常见工程钻机种类及工作原理

工程钻机是一种种钻凿水井并完成下井管、洗井等作业的机械设备，包括动力设备和钻头、钻杆、岩心管、钻架等。一般分回转式工程钻机、冲击式工程钻机和复合式工程钻机三大类。

一、冲击式工程钻机

冲击式工程钻机主要是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米以内，有时可达500～600米。

主要有2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40～50米，最深达100～150米。
 （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0.5～1米，冲击频率30～60次／分。岩屑由抽砂筒清出地面，钻进与清除岩屑同时进行。

二、回转式工程钻机

 回转式工程钻机主要是依靠钻具的回转运动破碎岩层而成孔。

主要有5种：
 （1）  锅锥。利用其锅锥形钻具旋转切削土层。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80～100米，大锅锥为30～40米。
 （2）  循环泥浆洗井转盘式钻机。由塔架、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转盘，由主动钻杆带动钻头旋转破碎岩层。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米以内。
 （3）  压气洗井转盘式钻机。在转盘回转式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钻机上的转盘和水龙头，驱动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米。

三、复合式工程钻机

复合式工程钻机主要有2种：

   （1）水井钻机：将冲击与回转作用结合在一起钻进的，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35～60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。
  （2）  两用水井钻机：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钻机，对各种地层的适应性强。