中国大陆科学钻探工程(CCSD)是“九五”立项的国家重大科学工程项目，也是近年来实施的国际大陆科学钻探计划(ICDP)中最大的项目。中国大陆科学钻探工程的宗旨是运用现代高新钻探技术，在具有全球意义的板块会聚边界大别-苏鲁超高压变质带东部（江苏省东海县）中钻进5000米，利用从钻孔中获得的连续岩心和流体样品与井下原位观测数据，并结合区域地质和地球物理调查，瞄准当前的重大地学前沿，查明大陆造山带的物质组成与结构构造，揭示超高压变质带的形成与折返机制，探索现代地下深部流体与极端条件下的微生物，验证地球物理探测结果，建立结晶岩区的地球物理标尺，研究“大陆板块会聚边界地幔动力学”及现代地壳作用。完井后的5000m深孔将建立长期地下观测与实验基地，进行综合的地球物理测量，准确地监测现代地壳活动。　　 基于YZX127液动锤研究当时取得的成果，结合该技术在国内地质岩心钻探领用中表现出大幅度提高机械钻进效率、减少岩心堵塞、延长回次进尺、降低钻孔弯曲等方面的突出优点，对大陆科学钻探工程施工中的难点问题具有良好的针对性，在多轮专家的探讨和分析中，对在中国大陆科学钻探工程中应用液动锤技术达成了共识。因此，在工程技术目标中明确出“使独具中国特色的液动锤钻进技术更加完善，进一步巩固我国在液动锤技术领域中的领先地位”和“研究与开发新型的以绳索取心为基础的组合式取心钻进系统，如孔底马达/绳索取心二合一钻具、液动锤/绳索取心二合一钻具及其相应的钻进工艺，其成果将居国际领先地位”两项内容。为了完成上述技术目标，在中国大陆科学钻探工程的前期已经分别从不同的渠道立项开展了相关的液动锤技术研究和准备。　　 在传统液动锤研究的基础上，1997年勘探技术研究所研制出了YZX127液动锤（专利号ZL99100660.7），该液动锤较传统的液动锤具有更高的单次冲击功和能量利用率。采用该液动锤进行室内岩样钻进试验时，配套158mm球齿钻头花岗岩中的钻进效率可以达到3-6m/h，试验后对与钻头连接的接头螺纹进行了加厚设计，提高其净壁厚1倍。在中国大陆科学钻探工程中心的组织下，1998年6-7月间，参加了江苏东海的硬岩液动锤全面钻进试验，配套牙轮钻头钻进时可提高钻进效率91.40％，取得了良好的应用效果。但是由于冲击功大幅度提高，对高冲击功液动锤零件材料和热处理经验不足，在室内试验和野外应用过程中暴露出零件强度和工作寿命问题。经过对零件的选材、热处理及设计改进后，强度问题得以解决，零件的耐磨性在室内清水介质中的寿命试验中效果良好，零件的工作寿命达到了76.65小时以上。　　 2001年8月，中国大陆科学钻探开钻后，YZX127液动锤开始进行取心钻进应用试验。初期液动锤的可靠性极差，固相颗粒的阻卡是主要表现，对阻卡部位的受力参数和结构的初步改进，也未能取得效果。随后对液动锤的整体工作原理和结构进行重新设计，室内证明采用双喷嘴复合结构（国家发明专利ZL02125436.2）可行，随即结合工程进展开展了应用，试验效果令人鼓舞，将液动锤可正常工作的比率从不足30％提高到95％以上，在即使出现停止工作的情况也不会影响正常钻进。自此液动锤正式在科钻-并施工中进行应用。其后，结合使用中出现的零件耐磨性差、部分零件变形断裂、井内高温影响密封效果等问题，对YZX127液动锤进行了逐步的完善，积累了大量的现场经验和数据。　　 先导孔应用中：127个回次，548.28m，494h，平均钻进效率1.11m/h，平均回次进尺4.32m。主孔中应用：371个回次，2938.12m，2568h，平均钻进效率1.14m/h，平均回次进尺7.92m。全孔统计YZX127液动锤累计使用498个回次，完成取心钻进进尺3486.40m，使用时间累计3062h，平均钻进效率1.138m/h，平均回次长度7.00m，在更为复杂的泥浆环境中应用深度达到了5118.2m。根据全孔的统计资料对比，与回转钻进相比机械钻效提高54％，回次长度提高207％。大幅度缩短了钻进时间和提下钻辅助工作时间，降低施工成本近2000余万元，为科钻-井的顺利完工发挥了重要作用，成为我国有别于其他国家大陆科学钻探施工技术的一大特色。　　 在科钻-井施工过程中，还进行了KS152绳冲钻具总成、SYZX273液动锤、螺杆马达液动锤绳索三合一钻具等多项液动锤钻具进行了试验，证明该系列液动锤工作稳定、现场适应性好，下孔启动容易，结构简单，操作维修方便等特点。但其工作寿命较短，使用中仍然需要频繁的检修。　　 在科钻一井结束后，在地质大调查项目《600m地质岩心钻探设备器具研制及钻进工艺方法研究》、国土资源部百人计划项目《科学钻探深孔钻进用液动潜孔锤研究》及科技部科研院所项目《系列高效液动潜孔锤研究开发》等项目的支持下，继续对提高液动锤的工作寿命展开研究。通过科钻一井及后期的研究，对液动锤在深部环境中的应用取得了更为深入和全面的认识，结合液动锤的设计、使用环境及现阶段市场技术手段等因素，采用不同的技术手段进行解决，再经过现场的应用和检验并不断改进，使得液动锤方方面面的问题得以全面展示，并逐一对其进行改进和完善，最终使得液动锤技术迅速提高。完成了该系列小口径液动锤钻具的研发并在市场中得以应用；研发了SYZX系列绳索取心液动锤钻具，自2007年以来在国内地质岩心钻探领域得到迅速的推广和规模化应用，大幅度地提高了现场的施工效率，降低施工成本，因使用效果显著，入选探矿工程2008年度十大新闻，成为近年来我国岩心钻探技术的主要技术热点，年进尺已经超过20余万米，最大的绳索取心应用深度达到2212.08m，具有良好的经济效益和社会效益；结合工程实践，近期开展了大口径液动锤钻具的研究工作，解决了流量匹配等关键技术难题，工作寿命和工作稳定性明显提高，使得我国液动锤技术上了一个新台阶，提高了我国的钻探技术水平，确定了我国液动锤技术研究的世界领先地位。　　 自在科钻一井应用以来，通过不断的实践，研究解决液动锤技术的一系列关键技术难题，主要的研究成果如下：　　 一、为提高液动锤的适用性，通过选用较为合理的结构参数，可扩展液动锤的泵量适应范围。当实际排量与液动锤工作排量差异较大时，还可通过采用分流方式对液动锤的排量进行调整，以适应多种钻进工艺及环境的需要。　　 二、完成了的水力学模型试验分析，摸清了YZX系列液动锤的各项设计参数之间的关系，为液动锤设计提供了良好的设计基础，从而可针对不同使用环境需要，指导完成各种口径和工作参数的液动锤设计。用于取心钻进时，应采用小排量、高频率、低冲击功参数的液动锤钻具，防止过大的冲击功对取心钻具的破坏，减少岩心堵塞，可通过降低锤重、减小行程等方式实现；用于全面钻进的液动锤，应采用高冲击功、大排量液动锤，可通过增大锤重、加长冲程及配套储能器等方式实现。　　 三、液动锤工作稳定性改善首先要克服泥浆中的固相颗粒造成的阻卡，YZX液动锤在中国大陆科学钻探工程及后续的研究过程的分析和实践得出，杂物进入液动锤运动间隙的主要方式是流动的液体将携带杂物进入配合间隙，所以应从减少液动锤密封环节入手，避免泥浆在渗漏过程或流动过程杂物送入密封或运动间隙，从而使得液动锤抗阻卡性能大为改善，在科钻一井中得以成功应用，促进了后续的小口径液动锤开发中迅速的推广和应用。如在深孔条件下，为防止液动锤因孔内沉渣倒灌而影响其启动性能，可采用旁通逆止阀结构，在下钻过程中阻止泥沙直接进入液动锤的工作腔内，让其通过旁通孔进入钻杆内，防止空气在钻杆内大量存留而导致井内安全问题；当开泵钻进时，泥浆将旁通阀封闭而打开中心通道，建立循环而驱动液动锤工作。　　 四、磨损导致液动锤工作失效：活塞配合间隙磨损过度，导致腔体内的压力难以建立或不同腔体之间的压差偏离设计值过大而破坏了其工作条件；零件的磨损，致使零件间的配合尺寸出现较大变化，零件间的位置关系破坏而停止工作；高速的泥浆裹挟大量的固相颗粒，对液动锤内零件产生冲蚀，导致零件外形变化，流场形态破坏，破坏了液动锤设计的工作条件。经过分析认为液动锤产生磨损机理中黏着磨损、磨粒磨损和冲蚀磨损三种情况同时存在，其主要的磨损方式为磨粒磨损，且其恶劣程度远远超过常规机械零件的工作环境。基本原因如下：泥浆中的大量固相颗粒存在，造成了极其恶劣的磨粒磨损状况；液动锤工作过程中缺乏润滑，导致零件中存在严重的黏着磨损；零件工作过程中高频的强力冲击和振动导致出现振动磨损（黏着磨损）；高速流动的泥浆裹挟坚硬颗粒对液动锤内部产生严重的冲蚀，等等。　　 在优化零件设计结构和降低内部冲蚀流速的基础上，解决磨损的最佳手段就是提高表面硬度。根据磨损机理，液动锤零件表面硬度应该超过石英类的硬颗粒硬度，同时为更好的抵御磨粒磨损，表面硬化层应尽可能的细密。通过对不同表面处理方法的调研，对不同的液动锤零件选择了多种手段进行处理，然后在室内配置富含石英颗粒的泥浆进行泥浆试验，根据试验的数据和过程中现象的分析，进一步提高了对液动锤磨损严重情况的认识，对各类表面强化技术在液动锤零件加工中的应用有了进一步的认识，确定了相对合理的热处理方式，改进了零件的设计，使得液动锤的工作寿命大为改善。实践证明，采用新技术加工的液动锤平均不检修工作时间可超过40小时。在加强现场泥浆管理的基础上，小口径地质岩心钻探施工中，单套液动锤及一套配件使用可完成400-500米进尺，个别情况下甚至超过1500m。　　 五、液动锤需要满足恶劣的钻进施工负荷条件，设计中受到尺寸空间因素的制约，其输出较大的冲击功时，主要零件将承受强烈的冲击应力载荷，频繁发生断裂、变形等问题。在多年实践中主要采用如下技术手段进行解决：选用高强度、抗疲劳的合金钢材料，是解决该问题的基础；合理选择热处理工艺，在兼顾表面强化处理技术的基础上，确保材料处于最佳性能，提高零件的整体强度；注重零件结构的设计，避免应力集中，减小零件截面变化，尽可能采用整体设计，降低零件冲击时的应力，从而提高零件的强度。　　 六、深孔的背压问题将会一定程度地影响液动锤的工作性能，通过对深孔状态下液动锤工作的压力环境分析，综合调节液动锤的各个阶段对排量的需求，减小液动锤工作过程的排量脉动，能有效地降低脉动压力，从而减少背压效应对液动锤使用效果的影响，从而解决阀式液动锤深孔适应性问题。　　 七、在液动锤的工作环境下，常规的密封方式常常难以满足，因此应该尽量减少零件的密封环节，尽可能采用整体设计，虽然会增加零件的制造成本和加工难度，但是可提高液动锤整体的可靠性。如果必须采用密封时，则应采用较大的密封件和多级密封方式，提高密封的可靠性和持久性。在深孔状态下如需采用密封件则可应采用高温密封材料进行解决。　　 通过中国大陆科学钻探工程科钻一井的实施，完成了新一代YZX系列液动锤的研究，结合现场的工程实践和后续研究的改进完善，在现代工业基础的支撑下，形成了一套全面的液动锤研究、设计、制造和应用技术体系。新一代的液动锤较传统液动锤钻具相比，工作性能更加稳定、结构更为简单、工作寿命更长，因而具有更好的实用性，在地质钻探领域迅速得以推广和应用，使得我国的液动锤及其钻进技术得到进一步的完善和提高，确保了我国液动锤及其钻进技术世界领先地位。尤其配套完成的绳索取心液动锤钻具，在生产实践中可大幅度提高回次进尺、提高机械钻效和纯钻时间利用率、改善钻孔和取心质量，是现代地质岩心钻探的一项新突破，取得了良好的经济效益和社会效益。因此，中国大陆科学钻探工程的实施促进了液动锤及其钻进技术的发展和完善，必将成为我国液动锤钻进技术发展史上的一个里程碑!　　 但是，液动锤钻进技术虽然取得了长足的进步，但是仍然有一些问题尚待进一步解决和完善，到目前为止提高液动锤的零件工作寿命和强度问题尚未彻底突破，提高液动锤冲击功和能量利用率的配套储能器还需要进行深入研究。