贯通式潜孔锤钻探2

1、 贯通式潜孔锤贯通式潜孔锤 及反循环连续取心钻探及反循环连续取心钻探 第一节第一节 钻进工艺方法钻进工艺方法 一、钻进工艺方法一、钻进工艺方法 贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头及双壁钻杆 组成的钻具系统，钻进中可同步实现下列三种钻探 新技术： 1、潜孔锤冲击回转钻进； 2、压缩空气全孔反循环； 3、钻进中不停钻连续取心。 二、钻进系统的组成二、钻进系统的组成 如图所示。压缩空气经输气胶管进入双通道气 水龙头，进入双壁钻杆的环状通道，驱动贯通式潜 孔锤的冲锤作高频往复运动冲击钻头，实现潜孔锤 碎岩钻进。冲锤工作后的废气，经钻头的排气孔排 出，再经潜孔锤的贯通孔和双壁钻杆的中心通道， 通过双通道气水

2、龙头及鹅颈弯管、排渣管排到旋流 取样器，完成动力及流体介质的反循环。潜孔锤钻 进中形成的岩矿心及岩渣屑经钻头底部间隙和扩压 槽随反循环流体上返，实现不停钻连续取心钻进。实现不停钻连续取心钻进。 1一天轮；一天轮；2鹅颈排心鹅颈排心(样样)管；管；3一双通道气水龙头；一双通道气水龙头；4排心排心(样样)管；管；5一取样器排一取样器排 气气(尘尘)管；管；6一旋流取心一旋流取心(样样)器；器；7钻机立轴；钻机立轴；8一接心一接心(样样)桶；桶；9双壁钻杆；双壁钻杆；10 钻机；钻机；11一双壁钻杆锁接头；一双壁钻杆锁接头；12CQ-10044贯通式潜孔锤；贯通式潜孔锤；13一反循环柱齿合一反循环柱

3、齿合 金钻头；金钻头；14空压机；空压机；15、16输送压气管路；输送压气管路；17空气储气罐空气储气罐 三、钻进原理三、钻进原理 如图所示。驱动潜孔锤后的废气由钻头底部的 排气孔高速喷出，在喷口附近形成低压区，对周围 介质就形成抽吸作用。气流与被抽吸的介质，由孔 底岩石反射后经钻头扩压槽而进入钻头中心通孔； 于是高速流体的流速逐渐降低，压力增高，携带的 岩心、岩屑及孔内流体沿钻具的中心通道上返，经 双通道气水龙头和鹅颈弯管排出孔外。 GQ-100GQ-1004444型贯通式潜型贯通式潜 孔锤反循环连续取心孔锤反循环连续取心( (样样) ) 钻进的原理图：钻进的原理图： 1 1一排心一排心(

4、(样样) )管；管； 2-2-双通道气水龙头；双通道气水龙头； 3 3一鹅颈弯管；一鹅颈弯管； 4-4-进气胶管；进气胶管； 5 5一双壁钻杆；一双壁钻杆； 6 6一逆止阀；一逆止阀； 7 7一心管；一心管； 8 8一内缸；一内缸； 9-9-活塞；活塞； 10-10-衬套；衬套； 1111一反循环专用钻头一反循环专用钻头 四、特点四、特点 1、潜孔锤及钻头在结构上均为中空式中空式； 2、冲锤直接撞击钻头，能量传递效率高能量传递效率高； 3、耗风量低耗风量低，热功效率高，冲击能量大； 4、使用空气动力介质时，仍可使用各种液体冲可使用各种液体冲 洗介质洗介质保护孔壁及岩心，这对在破碎复杂地层中 的

5、应用具有特殊的意义； 5、与专用反循环钻头配套使用，不需封隔器可可 稳定形成全孔反循环连续取心（样）钻进稳定形成全孔反循环连续取心（样）钻进。 GQ100GQ100GQ108GQ108GQ127GQ127GQ146GQ146GQ160GQ160GQ200GQ200 GQ250GQ250 潜孔锤外径潜孔锤外径mmmm 100100 108108 127127 146146 160160 190190 242242 贯通孔直径贯通孔直径mmmm 5555 3838 5555 5555 6060 6262 6060 钻孔直径钻孔直径mmmm 105105 132132 112112 132132 1

6、32132 152152 152152 185185 165165 200200 200200 250250 250250 350350 单次冲击功单次冲击功J J 165165 268268 4l04l0 534534 640640 720720 10521052 冲击频率冲击频率HzHz 1818 1919 18.818.8 1717 1616 1818 1616 耗气量耗气量m3.minm3.min 5 5 9 9 1111 1212 1313 1414 1717 五、贯通式潜孔锤系列规格及主要技术参数五、贯通式潜孔锤系列规格及主要技术参数 第二节第二节 钻进实例钻进实例 一、复杂地层地

7、质岩心勘探钻进实例一、复杂地层地质岩心勘探钻进实例 在复杂地层中的地质岩心勘探，通常表现为： 岩石坚硬，难于钻进；地层漏失，护壁困难，岩矿 心采取率低，达不到地质要求；综合施工成本大幅 度增高，施工周期延长。下面以河南嵩县金矿勘探 为例介绍。 1 1、矿区概况、矿区概况 矿区位于河南省嵩县范疙瘩村，金矿赋存于构 造蚀变破碎带中。地层极为复杂，属于硬、脆、碎、 漏、塌等复杂地层，钻探施工难度极大。前期曾采 用硬质合金钻进、金刚石钻进，但孔内经常坍塌掉 块漏失严重，岩矿心采取率严重不足，钻孔超径， 埋钻、卡钻、断钻杆等孔内事故频繁发生。 2 2、潜孔锤反循环连续取心钻进效果、潜孔锤反循环连续取心钻

8、进效果 钻进效率高钻进效率高 试验中平均时效4.08米，是金刚石钻进的3.5倍； 平均台班进尺18.42米，是金刚石钻进的4.5倍； 时间利用率高时间利用率高 在复杂地层中钻进最大提钻间隔86米，平均时间 利用率36.3，是金刚石钻进的2.27倍； 钻头寿命长钻头寿命长 反循环取心球齿钻头平均寿命75.45米，是金 刚石钻头寿命的68倍； 岩矿心采取好岩矿心采取好 由于钻进产生的岩(矿)心只有唯一的中心通道， 岩矿心采取率达98以上； 孔内事故少孔内事故少 因钻压小，转速低，孔壁无流体扰动和冲刷， 孔底干净无沉渣，连续钻进回次进尺长，故大幅 度减少了孔内事故的发生； 钻孔垂直度好钻孔垂直度好

9、冲击回转钻进，钻进规程参数小，以冲击为 主体积破碎岩石，因此钻孔不易弯曲； 孔口无污染孔口无污染 反循环排出的流体及岩(矿)心、岩渣(屑)， 沿中心通道上返后进入专门的取心筒，对孔口及 周围环境不产生污染； 钻探成本低钻探成本低 钻探效率高，钻头寿命长，孔内事故减少， 最终大幅度降低了钻探成本。 二、水文水井钻凿实例二、水文水井钻凿实例 采用潜孔锤正循环技术钻凿水井，钻进效率高， 但水井工程孔深大，背压高，配套使用的空压机不但 要求风量大，风压也高，使钻进成本大幅度增高。主主 要矛盾是：为满足排渣上返风速的要求时，供风量巨要矛盾是：为满足排渣上返风速的要求时，供风量巨 大，远远超出潜孔锤本身工

10、作的需求。大，远远超出潜孔锤本身工作的需求。如表中所列为 不同孔径条件下满足上返风速15ms时对供风量的需 求，以89钻杆为例。 项项 目目 孔孔 径径mmmm 160160 180180 200200220220 250250280280 上返风速所需风量上返风速所需风量 12.512.5 17.317.3 22.722.7 28.628.6 38.638.6 49.849.8 潜孔锤所需风量潜孔锤所需风量 8 81010lOlO121212121414141416161616181818182020 由表可知：为满足上返风速要求时，其供风量 均大于驱动潜孔锤做功所要求的供风量。且孔径越 大

11、，供风量之差就越大。 正、反循环所需最低风量比较正、反循环所需最低风量比较 钻孔直径 160 180 200 220 250280 正 循 环 配用钻杆 89 89 89 89 89 89 风量 12.70 17.58 23.04 29.07 39.20 50.62 反 循 环 配用钻杆 SHB 89 60 SHB 89 60 SHB 89 60 SHB 114 70 SHB 114 70 SHB 128 87 风量 2.59 2.59 2.59 3.52 3.52 5.44 表中数据清晰反映出即使钻孔直径较大时，采 用反循环钻进方法满足上返风速条件时所需供风量 依然很小。当选用的钻杆确定后，

12、上返风速不随钻 孔直径改变而变化，只与供风量有关。实际钻进中， 反循环上返风速所需风量，已远远小于潜孔锤正常 工作所需的额定供风量。 1、在水文水井钻凿中的应用实例、在水文水井钻凿中的应用实例 钻进的现场施工系统见图54所示。空压机输出的压缩空 气，经贮气罐12由进气胶管5进入双通道气水龙头7，经双壁钻 杆3的环状断面通道，输入贯通式潜孔锤2后驱动活塞冲锤往复 运动，高速冲击反循环钻头1并产生巨大的冲击力破碎孔底岩 石，完成高速钻进。做功后的废气由钻头下部的排气孔高速排 出，在孔底形成低压区，经钻头底端面的排气槽进入钻头的中 心孔，以较高的风速和携屑能力将孔底的岩屑及钻进形成的岩 心，经潜孔锤

13、贯通孔、双壁钻杆中心通道、双通道气水龙头中 心孔及鹅颈弯管9由排渣管8排出孔外，从而实现动力介质的反实现动力介质的反 循环，即贯通式潜孔锤反循环及连续取心钻进。循环，即贯通式潜孔锤反循环及连续取心钻进。 现场施工系统图现场施工系统图 1 1一反循环钻头；一反循环钻头； 2 2一贯通式潜孔锤；一贯通式潜孔锤； 3 3一双壁钻杆；一双壁钻杆； 4 4一黄河钻机；一黄河钻机； 5 5一进气胶管；一进气胶管； 6 6一主动钻杆；一主动钻杆； 7 7一气水龙头；一气水龙头； 8 8一排渣管；一排渣管； 9 9鹅颈弯管；鹅颈弯管； 1010空压机；空压机； 1111一输风胶管；一输风胶管； 1212一贮气

14、罐一贮气罐 2 2、钻进效果、钻进效果 钻进效率高钻进效率高 钻头为环状碎岩，且反循环排渣屑，孔底干净， 无重复破碎，因此，钻进效率大幅度提高，是普通潜 孔锤的35倍； 纯钻进时间利用率高纯钻进时间利用率高 不需提钻取心，钻头寿命长，使纯钻进时间利用 率比其他方法有较大提高； 孔内排孔内排( (渣渣) )屑能力强屑能力强 实施反循环钻进，压缩空气及流体介质沿钻具中 心通道上返速度高，携渣能力强，形成的柱状岩心在 钻进中即可连续排出地表，孔底始终保持清洁； 反循环能力强，孔径不受限制反循环能力强，孔径不受限制 反循环的形成与钻具及孔径的级配无关。在钻具 规格不变时，水井口径可任意设计，不会影响反

15、循环 的形成和排渣效果； 岩心岩心( (样样) )采取率高，品质好采取率高，品质好 孔底钻进产生的岩或岩心只有一个反循环中心通 道，别无通路。钻出的岩心在巨大冲击力作用下及时 折断，形成短圆柱，能及时迅速排至地表； 判层准确、及时判层准确、及时 潜孔锤钻进产生的岩渣(屑)颗粒大，产生的岩心 及时排至地表，地质人员几乎与孔底钻头同时接触同 一岩石，时效性强，可及时判层、及时采取相应的技 术措施和进行正确决策，提高工程质量； 不堵塞含水层裂隙，提高水井出水量不堵塞含水层裂隙，提高水井出水量 孔壁及含水层无岩渣或岩粉通过，并且潜孔 锤反循环钻进过程亦进行抽水洗井过程，利于疏 通含水层，省去了抽水洗井

16、工序，并提高水井出 水量； 供风量减小供风量减小 节省设备投资和降低空压机能源消耗； 利于在干旱缺水地区施工利于在干旱缺水地区施工 该项技术的动力介质是压缩空气，不需任何液 体介质或水，故利于干旱缺水、无水地区施工，能 节约钻进成本；空气钻进不受季节限制，可全天候 施工作业；即使在冬季或冷冻地层、永冻地区也可 正常钻进。 三、普通潜孔锤钻进基岩水井排渣的技术措施三、普通潜孔锤钻进基岩水井排渣的技术措施 1 1、增加空压机、增大供风量、增加空压机、增大供风量 设备投资大，钻进成本高； 2 2、采用增压机、提高供风压力、采用增压机、提高供风压力 空压机设备多，油耗高； 3 3、潜孔锤钻进与提钻捞渣

17、交叉作业、潜孔锤钻进与提钻捞渣交叉作业 增加了工序，影响钻进效率； 4 4、小径打、大径扩二次成井法、小径打、大径扩二次成井法 保持了潜孔锤的高效率，但需二次成孔； 5 5、贯通式潜孔锤反循环钻进、贯通式潜孔锤反循环钻进 钻进与排渣同步完成。真正发挥了潜孔锤 的优势。 四、应用前景四、应用前景 除应用于地质岩心勘探、水文水井钻凿领域外，也可应 用于其他复杂地层条件或不同应用领域的钻孔工程： 1、边坡加固及滑坡治理的锚杆孔工程、疏水孔工程、边坡加固及滑坡治理的锚杆孔工程、疏水孔工程：通常 其地层条件较复杂，易塌孔，目前多采用潜孔锤跟管钻进工 艺，钻进效率偏低，成本高。采用贯通式潜孔锤反循环钻进 方法，可较大提高钻进效率，降低钻孔成本； 2、坑道内的导水孔工程、坑道内的导水孔工程：用潜孔锤正循环钻进，粉尘不易 消