利用衝擊錐運動的動能產生衝擊作用,破碎巖層實現鑽進的一種鑽探方法。使衝擊錐運動的動力有氣動、液動和重力。以下主要介紹重力作用下的衝擊鑽探。

  在2200多年前,中國已把衝擊鑽探方法應用於鑽鑿鹽井和水井。西元280年,利用衝擊鑽鑿最深的井已達200尺。回轉鑽出現後,衝擊鑽也還被應用。衝擊鑽機具簡單,設備費用和使用成本低,操作工藝簡單,在卵礫石層以及破碎(或強風化)基巖中鑽進經濟有效。目前在工程地質鑽探、砂礦鑽探、農田水井鑽鑿鑿、工程施工鉆中仍廣泛采用。

  沖擊鉆機一般利用曲柄搖桿機構或卷揚機提升懸吊在鋼絲繩下端的鉆具至一定高度,然後在重力作用下下落,對井底產生沖擊破碎巖石。鉆進效率決定於鉆具重量、沖程和沖次。由於鉆具下落速度及時間受重力加速度限制,在泥漿中沖程為1米時,沖次一般為40~50次,要提高沖程就得降低沖次,反之要提高沖次就得減小沖程,這就限制瞭沖擊鉆鉆進效率的進一步提高,因此除在風化基巖及卵礫石層中鉆進外,一般鉆進效率低於正常的回轉鉆。沖擊鉆靠抽筒撈取鉆屑取巖樣,或用擊入取樣器采取砂土樣來瞭解地層。由於取樣時不用像回轉鉆那樣起下裝卸鉆桿,所以效率不低於回轉鉆。沖擊鉆探隨著孔深增加鉆進效率逐步降低,雖然有用沖擊鉆鉆深孔的記錄,但一般多用於鉆鑿深度在300米以內的井。

  20世紀70年代產生瞭沖擊反循環,這是沖擊鉆探工藝一項重大革新。沖擊反循環鉆探是用沖擊破碎巖層,利用反循環排出鉆屑的一種鉆進方法,如圖。中心為排碴管,沖擊鉆由3根鋼絲繩提升及下放對地層產生沖擊作用,破碎的巖碴凡小於排碴管的都可立即以反循環方法排出,反循環方式可采用泵吸、射流、氣舉等(見反循環鉆探)。一般沖擊鉆進中,鉆進與排碴是交替進行的,一個回次中最早破碎的巖石在井底被重復破碎,影響鉆進效率提高,沖擊反循環中可以大幅度減少重復破碎及升降鉆具的時間,從而較大幅度提高瞭鉆進效率。

  

參考書目

武漢地質學院主編:《鉆探工藝學》上冊,地質出版社,北京,1980。