岩心钻探钻进方法4-冲击回转钻进.ppt

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4.在不同岩石中的破碎机理*工程钻探*1在坚硬、脆性的岩石中钻进，岩石破碎主要是冲击力的结果。2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。3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。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。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。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。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。7.2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：7.2.1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。这类冲击器在我国岩心钻探中使用最多。其它冲击器——如电磁、电机、涡轮等，未见实用。机械冲击器——利用某种机械运动使冲锤上下运动。这类冲击器一般采用端面牙嵌机构、凸轮机构等将钻具的回转运动变为纵向冲击运动。受工作原理和材料强度的影响，寿命一直未能取得较大突破，故目前还未大量进入生产使用。7.2.2常用液动冲击器结构及工作原理液动冲击器无阀式射流式有阀式正作用反作用双作用射吸式*①正作用液动冲击器图7.1正作用液动冲击器

1-外壳；2-活阀座垫圈；3-阀簧；

4-活阀；5-冲锤活塞；6-锤簧；

7-铁砧；8-缓冲垫圈；9-阀座结构：如图所示。工作原理：以液体压力推动冲锤下行进行冲击，以弹簧作用力复位。特点：结构简单，技术成熟。冲锤活塞向下作功时，可利用高压室中巨大的水锤能量；但复位弹簧的反作用力将抵消相当大的冲击力。7.2.2.1阀式液动冲击器结构：如图所示。工作原理：利用高压液流的压力推动冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能而作功。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。②反作用液动冲击器图7.2反作用液动冲击器

1-工作弹簧；2-外壳；

3-冲锤活塞；4-铁砧结构：如图所示。工作原理：冲锤活塞正冲程和反冲程均由液体压力推动。特点：结构较复杂。采用差动运动方式，必须有既滑动又隔压的密封件，以使冲击器内部能形成一个压力差，在铁砧部位设有节流环、下阀等元件，在与冲锤活塞中间部位和活阀上部对应的外壳处设有呼吸道。从理论上讲，该冲击器的液流功率恢复较高。③双作用液动冲击器图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7.2.2.2无阀式液动冲击器*工程钻探*①射流式液动冲击器图7.4射流冲击器结构图

1-上接头;2-射流元件;3-缸体;4-活塞;5-冲锤;6-外缸;7-砧子;8-花键套;9-下接头结构：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：结构较简单，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，使用寿命长；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；能适用于高温