摘要
在各种钻探方法中，液动冲击回转钻进具有效率高、质量好、回次长、事故少、成本低等优点，而液动潜孔锤又是液动冲击回转钻进的技术核心。本文梳理了各种液动潜孔锤的结构特点及其与绳索取心钻具、孔底动力钻具相结合衍生的各种钻具，简要介绍了这一技术的典型应用案例，总结归纳了其下一步发展方向和技术难点，以期普及液动锤的应用，促进液动冲击回转钻进技术的进步。
钻探是人类直接获取地下实物信息的唯一技术方
图 1 回转钻进与冲击回转钻进示意
Fig.1 Schematic diagram of rotary drilling and percussive‑rotary drilling
所谓冲击回转钻进，就是在回转钻进的基础上给钻头施加具有一定频率和能量的冲击载荷以提高钻进效率的钻进方法。施加冲击载荷的装置可以放在地面（
潜孔锤是冲击回转钻进技术的核心，根据驱动潜孔锤的介质或方法不同，又可将冲击回转钻进分为液动冲击回转钻进、气动冲击回转钻进以及电动冲击回转钻进
使用液动锤钻进无需额外配套其他设备，基本不受背压影响，可适用深孔钻进，目前的使用深度已达5000 m以深；而使用气动锤则需额外配套可提供较大压力的空压机，加上地下水压力的影响，使用深度通常只有几百米，如果在更深井使用，则需要成套的空压站，要花费高昂的设备费和动力费。
19世纪60年代欧洲就已经开始了液动冲击回转钻进技术的研究，1887年德国工程师沃•布什曼得到英国授予的液动冲击钻井法专利权，标志着液动冲击回转钻进技术诞生。1900~1905年俄国工程师B.沃尔斯基在前人工作的基础上设计出几种用于石油钻井的液动潜孔锤，进行了关于液动锤的理论研究工作。到20世纪50年代，苏联、美国、加拿大等国都研制出了自己的液动锤，但并未获得广泛的推广和应
20世纪60年代初，美国潘美石油公司（Pan American Petroleum Co）成功研制出两种规格的液动锤并进行一些钻井试验。同期苏联钻井技术研究院成功研制出BBO-5A型液动锤，配Ø145 mm钻头在石油钻井中创下了2200 m的纪录。之后美国基本放弃了液动锤方面的研究，转而致力于气动潜孔锤的研究，并取得了一系列成果。苏联则继续坚持液动锤的研究，到70年代其用于岩心钻探的Г-7型和Г-9型液动锤已比较成熟，基本代表了当时的国际最高水平，但由于是具有弹簧的正作用液动锤，存在寿命短、参数调整繁琐等缺
我国液动潜孔锤研究大致可分为3个阶段。
国家“二五”时期钻探工作量大增，其中坚硬地层进尺占据一半，提高坚硬地层机械钻速成为突出问题。勘探技术研究所最早于1958年开始进行液动潜孔锤研究，1964年研制的YZ-89型液动潜孔锤在北京周口店进行试验，1966年在湖南省地质局408队某多金属矿试用，最大钻孔深度430 m，试验进尺400余米，在7~8级岩石中钻速明显提高。
在这一时期，包括地质、冶金、石油等多行业的高校、科研院所及生产单位均投入到液动潜孔锤的研究中，代表性的有勘探技术研究所的YZ正作用系列、YS双作用系列、YQ复合作用系列以及SSC绳索取心液动锤系列，长春地质学院的SC系列射流式液动锤，冶金部探矿技术研究所的TK-A系列正作用液动锤，核工业华东地勘局264大队研制的Ye-2型双作用液动锤，河北省地质局综合研究队研制的ZF-56型和ZS-75型液动锤，云南省地质局研制的SX-54Ⅲ型射吸式液动锤等，都得到了一定的推广和应
1982年地质部还专门组织了液动潜孔锤选型会，确定勘探技术所的YZ-54-Ⅱ型正作用、长春地质学院（现吉林大学）的SC-56型射流式、河北综合队的ZF-56型正作用液动锤为部支持技术进行扩大研究和生产试验，并多次举办液动冲击回转钻进技术培训班，相应技术产品迅速被施工单位认可，并在生产中取得良好的应用效果。
勘探技术研究所于1997年开始进行YZX127型液动锤的研究，提出一种新型的双喷嘴复合结构，采用容积式工作原理，能量利用率大幅度提高，可以输出较大的冲击功，为在生产中应用打下良好基
勘探技术所在YZX127型液动锤的基础上进行多年的持续优化，形成了系列化，目前YZX系列液动锤可覆盖Ø54~Ø311 mm口径范围，SYZX系列绳索取心液动锤可覆盖Ø54~Ø216 mm口径范围，在地质、煤炭、冶金、核工业等多领域取得了广泛的应用，近年来累计推广2600余套，累计进尺超过500万m，创造社会经济效益2亿元以上。
吉林大学在其射流式液动锤的基础上开展了大量仿真电算和理论研究，致力于开展高能射流式液动潜孔
如前所述，液动潜孔锤是液动冲击回转钻进的核心机具，由泥浆泵输出的高压冲洗液驱动其内部的冲锤高频往复运动冲击铁砧，并将能量以冲击功的形式传递给钻头，加速碎岩。因此，采用液动冲击回转钻进具有以下优势。
使用液动潜孔锤可以提高钻进效率，主要有以下几方面原因：首先，冲击载荷作用时间极短，岩石中的接触应力可在瞬间达到很大值，有利于岩石中裂隙扩展形成体积破碎，提高碎岩速度，另外产生冲击的同时钻头也一直承受轴向压力，改善了冲击功的传递条件，更加强了冲击效果。其次，高频冲击作用迫使岩石内部分子产生振荡，降低岩石强度的同时加剧了疲劳破碎。最后，使用液动潜孔锤往往需要更大的排量，高速冲洗液在冲刷岩石的同时也提高了孔底的清洗效果，减少重复破碎。
采用液动潜孔锤钻进往往需要更小的钻压和转速，降低了钻孔弯曲的强度。因此，采用液动潜孔锤钻进可形成体积破碎，与纯回转钻进的旋转式连续切削相比，钻头切削刃上阻力差更小，减少钻头产生的附加力矩。在钻进容易发生钻孔弯曲的软硬互层时，硬岩中应力集中程度更高，减少钻头上的钻速差和倾倒力矩，降低钻孔弯曲强
液动潜孔锤按结构原理不同，可分为单作用液动锤和双作用液动锤两大类，其中单作用液动锤又分为正作用液动锤和反作用液动锤，双作用液动锤往往被分为阀式双作用液动锤、射流式液动锤、射吸式液动锤以及复合式液动锤（所谓复合式，就是将前述3种作用原理中的2种或以上应用到一起的双作用液动锤），如
图 2 五种液动锤结构示意
Fig.2 Schematic diagram of five types of hydraulic hammers
在液动潜孔锤的发展过程中，为了更好的服务于取心钻进，开始将液动潜孔锤与绳索取心工艺相结合，将液动锤集成到绳索取心外总成中便有了贯通式液动锤，将液动锤集成到绳索取心内总成上便有了绳索取心液动锤。也有同时与绳索取心钻具和螺杆钻具、涡轮钻具等井底动力钻具集成的三合一组合钻具。
正作用液动锤的典型结构如
反作用液动锤的典型结构如
阀式双作用液动锤的典型结构如
阀式双作用液动锤通常设有节流环，冲程末端随着水垫作用增加在一定程度上降低了冲击功，密封数量较多，工作性能比较稳定可靠。
射流式液动锤是由我国独创的一种液动锤（
射吸式液动锤也是我国首创的一种液动锤（
射吸式液动锤结构简单，易损件少，双作用联合抬锤则降低了工作的启动压力，液体在工作腔内畅通性好，能适应更大的泵量，较为有效地解决了液动锤研究应用中往往需要面对的“小口径不够吃，大口径吃不下”的问题。
图3 复合式液动锤结构示意
Fig.3 Schematic diagram of composite hydraulic hammer
值得一提的是，该结构液动锤与射吸式液动锤均需要依靠活阀进行配流，可以算是阀式双作用液动锤的扩展与延伸。
贯通式液动锤的典型结构如
图4 贯通式液动锤结构示意
Fig.4 Schematic diagram of hollow‑through hydraulic hammer
绳索取心液动锤的典型结构如
图5 绳索取心液动锤结构示意
Fig.5 Schematic diagram of wireline coring hydraulic hammer
绳索取心+液动锤+螺杆马达三合一组合钻具结构如
图6 绳索取心+液动锤+螺杆马达三合一组合钻具结构示意
Fig.6 Schematic diagram of “three‑in‑one” drilling tool
中国大陆科学钻探（CCSD）工程是国家重大科学工程，YZX127型液动潜孔锤通过在先导孔中的应用和改进，得到了现场的一致认可，并在主孔施工过程中成为主要钻进方法。
在科钻一井主孔施工阶段，YZX127型液动锤累计进尺2937.45 m，平均效率达到1.14 m/h，平均回次进尺7.90 m，比不用液动锤分别提高228%和209%，大幅度缩短了工程施工工期，经济效益非常明显，同时创造了当时5118.2 m的使用井深世界纪录，并成为我国大陆钻探的特色技术。
中国岩金勘查第一深钻ZK96-5钻孔由山东黄金集团有限公司组织实施，山东省第三地质矿产勘查院负责施工。该孔施工中，钻遇地层破碎，岩心堵塞严重，回次进尺甚至只有10~30 cm，频繁捞取内管致使辅助时间大量增加。
采用SYZX75型绳索取心液动锤钻进后大幅度提高了回次进尺长度，在破碎地层中效率可提高200%，在地层相对完整后甚至将内管加长到4.3 m。同时，钻头寿命可延长20 m左右，钻进效率提高60%左右，台月效率提高56%左右。
绳索取心液动锤的使用深度也在该孔得到了进一步突破，该工艺在小口径岩心钻探领域的先进性和优越性得到了很好的展示，同时也取得了良好的经济效益和社会效益。
某房地产开发商在大连旅顺组织实施一口温泉地热井，设计井深3000 m，完钻井径152 mm。在施工过程中钻遇岩层坚硬，多为石英砂岩，硬度在7级以上，研磨性强，进尺非常缓慢，钻头磨损很快，寿命较短。
对比使用YZX130型液动锤后近600 m进尺中采用不同工艺的钻进情况，采用回转工艺平均时效0.48 m/h，采用冲击回转工艺钻进平均时效0.92 m/h，钻进时效相对回转钻进提高92%。采用回转钻进钻头平均使用寿命为28.32 m，采用冲击回转钻进钻头平均寿命为60.38 m，钻头寿命相对回转钻进提高113%。
液动潜孔锤目前在小口径岩心钻探领域应用广泛，且效益显著，特别是绳索取心液动锤钻进工艺深受生产单位好评。但由于其在使用中较普通绳索取心钻具复杂一些，在部分生产单位推广还存在困难。若要在更大范围内推广，还需要进一步简化结构，降低使用难度。
液动潜孔锤在工作排量上往往存在“小口径不够吃，大口径吃不下”的难题，在以后的研发中应进一步提高其泵量适应性，以适应不同工艺的钻进需求，促进液动锤技术发展。
液动潜孔锤的工作寿命受冲洗液中固相含量影响较大，目前在小口径岩心钻探领域寿命可达数百小时，一方面是小口径岩心钻探使用无固相冲洗液越来越多，另一方面则是其泵量通常较小，受冲洗液冲蚀作用也较小。而在大口径钻井领域，全面钻进往往需要较大的排量来携带岩屑，固相含量也大，对液动锤内部结构冲蚀厉害，严重影响了其工作寿命，今后需要在这一方面开展深入研究。
液动潜孔锤在大口径钻探中推广应用还需要进一步提高其输出冲击功，目前的大口径液动锤由于冲击功较小，普遍无法像气动锤一样与球齿钻头配合使用，降低生产成
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