第六章冲击回转钻进与冲击振动钻进.ppt

中国地质大学勘查教研室 第六章 冲击回转钻进与冲击、振动钻进 冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达到破碎坚硬岩石的效果。 冲击回转钻进最适用于粗颗粒的不均质岩层，在可钻性Ⅵ～Ⅷ级，部分Ⅸ级的岩石中，钻进效果尤为突出。 冲击回转钻进不仅应用于硬质合金钻进，还应用于金刚石钻进及牙轮钻进。 冲击回转钻进不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决“堵心” 、“打滑”、“防斜”等问题。 在岩土工程的大口径施工中也有用武之地。 冲击回转钻进的核心部件是冲击器，根据驱动介质类型可分为液动冲击器和气动冲击器。 液动冲击器以高压水或泥浆驱动，对中硬以上岩石比单纯回转钻进有明显优势，还可与绳索取心相结合。广泛用于地质钻探、水文水井、工程施工 、石油钻井等领域。但由于自身冲击能较小，故钻进效果仍低于气动冲击器。 气动冲击器(风动潜孔锤) 以压缩空气驱动。由于单次冲击功大，上返岩屑风速高，钻进效率可比液动冲击器高2~3倍。近年来出现了贯通式冲击器、跟管钻进、成集束式潜孔锤用于大口径钻进 、潜孔锤解卡、起拔套管等。钻孔深度从埋线杆孔2.3m——油气井1000m以上。 第二节 液动和气动冲击器 一、液动冲击器 液动冲击器根据结构不同可分为: 阀式液动冲击器 又可分为: (1) 正作用阀式液动冲击器; (2) 反作用阀式液动冲击器; (3) 双作用阀式液动冲击器. 无阀式液动冲击器 又可分为: (1) 射流式液动冲击器; (2) 射吸式液动冲击器。 1.阀式液动冲击器 1.1 正作用冲击器 液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位—“正作用” 。 冲锤5在簧6作用下处上位，中孔被活阀4盖住，液流瞬间被阻，液压↑产生水锤。冲锤和活阀一同下行，压缩阀簧3和锤簧；活阀下行时被阀座9限制与冲锤脱开，液流经中心孔流向孔底，液压↓，活阀在阀簧作用下返位；冲锤在动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧7，冲击能量经铁砧→岩心管接头→钻头。 冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。 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。 1.2 反作用冲击器 利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能作功。 高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差超过弹簧1的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧4的水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降，冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。 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。 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。 该类冲击器的主要缺点是需要刚度较大的弹簧，工作寿命只有40~lOO小时。 1.3 双作用冲击器 冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。 钻具自重使活接头f压紧到外套g处，工作腔d的液流分别作用在活阀2和塔形冲锤6上，由活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置； 冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h时，活阀被支撑座4限止，冲锤与活阀分离，借助惯性继续下行到s时，冲击砧子9； 由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，周而复始。 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。 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，推活塞下行，冲锤冲击砧。 在C输出高压水的同时，有一小股高压液流(反馈信号)进入D控制孔。在活塞行程末了时，反馈信号很强，促使射流由C切换到E输出，高压液流由左通道输出，进入下腔，推动活塞向上。 活塞上行时，反馈信号又回到F，射流又切换到右输出通道。如此反复循环，实现冲锤的冲击动作。 主要特点: 1)结构简单易操作