贯通式气动潜孔锤在复杂破碎地层钻进的研究

添加人：admin 发布时间：2015/8/8 9:04:13 来源：中国破碎机网

　　贯通式气动潜孔锤在复杂破碎地层钻进的研究李伟涛殷琨张德龙自20世纪60年代以来，气动潜孔锤钻进技术发展迅速，应用领域不断拓宽。贯通式潜孔锤反循环连续取芯样钻进技术在地质岩心勘探水文水井钻凿水库坝基帷幕灌浆工程地质勘查非开挖管线铺设以及建筑基础等领域中得到广泛应用。目前，吉林大学建设工程学院正在承担地质调查局项目西部复杂条件下高效钻探技术研宄与开发，工作内容为贯通式取芯潜孔铺钻探技术在固体矿产勘探中的应用研宄，以下就在复杂地层尤其是破碎地层条件下对贯通式潜孔锤取芯取样钻进技术进行研宄。
　　1贯通式潜孔锤反循环连续取芯取样钻进技术贯通式潜孔锤反循环连续取芯样钻进技术集潜孔锤碎岩流体介质反循环钻进中连续获取岩矿芯样项先进工艺技术于体，具有钻进效率高；钻头寿命长；成孔质量优；岩矿芯样采取率高品质好代性强取芯样及时迅速等优点。
　　2贯通式潜孔锤技术在复杂地层钻进中研究的必要性贯通式潜孔锤在复杂地层钻进中经常会遇到些问，严重影响了正常的钻进工作和贯通式潜孔锤技术的推广和应用。例如坚硬破碎地层，卵砾石地层以及含有溶洞的地层。
　　在贯通式潜孔锤的应用过程中，岩芯卡堵是比较突出的问之。2002年贯通式潜孔锤在河北易县进行的水井试验，地层主要由坚硬破碎的灰岩砂岩和花岗岩构成，使用200冲击器加，245取样钻头扩孔至120，1左右深度时，245取样钻头发生岩芯卡堵问；另外，在广西柳林地区进行潜孔锤水文水井钻进时，由于钻进地区岩溶洞比较多，取样钻头也经常发生钻头底部岩屑堵塞问。潜孔锤在实际使用过程中发生钻头卡堵问，这其中固然有钻进工艺方面的因素，同时也与钻头结构以及钻进地层有关。因此，有必要对潜孔锤在复杂地层的钻进工艺以及钻头结构作进步的研究，方面有助于从根本上解决潜孔锤在复杂地层施工时出现的钻头卡堵问，另方面也可以进步完善贯通式潜孔锤技术，扩大贯通式潜孔锤技术的应用范围。
　　3试验分析试验的目的主要为解决贯通式潜孔锤在复杂地层钻进中存在的岩屑堵塞问。本次试验，人为模拟复杂地层进行钻进，在试验过程中，除了许多已存在的问以外还发现了些新的问体问进行分析3.1对于，89冲击器加，92取样钻头或取芯钻头进行钻进，由于钻头体外径与冲击器外径差别不大，冲击器外径能辅助增加钻头与孔壁之间的密封性，充分形成反循环，般在钻进151 25，之后，就有可能形成反循环。另外，钻头与孔壁之间的间隙必须要小，其面积要小于钻头内通孔面积，以保证高压气从排气孔排出之后能从中心通道上返而不是从钻头体与孔壁之间上返，3.2取样钻头和取芯钻头对不同地层的适应性对于完整的地层，取样钻头与取芯钻头不存在堵塞问，这是由取样钻头与取芯钻头结构决定的。对于取样钻头，在完整岩层中进行钻进，产生体积破碎，颗粒直径小于其内通孔直径，因而不会产生堵塞现象；而对取芯钻头，其偏心结构决定了在回转时，形成包络线，使钻进产生的岩屑小于其内通孔直径，不能产生堵塞。
　　21对十含有破碎颗粒的，1颗粒1径于时在冲击器正常工作状况下，取样钻头与取芯钻头不会发生堵塞现象对于含有较大岩屑颗粒的地层颗粒直径20，35爪1冰由于岩块直径与钻头内通孔直径相似，在钻进过程中，钻头不能充分破碎岩屑，岩屑容易直接进入钻头内通孔，对于取芯钻头，在排屑过程中，遇到冲击器接头或钻杆接头，岩块容易发生翻转，从而与后来的岩屑在冲击器内部或者钻杆内部发生卡堵；对于取样钻头，钻进过程中，在回转或者轴向压力下，岩屑被挤入钻头中心通道而不能被破碎，因而形成卡堵。在冲击器冲击振动以及轴向压力下，发生堵塞的岩块可能被振掉或被后来的岩块挤掉，但马上又有新的岩块堵上中心通道，因此冲击钻进可以比较有效地解决取样钻头卡堵的问。
　　对于含有大块颗粒的地层颗粒直径05，竹颗粒直径大于钻头中心通道直径，在使用取样钻头进行钻进中，取样钻头首先破碎岩块，然后进行反循环排肩，岩块经过钻头破碎以后，其颗粒直径小于钻头内通孔直径，因而很少发生或者不会发生钻中心通道卡堵的现象。
　　3.3对于取样钻头发生堵塞现象，从现有结构上进行分析。
　　扩压槽形状对堵塞的影响。在第次开始进行试验时92取样钻头其扩压槽形状为矩形，在各种破碎地层中钻进时，扩压槽部位经常发生岩屑颗粒卡堵现象，矩形扩压槽容易发生岩屑堵，而且旦发生堵塞现象，不容易振掉，影响了反循环的形成，证明矩形扩压槽不适合在破碎地层中钻进。尔后改为梯形扩压槽，卡堵岩块在冲击器振动和高压气体压力下很容易解卡，这点在试验中已经得到了证实。
　　收稿日期20心0225殷，1953，男，1982年毕业于长春地质学院探矿工程专业，教授，博导，吉林大学建设工程学院，吉林长春130026张德龙197，男，2003年毕业于吉林大学建设工程学院地质工程专业，硕士，长春光学精密机械研宄所，吉林长春130026，19942012ChinaAcademicJoumalElectronic辛伟涛等贯通式气动潜孔锤在复杂破碎地层钻进的研究凸台形状对取样钻头堵塞的影响。对于取样钻头，为了防止大块岩屑进入潜孔锤内通道，在钻头中心通道部位加凸台，使孔底岩屑充分破碎。但在钻进中，经常发生某些岩块来不及充分破碎或不能被充分破碎便被挤入钻头中心通道，造成在中心通道部分被堵塞。
　　喷射孔对取样钻头堵塞的影响。现有的取样钻头，其喷射为垂直于孔底，高压气体经过喷射孔喷出以后，在孔底形成反射，如果孔底为平面，同时环状间隙面积与钻头中心通道面积差不多时，其向两边喷射的几率相同，对反循环的形成不利；如果孔底为向内倾斜的斜面，则主要向中心通道反射；如果孔底为向外倾斜的斜面，则主要向外环间隙反射。总的来说，喷射孔对反循环的形成有较大影响，垂直喷射孔，其对反循环的形成不利，因此可以改变喷射孔的垂直度，使喷射孔和中心通道倾斜，这样会有利十5循环的形成。
　　3.4抽吸孔对冲击器正常工作及排屑的影响。
　　潜孔锤在实际钻进过程中，尤其是在破碎地层或极为破碎地层中钻进时，取样钻头非常容易发生钻头堵塞情况，在堵塞情况比较严重时，冲击器背压增加，当达到定压力时，冲击器不再工作，这时钻头堵塞的情况不能自解，必须提钻才能清除，在钻头发生堵塞的情况下维持冲击器的工作，须通过定的工艺方法，才可自解，因此考虑到在钻头体上增加两个倾斜的抽吸孔。
　　在钻头体上开抽吸孔，能够实现反循环排肩作用，同时，也存在个钻头冷却问，由于钻头体上不再开排气孔，气体经过抽吸孔后不经过孔底而是直接返回到孔外，因而不能冷却钻头。这问可以通过重新计算设计抽吸孔的大小位置以及钻头形状来实现。如果改变抽吸孔的大小，使抽吸力足够大，同时改变钻头形状和结构，使钻头与孔壁环状间隙的介质在抽吸力的作用下通过钻头中心通道返回到孔外，这样在介质流动过程中便可实现冷却钻头的作用。
　　4试验结论分析，可以得出以下结论取芯钻头和取样钻头，在完整地层中钻进时，钻进效果非常好，可以实现连续取芯取样，并且岩芯采取率非常高。
　　对于在含有小颗粒颗粒直径小于钻头内通孔直径；的破碎地层中钻进，取芯钻头和取样钻头的排屑效果也比较好，般不容易发生堵塞现象。
　　对于在含有中等颗粒颗粒直径与钻头中心通道直径差不多的破碎地层中钻进，取芯钻头和取样钻头都容易发生钻头卡堵现象。取芯钻头在钻头部位般不会发生堵塞，其发生堵塞的部位般位于冲击器与钻杆或者钻杆与钻杆的接头部分以及鹅须弯管处，而取样钻头般在钻头中心通道以及扩压槽部位发生堵塞。
　　对于在含有大小混合颗粒的地层中进行钻进，取样钻头和取芯钻头同样容易发生堵塞，其堵塞情况与在含有中等颗粒的破碎地层中钻进时发生堵塞的情况相类似。
　　取样钻头发生堵塞时，可以通过定的工艺方法来使其自解，通过试验发现，钻头发生堵塞时，压力升高，这时可以通过轴向加压，只冲击不回转以及强吹孔的方法来解堵。
　　取芯钻头不适合在破碎地层中进行钻进，因为其旦发生堵塞为致命堵塞艮难清除而取样钻头在破碎地层中钻进，有其优点，但在其钻头结构方面还需要进步的改进。
　　5取样钻头结构改进方案根据实际钻进过程中取样芯钻头发生堵塞的情况，对取样芯钻头进行改进。
　　扩压槽形状。矩形扩压槽很容易发生岩块卡堵现象，改为梯形扩压槽。
　　凸台形状。圆柱形凸台容易造成岩块卡堵，改为斜面。
　　排气孔垂直度。垂直排气孔，反循环形成不好，改为倾斜排气孔，能够有效的形成反循环。
　　在钻头体上，加两个倾斜的抽吸孔。
　　通过贯通式潜孔锤在复杂地层中钻进的室内试验以及理论上接第12页根据我国城市住宅建设的现状土地资源条件普通百姓状况的调查分析可持续发展的要求，我国城市普通住宅的户均面积必须进行控制，大力发展新代的小户型建筑，即应在保障基本面积需求的基础上，力求通过提高住宅设计与建设的水准和科技含量，完善居住功能和设备，完善社区服务，提高人居环境的质量，使人们获得了实质性的住宅小康。