长寿命高效地质钻探系列液动潜孔锤研究与开发

液动潜孔锤冲击回转钻进技术，是利用钻进施工过程中泥浆泵输送的冲洗液为工作介质，驱动井底钻具中的液动潜孔锤内的冲锤往复运动，对钻头施加一定能量和频率的冲击载荷，形成“回转 轴向冲击”的一种复合钻进技术方法。其在大幅度提高钻进效率、减少岩芯堵塞、延长回次进尺、减少钻孔弯曲、提高岩芯采取率及降低施工成本方面作用显著。该技术1867年始于欧洲，百余年来世界各国不断研究形成了众多形式的钻具，但均因操作维护复杂、寿命低、可靠性差、适应孔深小、易造成烧钻事故等一系列问题，未能大面积推广应用。至本世纪初，因在泥浆适应方面没有取得技术上的突破，国外已经停止相关研究。上世纪90年代，我国也曾研制出30多种型式及规格的液动潜孔锤，同样没有一种产品能够大规模的应用。 　　自1999年以来，勘探技术研究所在多项科研项目（地调项目：YZX127液动潜孔锤的研究；部百人计划项目：科学钻探液动潜孔锤研究；科技部科研院所专项：系列高效液动潜孔锤研究与开发；地调项目：600米岩心钻探设备器具研制及钻进工艺方法研究）的持续支持下，通过十余年的不懈努力，创新了液动潜孔锤研究理论及工作原理，攻克了零件设计、选材及加工等的多项工程技术难题，配套开展了全面冲击回转钻进、绳索取芯钻进、液动潜孔锤跟管钻进及多功能复合钻具等配套工艺等的研究，完成了全套新型YZX系列液动潜孔锤及其配套工艺技术的研究与开发，并在地质钻探市场大面积推广应用。 　　经近3年180余万米的工作实践证明，该系列钻具结构简单、配套容易、维护方便、稳定性高、工艺适应性好、工作寿命长（钻具的检修间隔可达40-120小时以上）。与常规回转钻进相比，采用该技术可提高钻进时效30%-360%，回次进尺可提高18%-200%，取芯率可提高10%，钻头寿命可提高30%-80%，生产成本降低15%以上，并可明显改善钻孔弯曲状况。从而在国内外率先实现了该技术的实用化和产业化，并不断在实践中刷新液动冲击回转钻进技术的应用孔深和累计使用进尺等世界纪录，使我国在该领域的研究应用水平站在了世界之巅。 　　该成果研究期间共获得“可输出高冲击功的液动潜孔锤”和“双喷嘴复合阀式液动潜孔锤”两项国家发明专利。其中“双喷嘴复合阀式液动潜孔锤”于2011年荣获第十三届中国专利优秀奖,成为国土资源领域唯一一项获此殊荣的专利技术成果。 　　自2008年起，YZX系列高效液动潜孔锤及其配套产品已经逐步广泛应用于国内地质钻探、水文水井钻探、基础施工以及国家重点科学钻探工程等领域，遍布除香港、澳门外全国各省市，覆盖地质、煤炭、建筑、核工业、石油、冶金、有色等各部门。2009-2011年累计销售超过800台套，销售收入1605万元，利润达550万元。累计进尺超过180万米，使用单位获得的直接经济效益达1.44亿元以上。部分产品通过我国施工队伍带往国外使用，并纳入省级地勘局政府采购中，成为我国近年来钻探技术发展和应用的技术热点，2008及2011年两次入选探矿工程年度十大新闻，2011年被科技部等四部委授予国家重点新产品称号。 2100433B

第一章　气动潜孔锤概述

第一节　气动潜孔锤发展概况

第二节　气动潜孔锤的分类和钻进特点

第三节　气动潜孔锤钻进适用地层和应用领域

第四节　气动潜孔锤发展趋势

第二章　气动潜孔锤数学力学模型

第一节　气动潜孔锤工作原理

第二节　物理模型及模型假设

第三节　气体状态方程与能量方程

第四节　焓、比焓及比热容

第五节　稳定流基本方程

第六节　管内气流参数变化与管道截面变化的关系

第七节　气体流速及流量的计算

第八节　气体能量平衡微分方程

第九节　耗气量与有效热效率方程2100433B

“勘探技术与地质钻探学”的研究领域主要包括勘探技术和地质钻探学两个方面。勘探技术涵盖钻探技术、坑探技术、勘探机械和安全技术。地质钻探学涵盖钻探基础理论、钻探方法、钻井液、岩矿心采取、钻孔弯曲及定向钻进等 。

“勘探技术与地质钻探”是能够直接获取地下实物地质资料的唯一技术方法。该技术方法是地球科学研究、地质资源调查、矿产勘探、工程地质勘察、验证地质理论以及地球物理勘探异常等所必需的，也是各类岩土工程、基础工程、钻孔采矿、地质环境保护和地质灾害防治等所必需的。

“勘探技术与地质钻探学”是地球科学不可缺少的重要组成部分，在地质类学科中具有唯一性和不可替代性。在过去的专业分类中，勘探技术与应用地球物理、应用地球化学和遥感技术同属于“地质勘查技术”范畴。在学科分类中，它与工程地质同属于“地质工程学科”范畴。地球物理学、地球化学、遥感地质学和工程地质学均早已列入国家自然科学基金委地球科学部资助的研究领域。由于历史原因，“勘探技术与地质钻探学”一直未能列入国家自然基金委资助范畴，严重制约了该领域基础研究工作的深入开展，也影响了地质工程学科的均衡发展 。

本书在详细阐述气动潜孔锤的工作原理和钻进特点的基础上，建立了数学模型，开发了气动潜孔锤仿真电算软件，并介绍了该软件的使用方法和功能、设计出的产品以及产品的用途。

本书可供石油工程、地质勘探、城市建设等各类从事钻井的工程技术人员和科研人员参考使用。