摘 要 本文介绍了水井钻机的技术发展状况，对现有主要的三类水井钻机的工作原理、性能特点和现场运用进行了分析，对现场运用时应注意的问题进行了探讨。
关键词 钻机；技术发展；分析
中图分类号 P6 文献标识码 A文章编号 1673-9671-(2012)011-0144-01
1 水井钻机的技术发展
建国以来，我国的水井钻探技术经历了五十多年的发展，在钻探工艺和钻探设备等方面有了长足的进步。
在钻探工艺方面，水井钻探工艺技术经历了无循环静液柱护壁钢丝绳冲击钻进、清水或普通泥浆正循环回转钻进、低固相对优质泥浆正循环钻进、泵吸反循环和气举反循环回转钻进、多工艺空气钻进以及多介质反循环钻进等发展阶段。碎岩方法经历了钢丝绳冲击钻进，钻粒，硬质合金回转钻进，牙轮钻头回转钻进到球齿钻头气动或液动冲击回转钻进等。目前，冲击钻进、回转取心钻进、回转全面钻进、冲击回转钻进等钻进方法都有应用。在卵砾石地层水井钻凿工程中，钢丝绳冲击钻进仍是一种有效的方法。而在水文地质普查孔，水文地质勘探孔钻探过程中多用回转取心钻进和冲击回转钻进方法。在探采结合孔水井钻探过程中多用回转全面钻进，冲击回转钻进方法。
在钻探设备方面，早期的水井钻机钻探设备多借用岩心钻探设备，由于钻进能力不能满足要求，一般采用小口径钻进取样和大口径分级扩孔成井等方法。水井钻探多采用钢丝绳冲进钻进，静水压护壁、捞捞砂筒排渣等工艺方法;目前使用的水文水井钻探设备多为专用设备。常用的钻机除了20世纪50年代～20世纪70年代研制的DPP-100型，SPJ-300型，SPJT-300型，SPS-400型SPS-600型和红星-400型外，多采用新型车装SPC系列钻机，散装TSJ系列钻机。20世纪80年代～20世纪90年代研制的SDY-600型，FD-300型全液压动力头车装钻机对提高我国的水文水井勘探技术水平及钻探新工艺的推广应用起到了极大的推动作用。
2 水井钻机的工作原理及运用性能比较
在国内，现有水井钻机主要分回转式水井转机、冲击式水井钻机和复合式水井转机三大类。各类型的水井钻机工作原理及运用性能情况
如下。
2.1 回转式水井钻机
1）锅锥。利用其锅锥形钻机钻具旋转切削土层。根据钻具的大小分别称大锅锥和小锅锥，可由人力或动力驱动。切下的土屑落到锅内，提升到地面卸出。其结构简单，功效低，适宜于一般土层或砂卵石土层。钻井深度小锅锥为80 m～100 m，大锅锥为30 m～40 m。
2）循环泥浆洗井转盘式水井钻机。由钻机塔架、卷扬机、转盘、钻具、泥浆泵、水龙头和电动机等组成。作业时，动力机通过传动装置驱动钻机转盘，由主动钻杆带动钻机钻头旋转破碎岩层。有正、反两种循环方式。正循环钻机工作时，井底岩屑通过钻机钻杆外的环形通道被带出井口，在沉淀池沉淀后，泥浆流回泥浆池供循环使用。反循环钻机工作时，泥浆在沉淀池沉淀后从井口自行流入井底，携带岩屑的泥浆则由砂石泵经钻头水口通过钻杆内腔向上抽吸出井，回沉到沉淀池。钻机在钻杆内形成很高的上升流速，排出岩屑和卵石的能力较强，钻井速度快，适用于土层、砂层和卵石直径小于钻杆内径的松散地层，钻井深度一般在150 m以内。
3）压气洗井转盘式水井钻机。在转盘回转式水井钻机上用空气压缩机代替泥浆泵，用压缩空气代替泥浆洗井。通常采用反循环方式，又称气举反循环，适用于井深较大和缺水的干旱地区及寒带冻土层。
4）液压动力头式水井钻机。由液压马达通过减速器驱动，并以沿塔架上下移动的动力头代替转盘式水井钻机上的转盘和水龙头，驱动钻机钻杆和钻头旋转切削岩层，可钻凿大口径水井。
5）潜孔振动回转式水井钻机。以振动和回转运动相结合的方式钻进岩层。钻具由钻头、振动器、消振器和导向筒等组成。振动器产生的激振力使整个钻具作锥摆运动以破碎岩层。采用压缩空气反循环方式洗井，使岩屑通过导管和钻杆内腔排出井外，钻井深度可达150 m。
2.2 冲击式水井钻机
靠钻具的垂直往复运动，使钻头冲击井底以破碎岩层。其结构简单，没有循环洗井系统，岩屑的清除与钻机不能同时进行，因而功效较低。 钻井深度一般在250 m以内，有时可达500 m～600 m。主要有以下
两种。
1）冲抓锥。利用钻具本身的重量冲击地层。钻具的下端是几个可以张合的尖角形抓瓣，当钻具在自身重量作用下向下运动时，抓瓣张开，切入岩层，然后由卷扬机通过钢丝绳提升钻具，抓瓣在闭合过程中将岩屑抓入锥体内，提出井口卸出岩屑。钻井深度通常为40 m～50 m，最深達100 m～150 m。
2）钢丝绳冲击式钻机。由桅杆和装在顶端的提升滑轮、钢丝绳、冲击机构、钻具、电动机等组成。作业时，电动机通过传动装置驱动冲击机构，带动钢丝绳使钻具作上下往复运动，在向下运动时靠钻头本身的重量切入并破碎岩层，向上运动靠钢丝绳牵引。钻头冲程为0.5 m～1 m，冲击频率30次/分～60次/分。岩屑由抽砂筒清出地面，钻进与清除岩屑同时进行。
2.3 复合式钻机
一种是在转盘回转式钻机的基础上增设冲击机构，以回转钻进为主，当遇到卵石层时用冲击钻进的两用水井钻机，对各种地层的适应性强。另一种是将冲击与回转作用结合在一起钻进的水井钻机，如风动潜孔锤钻机。潜孔锤钻具由缸套和活塞等组成。由空气压缩机提供高压空气推动活塞上下往复运动，冲击钻头以增强钻头钻进岩层的能力。与此同时，钻具以35转/分～60转/分的较低转速作回转运动。由活塞上、下空腔排出的空气进入钻头，并将孔底岩屑带出井口。风动潜孔锤钻机可用于硬岩层深井的钻进，钻进速度高，钻出的井孔较直。
3 水井钻机现场运用建议
1）走机时要根据路况场地等保持重心平衡，施工场地禁止随意钻孔，回填坑池要做好标志，窄道或危险路段需落桅收缩履带行走，倾斜路段需调节钻机桅杆起落角度、左右倾斜，上车回转调节钻机重心；当便道或施工场地积水时，可以用钻杆钻头引导走机。
2）维修时需冷却后再动手，以免因高温造成人员烫伤，钻机液压系统需要泄压后维修，避免内蓄高压而造成危险。当拆卸钻机主卷制动系统时，严禁主卷带载维修；拆卸右捻非防旋转钢丝绳与提引器连接时，要注意机械的旋转伤害。
3）设备维护保养重点要注意检查水气管路，钻机各配件的螺栓、螺帽是否牢固，随时检查风力马达的润滑油状况，检查钻机钻杆接头和减速器用黄油润滑；钻机在短时间内停止工作时，要给予少量的压气，以免泥沙侵入钻机冲击器的内部。
4）施工时当工作面浸入水中，开孔要用大直径的钎头，插入钻杆，使钻杆露出水面1 m～2 m，防止泥浆和岩渣掉入孔内；钻机在钻凿作业时不允午反转以免钻杆掉入孔内；工作时应注意冲击器的声音和减速箱运转情况，发现不正常的声音和现象应立即停机，并及时进行检查；加新钻杆时，要注意钻孔内保持清洁，以避免泥沙混入钻机冲击器内部，损坏钻机零件。
参考文献
[1]许刘万,曹福德,葛和旺.中国水文水井钻探技术及装备应用现状[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2007,01.
