生产条件和技术条件与水文、地质勘探、地面工程不同。
因此，给空气锤在石油钻探领域的应用提出了新的要求。
本课题的目的就是根据石油钻探特点，研制出适合石油钻探的新型空气锤。
二、空气锤工作原理与性能参数1.空气锤的分类空气锤的结构形式很多。
按排气方式的不同，可分为中心排气式和旁侧排气式。
按配气装置的不同，可分为阀式和无阀式。
中心排气的阀式空气锤简称为阀式空气锤。
早期的空气锤均为阀式。
它具有结构简单，维修方便等优点，但功能特性不如无阀式空气锤。
特别是不能适应石油钻井要求的大排气量、高压力的条件。
中心排气的无阀式空气锤简称为无阀式空气锤。
它是一种结构简单而性能更为先进的空气锤。
其主要结构特点是利用空气锤本身结构的特点配气。
由于石油油井深，钻进时需要较大的气量携带岩屑。
空气锤钻井技术应用问题探讨
空气锤钻井技术应用问题探讨∗胡贵孟庆昆王向东（中国石油勘探开发研究院北京 100083）摘要：本世纪初，空气锤钻井技术在国内各大油田得到了广泛应用，在提高机械钻速、钻井防斜纠斜、提高油气资源的勘探开发速度方面表现出了极大的优越性。
2004年，国产KQC系列空气锤开始进入国内各大油气田，几年的应用中取得了一些佳绩，但是在超硬地层、井壁坍塌、潮湿地层、出水地层、漏失地层等中钻进还存在一定的问题，空气锤的使用范围和应用水平受到影响。
本文集中探讨了空气锤钻遇这些地层时出现的问题，并提出了问题的技术难点和解决方案，以便进一步提高空气锤钻井技术的应用范围和应用水平。
主题词：空气锤空气锤钻井技术空气钻井 KQC系列空气锤井壁坍塌倒划眼出水地层气体漏失0.前言空气锤钻井技术是一种利用高压可压缩气体介质传递能量实现空气锤对岩石的高频率冲击做功而进行破岩的钻井方式，是在空气钻井技术基础上发展起来的[1-3]。
国产KQC系列空气锤研制工作2003年在中国石油勘探开发研究院开始研究，历经6年，目前在油气田钻井提速和防斜纠斜的应用中已经取得了明显效果[1]。
在“龙岗39井”中，KQC系列空气锤单只钻头最高进尺达1899.35 m，日进尺最高达680 m，钻至目标地层后仍保持了良好的井径，保径效果非常明显,这大大刷新了钻井界的进尺和保径记录。
尽管如此，空气锤在油气田的应用中也存在一些提速不明显甚至空气锤无法正常钻进的情况，通常这些情况有以下几种:钻遇地层存在超硬岩石、KQC下入井段存在部分缩径而需要划眼、井壁出现坍塌时的钻进、钻遇出水地层无法钻进、漏失地层或喀斯特溶洞地层气体漏失严重等。
本文着重介绍了以上几种情况对空气锤正常钻进的影响，并提出针对性的建议和解决方案，对空气锤的进一步研究具有一定的参考价值。
1.空气锤基本结构空气锤的基本结构如图1所示，主要由后接头、配气座、活塞、尾管和钻头组成。
目前空气锤主要以气体作为驱动介质进行工作，气体通过后接头进入配气座，配气座将气流分为为两部分，一部分通过中心通道直接进入井底携岩，一部分进入空气锤前气室，并与后气室配合共同驱动活塞上下运动。
空气锤的锻造工艺流程
空气锤的锻造工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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在开展空气锤锻造之前，需做好充分的准备。
精简版空气锤钻井技术
转速过小，空气锤两次冲击之间的 扇形区域较小，容易导致空气锤钻 头齿重复破碎，影响机械钻速； 空气锤钻头重复破碎容易导致空气 锤钻头齿掉入已钻的凹坑内，导致 钻头齿的埋齿，严重时导致断齿掉 齿。
2020/4/13
中国石油勘探开发研究院工程技术研究所
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空气锤钻井对转速要求
根据现场空气锤应用经验，一般转速根据以下公式加载：
R=b*ROP
其中： R：转速，r/h; b:转速系数， r/m,一般取96； ROP：钻进机械钻速，m/h；
空气锤机械钻速为30 m/h 钻进时，推荐加载转速应为2880r/h，即为： 48 r/min。
2020/4/13
中国石油勘探开发研究院工程技术研究所
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空气锤钻井对气量要求
立压与气量： ● 立压的主要作用是克服压缩空气在循环过程中的沿程损失和局部损 失。 ● 立压过低，空气锤的冲击频率和冲击能都较低，影响钻速。立压过 高，对空压机的要求将提高。同时在换单杆时注气的时间较长，影响 钻井周期。一般立压大概在1.5-3Mpa之间最好。 ● 气量的作用是为空气锤提供活塞运动的能量和井底携屑以及冷却钻 头。气量的选取首先应满足所钻井眼所需的气量,其次根据所需气量 和井眼大小来选择匹配。注气量一般在80-270m3/min不等。
根据现场空气锤应用经验，一般钻压根据以下公式加载：
F=a*D
其中： Ｆ：钻压，kN; a:钻压系数， kN/mm,一般取0.09； D：钻头的尺寸，mm；
当然上述公式也不是绝对的，现场作业时只是作为推荐值。一般维 持在推荐值左右为好。
312mm的空气锤钻头钻进时，加载钻压推荐值应为312*0.09， 即为：28KN，即为2.8T。
空气锤钻井技术定义
空气锤研究报告
空气锤研究报告空气锤研究报告摘要：空气锤是一种重要的施工工具，在建设领域中应用广泛。
本次研究对空气锤的结构、工作原理以及使用注意事项进行了探讨和分析，并对其性能和优缺点进行了评价。
研究结果表明，空气锤具有结构简单、使用方便、效率高等优点，但也存在噪声大、振动强、易出现故障等缺点。
因此，在使用空气锤时应注意安全、维护和保养等方面，以提高其使用寿命和施工效率。
关键词：空气锤；结构；工作原理；性能评价；注意事项一、引言空气锤作为一种重要的施工工具，广泛应用于建设领域中的钢筋混凝土、岩石爆破、拆除等工作，具有效率高、使用方便的特点。
本次研究对其结构、工作原理以及使用注意事项进行了探讨和分析，并对其性能和优缺点进行了评价，以期为研究者和使用者提供参考。
二、空气锤结构空气锤的结构较为简单，主要由气缸、活塞、活塞杆、锤头、阀门等几个部件组成。
其中，气缸和活塞是核心部件，它们的直径和长度决定了空气锤的能力大小。
锤头则是安装在活塞杆末端的部件，其质量和形状也会影响到空气锤的工作效率和寿命。
三、空气锤工作原理空气锤是一种以压缩空气为动力源的机械机器，在工作时，空气压缩机产生的压缩空气通过管道输送到气缸内，推动活塞往复运动。
当活塞运动到极限位置时，气体压力骤然下降，从而引起活塞杆和锤头的弹簧反作用力，产生打击动作。
这一过程不断重复，形成附加动能，以实现锤击等工作。
四、空气锤性能评价1. 优点（1）结构简单，使用方便。
（2）能够承受高的压力和频繁的工作，效率高。
（3）适用范围广泛，使用工艺灵活。
2. 缺点（1）噪声大，影响工作环境。
（2）振动强，对工人身体健康有影响。
（3）易出现故障，需要定期维护和保养。
五、使用注意事项1. 安全在使用空气锤前，必须进行全面的安全检查，确保空气锤的各项部件都处于良好状态。
同时，操作人员必须佩戴整齐的劳动服和安全防护用品，以防止伤害和事故发生。
2. 维护为了延长空气锤的使用寿命，须定期进行维护和保养，并注意清理锤头和活塞杆上的油污和碎石。
分体空气锤技术要求
分体空气锤技术要求一、基本性能。
1. 打击力量。
这空气锤啊，打击力量可得够劲儿。
至少得能把一块厚实的铁块轻松地敲打出个形状来。
就好比你要锤一个调皮捣蛋的小铁疙瘩，一锤下去，它就得乖乖听话变形。
打击力得稳定，不能一会儿像大力水手吃了菠菜，一会儿又像没吃饱饭的小蚂蚁，忽大忽小可不行。
2. 工作频率。
工作频率就像是它干活的节奏。
不能太快，快得像抽风似的，咱操作人员眼睛都跟不上；也不能太慢，慢得像树懒爬树，那效率得多低啊。
得有个合适的频率，就像人走路，一步一步稳稳当当又不拖沓。
3. 行程。
空气锤的行程要合理。
就像你伸手去够东西，太短了够不着，太长了又白费力气。
行程得保证在锤击的时候能充分发挥它的打击效果，不多不少刚刚好。
二、结构部分。
1. 分体设计。
既然是分体的，那各部分得配合默契，就像一对好搭档。
分体的连接要牢固，不能干活的时候像两个闹别扭的小伙伴，动不动就散架。
而且分体之后，各个部分的搬运和安装得方便，不能搞得像搬一座大山似的，累死人。
2. 锤体。
锤体得结实耐用，就像一个硬汉。
不能是那种弱不禁风的，锤几下自己就先坏了。
表面要光滑，可不能坑坑洼洼的，不然就像长了满脸麻子的脸，看着就不舒服，而且还容易藏污纳垢，影响使用寿命。
3. 气缸。
气缸可是空气锤的动力源泉啊。
气缸的密封性要好，不能像个漏勺一样到处漏气。
要是漏气，就像人喘不上气来，没力气干活了。
而且气缸的材质要靠谱，得能经受住空气的压力和频繁的工作，不能轻易就变形或者损坏。
三、操作与安全。
1. 操作方便性。
操作这空气锤得简单易懂，不能搞得像解复杂的数学题一样。
各种操作按钮、手柄啥的，得让人一看就知道怎么摆弄。
就像玩游戏一样，简单上手，不需要研究半天说明书。
2. 安全防护。
安全可不能马虎。
要有足够的防护装置，防止那些调皮的小铁块或者其他东西在锤击的时候飞出来伤人。
这就好比给空气锤穿上一层盔甲，不仅保护它自己，也保护周围的人。
而且在操作过程中，要有防止误操作的设计，不能让人一不小心就按错了键，引发危险。
空气锤发展和应用研究
红
摘要 ： 详细论 述 了空 气锤 在 国 内外 的发展 和应 用 ， 并对 其 结构类 型进行 了总体 分析 。介绍 了贯 通式 反 循环 空 气锤 、 泡沫潜孔锤 、 单体 大直径和 集束 式 空气锤及 空 气锤 钻水 平段 的发展 、 应 用和现状 。
关键词 ： 空气锤 ； 贯 通 式反 循 环 ； 泡 沫潜孔锤 ； 大直径 ； 集束 式 ； 水 平井 中 图分 类号 ： Ｔ Ｅ ９ ２ １ 文献标 识 码 ： Ａ
Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＤＴＨ Ｈａ ｍ Ｕ Ｑｕ ａ ｎ — ｐ ｉ ｎ ｇ ， ＹＡＮ Ｈｕ ｉ — ｒ ｏ ｎ ｇ ， Ｍ ＥＮＧ Ｙｉ ｎ ｇ — ｆ ｅ ｎ ｇ ， Ｌ Ｉ ＡＮＧ Ｈｏ ｎ ｇ
２ ０ １ ３ 年 第 ４ ２ 卷 第 １ １ 期 第 ｌ ６ 页
石 油 矿 场 机 械
ｏＩ Ｌ Ｆ Ｉ ＥＬ Ｄ Ｅ ＱＵＩ Ｐ Ｍ ＥＮＴ
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ３ ４ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ － Ｏ ０ １ ６ － ０ ４
空气 锤 发 展 和应 用 研 究
Ｇｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｘ ｐ ｌ ｏ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄｕ ６ １ ０ ５ ０ ０， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ｄｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｅ ｓ ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｉ ｎ ｇ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ＤＴＨ ｈ ａ ｍｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｈ ｏｍｅ ａ ｎｄ ａ ｂｒ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｄｅ ｔ ａ ｉ ｌ ， ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｉ ｔ ｓ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｎｄ ｔ ｙ ｐｅ， ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｎ ｄ ｉ ｓ ｓ ｅ ｒ ｔ ｓ ｏ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏｐ ｍｅ ｎｔ ， ａ ｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ ｕｓ ｏｆ ｔ ｈｅ ｈｏ ｌ ｌ ｏｗ— ｔ ｈｒ ｏｕ ｇｈ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｖｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ＤＴＨ ｈａ ｍｍｅ ｒ ， ｆ ｏ ａ ｍ ＤＴＨ ｈａ ｍｍｅ ｒ ， ｌ ａ ｒ ｇ ｅ — ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ｕｓ ｔ ｅ ｒ ， ｈ ｏ— ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｗｅ ｌ １ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ＤＴＨ ｈａ ｍｍｅ ｒ ； ｈ ｏｌ ｌ ｏ ｗ— ｔ ｈｒ ｏ ｕｇ ｈ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｆ ｏａ ｍ ＤＴＨ ｈａ ｍ ｍｅ ｒ ； ｌ ａ ｒ ｇｅ — ｄ ｉ — ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ： ｃ ｌ ｕｓ ｔ ｅ ｒ ； ｈ ｏｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｗｅ ｌ １
空气锤研究报告
空气锤研究报告空气锤是一种利用气体压力和速度做功的工具，主要用于冲压、钻孔、打磨、打击等工业领域。
本报告将围绕着空气锤的工作原理、结构特点、应用场景以及发展前景等方面展开研究。
一、工作原理。
空气锤的工作原理主要是利用气体的压力和速度来实现加工作用。
经过压缩机等设备压缩后的空气，流过排气管道、节流口，并进入空气锤内部的活塞室。
在支撑活塞的阀门关闭时，高压气体在一瞬间迅速流过锤体中的节流口，形成一个气流将活塞向下推。
当活塞下降到一定程度时，阀门会打开，使气体流经活塞室，并将活塞向上推。
不断重复这个过程，便可以实现气动锤的打击作用。
二、结构特点。
空气锤的结构主要由锤体、阀门、节流部位、气缸、活塞、前端工具等组成。
其中最重要的部分是阀门和节流口，它们可以控制空气流量和压力，从而实现气氛锤的打击作用。
除此之外，活塞的材料选择和加工工艺也会直接影响到空气锤的效能。
三、应用场景。
空气锤由于其轻便、方便和灵活，广泛运用于各种工业领域。
比如，汽车维修、铁路道岔维修、桥梁建设、机械制造、金属冲压、打磨、钻孔等等。
无论在建筑、制造还是维修领域，空气锤的作用都是不可替代的。
四、发展前景。
虽然空气锤在工业制造中占据了重要地位，但是随着科技的发展和人们对效率的追求，工业锤也在不断改进和完善。
目前，一些先进技术，比如可编程器控制、增加物料、预测性维护等，都可以被应用到气动锤的制造中。
预计在未来的几年内，空气锤将不断发展壮大，成为工业加工领域的重要组成部分。
以上便是本报告对于空气锤的研究，相信随着科技和制造工艺的不断进步，空气锤的应用范围和领域将会越来越广泛。
空气锤的传动机构设计
将输入轴的旋转运动传递到输出轴，实现动能的传递和转换，以驱动空气锤的锤头进行往复运动。
传动机构的设计流程
确定传动方式
根据工作需求，选择合适的传动 方式，如齿轮传动、带传动等。
设计传动机构
根据选定传动方式，进行传动机 构的设计，包括齿轮参数、轴承
选型等。
校核与优化
对设计出的传动机构进行强度、 刚度校核，并根据校核结果进行
04
传动机构材料选择
材料的基本要求
高强度
01
能够承受高冲击力和振动，保持结构的稳定性 和可靠性。
耐磨损
02
能够抵抗锤击和摩擦，减少磨损和疲劳断裂。
耐腐蚀
03
能够抵抗空气中的水分、氧气和酸碱等腐蚀介 质，保持长期使用性能。
轻量化
04
在满足性能要求的前提下，尽量采用轻量化材 料，以减小整体重量和能耗。
齿轮传动
利用齿轮之间的啮合传递动力，具有 传动效率高、结构紧凑等优点，适用 于高转速、大功率的场合。
链传动
利用蜗杆与蜗轮之间的啮合传递动力 ，具有传动比大、传动平稳等优点， 适用于中低转速、中等功率的场合。
带传动
利用带与带轮之间的摩擦力传递动力 ，具有缓冲减震、结构简单等优点， 适用于中低转速、中等功率的场合。
02
选用耐磨、耐高温的材料，降低磨损。
传动系统减阻
03
优化齿轮和轴承的装配，减少运动阻力。
降低噪音的方案
振动控制
通过增加减震装置或优化结构，降低振动产 生的噪音。
声学设计
对传动机构进行声学优化，减少噪音辐射。
润滑油选择
选用低噪音润滑油，减少齿轮和轴承运转时 的噪音。
06
பைடு நூலகம்
空气锤应用
1380.83m（单只钻头）
纯钻时间： 81小时16分
平均机械钻速：16.99米/小时
钻进参数：
耗气量：100～120米3/分
钻压： 3～5吨
转速： 50～80rpm
立压： 5.5～6.5MPa
8
“七北101井”与邻井“七里北1井”同井段进度的比较表
井段 (m)
0～30.00 ～320.23 ～472.00 ～675.5 ～2056.35
1763.87-2111.45米、 346.58米
3064.523276.18m
井斜角由14.01 度降至7.21度
516.96-1381米、 864.04米
807.77-2520.59米、 1712.82米
累计钻时
平均 机械钻速
3小时 33.93米/小时
81小时16分钟 16.99米/小时
11小时40分钟 29.73米/小时
联接方式 使用寿命
KQC275 12 ¼ 275 3
90—120 30—80
3—5
618
7 5/—90 30—80 2—3
277
API4 1/2(外) 不低于50小时
KQC135 6 135 3
48—52 30—80
2—3 106 API3 1/2 (外)
3
1 特点
1.2 适用的地质条件
坚硬、干燥的地层 非常规裂缝地层 水敏性强的地层 严重缺水的地区 非产油（气）地层
4
2 空气锤的技术指标
2.1 结构与原理
空气锤采用无阀式中心排气结 构；中心排气结构可以保证有 足够的气量直达井底，冷却钻 头和深井携屑；无阀式结构的 配气气路简单，减少了气体压 力的损失，提高了冲击效果
应用于油田气体钻井中的空气锤
应用于油田气体钻井中的空气锤研制及现场应用孟庆昆王向东于兴胜（中国石油勘探开发研究院勘探与生产工程监督中心）摘要空气锤钻进技术属气体钻井技术的一个分支，它是将压缩空气既作为洗井介质，又作为破碎岩石的能量。
在油田气体钻井中应用空气锤钻进技术能显著提高机械钻速，并且随着钻井深度的增加对钻速影响很小；空气锤钻进要求的扭矩和钻压较低，可以减少井内钻杆的磨损和折损事故的发生；另外，井底清洗及冷却条件好，延长了钻头的使用寿命，因此，在许多方面优于目前油田使用的常规气体钻进技术。
针对四川、塔里木、长庆等油（气）田对空气锤钻进技术应用的迫切需求，2004年中国石油勘探开发研究院研究人员应用计算机技术，通过反复计算，确定了空气锤的相关结构参数，研制出KQC275、KQC180和KQC135三种型号空气锤及配套钻头，以适合不同井段的需要。
研制成功的具备大气量、高承压能力的空气锤是具有独立知识产权、应用于油田气体钻井中的专用钻井工具。
引言上世纪五十年代末，在一些发达国家中广泛应用的空气锤钻进技术，经过不断地改进和完善，已经不仅应用于水文、地质勘探及地面工程等浅层钻井中。
此时，美国在3000—3500米的深井中，成功地进行了空气锤钻进技术的应用。
空气锤钻进技术在我国地质勘探工程的正式应用开始于1978年。
但由于受到油田气体钻井生产条件和技术条件的限制，直至本世纪初空气锤钻进技术在油田气体钻井中的应用仍是空白。
近年来，随着石油钻采技术的发展，设计与制造水平的提高，为应用于油田气体钻井中的空气锤研制提供了技术保障；而国内油田气体钻井对新工艺、新设备的实际需求，为空气锤技术提供了广阔的应用市场。
应用于油田气体钻井的空气锤的结构与工作原理1、空气锤的结构由中国石油勘探开发研究院研制并应用于油田气体钻井中的空气锤采用了无阀式中心排气结构。
中心排气结构可以保证有足够的气量直达井底，起到冷却钻头、清洗井底的作用；无阀式结构的配气气路简单，减少了气体压力的损失，有效地提高了冲击效果。
空气锤教程
空气锤教学内容基本内容空气锤空气锤（Air Hammer）是自由锻造机器的一种。
它有两个汽缸，压缩汽缸将空气压缩。
通过分配阀送入工作汽缸，推动活塞连同锤头作上下运动起锤击作用.操作灵活，广泛用于中小型锻件的生产。
发展历史自从1855年法国人费昂泰尼莫鲁(Fontainmoreau)第一个在天下上取得发明专利权气动打击凿岩机以来，破碎岩石经历了低频打击破碎，旋转压力破碎，高频打击回转破碎几个阶段.当代使用在石油打井，而在本日，在一些砾岩、花岗岩等牢固地层中钻进时，旋转压力钻井这种研磨式切削式的钻井要领的钻进效率较低，而对钻头的压力要求又使得钻进进程中容易出现井斜，因而出现了高频式的打击回转钻井要领——空气锤钻井技能。
空气锤钻井技能，是一种利用气体能量实现高频率打击做功而举行破岩的钻井要领，是在空气钻井技能根本上生长起来的。
其基源头根本理是利用高压气体的压缩膨胀时，将能量转达到空气锤，空气锤再将能量转化为打击能(波)运送给回转中的钻头，以实现钻头的打击破岩进程。
空气锤工作原理示意图电动机通过减速机构和曲柄，连杆带动压缩气缸的压缩活塞上下运动，产生压缩空气。
当压缩缸的上下气道与大气相通时，压缩空气不进入工作缸，电机空转，锤头不工作，通过手柄或脚踏杆操纵上下旋阀，使压缩空气进入工作气缸的上部或下部，推动工作活塞上下运动，从而带动锤头及上砥铁的上升或下降，完成各种打击动作。
旋阀与两个气缸之间有四种连通方式，可以产生提锤、连打、下压、空转四种动作。
空气锤工作原理示意图电动机通过减速机构和曲柄，连杆带动压缩气缸的压缩活塞上下运动，产生压缩空气。
当压缩缸的上下气道与大气相通时，压缩空气不进入工作缸，电机空转，锤头不工作，通过手柄或脚踏杆操纵上下旋阀，使压缩空气进入工作气缸的上部或下部，推动工作活塞上下运动，从而带动锤头及上砥铁的上升或下降，完成各种打击动作。
旋阀与两个气缸之间有四种连通方式，可以产生提锤、连打、下压、空转四种动作。
锻造空气锤的工作原理
锻造空气锤的工作原理
锻造空气锤是一种广泛应用于金属锻造行业的重要工具。
它由一台压
缩空气机和一个空气锻造锤构成，整个系统的工作原理十分简单，但
却十分有效，下面我们来介绍它的工作原理。
一、锤头构造
锤头是锻造空气锤最重要的组成部分，锤头包括锤柄、锤头身以及锤
头面部。
锤头身上一般装有气缸，气缸需要消耗压缩空气产生冲击力。
二、压缩空气机
锻造空气锤的压缩空气机提供气源，将外界空气压缩成高压气体，然
后经过管道输送到锤头处，供锤头产生冲击力使用。
三、气控系统
气控系统是整个锻造空气锤中的重要部分，它通过管道将压缩空气传
输到气缸中，控制气缸中的空气压力和冲击力的大小。
四、工作时的运作原理
当出现待锻造的金属坯料时，工人需要用机械手将其放在锻造空气锤
的驱动平台上。
然后工人启动设备，气控系统控制高压气体进入气缸中，产生一定大小的冲击力，驱使锤头向下猛力冲击金属坯料。
在冲击过程中，坯料被强烈挤压，金属的晶粒结构得到了进一步的变形，使其收缩性更加增强。
锤头发出有规律的敲击声，渐渐地将坯料
锻造成所需形状，当锤头抬高时，金属坯料也跟着升高，这便完成了
一次锤击。
总之，锻造空气锤的工作原理是通过高压气体控制锤头运动，使其产生冲击力，并驱动金属坯料进行锻造加工，是一种快速高效并且性能稳定的金属成型工具。
AH空气锤工作原理
一、产品简介
AH(AH-30,AH-40,AH-60,AH-80)系列单击式空气锤是利用锤头内部有一强磁力磁铁，在未动作前，磁性锤头紧贴在磁力基板上，当三通电磁阀通电，进气压力大于贴合磁力时，磁性锤头高速脱离基板，向底部冲击;冲击后，三通电磁阀断电，产品内气体排除，锤头复位。
而空气锤的冲击力传递到管道或桶仓壁，使物料能够顺利流动。
广泛应用于化工、化肥、农药、水泥、燃料等粉类加工行业。
二、产品特点
有效清堵，辅助物料流动；容器或模具中的物料捣实
冲击力与冲击间隔时间可调
可瞬间启动或停止，无马达振动器的惯性现象
不需要电源，防爆场所亦可使用
体积小，安装容易
1。
空气锤钻井技术研究.ppt
空气锤钻井技术优点
应用空气锤钻井技术的优点
“一保护二高三低”
“防斜打快”
空气锤钻井技术优点
应用空气锤钻井技术的优点（防斜打快）“一保护二高三低” 保护油气层：采用气体作为钻井介质，减少了对地层的损害，保护了油气层。“保护储层” 机械钻速：在硬质地层中的机械钻速达到；“高钻速” 保径能力：空气锤钻头具有较好的井眼直径保持能力，具备了长井段井径保持能力。目前保径记录已达到单只钻头钻进时不缩径；“高保径” 防斜纠斜：空气锤具有天生“打直”的功能，纠斜性能较好，尤其是在高陡构造中钻进就有绝对优势。“低井斜” 低钻压：空气锤所需要的钻井较低，一般在1-3 T之间，一方面提高了机械钻速，另一方降低了钻具的弯曲折损事故。 “低钻压” 转速低：一般转速要求在20-50 r/min之间，转速低一方面降低了钻具的扭矩，另一方面减小了钻杆的磨损。“低转速”
KQC系列空气锤研究成果
空气锤保径性能研究 对空气锤的磨损机理进行了研究； 加强材质的选择，对钻头齿材料选择复合结构材料； 加强了结构设计，采用具有保径功能的钻头，特别是“三翼面”保径结构，使得钻头的保径效果大大提高，同时提高了钻头的使用寿命。
柱面
保径齿
空气锤钻井对转速要求
空气锤钻井主要以冲击动载来破碎岩石,回转仅是为了改变钻头齿破岩的位置,所以合理的回转速度应保证在最优的牙齿冲击间隔范围内破碎岩石。
1.外套筒 2.活塞 3.钻头 4.复合球齿 5.钻头底面
空气锤钻井对转速要求
转速过大 转速过大，空气锤钻头齿线速度增加，尤其是外排齿的线速度增加，空气锤磨损作用加强，影响其使用寿命； 两次冲击的扇形区域增大，依靠回转剪切的扇形区域岩石增多，空气锤钻头的回转扭矩增加，载荷增大。加重对空气锤钻头齿的磨损，影响空气锤钻头的使用寿命。
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回转速度过快，会使冲击碎岩的作用减弱，而且容易造 成钻头的强烈磨损，使冲击碎岩转为切削碎岩，钻进效 率也会大大降低
实际操作参考范围：软岩层：50～70rpm；中硬岩层：
40～60rpm；硬岩层：30～50rpm
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钻压
钻压是为了克服活塞下行时在气缸内向上的推举力，确 保冲击功有效地传递给钻头，进行冲击破岩
➢ 欠平衡气体钻井技术的发展，为空气锤技术在深井中的应 用提供了市场。
➢ 2003年中国石油勘探开发研究院开始了对油田气体钻井中
应用空气锤技术的研究工作。
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二、技术特点
➢ 空气锤钻进技术是气体钻井技术的一个分支。 ➢ 区别于牙轮空气钻进的切削破岩，空气锤钻进为
冲击破岩，机械钻速快。 ➢ 转速、扭矩和钻压较低，不易井斜，减少了井下
和行程成正比；在活塞有效面积和行程确定的情况下，提高风 压是增大冲击功的有效手段
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冲击频率
冲击频率是指活塞每分钟对钻头的冲击次数 在计算冲击频率时，设定活塞在风压作用下，初速为零、等加
速度运动
60
60
f
T 1 K1 K2
P1 2Sm
Kf
(D2 d12 ) p0 （次/min）
8Sm
式中：m为活塞的质量(kgf·s2/m，1Kgf·s2/m=9.81Kg) ； Kf是与活塞工作循环时间有关的系数，取值19～25之间。
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KQC系列空气锤的技术指标
产品型号 配用钻头（英寸） 空气锤外径(mm) 风压(MPa) 供风量(m3/min) 转速(rpm) 钻压（KN） 重量(不含钻头)(Kg) 联接方式 使用寿命
空气锤研制与应用技术
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目录
一、研究背景 二、技术特点 三、结构与工作原理 四、技术指标与试验曲线 五、现场试验与应用成果 六、问题及措施 七、进一步研究方向
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一、 研究背景
问题的提出
➢ 玉门油田“窿9井”遇到的问题：钻井速度慢、井 斜
➢ 为解决上述问题，中石油集团公司在“窿9井”实 施了空气钻井试验；并根据试验情况，提出了一 系列有针对性的研究课题
钻压太大会引起钻头的过早磨损，甚至球齿脱落，造成 空气锤回转困难
钻压太小会影响冲击功的有效传递 钻压的大小可参考如下数据：钻头外径每增加1英寸，钻
压增大0.25～0.4吨；如KQC275空气锤携带12¼”钻头时， 钻压一般为3～5吨
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供风量
空气锤钻进时，压缩空气有两个作用，一是提供空气锤活塞运动 的能量，二是携带岩屑和冷却钻头，因此，供风量是空气锤性能 决定的耗风量与保证钻杆环空上返风速的耗风量总和
事故。 ➢ 大耗风量和高承压能力，保证深井携屑，提供足
够的冲击能量，加快机械钻速。
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三、结构与工作原理
➢ 应用于油田气体钻井的空气锤采用无阀 式中心排气结构；中心排气结构确保有 足够的气量直通井底，冷却钻头及深井 携屑；无阀式结构配气气路简单，减少 了气体压力损失，提高了冲击效果。
➢ 工作原理：使用空气锤钻进时，用地面 钻机通过钻杆对井底施加压力和转矩， 用压缩空气驱动空气锤对岩石进行冲击 破岩，实现冲击回转（“冲旋”）钻进。
岩屑在空气流介质中，因本身的粒度、密度和形状的不同而具有 不同的自由悬浮速度，因此，钻井环形空间内的上返风速必须大 于岩屑的悬浮速度
Q 60K (D 2 d 2 )V 4
（m3/min）
式中： Q为保证岩屑上返风速需要的耗风量（m3/min）；V为气流
的上返风速，一般取l5～25m/s；D 为井眼直径（mm）；
d 为钻杆外径（mm）；K为孔深修正系数（一般孔深在100～
200m 时，K=1.05～1.1；孔深500m时，K =1.25～1.3；孔深
1000m时，K =1.5～1.55）
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风压
密切注意钻进中风压的变化，掌握空气锤钻进情况与工作
状态
空气锤钻进时的风压变化规律如下图：0－t1为开始供气， 风压上升至P1；t1— t2为吹孔状态，风压稳定在P1上；t2－ t3为空气锤降至井底，风压迅速上升到P2，空气锤进入正 常工作状态；t3— t4为空气锤正常工作状态，风压稳定在 P2上，井底排屑畅通；t4— t5将空气锤钻头提离井底，空 气锤又进入吹孔状态，风压降至P1
由上式得知，在风压一定的情况下，冲击频率大致与活塞直径 成正比，与活塞行程的平方根成反比。空气锤外形尺寸确定后， 较高的风压使空气锤产生较高的冲击频率。
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转速
转速对钻进速度和延长钻头寿命起着重要的作用
空气锤回转目的是为了改变钻头上球齿的破岩位置
回转速度过慢，会产生重复破碎，影响钻进效率的提高， 而且钻头上的球齿会打入之前冲击过的坑穴中，造成回 转困难
A
K AP1S
4
(D2
Байду номын сангаас
d12 )K A
p0S
(kgf·m)
式中： P1为作用在活塞上端的力（kgf） p0为风压(kgf/cm2) D为活塞直径(cm)
d1为活塞与配气座配合处直径(cm) S为活塞的设计行程(m)
冲击功计算示意图
KA为冲击功修正系数，为0.45～0.55 由上式得知，在风压一定的情况下，冲击功与活塞的有效面积
空气锤正常钻进时风压变化规律图
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风压
送风量较小或井底排屑不畅时，钻屑产生积累，风压 逐渐升高，如下图所示
这时应上提钻具，使空气锤由冲击工作状态转变为强 吹井底状态，依靠送气管路中能量的突然释放，产生 短时间高速气流，将积存的钻屑喷出
待气压下降后再放下钻具，继续钻进
空气锤钻进时井内积存岩屑引起的气压变化图
窿9
3
一、 研究背景
空气锤技术在国内外的发展状况
➢ 上世纪30年代中期发展起来的空气锤，经过不断改进和完 善，已经在一些发达国家广泛应用。
➢ 上个世纪50年代末已经开始用于深井钻进。例如，美国在 3000—3500米的深井中，成功地进行了空气锤的钻进。
➢ 上世纪70年代，空气锤钻进技术引入我国；并不断发展和 完善，在水文、地质勘探及地面工程等浅井中广泛应用。
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空气锤动画模拟
空气锤钻进中的关键位置
下止点
上止点
停钻 7
四、技术指标与试验曲线
空气锤钻进效率的高低，不仅取决于空气锤及 钻头的性能参数，而且还需要做到合理操作， 选用正确的钻进参数 ➢ 性能参数——单次冲击功、冲击频率 ➢ 钻进参数——转速、钻压、供风量和风压
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单次冲击功
空气锤的单次冲击功表明了空气锤工作的能力 在工作行程接近终了时，活塞所具有的冲击功为