潜孔锤反循环钻探工艺试验研究

工程技术　综述　２０１５年３月　・２９１・　
潜孔锤反循环钻探工艺试验研究　
何红年　
（新疆地矿局第二水文地质大队，新疆８３００００）　
摘要：潜孔锤反循环钻探技术作为我国资源勘探中的重要组成部分，对我国勘探行业有着至关重要的作用。本文在详细　
介绍潜孔锤反循环钻进技术工艺原理的基础上，对其可行性应用技术中的优势进行了论证。　
关键词：反循环钻进；潜孔锤：基础处理；试验及应用；锦屏水电工程　
中图分类号：ＴＵ７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１．５５８６（２０１５）０６．０２９１—０１　

前言　
结合当前国内外深孔灌装、锚固剂排水项目的钻孔施工技　术能够看出，其仍以地质钻机及风动潜孔钻施工为主，该方法　在实际应用中，凭借其高超的施工工艺及较高的施工效率受到　人们的青睐。但在实际使用中，正循环潜孔锤钻进技术对环境　造成了严重的破坏，这在很大程度上与当前提倡的“绿色发展”　想违背。因此，在提倡环境资源与经济和谐发展的今天，选择　一种既环保又适应复杂地质条件的钻孔工艺已成为我国勘探行　业发展中急需解决的问题之一。　１潜孔锤反循环钻进工艺的优势　贯通式风动潜孔锤反循环连续取芯（取样）钻进技术是集　潜孔锤冲击碎岩、流体介质全孔反循环与钻进过程中连续获取　岩芯（样）三种工艺方法于一体的高新技术　该技术在实际应　用中，能够从根本上满足多种地质条件复杂的钻探需求，且在　钻探过程中具备取样效率高、钻孔质量好等优势，结合当前该　技术的应用范围主要在地质岩芯钻探工程和硬岩水文水井钻凿　工程领域已得到成功的应用，获得了显著的使用效果。在整个　潜孔锤反循环钻进工艺的应用中，其优势与空气锤钻相比，主　要体现在以下：　在整个潜孔锤反循环钻进工艺中，与以往的反循环钻头相　比，其在使用中不需要封隔器就能稳定反循环的连续取芯钻进。　压缩空气和上返流体介质均在封闭的双壁钻具内输运，避　免了与孔壁的接触和对孔壁的冲刷，对孔壁的稳定起着极大效　果，同时针对那些地层复杂、漏失及破碎地区有着十分显著的　效果。　上返流体介质输运的主要方式是依靠双臂钻杆，沿其中心　通道按固定防线流动，中心通道相关参数在设计阶段已做好设　定，如直径、断面积等。流体介质上返时，．其速度与孔径大小　无关。但是从断面积方面考虑，同环空相比中心通道则要小出　很多，特别是在钻孔直径过大时，这样能够保证上返速度达到　标准，高于３０ｍ／ｓ，这样一来有利于岩屑排出，直接解决了由　此所带来的堵塞问题。　潜孔锤反循环钻进有多项技术工艺，其中应用贯通式工艺　不仅利于岩屑、岩芯排出，而且方便收集除尘，从这一点来看，　其具有很好的环保功效。　通过实验研究发现，该项工艺应用下气体、岩屑的运输可　以在钻具内部进行，这样一来不仅能都减少气体给孔壁带来的　影响，同时利于减少噪音污染。　２潜孔锤反循环钻进工艺原理　压缩空气推动逆止阀６时，首先需要通过进气胶管和内外　管环隙。在通过进气胶管之后，空气会被送到双通道气水龙头，　随后再按流程推动逆止阀。推动工作完成后，压缩空气推动潜　孔锤活塞，其推动地点在前后气室之中。推动时会产生高频冲　击，这一冲击连同钻具带动下的回转会同时作用于岩体，它们　带动柱齿钻头破坏岩石，基于钻头设计岩体破碎呈环形，这样　一来便会出柱桩或块状岩心，其中前者对于完整岩层，而后者　对于破碎地层。在潜孔锤作用之后，钻头中的压气会沿着其底　部的排气孔释放，这一过程中它会吹洗岩屑，同时也能达到冷　却钻头的作用。随后压气会经过钻头底唇处直接进入钻头中心　孔，这一过程主要借助导流作用。随后气体会经过中心通道输　送到中心孔位置，最后再经由排心管等设备到达柱齿钻头，以　
此循环下去形成稳定机理。在这一过程中气体运输具有高速射　
流特点。　
３钻具优化设计　
３．１潜孔锤方面　
目前常见的贯通式潜孔锤的工作风压控制在１．５到１．６ＭＰａ　
左右，在这种工作风压的基础上，能够获得更好的钻探效果，　
不仅效率高，且环保，虽然在试验中所采用的风压并没有满足　
额定的工作风压，但是仍获得了良好的效果。因此为了更好的　
优化反循环钻进工艺，必须要重视下面两个方面的问题。　
①要配备专门的高风压空压机。现如今常见的高风压空压　
机的风压和风量分别为２．０ＭＰａ和２０ｍ／ｍｉｎ，采用这种高风压　
空压机能够同时使两台贯通式潜孔锤进行工作，极大的提高了　
工作的效率。　
②要对中低风压的贯通式潜孔锤进行优化，尽可能把工作　
额定压力控制在０．７到１．０ＭＰａ之间，另外还要避免流道中的压　
力的流失，增强潜孔锤的冲击功，增强钻进工作的整体效率。　
３．２钻杆方面　
目前钻探工作中使用的多为小８９ｍｍ的双壁钻杆，这种钻　
杆的重量比较大，就会对施工人员的体力有着较高的要求。因　
此要对钻杆进行优化，可以设计小７３ｒａｍ的双壁钻杆和２相配　
套的潜孔锤钻具系统，这种钻杆能够在布影响反循环的前提下，　
方便施工人员的操作。　
３．３反循环钻头设计　
钻探工作的环境是比较复杂的，且具有多样性的特点，因　
此就要对反循环钻头进行优化，研究出多种结构的反循环钻头，　
以此来适应各种底层，提高反循环的形成，防止孔口正循环的　
返风。　
３．４气水龙头方面　
在具体的应用中，要结合现场的实际情况，包括设备等，　
来对钻机动力头进行优化设计，以此实现大规模生产中的使用。　
３．５除尘装置　
在钻进的具体过程中，排粉工作是有排渣胶管进行的，因　
此要对排渣管进行除尘装置的安装，以此有效的收集、清理灰　
尘，例如旋流取样器、除尘袋、简易的除尘水池等　
４总结　
２１世纪以来，社会经济进入高速发展时期，矿产资源短　
缺问题日益凸现出来，加之由于矿产资源的不可再生性，面对　
着其需求量有增无减的情况，如何加大对矿产资源的开发及加　
强对资源的利用成为了一件迫在眉睫的事情。钻探技术是现阶　
段用于解决资源短缺问题的常用方式方法，因此加强对该项技　
术的研发并做好工艺、设备的优化工作具有实际意义。　
参考文献　
［１］李世忠．钻探工艺学（上册）．北京：地质出版社，２０１０（７）：６．　
［２］耿瑞伦，等．多工艺空气钻探．北京：地质出版社，２０１３（６）：　
３６．　
［３］蒋荣庆，殷砚，等．气动贯通式潜孔锤反循环连续取芯（样）　
钻具系统研制及使用效果地质与勘探，２０１１（１１）：８３．