标题：水井钻机
概况
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。[1]
分类
一般分回转式钻机机、冲击式钻机和复合式钻机3大类。回转式钻机依靠钻具的回转运动破碎岩层而成孔。主要有大、小锅锥钻机，正、反循环转盘式钻机，液压动力头式钻机，潜孔振动回转式钻机等。简单的回转式钻机只有钻进装置，结构完善的回转式钻机则有钻进装置和循环洗井装置两部分组成。转盘式水井钻机的钻具包括钻杆和钻头。常用钻杆的名义直径有60、73、89和114毫米4种。钻头分全面钻进用钻头和环状钻进用钻头两大类。 
大、小锅锥 　利用其锅锥形钻具旋转切削土层。根据钻具的大小分别称为大锅锥和小锅锥，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,工效低,只能用于一般土层或砂卵石直径不大于10厘米、含量不超过50%的地层。小锅锥开孔直径0.55米，钻井深度80～100米；大锅锥开孔直径1.1米，钻井深度30～40米。 
正、反循环泥浆洗井转盘式钻机 　常用的回转式钻机（图1）,即正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以30～90转/分的转速旋转破碎岩层。泥浆由泥浆泵抽吸加压后通过钻杆上方的水龙头压入空心钻杆，向下流入钻头，由水口射出，以冷却、润滑钻头；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。反循环泥浆洗井转盘式钻机的钻进方式和结构与上述基本相同，但泥浆的循环方式相反：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，回到沉淀池。这种方式称泵吸反循环。也可用水泵将加压水流从井底通过喷嘴射入钻杆内腔，形成携带岩屑的上升水流，称射流反循环。钻机在钻杆内可形成很高的上升流速，排出岩屑和卵石的能力较强，因而钻进速度较快。适用于土层、一般砂层和卵石直径小于钻杆内径的松散地层，所用钻杆的内径较大,一般为150～200毫米，最大可达300毫米。但因受泵的抽吸或压送能力的限制,钻井深度一般在150米以内，井深在50米以内时排屑效率较高。 
压气洗井转盘式钻机 　是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（图2）。即将压缩空气通过供气管路送至井内气水混合室，使其与钻杆内的水流掺混，形成比重小于 1的掺气水流。在钻杆外围环形水柱的重力作用下，钻杆内的掺气水流挟带岩屑不断上升并排出井外，流入沉淀池，沉淀后的水流以自流方式流回井内。采用这种钻机在井深较大时(50米以上)，排屑能力大于采用泵吸或射流反循环的钻机，因而适用于井深较大的情况和缺水的干旱地区，以及寒带冻土地层。 
有的转盘式钻机同时备有泥浆泵和空气压缩机，可根据情况选用不同的洗井方式。 
液压动力头式钻机 　回转式钻机的一种。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。可用直径达1米的大型钻头钻凿大口径水井,其特点是钻进速度快，钻具的装卸和下井管较简便，接长钻杆时无需提升钻具，简免了卷扬机、提升滑车、转盘、水龙头、方钻杆等一系列部件。 
潜孔振动回转式钻机 　是以振动和回转运动相结合的方式钻进岩层的一种回转式钻机。钻具由钻头、振动器、消振器和导向筒等组成(图3)。振动器产生的激振力使整个钻具作锥摆运动。钻头通过摩擦圈套装在振动器外壳的外面，一方面随振动器作频率约为1000转/分、振幅约9毫米的水平圆周振动；另一方面又绕振动器轴线作3～12转/分的低速旋转运动以破碎岩层，而钻杆则不转，并借消振器避免将振动传给钻杆。采用压缩空气反循环方式洗井，使岩屑通过位于振动器中心的导管和钻杆内腔排出井外。这种钻机结构简单，钻进效率高。井孔直径为600毫米左右,钻进深度可达150米。冲击式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,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,各抓瓣尖端在直径约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，最深可达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。复合式钻机有两种类型：一类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较强；另一类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。它所使用的潜孔锤钻具(图5)由缸套和在缸套中上下运动的活塞等组成。缸套下端与钻头连接，上端通过螺纹接头与钻杆相连，由空气压缩机提供的0.7～1.4兆帕的高压空气通过活塞上方的逆止阀、空气分配器和活塞下方的进气口，推动活塞冲击频率作为 700～1200次/分的上下往复运动，使活塞频繁地冲击钻头，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，向下进入钻头，起冷却钻头的作用，并将孔底岩屑带出井口。其回转和循环洗井部分的结构与用压缩空气洗井的转盘回转式钻机基本相同，所用钻头为碳化钨球齿钻头或牙轮钻头等。风动潜孔锤钻机可用于硬岩层深井的钻进，钻进速度高，且钻井速度不因钻进深度的增加而降低，钻出的井孔较直。 
为了适应不同地层钻进的需要，提高钻进效率，水井钻机正向多用途钻机及全液压传动与操纵的方向发展：即一台钻机备有多种设备和附件，可采用冲击式、回转式和潜孔锤等多种钻井方式；还可采用泥浆洗井、压缩空气洗井和正、反循环洗井等方法。
机构组成
[2]1、液压油泵：为双联式，大排量泵为动力头提供动力，小排量 泵为四个支腿油缸、起落桅杆油缸、加力/提升滑车油缸提供动力。 
2、四个支腿：小型打井设备由液压油缸和固定架组成。可在工作现场调整机体的水平度，起到支撑和稳定机体的作用。 
3、桅杆：为巨型钢管、槽钢和角钢 组合焊接的框架结构，以两侧槽钢的内槽为动力头上下运行的轨道，保证钻孔的垂直度。打井桅杆的起落由液 压油缸完成。 
4、动力头：采用齿轮减速箱的机构，其低速轴中间有一个大孔的芯轴，芯轴的上口可与混 凝土灌注设备的胶管接口连接，进行灌注混凝土；芯轴的下口通过法兰盘连接钻杆、钻头。高速轴由大扭 矩液压马达驱动。