鑽機種類及原理解析

一、衝擊式鑽機

靠鑽具的垂直往複運動，使鑽頭衝擊井底以破碎岩層。其結構簡單，沒有循環洗井係統，岩屑的清除與鑽機不能同時進行，因而功效較低。鑽井深度一般在250米以內，有時可達500～600米。主要有2種：

① 衝抓錐

利用鑽具本身的重量衝擊地層。鑽具的下端是幾個可以張合的尖角形抓瓣，當鑽具在自身重量作用下向下運動時，抓瓣張開，切入岩層，然後由卷揚機通過鋼絲繩提升鑽具，抓瓣在閉合過程中將岩屑抓入錐體內，提出井口卸出岩屑。鑽井深度通常為40～50米，最深達100～150米。

② 鋼絲繩衝擊式鑽機

由桅杆和裝在頂端的提升滑輪、鋼絲繩、衝擊機構、鑽具、電動機等組成。作業時，電動機通過傳動裝置驅動衝擊機構，帶動鋼絲繩使鑽具作上下往複運動，在向下運動時靠鑽頭本身的重量切入並破碎岩層，向上運動靠鋼絲繩牽引。鑽頭衝程為0.5～1米，衝擊頻率30～60次／分。岩屑由抽砂筒清出地麵，鑽進與清除岩屑同時進行。

二、回轉式鑽機

依靠鑽具的回轉運動破碎岩層而成孔。主要有5種：

（1）鍋錐

利用其鍋錐形鑽具旋轉切削土層。根據鑽具的大小分別稱大鍋錐和小鍋錐，可由人力或動力驅動。切下的土屑落到鍋內，提升到地麵卸出。其結構簡單，功效低，適宜於一般土層或砂卵石土層。鑽井深度小鍋錐為80～100米，大鍋錐為30～40米。

（2）循環泥漿洗井轉盤式鑽機

由塔架、卷揚機、轉盤、鑽具、泥漿泵、水龍頭和電動機等組成。作業時，動力機通過傳動裝置驅動轉盤，由主動鑽杆帶動鑽頭旋轉破碎岩層。有正、反兩種循環方式。正循環鑽機工作時，井底岩屑通過鑽杆外的環形通道被帶出井口，在沉澱池沉澱後，泥漿流回泥漿池供循環使用。反循環鑽機工作時，泥漿在沉澱池沉澱後從井口自行流入井底，攜帶岩屑的泥漿則由砂石泵經鑽頭水口通過鑽杆內腔向上抽吸出井，回沉到沉澱池。鑽機在鑽杆內形成很高的上升流速，排出岩屑和卵石的能力較強，鑽井速度快，適用於土層、砂層和卵石直徑小於鑽杆內徑的鬆散地層。鑽井深度一般在150米以內。

（3）壓氣洗井轉盤式鑽機

在轉盤回轉式鑽機上用空氣壓縮機代替泥漿泵，用壓縮空氣代替泥漿洗井。通常采用反循環方式，又稱氣舉反循環。適用於井深較大和缺水的幹旱地區及寒帶凍土層。

（4）液壓動力頭式鑽機

由液壓馬達通過減速器驅動，並以沿塔架上下移動的動力頭代替轉盤式鑽機上的轉盤和水龍頭，驅動鑽杆和鑽頭旋轉切削岩層。可鑽鑿大口徑水井。

（5）潛孔振動回轉式鑽機

以振動和回轉運動相結合的方式鑽進岩層。鑽具由鑽頭、振動器、消振器和導向筒等組成。振動器產生的激振力使整個鑽具作錐擺運動以破碎岩層。采用壓縮空氣反循環方式洗井，使岩屑通過導管和鑽杆內腔排出井外。鑽井深度可達150米。

三、複合式鑽機有2種

一種是將衝擊與回轉作用結合在一起鑽進的水井鑽機，如風動潛孔錘鑽機。潛孔錘鑽具由缸套和活塞等組成。由空氣壓縮機提供高壓空氣推動活塞上下往複運動，衝擊鑽頭以增強鑽頭鑽進岩層的能力。與此同時，鑽具以35～60轉／分的較低轉速作回轉運動。由活塞上、下空腔排出的空氣進入鑽頭，並將孔底岩屑帶出井口。風動潛孔錘鑽機可用於硬岩層深井的鑽進，鑽進速度高，鑽出的井孔較直。

另一種是在轉盤回轉式鑽機的基礎上增設衝擊機構，以回轉鑽進為主，當遇到卵石層時用衝擊鑽進的兩用水井鑽機，對各種地層的適應性強。