第七章反循環(huán)取心

第七章反循環(huán)取心第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心定義:凡是沖洗介質(zhì)循環(huán)方式與傳統(tǒng)的正循環(huán)方式相反的鉆進(jìn)方法皆可稱為反循環(huán)鉆進(jìn)。分為孔底局部反循環(huán)和全孔反循環(huán)兩種。與孔底正循環(huán)相比有如下的優(yōu)點：

（1）沖洗液反向循環(huán)，與巖心進(jìn)入巖心管的方向一致，避免了沖洗液對巖心的正面沖刷和液柱壓力對巖心造成的擠夾和磨損，有利于巖心進(jìn)入巖心管，減少流失和重復(fù)破碎；（2）巖心在巖心管呈懸浮狀態(tài)，減輕相互研磨和選擇性磨損，因此能夠提高裂隙發(fā)育、破碎、性脆、軟硬不均的巖礦層取心質(zhì)量。第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心是指在鉆進(jìn)中借助于一些特殊的器具，在孔內(nèi)鉆具總成的下部（孔底部分）形成反循環(huán)方式，而在在鉆具總成的上部仍是正循環(huán)或無沖洗液循環(huán)，相對于全孔反循環(huán)，孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心具有鉆具結(jié)構(gòu)簡單，一般不需要特殊的輔助設(shè)備，機(jī)具輕便，成本低廉。.

一、建立沖洗液孔底反循環(huán)的方法無泵鉆進(jìn)噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)封隔式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)空氣升液式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)

第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

1、無泵鉆進(jìn)方案不需要地表水泵供給沖洗液在孔內(nèi)循環(huán)，鉆具上裝有帶孔2的專門接頭和單向閥3，以及開口或閉口的巖粉收集管4。利用孔內(nèi)的靜水柱壓力，鉆進(jìn)時，使鉆具周期地上提和下落，即可實現(xiàn)沖洗液的孔底反循環(huán)。當(dāng)鉆具向上運動時，鉆具內(nèi)形成低壓區(qū)，液體攜帶巖心和巖粉從孔壁間隙進(jìn)入巖心管，此時球閥處于關(guān)閉狀態(tài)。向下運動時，鉆具內(nèi)形成壓力增高區(qū)，沖洗液攜帶重量較輕的巖粉，經(jīng)過球閥排到巖粉收集器中。這樣，一方面避免了沖洗液對巖心的正面沖刷破壞，另一方面捕集了鉆進(jìn)時產(chǎn)生的所有巖屑和巖粉。

第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)

這種噴射式鉆具是利用沖洗液流的噴射效應(yīng)建立孔底反循環(huán)的。所謂噴射效應(yīng)乃是高速運動的液流在流束附近壓力降低的一種現(xiàn)象。噴射式鉆具的主要部件是噴射裝置。一般由噴嘴1和承噴器2組成。沖洗液流在壓力下從噴嘴以高速噴出，在承噴器上部形成低壓區(qū)，沖洗液從孔壁間隙，經(jīng)過鉆頭水口并攜帶巖粉抽吸到巖心管4的內(nèi)腔，通過濾網(wǎng)6進(jìn)入到巖粉收集器7。在液體流動過程中，巖心和巖粉重量較大和塊度較大的沉積于巖心管內(nèi)，而重量較小和粒度較細(xì)的則收集于巖粉收集器中。第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)噴射式鉆具可配備硬質(zhì)合金鉆頭或金剛石鉆頭?？捎糜趩喂茔@具鉆進(jìn)，也可用于雙管鉆具，在雙層鉆具中，承噴器出口的液流被引導(dǎo)到內(nèi)管與外管的間隙，這樣能夠增大返水量，提高返水效率(返水量與給水量之比)。與無泵鉆具相比，具有操作方便，勞動強(qiáng)度小，鉆進(jìn)效率高，孔底比較干凈，埋鉆事故少等優(yōu)點，在硬、脆、碎地層中使用較多。但是其缺點是反循環(huán)液流速度與被攜帶的巖粉量成反比。隨著沖洗液中巖粉的飽和，噴射裝置的工作效率降低。超過臨界值時，噴射裝置就停止工作。此時沖洗液完全向上流送，可能導(dǎo)致燒鉆。因此，鉆進(jìn)產(chǎn)生大量巖粉的軟的和中硬的巖礦層時，不用噴射式鉆具。第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

3、封隔式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)通過人工阻隔，使沖洗液在孔底形成反循環(huán)。（1）彈性膠囊阻隔式：當(dāng)孔壁比較穩(wěn)定、光滑時，采用彈性膠囊封隔阻隔沖洗液流。沖洗液使膠囊體積增大，封閉孔壁間隙，迫使沖洗液經(jīng)過鉆頭水口，攜帶巖粉并推動巖心進(jìn)入巖心管內(nèi)。在巖心管自由空間內(nèi)液流運動速度降低，巖粉和巖心顆粒沉淀下來，而沖洗液則通過濾網(wǎng)和出水孔道進(jìn)入鉆桿與孔壁的間隙，返回地表。第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（2）孔底阻隔式：鉆進(jìn)含粘土夾層和松散沉積物的軟弱巖礦層時，采用另一種封隔式鉆具。此種鉆具利用專門厚壁硬合金鉆頭起封隔器作用，雙層巖心管結(jié)構(gòu)。厚壁鉆頭1阻止沖洗液流向巖心管與孔壁之間的空隙，把絕大部分的液流引導(dǎo)到巖心管5的內(nèi)腔，并經(jīng)過濾網(wǎng)4和返水孔3流到鉆桿與孔壁的間隙返回到地表，而巖粉和巖心則滯留于巖心管內(nèi)。

第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

4、空氣升液式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)

空氣升液的原理是把由進(jìn)氣管2放入鉆桿柱中一定的深度，送入壓縮空氣。鉆桿柱內(nèi)形成氣水混合物，其密度低于鉆桿與孔壁間隙中水的密度，在壓力作用下，鉆桿與孔壁間隙中的水經(jīng)過鉆頭，攜帶巖粉和巖心進(jìn)入巖心管內(nèi)腔。與其他孔底反循環(huán)鉆具一樣，巖心鉆具上部往往接有閉口式巖粉收集器，使上返沖洗液中重量較輕的巖粉匯集于收集器中。該方法適用于鉆進(jìn)易溶巖礦層(如巖鹽)以及在裂隙發(fā)育沖洗液強(qiáng)烈漏失的條件下取樣鉆進(jìn)。第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心二、幾種有代表性的沖洗液孔底反循環(huán)鉆具（一）無泵式反循環(huán)鉆具

1、無泵鉆具的結(jié)構(gòu)形式:

有開口式和閉口式兩種形式（1）開口式無泵鉆具特點:結(jié)構(gòu)簡單，收集巖粉能力強(qiáng)，取出巖粉容易，但鉆具強(qiáng)度較低，一般僅宜于150米以內(nèi)的淺孔鉆進(jìn)。

第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（2）閉口式無泵鉆具閉口式無泵鉆具如右圖所示。與開口式無泵鉆具相比，具有強(qiáng)度較高，適于破碎、松散、粘性大、比重大的巖礦層和孔深大于150米的鉆孔。如遇坍塌、掉塊和巖粉較多的巖礦層還可在導(dǎo)水接頭上增加開口取粉管，以收取更多的巖粉。

第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、無泵鉆具鉆進(jìn)

無泵鉆具的鉆進(jìn)參數(shù)是鉆壓、轉(zhuǎn)速、串動頻率和串動高度。

鉆壓不宜過大，一般2～4kN，否則易造成巖心堵塞或糊鉆。

轉(zhuǎn)速不宜過快，以保護(hù)巖礦心。一般在100～200r／min。

串動頻率一般為5—10次／min，串動高度一般為15～20cm，巖礦層松散，巖粉較多，為了增大反循環(huán)強(qiáng)度，串動頻率與串動高度大些。鉆進(jìn)中，周期性地串動鉆具，并且慢提快落，以增強(qiáng)反循環(huán)效果。

孔內(nèi)的靜止水位必須超過粗徑鉆具，以保證反循環(huán)的形成。第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(二)噴射式反循環(huán)鉆具

1、噴射式反循環(huán)鉆具的結(jié)構(gòu)

右圖是一種噴射反循環(huán)鉆具，它是在雙動雙管的基礎(chǔ)上增加了噴射器，造成孔底沖洗液的局部反循環(huán)。雙管也可以制成單動的形式，以提高減振的性能。第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)工藝參數(shù)鉆探常用的噴射式反循環(huán)鉆具直徑一般為59—91mm。啟動噴射器的沖洗液量為80—100L／Min?；卮芜M(jìn)尺一般不超過1.5m。轉(zhuǎn)速不超過400—500r／min(金剛石鉆進(jìn))，180—200r／min(硬合金鉆進(jìn))。噴射鉆具鉆進(jìn)時，孔內(nèi)必須干凈。若孔底巖粉過多，要專門撈取，否則易造成燒鉆事故。下鉆到底前應(yīng)先開泵沖孔，然后開車緩慢掃孔，以防巖粉或殘留巖心堵塞。鉆進(jìn)中不得停泵，否則巖粉沉淀造成自卡或堵塞進(jìn)水通道。使用泥漿時，粘度應(yīng)控制在18～23s左右，以免影響噴射器工作性能。第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

3、噴反元件的作用及其尺寸的選擇噴射反循環(huán)的效果與噴射元件的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸有密切的關(guān)系。噴反元件主要包括噴嘴、混合室、喉管、擴(kuò)散室等。每—個元件根據(jù)它的作用都有一個合理的幾何形狀和尺寸，才能得到最好的噴反性能。

第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(1)噴嘴

作用：將高壓液流的壓力能轉(zhuǎn)變成動能。高能量的液體通過它以后，應(yīng)產(chǎn)生最大的動能以便在噴射器周圍形成負(fù)壓區(qū)，形成孔底的反循環(huán)。對噴嘴的結(jié)構(gòu)要求：一是阻力小，二是流速和流量大。噴嘴尺寸的選擇：噴嘴直徑d0

，噴嘴的錐度β，噴嘴大口直徑D，噴嘴長度L0。

第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

噴嘴尺寸的選擇：噴嘴直徑d0可按公式計算：

噴嘴直徑d0與流量與流速有關(guān)。當(dāng)液流Q一定時，d0越小流速越大，流速越大在一定的范圍內(nèi)負(fù)壓越高，噴反性能越好。d0太小，特別是泥漿洗井時，易被巖屑堵塞，但d0太大，受孔徑和水泵能力的限制，給水量增加到一定值后，負(fù)壓的增長趨于穩(wěn)定，返水效率下降。因此，噴嘴直徑常用5、6、7，8、9，10毫米幾種規(guī)格。第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

噴嘴尺寸的選擇：噴嘴的錐度β：根據(jù)流體力學(xué)中管嘴出流理論，圓錐收斂形管嘴最好，理想的圓錐角為8度～15度之間，其阻力最小，流速流量最大。當(dāng)壓力大于30個大氣壓時，取8度～12度，噴嘴直徑小或壓力小于30個大氣壓時，取12度～15度。第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴大口直徑D：噴嘴d0與β確定以后，為使噴嘴中的流速收縮不致過急而影響流量系數(shù)，噴嘴出口d0與上端進(jìn)口D，必須保持一定的比例關(guān)系，一般兩直徑的比值不得小于1／4.噴嘴長度L0：按水力學(xué)介紹，當(dāng)噴嘴收斂角β=13度～15度時，最好的噴嘴長度為：L0=2.2（D-d0）+d0第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(2)混合室混合室的作用：混合室是高速液流Q1和被吸入液流Q2混合的地方，并在這里進(jìn)行能量傳遞或交換，而后一起通過喉管。所謂能量傳遞或交換，就是在兩股液流存在壓力差的情況下，高速液流Q1失去能量，低速液流Q2得到能量，最后二者達(dá)到相近的流速并一起進(jìn)入喉管。

第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

混合室尺寸的選擇：混合室收斂角δ：為了減少兩股流速相差很大的液流在混合時產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象和能量損失，混合室的形狀應(yīng)選用收斂形的。一般選取的收斂角為δ=200～300?；旌鲜抑睆絛1

：按經(jīng)驗一般取：d1=（1.5~2）d2

混合室長度L1

：按經(jīng)驗公式：L1=4.75（d1-d2）第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(3)喉管喉管的作用：喉管是混合室與擴(kuò)散管之間的一段直管，是混合液流必經(jīng)的通路。其作用是使混合室流出的混合液流動均勻，形成較穩(wěn)定的流動狀態(tài)，以減少能量損失。為此，其幾何形狀一般采用圓柱形。

第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

喉管尺寸的選擇：喉管直徑d2

喉管直徑d2必須大于噴嘴直徑d0，d2越大，返水性能越好。但受孔徑和射流能量的限制，不能太大。d2=(1.5～3)d0。喉管長度L2：根據(jù)經(jīng)驗一般選?。篖2=（1.2~1.7）d2

第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(4)擴(kuò)散管作用：降低混合液流的速度，使動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?/p>

擴(kuò)散管尺寸的選擇：擴(kuò)散管的擴(kuò)散角γ:為使動能變?yōu)閴毫δ軙r盡量減少壓力損失，擴(kuò)散管內(nèi)徑應(yīng)具有錐度，擴(kuò)散角為γ=60～120。擴(kuò)散管的大徑d3

：按經(jīng)驗一般選?。篸3=（2.5~4）d2擴(kuò)散管長度L3：按經(jīng)驗公式取L3=7.1（d3-d2）第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(5)噴嘴與混合室的距離S

噴噴與混合室之間是工作流Q1與吸人流Q2混合的地方。二者距離的大小對鉆具的抽吸性能有很大的影響。其配合有最優(yōu)的距離值。這個距離S一般是可調(diào)的，其大小一般通過試驗決定。常用的在-2～+5毫米之間。第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（三）空氣升液式反循環(huán)鉆具

1、空氣升液式反循環(huán)鉆具壓縮空氣沿鉆桿送到升液管內(nèi)，在混合器發(fā)生絕熱膨脹過程，液體上升，經(jīng)出水接頭2流到升液管與孔壁的環(huán)狀空間。出水接頭的位置應(yīng)高于孔內(nèi)液體的動水位。在空氣升液器下方連接巖粉收集器和巖心容納管。隨著混合器沉沒深度的增加，反向沖洗的效率提高。第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、空氣升液式反循環(huán)鉆具鉆進(jìn)此種鉆具適用于孔內(nèi)有地下水的鉆孔和供水困難的地區(qū)。工作時，混合器沉沒深度一般為水位以下30—50m?？諝鈮嚎s機(jī)在風(fēng)壓為2.5MPa時，風(fēng)量為0.015m3／s；在風(fēng)壓為0.7MPa時，風(fēng)量為0.031m3／s。鉆具下到離孔底0.5一1m處，開動空壓機(jī)，經(jīng)過3～5min，當(dāng)工作壓力穩(wěn)定后，鉆具邊送風(fēng)邊回轉(zhuǎn)到孔底。實踐表明，空氣升液反循環(huán)鉆進(jìn)可把巖礦心采取率提高到80％一100％。第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

全孔反循環(huán)取心也稱為反循環(huán)連續(xù)取心，它是一種不提鉆，利用循環(huán)介質(zhì)把巖心(或巖屑)經(jīng)鉆桿的中心通道連續(xù)不斷地輸送到地表的取心方法。全孔反循環(huán)取心的分類:

根據(jù)輸送巖心(或巖屑)的原理不同可分為：氣舉反循環(huán)、泵吸反循環(huán)、泵壓反循環(huán).

根據(jù)反循環(huán)的沖洗介質(zhì)的不同可分為：空氣反循環(huán)，清水(泥漿)反循環(huán)。根據(jù)所排出的樣品不同可分為：反循環(huán)取心，反循環(huán)取屑。

第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心全孔反循環(huán)連續(xù)取心的優(yōu)點(1)鉆進(jìn)效率高。無需提鉆取心，減少了輔助時間，和繩索取心相比，還減少了打撈內(nèi)管總成的時間。(2)巖心采取率高，取心質(zhì)量好。有利于提高松散破碎和怕沖刷的復(fù)雜地層的取心質(zhì)量。采取率一般可達(dá)95％以上。由于樣品從內(nèi)管中心被輸?shù)降乇?，樣品上返速度快，可及時判斷樣品。(3)孔底干凈。由于巖粉及時被排出，減少孔底重復(fù)破碎，可大幅度提高時效，且延長了鉆頭的壽命。(4)易于穿過復(fù)雜地層。對于易坍塌、漏失、掉塊、破碎等復(fù)雜地層，鉆孔可以不下套管，外管就等于跟管鉆進(jìn)的套管。(5)單位成本低。相同地層條件下，反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)的成本，僅為普通取心鉆進(jìn)的1／5～1／3。第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心目前存在的問題（1）鉆進(jìn)深度和巖層有一定的局限性，遠(yuǎn)不能完全取代普通巖心鉆探；（2）碎屑狀的巖樣破壞了地層的原狀結(jié)構(gòu)，難以直接獲得所鉆地層的真實屬性；（3）堅硬巖層，巖心難以切斷或巖心切斷器磨損嚴(yán)重；（4）另外鉆探設(shè)備和附屬工具過于笨重，一次性投資大。這些問題嚴(yán)重影響了它的推廣。第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

一、水力全孔反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)（水力輸送巖心）（一）水力輸送巖心原理沖洗液由泵6經(jīng)專門水接頭壓送到雙壁同心管柱的環(huán)狀間隙中，在距孔底2-3cm處，經(jīng)鉆頭1進(jìn)入內(nèi)管3。沖洗液攜帶巖心和巖粉沿內(nèi)管、水接頭4上行到巖心導(dǎo)出膠管5，并和巖粉一起流到安裝在集液箱8內(nèi)的巖心回收槽7上。鉆進(jìn)過程中，在鉆具內(nèi)管下部裝有巖心卡斷器(圖中未畫出)，當(dāng)鉆成的巖心達(dá)到一定長度時(約為直徑的2倍)，即被巖心卡斷器卡斷。這樣，巖心就被成段地連續(xù)從孔底輸送到地表。第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備

1、自行或拖掛式全液壓鉆機(jī)，適合于經(jīng)常搬遷。鉆機(jī)采用全液壓控制，利于快速準(zhǔn)確地完成鉆進(jìn)過程中的各種操作，保證回轉(zhuǎn)器平穩(wěn)給進(jìn)和改善鉆桿擰卸條件。

2、側(cè)入式水接頭。其作用是將泵壓送出來的高壓沖洗液導(dǎo)入雙壁鉆柱內(nèi)外管的環(huán)狀間隙，直達(dá)孔底，并且將內(nèi)管中的巖心輸送到地表。水接頭有較大的中心孔，作為巖心通道。

3、雙壁鉆桿。由單獨的雙管段組成。管段中用定心肋骨將內(nèi)管固定在外管內(nèi)，以防止內(nèi)管軸向竄動。外管兩端用帶螺紋的接頭連接，而內(nèi)管兩端用插入連接密封。外管傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向壓力，內(nèi)管只作為輸送巖心的通道。第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備

4、硬合金鉆頭。直徑為76、84和93mm，具有厚壁鋼體。底唇制成螺旋狀扇形塊，回轉(zhuǎn)時可保證巖粉由鉆頭邊緣往中心移動，被沖洗液流帶進(jìn)內(nèi)管。由于沖洗液在距鉆頭底唇20～30mm處返轉(zhuǎn)到內(nèi)管內(nèi)，因此要靠周期性地上下串動鉆具使切削具得到冷卻。鉆進(jìn)較硬、研磨性地層時，則改用金剛石鉆頭。

5、巖心卡斷器。裝在鉆頭上部的某一高度。有楔面式、卡塊式和滾球式等結(jié)構(gòu)?？〝嗥髋c卡斷器座是動配合。其作用原理都是在巖心形成一定長度后，使其受到一個徑向力而切斷。

6、樣品收集裝置。包括巖心回收槽和巖粉收集器。第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（三）水力輸送巖心鉆進(jìn)工藝水力輸送巖心鉆進(jìn)的特點是機(jī)械鉆速很高，并且靠沖洗液反循環(huán)液流從孔底排除巖心和巖粉。

1、系統(tǒng)的控制：在液壓系統(tǒng)中，一般用單流閥控制給進(jìn)，給進(jìn)力恒定，而給進(jìn)速度則隨孔底反作用力的變化而不同。隨著給進(jìn)速度的加快，回轉(zhuǎn)扭矩增加，液壓系統(tǒng)壓力增加，當(dāng)達(dá)到極限時，要串動鉆具以降低轉(zhuǎn)矩，因此，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中（特別是軟巖層）必須經(jīng)常串動鉆具。第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、鉆進(jìn)復(fù)雜地層如較厚的粘土層沙礫層時，除了要串動鉆具降低轉(zhuǎn)矩外，還可以采用墩放鉆具、透孔和正循環(huán)洗孔.串動鉆具：每鉆進(jìn)0.1~1.5米，將鉆具提離孔底，提離高度≥鉆進(jìn)深度，而后，緩慢下放到孔底。墩放鉆具：每鉆進(jìn)0.1~0.5米，將鉆具提動8~10厘米，然后墩放到孔底。透孔：每鉆完一個給進(jìn)行程，將鉆頭提離孔底同樣高度，重新掃孔鉆進(jìn)到原孔底。正循環(huán)洗孔：每鉆進(jìn)40~60米，改變側(cè)通閥門進(jìn)行正循環(huán)洗孔。其目的是排除鉆柱內(nèi)、鉆柱與孔壁間隙之間的巖粉，潤滑鉆具，防止巖粉堵塞。正常鉆進(jìn)時鉆壓為10~25KN，轉(zhuǎn)速為200~300r/min，沖洗液量為180~300L/min，鉆進(jìn)漏失帶時沖洗液量適量增加。第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

二、空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)空氣反循環(huán)連續(xù)取樣也叫中心取樣鉆探（CenterSampleRecovery)簡稱CSR，即采用雙壁鉆桿反循環(huán)系統(tǒng)和全面破碎的碎巖方式；依靠收集鉆進(jìn)過程中由內(nèi)管中心通道上返至地表的巖屑來取代常規(guī)取心鉆探中的巖心進(jìn)行地質(zhì)編錄、巖礦分析等。第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（一）鉆進(jìn)原理壓縮空氣（也可以是清水、泥漿、泡沫等）經(jīng)側(cè)人式氣水龍頭進(jìn)入雙壁鉆桿的環(huán)狀間隙并下行，到達(dá)孔底后經(jīng)內(nèi)管中心通道上返，同時將所鉆地層樣品及巖屑攜至地表，并進(jìn)入旋流器，樣品與空氣分離，再進(jìn)行不同比例的無分選縮分，最后將所分樣品按要求包裝編號，送交化驗室分析處理。通常采用全面破碎鉆進(jìn)工藝，即用牙輪鉆頭或潛孔錘鉆進(jìn)。一般空氣的上返速度不大于25m／s。第37頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月9/7/2023中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第