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.     

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。     

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。     

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。     

小秦岭复杂地层液动锤绳索取心钻探试验研究

小秦岭地区是我国主要的矿产资源地,属于严重的破、碎、硬、漏等复杂地层,特别是岩石结构致密、颗粒细、研磨性较弱的坚硬地层,采用传统回转钻进工艺时,钻头经常出现"打滑"现象,从而导致钻头寿命低、钻探效率低、事故率高、钻探成本高等问题。针对这些问题并结合生产,本文选择了3处典型复杂地层进行了液动潜孔锤+绳索取心"二合一"和传统金刚石绳索取心钻探试验。试验结果表明:与传统金刚石绳索取心钻进工艺相比,液动锤平均回次进尺可提高44%,机械钻速提高21.34%~30.3%,平均综合钻探成本降低了21%~28%,其中钻头费用可降低66.5%。同时,由于碎岩方式的改变,液动潜孔锤钻探具有钻孔防斜效果好、事故率低、钻头使用寿命长等特点。     

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。     

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。     

两种贯通潜孔锤反循环钻头应用效果及理论分析

对于矿区钻孔作业存在的粉尘污染严重、岩矿心采取困难等问题,常规金刚石钻进取心难以满足现场施工要求。采用贯通式潜孔锤反循环连续取心技术替代常规金刚石取心工艺,在保证了较高钻进效率的同时,可有效解决干旱缺水矿区存在的取心及其引起的污染问题,保障施工人员的身体健康。为此,笔者所在课题组研发了两种新型潜孔锤反循环钻头并进行了野外试验,同时,运用LSDYNA数值模拟对设计的两种反循环钻头进行了强度分析。试验结果表明,两种钻头均具有较好的碎岩钻进效果,但花键内喷孔式反循环钻头易发生断裂;数值模拟分析结果显示,钻头的最大应力远高于材料疲劳极限是造成钻头破坏的根本原因,数值模拟结果与试验结果取得了较好的一致性。由此证实了花键内喷孔式反循环钻头结构存在缺陷,设计时应尽量避免在内喷孔周围设置环槽,以保证钻头体强度。     

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。     

贯通式潜孔锤气力喷反钻具系统

介绍了贯通式潜孔锤气力喷反钻具系统的工作原理、结构设计、钻具特点及测试和生产试验情况。     

潜孔锤反循环钻进岩屑粒度分布规律

研究岩屑粒度分布规律有利于进一步分析潜孔锤反循环钻进的碎岩机理。采用分布函数和分形方法对反循环钻进产生的岩屑粒度分布进行描述,并得到岩屑粒度分布规律。结果表明：试验用岩屑的粒度分布符合Gandin-Schuhmann分布和Rosin-Rammler分布,其中岩屑颗粒更贴近于G-S分布;岩屑粒径遵循分形规律,可以用分形方法描述反循环钻进中岩屑粒度的分布特征。从岩屑粒度分布来看,大于5 mm的颗粒占总质量的74.8%,表明潜孔锤球齿破碎岩石以体积破碎为主;块状颗粒分布在5~12 mm,说明岩石的体积破碎存在大小差异,并伴随有重复破碎。     

贯通式空气反循环潜孔锤连续取心锤头改进与试验效果

贯通式空气反循环潜孔锤连续取心技术主要适用于干旱无水或缺水地区的地质钻探工作。为了了解该工艺的普遍适用性,在某大水矿区进行了一系列试验,通过对锤头和钻杆的局部改造,解决了钻探、取心、治水等一系列重大难题,为提高该工艺的普遍适用性和推广性提供了可靠的技术支撑。     

液动贯通式冲击器用于水力反循环连续取心钻进

将液动贯通式冲击器同水力反循环连续取心钻进工艺相结合,较好地解决了岩心卡堵问题,提高了钻进效率及钻头寿命,具有很好的应用前景。     

空气反循环连续取样钻探技术在新疆乌什磷钒矿区的应用

通过选取合适的钻探设备和合理的钻进参数,空气反循环连续取样工艺在新疆乌什磷钒矿区取得了良好的应用效果。该工程实践表明,在缺水地区及岩矿样难采取的地层,空气反循环连续取样钻探技术取样率可达到100%,施工成本低,经济效益显著。介绍了施工设备、管材的配置及钻探施工工艺。     

潜孔锤反循环钻进技术在某水电站的试验应用

水利工程中的钻孔工程具有特殊的工况,采用正循环潜孔锤钻进方法在狭窄封闭的洞室内进行钻孔施工,粉尘污染严重,施工环境恶劣,影响作业工人的身体健康。为了解决施工洞室内的粉尘污染问题,在某水电站的排水孔施工中,首次应用了潜孔锤反循环钻进技术,并在上仰孔和下行孔施工试验中获得成功,有效控制和降低了洞室内的粉尘问题,有利于维护良好的施工环境。设计的A、B两种结构类型钻头主要差别是内喷孔的位置不同,A型钻头的内喷孔设计在花键上的各个平键之间,B型钻头的内喷孔则设计在花键的平键上。CFD数值模拟计算结果显示,A型钻头对环空抽吸的空气量是0.199 987 04 kg/s,略大于B型钻头的0.177 524 64 kg/s,说明A型钻头的抽吸能力优于B型钻头。上仰孔和下行孔的钻进试验结果表明,内喷孔设计在花键上的各个平键之间且具有双排12个内喷孔的A型钻头结构更为合理,在施工中A型钻头比B型钻头的孔口粉尘少。从反循环排渣效果看,A型钻头破碎的大部分岩粉和大颗粒岩块从中心通道排出,反循环排渣效果优于B型钻头。     

气动潜孔锤钻进技术

研究潜孔锤内部动力过程,优化潜孔锤性能,研制系列适应于不同工况条件及领域的特殊性能潜孔锤,以满足各种钻孔工程需求。将多种先进钻孔工艺方法融于潜孔锤钻进中,形成多工艺潜孔锤钻进行工艺方法,以满足不同施工领域的钻孔施工需求,解决系列钻孔施工难题,推进钻孔技术的进步与发展。