公元前2世纪,中国已有用人力并借助竹弓弹力使锥形钻头冲击地层而钻进的原始冲击式钻机,后曾在中国农村中长期使用。直至20世纪50年代,才从国外引进钢丝绳冲击式钻机,60年代初开始发展大、小锅锥、冲抓锥等简易水井钻机。1966年前后开始研制正循环转盘式钻机,1974年前后研制成功反循环转盘式钻机和复合式钻机,70年代末创制了潜孔振动回转式钻机。欧美各国在19世纪主要使用钢丝绳冲击式钻机,19世纪60年代,法国首先使用转盘回转式钻机,以后传入美国并得到迅速发展。20世纪50年代,开始发展反循环转盘回转式钻机,以后又出现了用压缩空气代替泥浆作为洗井介质的转盘回转式钻机,至70年代发展了液压动力头回转式钻机。
冲击式钻
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,但没有循环洗井系统,岩屑的清除与钻机不能同时进行,因而工效较低。钻井深度一般在250米以内,有的可达500~600米。主要类型如下述。冲抓锥 一种简单的冲击式钻机,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,各抓瓣在直径约1米的圆周上切入岩层,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尖锥体内,提出井口后再张开抓瓣卸出岩屑。冲抓锥的钻井深度通常为40~50米,深可达100~150米。钢丝绳冲击式钻机 由桅杆和其顶端的提升滑轮、钢丝绳、冲击机构、钻具(包括钻杆和钻头)、电动机等组成(图4)。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。向下运动时靠钻具本身重量使钻头切入并破碎岩层,向上运动则靠钢丝绳的牵引。钻具下落的高度即冲程大小,根据岩层情况确定,一般为0.5~1米,硬岩层用大值;冲击频率常用为30~60次/分。切下的岩屑用抽砂筒清出地面,也可用将钻头与抽砂筒合成一体的抽筒钻具,钻进与清除岩屑同时进行,使切下的岩屑直接进入抽筒,积满后提升钻具,将岩屑倒出。为提高钻头的耐磨性和钻进速度,常在钻头端部堆焊钨钢粉,成为合金补焊钻头。复合式钻机
钻孔起始部位称孔口,侧部称孔壁,底部称孔底。钻孔的直径D简称孔径,孔口直径称开孔口径,孔底直径称终孔直径。从孔口至孔底的距离H称钻孔深度,简称孔深。钻孔的某一段称孔段。
通常指用尖锐的旋转工具在坚硬的物体上钻穿。如:在木板上钻孔。在数处给一块金属板钻孔。用凿岩机(在坚固材料中)钻孔洞。在花岗岩上钻孔。2.指为了装饰、识别或便于分开而(常用机器)打一排小孔或花样。形似独木舟有时钻孔作为垂饰的船形宝石。
钻头是钻孔用的刀削工具,常用高速钢制造,工作部分经热处理淬硬至62~65HRC。一般钻头由柄部、颈部及工作部分组成。
⒈柄部:是钻头的夹持部分,起传递动力的作用,柄部有直柄和锥柄两种,直柄传递扭矩较小,一般用在直径小于12mm的钻头;锥柄可传递较大扭矩(主要是靠柄的扁尾部分),用在直径大于12mm的钻头。
⒉颈部:是砂轮磨削钻头时退刀用的,钻头的直径大小等一般也刻在颈部。
⒊工作部分:它包括导向部分和切削部分。导向部分有两条狭长、螺纹形状的刃带(棱边亦即副切削刃)和螺旋槽。棱边的作用是引导钻头和修光孔壁;两条对称螺旋槽的作用是排除切屑和输送切削液(冷却液)。切削部分结构见挂图与实物,它有两条主切屑刃和一条柄刃。两条主切屑刃之间通常为118°±2°,称为顶角。横刃的存在使锉削是轴向力增加。