潜孔锤反循环钻进技术在复杂地层中的试验研究

贯通式潜孔锤反循环连续取芯(样)钻进技术在钻进复杂地层时有独特效果,依托中国地调局项目,通过野外生产试验,加深了贯通式潜孔锤反循环机理的理论研究,对贯通式潜孔锤及其配套钻具的结构进行了合理的优化,大大提高了其对复杂地层的适应能力,完善了操作技术和工艺方法,使潜孔锤反循环钻进技术达到了可以广泛推广应用的水平.     

洛阳栾川钼矿复杂地层钻进工艺研究与试验

针对洛阳栾川钼矿复杂地层情况,对其钻进工艺进行研究,重点论述了全孔反循环钻进技术和跟管钻进技术的工作原理以及钻具组合、实验设备、野外工作情况及野外试验成果。生产试验证明,潜孔锤跟管钻进、潜孔锤反循环钻进技术的组合型应用对该矿区复杂地层的钻进更加有效。     

潜孔锤钻进在复杂地层中应用

在潜孔锤的结构形式、钻具匹配、钻头类型、钻凿工艺等方面研究的基础上,对潜孔锤套管隔离护孔法钻进;贯通式潜孔锤用于复杂地层钻进;大直径潜孔锤在孤石、漂石地层中钻进等实际应用和效果作了简明介绍。     

采用中空式潜孔锤进行反循环钻进

专门为反循环取样钻进设计的BULROC-6型中空式潜孔锤，在钻进中能使岩屑通过钻头与锤体的中心孔返到地面。这种中空式潜孔锤能有效地避免用普通潜孔锤进行反循环钻进时所造成的混样问题。岩心钻探成本昂贵，且在破碎地层中钻进时，岩心采取率极低，因而岩心钻探往往无法应用。所以，在不要求采取岩心的部位，就可通过双壁钻杆连续反循环钻进采取样品。在坚硬地层中可用三牙轮钻头或潜孔锤钻进，在软地层可采用硬质合金凿刀钻头。     

内喷孔式反循环钻头结构优化设计及CFD模拟分析

为解决贯通式潜孔锤反循环连续取心（样）技术在钻进“硬、脆、碎”等复杂地层时反循环排不出渣或者排渣不彻底的现象,在现有贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头结构的基础上,优化设计一种新型内喷孔式反循环钻头,能在孔底形成强有力的多股引射抽吸流场,并模拟分析了内喷孔轴线水平偏角和内喷孔轴线与钻头中心的偏距2个结构参数对新型反循环钻头结构抽吸能力的影响。通过模拟分析的验证,此种反循环钻头的结构更加简单,反循环效果比较优良。     

复杂地层钻进中贯通式潜孔锤的应用及反循环钻头的改进

针对贯通式潜孔锤在复杂地层钻进中遇到的问题,对反循环钻头进行了改进:在钻头上部增加喷射孔,使气流只有一少部分进入孔底,大部分经喷射孔直接进入内管,排至地面。生产试验证明,改进后的反循环钻头更有利于形成反循环,使用效果良好。      

全孔反循环中心取样钻进设备与试验研究

气动贯通式潜孔锤与双壁钻杆及专门研制的反循环钻头(获国家发明专利)配套使用,可实现反循环连续取心(样)钻进新工艺,连续获取的岩样采取率高,品质好,代表性强。经复杂地层金矿、铜矿等矿区使用,钻进效率比普通钻进方法提高3倍,成本降低为原成本的1/8~1/5,有效解决了复杂地层矿床勘探和取心钻进难题。      

潜孔锤反循环钻进工艺在拉拉铜矿的试验应用

针对现有露天矿区空气钻孔作业存在的粉尘污染、岩矿心（样）丢失严重等问题。采用贯通式空气潜孔锤反循环钻进工艺在四川拉拉铜矿露天矿区进行了生产性试验,检验贯通式潜孔锤在露天矿区的钻进效率、粉尘控制以及岩心（样）采取率情况。试验共完成了3个试验孔,进尺483 m,平均钻进效率为8.83 m/h,岩心（样）总长度252.43 m,反循环效果良好,且不同的钻具组合对反循环形成效果无影响,试验现场无粉尘弥散现象。     

气动贯通式潜孔锤反循环连续取心（样）钻具系统研制及使用效果

分析了硬、脆、碎、坝、漏复杂地层钻探施工的难题，结合地质岩心勘探特点和要求，研制了气动贯通式潜孔锤反循环连续取心（样）钻具系统，通过生产性试验取得显著的经济效益和社会效益。     

旋挖钻机用气动潜孔锤反循环硬岩钻进技术

为解决旋挖钻机在硬岩地层中施工困难的问题,借鉴地质钻探领域成熟的工艺方法,研制了适用于旋挖钻机用的空气潜孔锤反循环钻进工艺方法及设备。该工艺方法在不改变旋挖钻机任何结构的情况下,配套空气潜孔锤反循环钻具即可实现硬岩的快速钻进,解决了大口径钻探排渣困难的难题,且能够达到环保的要求。气动潜孔锤反循环钻具的设计全面考虑了大口径桩基施工及潜孔锤应用特点,气水龙头的双通道、大通孔设计满足进气排渣要求,反循环双壁钻杆为同心式,密封可靠,钻具的连接采用六方快速连接。通过在厦门地铁施工试验,验证了其可行性。     

贯通式潜孔锤反循环连续取心(样)钻进工艺在新疆某矿区复杂地层中的应用试验

新疆白干湖钨锡矿区自然环境恶劣,地质条件复杂，普通小口径金刚石岩心钻探方法效率低、成本高、施工周期长，后采用贯通式潜孔锤反循环连续取心(样)钻进技术在本矿区进行生产试验。试验证明，后者在各项技术指标上都明显优于前者，取得了良好效果。针对后者在生产试验过程中出现的某些问题，提出了一些改进建议。     

潜孔锤反循环钻进技术及应用

贯通式潜孔锤的研制为流体介质反循环开辟了通道，采用计算机模拟仿真电算方法，实现了潜孔锤的计算机辅助设计，优化了潜孔锤性能，将多喷嘴引射器原理用于钻头的结构设计，使反循环形成稳定可靠，并能取出柱状岩矿心，在复杂地层地质岩心勘探，水文水井钻凿，大直径硬岩基桩孔钻进等领域全面应用，取得了显著经济与社会效益。     

贯通式潜孔锤反循环气体钻井系统压力分布模型

随着贯通式潜孔锤全孔反循环钻进技术及配套装备的不断发展和完善,其应用日益广泛,用于油气勘探开发气体钻井领域时施工井眼直径和井深大,合理工艺参数的确定十分关键。基于贯通式潜孔锤双壁钻具系统的结构特点,研究建立了中心反循环排渣通道和环状注气通道内压力分布模型,介绍了潜孔锤内部和反循环钻头上压耗计算方法。系统压力分布模型的建立为确定合理注气参数奠定了基础,为高压注气设备的合理选配提供了依据,对保证良好的钻进效果具有重要的意义。      

正循环潜孔锤实现反循环钻进双壁钻具配套研制

空气潜孔锤反循环钻进因其具有较强的携屑能力、上返冲洗液不冲刷孔壁、钻进速度快等优势,是施工大口径钻孔和抢险救援孔的首选方案。但由于反循环潜孔锤技术还不够成熟,制造成本高,使用寿命短,因此开展了用正循环潜孔锤实现反循环钻进工艺方法的研究。研制了这种工艺配套的钻具,包括大口径双壁钻杆、双壁稳定器、阻风环、正反接头等。研制的钻具在山东平邑石膏矿坍塌事故处理中得到了实践验证,完全能够达到预期目标,能够为大口径潜孔锤反循环钻进工艺推广提供硬件支撑。     

气动潜孔锤技术在矿山事故钻孔救援中的应用

气动潜孔锤作为一种高效冲击破岩工具,在国内外矿山事故钻孔救援中发挥了重要作用。笔者从破岩机理、结构型式、钻井方法与规程等方面阐述了气动潜孔锤的技术特点,着重分析了气动潜孔锤反循环类型及其特征。结合山西王家岭煤矿透水事故、山东平邑石膏矿坍塌事故、山东笏山金矿坍塌事故等成功救援案例,阐述了气动潜孔锤正循环钻进、气动潜孔锤与泥浆螺杆组合纠偏钻进在小直径钻孔中应用情况,以及气动潜孔锤随钻测量技术的研究进展。对于较浅小直径钻孔,气动潜孔锤采用保直钻进工艺可直接命中井下巷道;对于较深小直径钻孔,采用气动潜孔锤与泥浆螺杆纠偏组合钻进,方可命中井下巷道。结合国内外地面大直径救援钻孔成功案例,以及矿山大直径工程钻孔典型案例,介绍了气动潜孔锤正循环、下排渣、反循环等推广应用情况,气动潜孔锤下排渣最大钻深达688 m,气动潜孔锤反循环最大钻深达654.1 m。针对我国矿山开采逐渐向深部发展,矿山分布散、区域广,地质类型多、差异大的特点,面向复杂地层深孔救援,分析了小直径钻孔气动潜孔锤技术存在的不足之处,重点分析了大直径救援孔气动潜孔锤正循环、下排渣、反循环等技术面临的主要问题,明确其复杂地层钻进时技术缺陷实质,建议进一步开展气动冲击定向钻进技术、大直径钻孔气液双循环钻进技术的研究。      

空气反循环连续取样在含金砾岩钻探中的应用

通过选取合适的钻探设备和合理的钻进参数,采用空气反循环连续取样工艺,在吉林省珲春金泉岗含金砾岩矿区施工取得了良好的应用效果。实践表明,在岩矿样难以采取的含金砾岩地层中,采用空气反循环连续取样钻进工艺,其岩样采取率达98%以上,配合潜孔锤钻进工艺,在坚硬岩层中钻进,有效提高了钻探效率,降低了成本。介绍了施工设备、管材的配置及空气反循环连续取样钻探技术的施工工艺。     

基于LS-DYNA的贯通式潜孔锤反循环钻头强度的优化分析

通体花键式贯通式潜孔锤反循环钻头在实际施工中尾部较易损坏,影响反循环钻头的使用寿命。为提高反循环钻头的使用寿命,对反循环钻头尾部结构进行了优化设计,并采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA对改进前后的反循环钻头进行了仿真分析。分析结果表明：由于在冲锤的高频冲击作用下,反循环钻头尾部易出现较大的局部应力集中,导致钻头体出现疲劳破坏;通过对钻头尾部结构设计优化后,与通体花键式反循环钻头相比,新结构钻头在无泄风槽情况下,应力集中值减小44%,在有泄风槽的情况下,应力集中值减小19%。数值模拟分析表明,优化后能大幅度提高钻头寿命。