声频钻进的创意最早出现在1910年,但直到20世纪末才逐渐成熟,并在欧洲、美国和日本得到了快速的发展和应用。2005年前后,中国学者开始研发声频钻进技术,并开发出相应的声频钻机,进行了工业化应用。
声频钻进的基本原理是将两个偏心块(偏心轴)沿反向做高速同步旋转(3000~12500转/分钟),产生的驱动力可分解为水平方向和竖直方向(钻进方向),当两个偏心块(偏心轴)完全同步时,水平方向的力完全抵消,竖直方向的力得到加强,产生与旋转速度相关的周期性的激振力,并传递到钻杆和钻头上。当振动频率与钻具固有频率一致时,引起钻杆共振,带动钻具和钻头的高频振动,造成钻具周围土壤以及钻头端部土壤的局部液化,减少了土壤与钻具之间的摩擦力及钻头端部土壤的承载力,在压力作用下钻头及钻具贯入地层。
声频钻进适用于浅层钻进,钻井深度一般不超过300米。其主要特点是钻进时无须冲洗液循环,无须回转(或者低速回转预防钻具松扣脱落),振动频率高。应用领域广,几乎所有需要在第四纪地层中进行钻孔、取心取样、安装监测仪器等场合,都可以优先选择声频振动钻进方法。另外,还可广泛应用在环境钻探、环境监测、岩土工程勘察、浅层矿产资源勘探、考古钻探、水资源勘探和开发等领域。