冲击回转钻进(percussive—rotary drilling)

利用专门的冲击器和钻机回转器共同驱动钻头破碎孔底岩石的钻进方法。其特点为：(1)钻进效率高，在坚硬、致密、弱研磨性地层尤其明显，特别是气动冲击回转钻进，可获得比回转钻进高几十倍的效率；(2)钻头寿命长；(3)有利于预防钻孔偏斜，等等。但气动冲击回转钻进的功率消耗大，热效率也较低。

简史 19世纪60年代，欧洲一些国家开始研究潜孔式液动冲击器。1900～1905年问，俄国工程师沃尔斯基设计了几种石油钻井用的冲击器。40～50年代，苏联和美国等国家先后研制出各种阀式冲击器，将冲击回转钻进方法用于生产实践。

气动冲击回转钻进法于20世纪30年代中期开始研究，40年代末美国等逐渐在矿山开采业中使用。50～60年代，在理论和技术上有了重大进展。中国于1958年开始研究冲击回转钻进技术，70年代以来相继研制出阀式、射流式和射吸式等多种冲击器及配套工具，其中射流式和射吸式为中国独创。液动冲击器与绳索取心、双管反循环连续取心等先进钻进技术配合使用的方法，也已出现。之后应用于水井和工程施工孔钻进，70年代以来，已成为美国等工业发达国家在大卵、砾石层和基岩中钻进水井和工程施工孔的基本方法之一，并开发出泡沫潜孔锤钻进、液体反循环潜孔锤钻进和跟套管潜孔锤钻进等多种以气动冲击回转钻进为基础的先进技术。这种钻进方法在中国正逐步推广。

工作原理 冲击回转钻进使用的子L内钻具是在一般回转钻进钻具的岩心管或钻头之上连接一个冲击器。钻进时，地表钻机通过钻杆柱带动钻头回转并作用于钻头一定的轴向压力；同时钻进用的水泵(或空气压缩机)经地表管路系统和钻杆柱内孔将高压液流(或压缩空气)送入冲击器，使其工作，向钻头施加一定频率的冲击动载，孔底岩石在冲击和回转联合作用下被破碎。从冲击器中排出的液体(或空气)经钻头到达孔底后向地表返回，并携带出岩粉，钻孔不断加深。因为孔底岩石是受轴向静压力、纵向冲击动载和回转切削的共同作用，故破碎效率高。冲击器是冲击回转钻进的关键器具，其结构性能影响冲击回转钻进的特性与效果。

适用范围 冲击回转钻进适用于岩石可钻性5～12级的各类岩层。其中硬质合金钻头冲击回转钻进常用于可钻性5～9级、部分10级岩层，金刚石钻头用于9～12级岩层。

分类 工程钻探中使用的冲击回转钻进按冲击器的动力来源可分为液动和气动两种。

液动冲击回转钻进以高压液流(清水或泥浆)作为动力介质，使冲击器工作的冲击回转钻进。此类冲击器称液动冲击器，是一种将液体压力能转变为冲击能做功的装置，借助水泵输送的高压液流直接迫使冲击器内的冲锤上下往复运动而连续不断对钻头造成冲击。液动冲击器按性能分为低频冲击器和高频冲击器两种。前者的冲击频率在42Hz以下，单次冲击功较高，可达29～78J；后者冲击频率在42Hz以上，单次冲击功较小，一般在9．81J左右。常用液动冲击器的结构型式有阀式正作用、阀式双作用、阀式反作用、射流式和射吸式等。液动冲击回转钻进使用硬质合金或金刚石钻头，进行取心或全面钻进。采用低频冲击器时，配用硬质合金钻头，钻进中以冲击方式碎岩为主，所需钻头轴压和转速均偏低；采用高频冲击器时，配用金刚石钻头为主，硬质合金钻头次之，钻进中以回转方式碎岩为主，所需钻头轴压和转速均较高。液动冲击回转钻进可钻孔直径一般为56～130mm，最大达400mm。工程钻探中主要用于工程地质孔、水文地质孔和水井钻进。

气动冲击回转钻进以压缩空气作为动力介质使冲击器工作的钻进方法，常称潜孔锤钻进。此类冲击器称气动冲击器或潜孔锤(见图)，

是一种将气体压力能潜孔锤和球齿钻头转变为冲击能做功的装置，利用空气压缩机供给的压缩空气迫使冲击器内的冲锤作往复运动而连续冲击钻头。潜孔锤按配气装置的形式分为阀式和无阀式两类；按排气孔的布置分为中心排气式和旁侧排气式；按冲锤数目分有单锤式和多锤式，以中心排气单锤式应用 最为普遍。一般潜孔锤的额定冲击频率为13～25Hz，单次冲击功为100～500J，某些高压锤可达1900J以上。潜孔锤钻进主要使用具有柱(球)型和片型硬质合金齿的全面钻头。采用单锤式潜孔锤钻进的钻头直径为65～228mm，最大达762mm，多锤式的钻头直径可更大。潜孔锤钻进参数为钻压、转速、风压和风量。潜孔锤钻进以冲击方式碎岩为主，所需钻头轴向压力和转速较低。钻压的作用仅在于给岩石一定的预压力和克服冲击器的反弹力，一般按每厘米钻头直径0．9kN左右考虑；回转是使钻头齿于每次冲击之后落在新的岩石位置上，一般转速为10～60r／min。风压和风量主要根据冲击器的技术参数确定，必须保证冲击器正常工作，并考虑排渣的要求，使上返气流速度在1．5m／s以上。工程钻探中潜孔锤钻进主要用于钻进水井和工程施工孔。