工程钻探学课件
第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
工程钻探学Leabharlann 件一字形钻头第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
第四章 冲击及冲击回转钻进
采用回转钻进方法钻进坚硬和研磨性较高的岩石时，由于岩 石抗压入强度高，切削具必须在很大的压力下才能切入岩石， 而大的轴心压力将导致切削具的急剧磨损，从而使钻进效率 大大降低。实践表明，破碎坚硬岩石时，冲击钻进比回转钻 进更为有效，这是由于岩石的剪切强度只相当于抗压强度的 1/6~1/12，冲击钻进使岩石产生剪切破碎。此外，在冲击载 荷作用下，岩石表面可产生瞬时接触应力，在动应力作用下， 岩石易产生裂纹，并且随冲击速度的提高，岩石的脆性将增 大，有利于岩石中裂纹的发育。因此，用不大的冲击力，便 可以达到破碎坚硬岩石的效果。
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第二节、冲击回转钻进
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第二节、冲击回转钻进 施工工地照片
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第四章 冲击及冲击回转钻进 第一节、钢丝绳冲击钻进
钢丝绳冲击钻进的基本原理是， 借助于一定重量的钻头，在一定 的高度内周期地冲击井底，使岩 石破碎而获得进尺。在每次冲击 之后，钻头在钢丝绳带动下，回 转一定的角度，从而使钻孔得到 规则的圆形断面。
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钢丝绳冲击钻机
钢丝绳冲击钻机
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程
冲击钻进规程是研究如何合理地、有效地运用冲击钻具进行钻 进，从而能达到提高效率、保持质量和降低成本的问题。
据研究钻进速度为：
v
1.3
Q
j D2
S a
n
Q—钻具的重力 j—钻具的下降加速度 S—钻具的冲击高度 n—钻具的冲击次数 D—钻孔直径 a—破碎单位体积岩石所需的冲击能
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第二节、冲击回转钻进
冲击回转钻进是钻头在静压作用下进行回转，同时辅以纵向 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。 此种方法对破碎坚硬和研磨性岩石有很好的效果。 具体实施是：在回转钻进的钻具中增加一个具有一定冲击频 率和冲击能量的冲击器（也称潜孔锤）。在取心钻进时，冲 击器安装在岩心管上端；在无岩心钻进时，则直接安装在钻 头之上。
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程 ③冲击次数（n） 一般来说，冲击次数越多，破碎岩石效果越好，钻进效率就 愈高。 但冲击次数要与冲击高度S相匹配，要求钻机的冲击机构在 循环一次中，要与钻具下落的时间相吻合。 匹配的冲击次数，称为合理的冲击次数。
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第一节、钢丝绳冲击钻进
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程
从上式可看出，钢丝绳冲击钻进规程参数主要有：钻具的重 力、钻具下降加速度、冲击高度、冲击次数和岩粉密度
①钻具的重力（Q） 由于在冲击过程中直接接触岩石的是钻头端部的钻刃，故 在实际选择和计算过程中，采用单位钻头刃长的钻具的相
对重力 Q= q0 l l —钻头上的有效刃长
当增加冲击高度时，就应当适当地降低冲击次数，反之 亦然。否则，会造成钻具在井内“打空”，
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程 ④岩粉密度（ρ） 在冲击钻进中，井内岩粉浆的密度值直接影响着钻进效率。 当岩粉密度太小时，岩粉的悬浮能力降低，岩粉沉淀会在井 底形成一层岩粉垫，这将减弱钻头在孔底的冲击作用。 当岩粉浆密度过大时，钻具加速度减小，于是形成钻具尚未 到达井底已经回升，会牵动钻具使其不能冲击井底，即所谓 “打空”。
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第一节、钢丝绳冲击钻进 一、钢丝绳冲击钻进的特点：
冲击钻进，总的来说是一种钻进速度低的老方法。它利用 钻具自由落体式进行钻进，因而只能钻进垂直的钻孔；与 现代先进钻进方法相比，钻进效率较低。因此，冲击钻进 法目前仅应用于以下几个方面： (1）大直径的供水井。如农田灌溉井、排水孔。 (2)露天矿山爆破孔、水文地质勘察钻孔等， (3）一般口径的桩基孔钻进。如桥基管柱桩孔或水库基础 处理等。
q0—根据岩石的硬度来选择 软岩小一些，硬岩大一些（可查表）。
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程 ②冲击高度（S） 冲击高度S是指钻具在冲击过程中，钻具被提离井底的高度。 改变冲击机构上的曲柄与连杆连接的位置，可得到不同的冲 击高度。 一般冲击钻机其可变的冲击高度范围在0.6-1.1m。
钢丝绳冲击钻机
多台冲击钻机施工现场
第一节、钢丝绳冲击钻进 一、钢丝绳冲击钻进的特点：
1）设备简单，重量小。适于地形复杂的偏僻地区。 2）钻进时钻孔内钻井液不循环。水量消耗小，对于无水、 缺水地区使用有利。 3）钻头破碎岩石是不连续的。钻进时，钻头与岩石接触的 有效破碎岩石时间短，大部分时间钻头是在井中运动，因 而，钻头磨损较慢。 4) 钻头是以自由落体方式冲击岩石的。冲击钻头利用高的 冲击速度产生很大的冲击力，能有效破碎坚硬岩石。
三、冲击钻进规程 ③冲击次数（n）
n 0.118a j h
式中：n—钻具的冲击次数 j—钻具的下降加速度 a—曲柄的回转角度 h—冲击高度
从以上公式可以看出，冲击频率（次数）与冲程的平方 根成反比，增大冲程对冲击频率的影响较小，而增大冲 击频率对冲程的影响较大。国内大多数冲击钻机的冲击 频率为40—50/min
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十字形钻头
第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
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其它钻头
第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具 2）起下套管的工具—各种变型套管、钻具接头、套管鞋、 冲击驱动头和滑动装置等。 3）打捞事故的工具—捞绳矛、卡瓦、事故钻头和夹持器等。 4）用来加速钻进、起下套管和打捞作业的辅助工具—各种 钳、套管、夹具等。 5）冲击钻机 如仿苏CZ—20C，CZ—22，CZ—30