貫通式潛孔錘鉆探2

1、 貫通式潛孔錘貫通式潛孔錘 及反循環(huán)連續(xù)取心鉆探及反循環(huán)連續(xù)取心鉆探 第一節(jié)第一節(jié) 鉆進工藝方法鉆進工藝方法 一、鉆進工藝方法一、鉆進工藝方法 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)，鉆進中可同步實現(xiàn)下列三種鉆探 新技術(shù)： 1、潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進； 2、壓縮空氣全孔反循環(huán)； 3、鉆進中不停鉆連續(xù)取心。 二、鉆進系統(tǒng)的組成二、鉆進系統(tǒng)的組成 如圖所示。壓縮空氣經(jīng)輸氣膠管進入雙通道氣 水龍頭，進入雙壁鉆桿的環(huán)狀通道，驅(qū)動貫通式潛 孔錘的沖錘作高頻往復運動沖擊鉆頭，實現(xiàn)潛孔錘 碎巖鉆進。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

2、龍頭及鵝頸彎管、排渣管排到旋流 取樣器，完成動力及流體介質(zhì)的反循環(huán)。潛孔錘鉆 進中形成的巖礦心及巖渣屑經(jīng)鉆頭底部間隙和擴壓 槽隨反循環(huán)流體上返，實現(xiàn)不停鉆連續(xù)取心鉆進。實現(xiàn)不停鉆連續(xù)取心鉆進。 1一天輪；一天輪；2鵝頸排心鵝頸排心(樣樣)管；管；3一雙通道氣水龍頭；一雙通道氣水龍頭；4排心排心(樣樣)管；管；5一取樣器排一取樣器排 氣氣(塵塵)管；管；6一旋流取心一旋流取心(樣樣)器；器；7鉆機立軸；鉆機立軸；8一接心一接心(樣樣)桶；桶；9雙壁鉆桿；雙壁鉆桿；10 鉆機；鉆機；11一雙壁鉆桿鎖接頭；一雙壁鉆桿鎖接頭；12CQ-10044貫通式潛孔錘；貫通式潛孔錘；13一反循環(huán)柱齒合一反循環(huán)柱

3、齒合 金鉆頭；金鉆頭；14空壓機；空壓機；15、16輸送壓氣管路；輸送壓氣管路；17空氣儲氣罐空氣儲氣罐 三、鉆進原理三、鉆進原理 如圖所示。驅(qū)動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)鉆頭擴壓槽而進入鉆頭中心通孔； 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-100GQ-1004444型貫通式潛型貫通式潛 孔錘反循環(huán)連續(xù)取心孔錘反循環(huán)連續(xù)取心( (樣樣) ) 鉆進的原理圖：鉆進的原理圖： 1 1一排心一排心(

4、(樣樣) )管；管； 2-2-雙通道氣水龍頭；雙通道氣水龍頭； 3 3一鵝頸彎管；一鵝頸彎管； 4-4-進氣膠管；進氣膠管； 5 5一雙壁鉆桿；一雙壁鉆桿； 6 6一逆止閥；一逆止閥； 7 7一心管；一心管； 8 8一內(nèi)缸；一內(nèi)缸； 9-9-活塞；活塞； 10-10-襯套；襯套； 1111一反循環(huán)專用鉆頭一反循環(huán)專用鉆頭 四、特點四、特點 1、潛孔錘及鉆頭在結(jié)構(gòu)上均為中空式中空式； 2、沖錘直接撞擊鉆頭，能量傳遞效率高能量傳遞效率高； 3、耗風量低耗風量低，熱功效率高，沖擊能量大； 4、使用空氣動力介質(zhì)時，仍可使用各種液體沖可使用各種液體沖 洗介質(zhì)洗介質(zhì)保護孔壁及巖心，這對在破碎復雜地層中 的

5、應用具有特殊的意義； 5、與專用反循環(huán)鉆頭配套使用，不需封隔器可可 穩(wěn)定形成全孔反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進穩(wěn)定形成全孔反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進。 GQ100GQ100GQ108GQ108GQ127GQ127GQ146GQ146GQ160GQ160GQ200GQ200 GQ250GQ250 潛孔錘外徑潛孔錘外徑mmmm 100100 108108 127127 146146 160160 190190 242242 貫通孔直徑貫通孔直徑mmmm 5555 3838 5555 5555 6060 6262 6060 鉆孔直徑鉆孔直徑mmmm 105105 132132 112112 132132 1

6、32132 152152 152152 185185 165165 200200 200200 250250 250250 350350 單次沖擊功單次沖擊功J J 165165 268268 4l04l0 534534 640640 720720 10521052 沖擊頻率沖擊頻率HzHz 1818 1919 18.818.8 1717 1616 1818 1616 耗氣量耗氣量m3.minm3.min 5 5 9 9 1111 1212 1313 1414 1717 五、貫通式潛孔錘系列規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)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)第二節(jié) 鉆進實例鉆進實例 一、復雜地層地

7、質(zhì)巖心勘探鉆進實例一、復雜地層地質(zhì)巖心勘探鉆進實例 在復雜地層中的地質(zhì)巖心勘探，通常表現(xiàn)為： 巖石堅硬，難于鉆進；地層漏失，護壁困難，巖礦 心采取率低，達不到地質(zhì)要求；綜合施工成本大幅 度增高，施工周期延長。下面以河南嵩縣金礦勘探 為例介紹。 1 1、礦區(qū)概況、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。地層極為復雜，屬于硬、脆、碎、 漏、塌等復雜地層，鉆探施工難度極大。前期曾采 用硬質(zhì)合金鉆進、金剛石鉆進，但孔內(nèi)經(jīng)常坍塌掉 塊漏失嚴重，巖礦心采取率嚴重不足，鉆孔超徑， 埋鉆、卡鉆、斷鉆桿等孔內(nèi)事故頻繁發(fā)生。 2 2、潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心鉆進效果、潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心鉆

8、進效果 鉆進效率高鉆進效率高 試驗中平均時效4.08米，是金剛石鉆進的3.5倍； 平均臺班進尺18.42米，是金剛石鉆進的4.5倍； 時間利用率高時間利用率高 在復雜地層中鉆進最大提鉆間隔86米，平均時間 利用率36.3，是金剛石鉆進的2.27倍； 鉆頭壽命長鉆頭壽命長 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68倍； 巖礦心采取好巖礦心采取好 由于鉆進產(chǎn)生的巖(礦)心只有唯一的中心通道， 巖礦心采取率達98以上； 孔內(nèi)事故少孔內(nèi)事故少 因鉆壓小，轉(zhuǎn)速低，孔壁無流體擾動和沖刷， 孔底干凈無沉渣，連續(xù)鉆進回次進尺長，故大幅 度減少了孔內(nèi)事故的發(fā)生； 鉆孔垂直度好鉆孔垂直度好

9、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，鉆進規(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； 孔口無污染孔口無污染 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入專門的取心筒，對孔口及 周圍環(huán)境不產(chǎn)生污染； 鉆探成本低鉆探成本低 鉆探效率高，鉆頭壽命長，孔內(nèi)事故減少， 最終大幅度降低了鉆探成本。 二、水文水井鉆鑿實例二、水文水井鉆鑿實例 采用潛孔錘正循環(huán)技術(shù)鉆鑿水井，鉆進效率高， 但水井工程孔深大，背壓高，配套使用的空壓機不但 要求風量大，風壓也高，使鉆進成本大幅度增高。主主 要矛盾是：為滿足排渣上返風速的要求時，供風量巨要矛盾是：為滿足排渣上返風速的要求時，供風量巨 大，遠遠超出潛孔錘本身工

10、作的需求。大，遠遠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速15ms時對供風量的需 求，以89鉆桿為例。 項項 目目 孔孔 徑徑mmmm 160160 180180 200200220220 250250280280 上返風速所需風量上返風速所需風量 12.512.5 17.317.3 22.722.7 28.628.6 38.638.6 49.849.8 潛孔錘所需風量潛孔錘所需風量 8 81010lOlO121212121414141416161616181818182020 由表可知：為滿足上返風速要求時，其供風量 均大于驅(qū)動潛孔錘做功所要求的供風量。且孔徑越 大

11、，供風量之差就越大。 正、反循環(huán)所需最低風量比較正、反循環(huán)所需最低風量比較 鉆孔直徑 160 180 200 220 250280 正 循 環(huán) 配用鉆桿 89 89 89 89 89 89 風量 12.70 17.58 23.04 29.07 39.20 50.62 反 循 環(huán) 配用鉆桿 SHB 89 60 SHB 89 60 SHB 89 60 SHB 114 70 SHB 114 70 SHB 128 87 風量 2.59 2.59 2.59 3.52 3.52 5.44 表中數(shù)據(jù)清晰反映出即使鉆孔直徑較大時，采 用反循環(huán)鉆進方法滿足上返風速條件時所需供風量 依然很小。當選用的鉆桿確定后，

12、上返風速不隨鉆 孔直徑改變而變化，只與供風量有關(guān)。實際鉆進中， 反循環(huán)上返風速所需風量，已遠遠小于潛孔錘正常 工作所需的額定供風量。 1、在水文水井鉆鑿中的應用實例、在水文水井鉆鑿中的應用實例 鉆進的現(xiàn)場施工系統(tǒng)見圖54所示?？諌簷C輸出的壓縮空 氣，經(jīng)貯氣罐12由進氣膠管5進入雙通道氣水龍頭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)動活塞沖錘往復 運動，高速沖擊反循環(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。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入鉆頭的中 心孔，以較高的風速和攜屑能力將孔底的巖屑及鉆進形成的巖 心，經(jīng)潛孔錘

13、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，從而實現(xiàn)動力介質(zhì)的反實現(xiàn)動力介質(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。循環(huán)，即貫通式潛孔錘反循環(huán)及連續(xù)取心鉆進。 現(xiàn)場施工系統(tǒng)圖現(xiàn)場施工系統(tǒng)圖 1 1一反循環(huán)鉆頭；一反循環(huán)鉆頭； 2 2一貫通式潛孔錘；一貫通式潛孔錘； 3 3一雙壁鉆桿；一雙壁鉆桿； 4 4一黃河鉆機；一黃河鉆機； 5 5一進氣膠管；一進氣膠管； 6 6一主動鉆桿；一主動鉆桿； 7 7一氣水龍頭；一氣水龍頭； 8 8一排渣管；一排渣管； 9 9鵝頸彎管；鵝頸彎管； 1010空壓機；空壓機； 1111一輸風膠管；一輸風膠管； 1212一貯氣

14、罐一貯氣罐 2 2、鉆進效果、鉆進效果 鉆進效率高鉆進效率高 鉆頭為環(huán)狀碎巖，且反循環(huán)排渣屑，孔底干凈， 無重復破碎，因此，鉆進效率大幅度提高，是普通潛 孔錘的35倍； 純鉆進時間利用率高純鉆進時間利用率高 不需提鉆取心，鉆頭壽命長，使純鉆進時間利用 率比其他方法有較大提高； 孔內(nèi)排孔內(nèi)排( (渣渣) )屑能力強屑能力強 實施反循環(huán)鉆進，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，形成的柱狀巖心在 鉆進中即可連續(xù)排出地表，孔底始終保持清潔； 反循環(huán)能力強，孔徑不受限制反循環(huán)能力強，孔徑不受限制 反循環(huán)的形成與鉆具及孔徑的級配無關(guān)。在鉆具 規(guī)格不變時，水井口徑可任意設計，不會影響反

15、循環(huán) 的形成和排渣效果； 巖心巖心( (樣樣) )采取率高，品質(zhì)好采取率高，品質(zhì)好 孔底鉆進產(chǎn)生的巖或巖心只有一個反循環(huán)中心通 道，別無通路。鉆出的巖心在巨大沖擊力作用下及時 折斷，形成短圓柱，能及時迅速排至地表； 判層準確、及時判層準確、及時 潛孔錘鉆進產(chǎn)生的巖渣(屑)顆粒大，產(chǎn)生的巖心 及時排至地表，地質(zhì)人員幾乎與孔底鉆頭同時接觸同 一巖石，時效性強，可及時判層、及時采取相應的技 術(shù)措施和進行正確決策，提高工程質(zhì)量； 不堵塞含水層裂隙，提高水井出水量不堵塞含水層裂隙，提高水井出水量 孔壁及含水層無巖渣或巖粉通過，并且潛孔 錘反循環(huán)鉆進過程亦進行抽水洗井過程，利于疏 通含水層，省去了抽水洗井

16、工序，并提高水井出 水量； 供風量減小供風量減小 節(jié)省設備投資和降低空壓機能源消耗； 利于在干旱缺水地區(qū)施工利于在干旱缺水地區(qū)施工 該項技術(shù)的動力介質(zhì)是壓縮空氣，不需任何液 體介質(zhì)或水，故利于干旱缺水、無水地區(qū)施工，能 節(jié)約鉆進成本；空氣鉆進不受季節(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。 三、普通潛孔錘鉆進基巖水井排渣的技術(shù)措施三、普通潛孔錘鉆進基巖水井排渣的技術(shù)措施 1 1、增加空壓機、增大供風量、增加空壓機、增大供風量 設備投資大，鉆進成本高； 2 2、采用增壓機、提高供風壓力、采用增壓機、提高供風壓力 空壓機設備多，油耗高； 3 3、潛孔錘鉆進與提鉆撈渣

17、交叉作業(yè)、潛孔錘鉆進與提鉆撈渣交叉作業(yè) 增加了工序，影響鉆進效率； 4 4、小徑打、大徑擴二次成井法、小徑打、大徑擴二次成井法 保持了潛孔錘的高效率，但需二次成孔； 5 5、貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進、貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進 鉆進與排渣同步完成。真正發(fā)揮了潛孔錘 的優(yōu)勢。 四、應用前景四、應用前景 除應用于地質(zhì)巖心勘探、水文水井鉆鑿領域外，也可應 用于其他復雜地層條件或不同應用領域的鉆孔工程： 1、邊坡加固及滑坡治理的錨桿孔工程、疏水孔工程、邊坡加固及滑坡治理的錨桿孔工程、疏水孔工程：通常 其地層條件較復雜，易塌孔，目前多采用潛孔錘跟管鉆進工 藝，鉆進效率偏低，成本高。采用貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進 方法，可較大提高鉆進效率，降低鉆孔成本； 2、坑道內(nèi)的導水孔工程、坑道內(nèi)的導水孔工程：用潛孔錘正循環(huán)鉆進，粉塵不易 消