文档介绍：2017/11/12
工程钻探
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1 冲击回转钻进工艺原理
2 常用冲击器分类、结构及工作原理
3 冲击回转钻进用钻头
4 冲击回转钻进规程
5 冲击回转钻进应用范围
岩心钻探钻进方法4-冲击回转钻进
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●最早的雏形为手持钎杆人工锤击凿岩,嗣后发展为在回转钻进基础上增加冲击器,形成以纵向冲击和回转切削共同破碎岩石的钻进方法。
●目前有两大类冲击回转钻进机构:顶驱式和潜孔式。
●潜孔式冲击回转钻进的核心器具是冲击器,根据驱动介质类型可分为液动冲击器、气动冲击器、机械冲击器等。
●液动冲击器以高压水或泥浆作为驱动介质。1887年就获得专利,但实际到20世纪50年代,前苏联和中国才开始研究并在地质取心钻探中广泛采用。
●气动冲击器也称为风动潜孔锤,是用压缩空气作为驱动介质,多用于全面钻进。
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1 冲击回转钻进工艺原理
冲击回转钻进是钻头在静压作用下进行回转,同时施加纵向冲击动载,从而形成以回转切削和纵向冲击相结合的碎岩钻进方法。
1. 定义:
一些冲击钻进(如钢绳冲击钻进)中虽然有孔内钻具或钻头的回转,但未主动施加回转外载荷,只是变换冲击位置。所以将其划分为纯粹的冲击钻进。
钢粒、硬合金和金刚石钻进中,也会因各种原因产生振动,但未主动施加冲击外载,所以是纯粹的回转钻进。
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2. 与冲击回转钻进有关的岩石破碎机理研究结论
①冲击动载作用下岩石易产生大剪切破碎,这对硬岩(特别是粗颗粒硬岩)效果更为明显;
②在有一定预压下冲击破碎岩石,岩石的强度要降低50—80%;
实验证明,对同种岩石,冲击载荷破碎的坑穴远大于静压载荷破碎的坑穴。这可用岩石的剪切强度只是抗压强度的1/6—1/12进行解释。
实验证明,同样是冲击破碎岩石,有预压条件比无预压条件的强度要低的多。
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④切削具在动载作用时与岩石接触时间短,磨损小。
③岩石在动载作用下脆性增加,有利于裂隙发育和脆性破碎;
实验证明,静载作用下不产生破碎坑穴的岩石,如孔隙性石灰岩,在动载作用下产生了破碎坑穴,说明岩石脆性增加。
⑤岩石在动载下强度、硬度和破碎比功都增加。
磨损量与摩擦功成正比,摩擦功与摩擦时间成正比,所以,摩擦时间越长,磨损量越大。
大量试验证明,岩石的动硬度高于静硬度。
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3. 冲击回转钻进碎岩过程
图(a):静压回转钻进。
钻头在静压和回转两种外力作用下向下螺旋钻进。
图(b):冲击钻进。
钻头在唯一冲击力作用下上下运动。
图(c):冲击回转钻进。
钻头在静压力、回转扭矩和冲击力三种外载共同作用下向下螺旋钻进。
最优冲击夹角
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◆在坚硬、脆性的岩石中钻进,岩石破碎主要是冲击力的结果。

冲击回转钻进钻遇岩石性质不同时,静压力、回转扭矩和冲击力三种外载荷在碎岩过程中发挥的作用不同。
静压力因为不可能达到压入破碎岩石的应力要求,所以,它主要的作用是克服冲击反弹,保证冲击能量的传递。
回转扭矩所起的作用是将裂隙发育的岩石剪切掉,同时变换切削具的冲击位置。
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◆在中硬、塑性的岩石中钻进,岩石破碎主要是静压力和回转扭矩的结果。
在塑性岩石中钻进,因为冲击器的冲击能量大部分被岩石塑性变形所吸收,所以,它不可能对岩石破碎起到主要作用。
这时静压力使切削具吃入岩石,回转扭矩使切削具剪切岩石,冲击力只起到促进岩石裂隙发育、脆性增加的辅助碎岩效果。
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由于在两类岩石中三种外载荷各自发挥的作用不同,决定了在两类岩石钻进中所用的规程参数不同。
在坚硬、脆性的岩石中钻进:要注重发挥冲击器的作用,并且注意回转速度与冲击频率和冲击功的配合,将其控制在两次冲击之间的夹角上。
在中硬、塑性的岩石中钻进: 对冲击频率和冲击功的要求不高,主要是应将钻压加得足够,保证切削具吃入岩石的深度足够。此时,对转速的控制就并不要求合理的冲击夹角了。
◆两类不同岩石中的不同破碎机理,决定了采用的工艺规程参数应当不同。
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常用冲击器分类、结构及工作原理
冲击回转钻进的纵向冲击动载是由安装在靠近钻头的专门的冲击器产生的,根据冲击器的驱动方式,一般将冲击器分为以下几类:
冲击器分类
②气动冲击器——以压缩空气为动力介质。这类冲击器习惯称为“潜孔锤”,在全面钻进钻孔施工中使用最多,如锚固孔施工。
①液动冲击器——以高压液体(水或泥浆)为动力介质。这类冲击