長壽命高效地質鉆探系列液動潛孔錘研究與開發(fā)項目摘要

液動潛孔錘沖擊回轉鉆進技術，是利用鉆進施工過程中泥漿泵輸送的沖洗液為工作介質，驅動井底鉆具中的液動潛孔錘內(nèi)的沖錘往復運動，對鉆頭施加一定能量和頻率的沖擊載荷，形成“回轉 軸向沖擊”的一種復合鉆進技術方法。其在大幅度提高鉆進效率、減少巖芯堵塞、延長回次進尺、減少鉆孔彎曲、提高巖芯采取率及降低施工成本方面作用顯著。該技術1867年始于歐洲，百余年來世界各國不斷研究形成了眾多形式的鉆具，但均因操作維護復雜、壽命低、可靠性差、適應孔深小、易造成燒鉆事故等一系列問題，未能大面積推廣應用。至本世紀初，因在泥漿適應方面沒有取得技術上的突破，國外已經(jīng)停止相關研究。上世紀90年代，我國也曾研制出30多種型式及規(guī)格的液動潛孔錘，同樣沒有一種產(chǎn)品能夠大規(guī)模的應用。 　　自1999年以來，勘探技術研究所在多項科研項目（地調(diào)項目：YZX127液動潛孔錘的研究；部百人計劃項目：科學鉆探液動潛孔錘研究；科技部科研院所專項：系列高效液動潛孔錘研究與開發(fā)；地調(diào)項目：600米巖心鉆探設備器具研制及鉆進工藝方法研究）的持續(xù)支持下，通過十余年的不懈努力，創(chuàng)新了液動潛孔錘研究理論及工作原理，攻克了零件設計、選材及加工等的多項工程技術難題，配套開展了全面沖擊回轉鉆進、繩索取芯鉆進、液動潛孔錘跟管鉆進及多功能復合鉆具等配套工藝等的研究，完成了全套新型YZX系列液動潛孔錘及其配套工藝技術的研究與開發(fā)，并在地質鉆探市場大面積推廣應用。 　　經(jīng)近3年180余萬米的工作實踐證明，該系列鉆具結構簡單、配套容易、維護方便、穩(wěn)定性高、工藝適應性好、工作壽命長（鉆具的檢修間隔可達40-120小時以上）。與常規(guī)回轉鉆進相比，采用該技術可提高鉆進時效30%-360%，回次進尺可提高18%-200%，取芯率可提高10%，鉆頭壽命可提高30%-80%，生產(chǎn)成本降低15%以上，并可明顯改善鉆孔彎曲狀況。從而在國內(nèi)外率先實現(xiàn)了該技術的實用化和產(chǎn)業(yè)化，并不斷在實踐中刷新液動沖擊回轉鉆進技術的應用孔深和累計使用進尺等世界紀錄，使我國在該領域的研究應用水平站在了世界之巔。 　　該成果研究期間共獲得“可輸出高沖擊功的液動潛孔錘”和“雙噴嘴復合閥式液動潛孔錘”兩項國家發(fā)明專利。其中“雙噴嘴復合閥式液動潛孔錘”于2011年榮獲第十三屆中國專利優(yōu)秀獎,成為國土資源領域唯一一項獲此殊榮的專利技術成果。 　　自2008年起，YZX系列高效液動潛孔錘及其配套產(chǎn)品已經(jīng)逐步廣泛應用于國內(nèi)地質鉆探、水文水井鉆探、基礎施工以及國家重點科學鉆探工程等領域，遍布除香港、澳門外全國各省市，覆蓋地質、煤炭、建筑、核工業(yè)、石油、冶金、有色等各部門。2009-2011年累計銷售超過800臺套，銷售收入1605萬元，利潤達550萬元。累計進尺超過180萬米，使用單位獲得的直接經(jīng)濟效益達1.44億元以上。部分產(chǎn)品通過我國施工隊伍帶往國外使用，并納入省級地勘局政府采購中，成為我國近年來鉆探技術發(fā)展和應用的技術熱點，2008及2011年兩次入選探礦工程年度十大新聞，2011年被科技部等四部委授予國家重點新產(chǎn)品稱號。 2100433B

第一章　氣動潛孔錘概述

第一節(jié)　氣動潛孔錘發(fā)展概況

第二節(jié)　氣動潛孔錘的分類和鉆進特點

第三節(jié)　氣動潛孔錘鉆進適用地層和應用領域

第四節(jié)　氣動潛孔錘發(fā)展趨勢

第二章　氣動潛孔錘數(shù)學力學模型

第一節(jié)　氣動潛孔錘工作原理

第二節(jié)　物理模型及模型假設

第三節(jié)　氣體狀態(tài)方程與能量方程

第四節(jié)　焓、比焓及比熱容

第五節(jié)　穩(wěn)定流基本方程

第六節(jié)　管內(nèi)氣流參數(shù)變化與管道截面變化的關系

第七節(jié)　氣體流速及流量的計算

第八節(jié)　氣體能量平衡微分方程

第九節(jié)　耗氣量與有效熱效率方程2100433B

“勘探技術與地質鉆探學”的研究領域主要包括勘探技術和地質鉆探學兩個方面?？碧郊夹g涵蓋鉆探技術、坑探技術、勘探機械和安全技術。地質鉆探學涵蓋鉆探基礎理論、鉆探方法、鉆井液、巖礦心采取、鉆孔彎曲及定向鉆進等 。

“勘探技術與地質鉆探”是能夠直接獲取地下實物地質資料的唯一技術方法。該技術方法是地球科學研究、地質資源調(diào)查、礦產(chǎn)勘探、工程地質勘察、驗證地質理論以及地球物理勘探異常等所必需的，也是各類巖土工程、基礎工程、鉆孔采礦、地質環(huán)境保護和地質災害防治等所必需的。

“勘探技術與地質鉆探學”是地球科學不可缺少的重要組成部分，在地質類學科中具有唯一性和不可替代性。在過去的專業(yè)分類中，勘探技術與應用地球物理、應用地球化學和遙感技術同屬于“地質勘查技術”范疇。在學科分類中，它與工程地質同屬于“地質工程學科”范疇。地球物理學、地球化學、遙感地質學和工程地質學均早已列入國家自然科學基金委地球科學部資助的研究領域。由于歷史原因，“勘探技術與地質鉆探學”一直未能列入國家自然基金委資助范疇，嚴重制約了該領域基礎研究工作的深入開展，也影響了地質工程學科的均衡發(fā)展 。

本書在詳細闡述氣動潛孔錘的工作原理和鉆進特點的基礎上，建立了數(shù)學模型，開發(fā)了氣動潛孔錘仿真電算軟件，并介紹了該軟件的使用方法和功能、設計出的產(chǎn)品以及產(chǎn)品的用途。

本書可供石油工程、地質勘探、城市建設等各類從事鉆井的工程技術人員和科研人員參考使用。