貫通式潛孔錘鉆探2課件

貫通式潛孔錘及反循環(huán)連續(xù)取心鉆探第一節(jié)鉆進(jìn)工藝方法一、鉆進(jìn)工藝方法貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心鉆頭及雙壁鉆桿組成的鉆具系統(tǒng)，鉆進(jìn)中可同步實(shí)現(xiàn)下列三種鉆探新技術(shù)：

1、潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；2、壓縮空氣全孔反循環(huán)；3、鉆進(jìn)中不停鉆連續(xù)取心。二、鉆進(jìn)系統(tǒng)的組成如圖所示。壓縮空氣經(jīng)輸氣膠管進(jìn)入雙通道氣水龍頭，進(jìn)入雙壁鉆桿的環(huán)狀通道，驅(qū)動(dòng)貫通式潛孔錘的沖錘作高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖擊鉆頭，實(shí)現(xiàn)潛孔錘碎巖鉆進(jìn)。沖錘工作后的廢氣，經(jīng)鉆頭的排氣孔排出，再經(jīng)潛孔錘的貫通孔和雙壁鉆桿的中心通道，通過雙通道氣水龍頭及鵝頸彎管、排渣管排到旋流取樣器，完成動(dòng)力及流體介質(zhì)的反循環(huán)。潛孔錘鉆進(jìn)中形成的巖礦心及巖渣屑經(jīng)鉆頭底部間隙和擴(kuò)壓槽隨反循環(huán)流體上返，實(shí)現(xiàn)不停鉆連續(xù)取心鉆進(jìn)。1一天輪；2－鵝頸排心(樣)管；3一雙通道氣水龍頭；4－排心(樣)管；5一取樣器排氣(塵)管；6一旋流取心(樣)器；7－鉆機(jī)立軸；8一接心(樣)桶；9－雙壁鉆桿；10－鉆機(jī)；11一雙壁鉆桿鎖接頭；12－CQ-100／44貫通式潛孔錘；13一反循環(huán)柱齒合金鉆頭；14－空壓機(jī)；15、16－輸送壓氣管路；17－空氣儲(chǔ)氣罐三、鉆進(jìn)原理如圖所示。驅(qū)動(dòng)潛孔錘后的廢氣由鉆頭底部的排氣孔高速噴出，在噴口附近形成低壓區(qū)，對(duì)周圍介質(zhì)就形成抽吸作用。氣流與被抽吸的介質(zhì)，由孔底巖石反射后經(jīng)鉆頭擴(kuò)壓槽而進(jìn)入鉆頭中心通孔；于是高速流體的流速逐漸降低，壓力增高，攜帶的巖心、巖屑及孔內(nèi)流體沿鉆具的中心通道上返，經(jīng)雙通道氣水龍頭和鵝頸彎管排出孔外。GQ-100／44型貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心(樣)鉆進(jìn)的原理圖：1一排心(樣)管；2--雙通道氣水龍頭；3一鵝頸彎管；4--進(jìn)氣膠管；5一雙壁鉆桿；6一逆止閥；7一心管；8一內(nèi)缸；9---活塞；10---襯套；11一反循環(huán)專用鉆頭四、特點(diǎn)1、潛孔錘及鉆頭在結(jié)構(gòu)上均為中空式；2、沖錘直接撞擊鉆頭，能量傳遞效率高；3、耗風(fēng)量低，熱功效率高，沖擊能量大；4、使用空氣動(dòng)力介質(zhì)時(shí)，仍可使用各種液體沖洗介質(zhì)保護(hù)孔壁及巖心，這對(duì)在破碎復(fù)雜地層中的應(yīng)用具有特殊的意義；5、與專用反循環(huán)鉆頭配套使用，不需封隔器可穩(wěn)定形成全孔反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進(jìn)。GQ100GQ108GQ127GQ146GQ160GQ200GQ250潛孔錘外徑／mm100108127146160190242貫通孔直徑／mm55385555606260鉆孔直徑／mm105－132112－132132－152152－185165－200200－250250－350單次沖擊功／J1652684l05346407201052沖擊頻率／Hz181918.817161816耗氣量／m3.min591112131417五、貫通式潛孔錘系列規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)

第二節(jié)鉆進(jìn)實(shí)例

一、復(fù)雜地層地質(zhì)巖心勘探鉆進(jìn)實(shí)例

在復(fù)雜地層中的地質(zhì)巖心勘探，通常表現(xiàn)為：巖石堅(jiān)硬，難于鉆進(jìn)；地層漏失，護(hù)壁困難，巖礦心采取率低，達(dá)不到地質(zhì)要求；綜合施工成本大幅度增高，施工周期延長(zhǎng)。下面以河南嵩縣金礦勘探為例介紹。1、礦區(qū)概況

礦區(qū)位于河南省嵩縣范疙瘩村，金礦賦存于構(gòu)造蝕變破碎帶中。地層極為復(fù)雜，屬于硬、脆、碎、漏、塌等復(fù)雜地層，鉆探施工難度極大。前期曾采用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)，但孔內(nèi)經(jīng)常坍塌掉塊漏失嚴(yán)重，巖礦心采取率嚴(yán)重不足，鉆孔超徑，埋鉆、卡鉆、斷鉆桿等孔內(nèi)事故頻繁發(fā)生。2、潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)效果

鉆進(jìn)效率高試驗(yàn)中平均時(shí)效4.08米，是金剛石鉆進(jìn)的3.5倍；平均臺(tái)班進(jìn)尺18.42米，是金剛石鉆進(jìn)的4.5倍；

時(shí)間利用率高在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)最大提鉆間隔86米，平均時(shí)間利用率36.3％，是金剛石鉆進(jìn)的2.27倍；鉆頭壽命長(zhǎng)反循環(huán)取心球齒鉆頭平均壽命75.45米，是金剛石鉆頭壽命的6～8倍；

巖礦心采取好由于鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖(礦)心只有唯一的中心通道，巖礦心采取率達(dá)98％以上；孔內(nèi)事故少因鉆壓小，轉(zhuǎn)速低，孔壁無(wú)流體擾動(dòng)和沖刷，孔底干凈無(wú)沉渣，連續(xù)鉆進(jìn)回次進(jìn)尺長(zhǎng)，故大幅度減少了孔內(nèi)事故的發(fā)生；

鉆孔垂直度好沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)小，以沖擊為主體積破碎巖石，因此鉆孔不易彎曲；孔口無(wú)污染反循環(huán)排出的流體及巖(礦)心、巖渣(屑)，沿中心通道上返后進(jìn)入專門的取心筒，對(duì)孔口及周圍環(huán)境不產(chǎn)生污染；

鉆探成本低鉆探效率高，鉆頭壽命長(zhǎng)，孔內(nèi)事故減少，最終大幅度降低了鉆探成本。二、水文水井鉆鑿實(shí)例

采用潛孔錘正循環(huán)技術(shù)鉆鑿水井，鉆進(jìn)效率高，但水井工程孔深大，背壓高，配套使用的空壓機(jī)不但要求風(fēng)量大，風(fēng)壓也高，使鉆進(jìn)成本大幅度增高。主要矛盾是：為滿足排渣上返風(fēng)速的要求時(shí)，供風(fēng)量巨大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出潛孔錘本身工作的需求。如表中所列為不同孔徑條件下滿足上返風(fēng)速15m／s時(shí)對(duì)供風(fēng)量的需求，以Φ89鉆桿為例。項(xiàng)目孔徑／mmΦ160Φ180Φ200Φ220Φ250Φ280上返風(fēng)速所需風(fēng)量12.517.322.728.638.649.8潛孔錘所需風(fēng)量8～10lO～1212～1414～1616～1818～20由表可知：為滿足上返風(fēng)速要求時(shí)，其供風(fēng)量均大于驅(qū)動(dòng)潛孔錘做功所要求的供風(fēng)量。且孔徑越大，供風(fēng)量之差就越大。正、反循環(huán)所需最低風(fēng)量比較

鉆孔直徑Φ160Φ180Φ200Φ220Φ250Φ280正循環(huán)配用鉆桿Φ89Φ89Φ89Φ89Φ89Φ89風(fēng)量12.7017.5823.0429.0739.2050.62反循環(huán)配用鉆桿SHB89／60SHB89／60SHB89／60SHB114／70SHB114／70SHB128／87風(fēng)量2.592.592.593.523.525.44表中數(shù)據(jù)清晰反映出即使鉆孔直徑較大時(shí)，采用反循環(huán)鉆進(jìn)方法滿足上返風(fēng)速條件時(shí)所需供風(fēng)量依然很小。當(dāng)選用的鉆桿確定后，上返風(fēng)速不隨鉆孔直徑改變而變化，只與供風(fēng)量有關(guān)。實(shí)際鉆進(jìn)中，反循環(huán)上返風(fēng)速所需風(fēng)量，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于潛孔錘正常工作所需的額定供風(fēng)量。

1、在水文水井鉆鑿中的應(yīng)用實(shí)例

鉆進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)施工系統(tǒng)見圖5－4所示。空壓機(jī)輸出的壓縮空氣，經(jīng)貯氣罐12由進(jìn)氣膠管5進(jìn)入雙通道氣水龍頭7，經(jīng)雙壁鉆桿3的環(huán)狀斷面通道，輸入貫通式潛孔錘2后驅(qū)動(dòng)活塞沖錘往復(fù)運(yùn)動(dòng)，高速?zèng)_擊反循環(huán)鉆頭1并產(chǎn)生巨大的沖擊力破碎孔底巖石，完成高速鉆進(jìn)。做功后的廢氣由鉆頭下部的排氣孔高速排出，在孔底形成低壓區(qū)，經(jīng)鉆頭底端面的排氣槽進(jìn)入鉆頭的中心孔，以較高的風(fēng)速和攜屑能力將孔底的巖屑及鉆進(jìn)形成的巖心，經(jīng)潛孔錘貫通孔、雙壁鉆桿中心通道、雙通道氣水龍頭中心孔及鵝頸彎管9由排渣管8排出孔外，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力介質(zhì)的反循環(huán)，即貫通式潛孔錘反循環(huán)及連續(xù)取心鉆進(jìn)?，F(xiàn)場(chǎng)施工系統(tǒng)圖1一反循環(huán)鉆頭；2一貫通式潛孔錘；3一雙壁鉆桿；4一黃河鉆機(jī)；5一進(jìn)氣膠管；6一主動(dòng)鉆桿；7一氣水龍頭；8一排渣管；9－鵝頸彎管；10－空壓機(jī)；11一輸風(fēng)膠管；12一貯氣罐

2、鉆進(jìn)效果

鉆進(jìn)效率高鉆頭為環(huán)狀碎巖，且反循環(huán)排渣屑，孔底干凈，無(wú)重復(fù)破碎，因此，鉆進(jìn)效率大幅度提高，是普通潛孔錘的3－5倍；

純鉆進(jìn)時(shí)間利用率高不需提鉆取心，鉆頭壽命長(zhǎng)，使純鉆進(jìn)時(shí)間利用率比其他方法有較大提高；孔內(nèi)排(渣)屑能力強(qiáng)實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)，壓縮空氣及流體介質(zhì)沿鉆具中心通道上返速度高，攜渣能力強(qiáng)，形成的柱狀巖心在鉆進(jìn)中即可連續(xù)排出地表，孔底始終保持清潔；反循環(huán)能力強(qiáng)，孔徑不受限制反循環(huán)的形成與鉆具及孔徑的級(jí)配無(wú)關(guān)。在鉆具規(guī)格不變時(shí)，水井口徑可任意設(shè)計(jì)，不會(huì)影響反循環(huán)的形成和排渣效果；巖心(樣)采取率高，品質(zhì)好孔底鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖或巖心只有一個(gè)反循環(huán)中心通道，別無(wú)通路。鉆出的巖心在巨大沖擊力作用下及時(shí)折斷，形成短圓柱，能及時(shí)迅速排至地表；

判層準(zhǔn)確、及時(shí)潛孔錘鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖渣(屑)顆粒大，產(chǎn)生的巖心及時(shí)排至地表，地質(zhì)人員幾乎與孔底鉆頭同時(shí)接觸同一巖石，時(shí)效性強(qiáng)，可及時(shí)判層、及時(shí)采取相應(yīng)的技術(shù)措施和進(jìn)行正確決策，提高工程質(zhì)量；

不堵塞含水層裂隙，提高水井出水量孔壁及含水層無(wú)巖渣或巖粉通過，并且潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)過程亦進(jìn)行抽水洗井過程，利于疏通含水層，省去了抽水洗井工序，并提高水井出水量；供風(fēng)量減小節(jié)省設(shè)備投資和降低空壓機(jī)能源消耗；

利于在干旱缺水地區(qū)施工該項(xiàng)技術(shù)的動(dòng)力介質(zhì)是壓縮空氣，不需任何液體介質(zhì)或水，故利于干旱缺水、無(wú)水地區(qū)施工，能節(jié)約鉆進(jìn)成本；空氣鉆進(jìn)不受季節(jié)限制，可全天候施工作業(yè)；即使在冬季或冷凍地層、永凍地區(qū)也可正常鉆進(jìn)。三、普通潛孔錘鉆進(jìn)基巖水井排渣的技術(shù)措施

1、增加空壓機(jī)、增大供風(fēng)量設(shè)備投資大，鉆進(jìn)成本高；

2、采用增壓機(jī)、提高供風(fēng)壓力空壓機(jī)設(shè)備多，油耗高；

3、潛孔錘鉆進(jìn)與提鉆撈渣交叉作業(yè)增加了工序，影響鉆進(jìn)效率；4、小徑打、大徑擴(kuò)二次成井法保持了潛孔錘的高效率，但需二次成孔；

5、貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)鉆進(jìn)與排渣同步完成。真正發(fā)揮了潛孔錘的優(yōu)勢(shì)。四、應(yīng)用前景

除應(yīng)用于地質(zhì)巖心勘探、水文水井鉆鑿領(lǐng)域外，也可應(yīng)用于其他復(fù)雜地層條件或不同應(yīng)用領(lǐng)域的鉆孔工程：1、邊坡加固及滑坡治理的錨桿孔工程、疏水孔工程：通常其地層條件較復(fù)雜，易塌孔，目前多采用潛孔錘跟管鉆進(jìn)工藝，鉆進(jìn)效率偏低，成本高。采用貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)方法，可較大提高鉆進(jìn)效率，降低鉆孔成本；2、坑道內(nèi)的導(dǎo)水孔工程：用潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn)，