潜孔锤钻进在复杂地层中应用解读

潜孔锤钻进在复杂地层中应用解读
潜孔锤钻进在复杂地层中应用解读

潜孔锤钻进在复杂地层中应用

蒋荣庆殷琨辜华良

摘要: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方法和效果作了简明介绍。

关键词:贯通式潜孔锤同步跟管复杂地层

DOWNHOLE HAMMER DRILLING IN COMPLEX

FORMATION

Jiang Rongqing,Yin Kun,Gu Hualiang

Abstract:On the basis of studying downhole drills' structure,bit type and drilling technology,such technology as casing drilling with downhole

drills',hollow-through downhole drills in complex formation,large diameter downhole drill in isolated big pepple formation are presented in this paper. Key words:hollow-through downhole drill,casing drilling ,complex formation▲

所谓复杂地层是指因受成因、构造运动及风化作用和地下水作用等影响,使地层岩石节理、片理、裂隙发育;软硬互层、破碎,胶结性、稳定性、强度等极差,或是遇水膨胀。在这类地层中施工,一旦被钻孔钻穿后,其原来的相对稳定或平衡状态被破坏,使钻孔孔壁失去约束而产生不稳定。常见现象是孔壁坍塌、掉块、漏失、涌水、缩径、超径等。在上列地层中钻孔时孔壁不稳定产生护壁困难;地质岩心钻探时岩心被破碎、冲蚀、溶解,岩矿心采取又成为一个难题;在砂砾石层中含有孤石、漂石,风化层含有风化球、风化核,或岩石软硬不均,钻进时不仅效率低,而且很难按设计轨迹成孔,即防斜或提高钻速又成为一突出问题。

实践表明,空气潜孔锤钻进具有下列优点:

1)钻进效率高。它比钻探常用的水力冲击器效率高2~5倍;比金刚石回转钻进高3~10倍。提高效率原因是单次冲击功大,无液柱压力;排渣风速高,孔底干净,无二次破碎;改善了孔底碎岩条件;

2)配用的柱齿硬质合金钻头在坚硬破碎岩石中钻进,既有利于破岩,又比金刚石钻头寿命高;

3)钻进转速低,离心力小,钻具对孔壁的撞击机会小,又兼这种钻进方法是以高频对孔底冲击,减小了对破碎或倾斜地层产生孔斜的影响,从而可提高钻孔的垂直度,同时也可减少孔壁岩石坍塌;

4)钻进比回转钻进所需要钻压和扭矩要小得多,这样可减轻配套钻机设备重量和能力,为边坡抗滑加固钻进在高空排架上作业创造了有利施工条件;

5)钻进采用无液体循环干式作业,既不污染环境,又可防止边坡大岩块滑动。

其缺点:

1)由于动力介质和循环介质采用的是压缩空气,对孔壁支挡平衡作用差,护壁十分不利;

2)钻进不能采用泥浆作循环介质,更无法用护壁处理剂及堵漏材料;

3)破碎岩石是一种动载冲击,钻头在岩石上冲击振动,更容易使孔壁或岩心产生振动破碎,给护壁和采心工作带来极为不利条件;

针对潜孔锤钻进上述缺点,多年来作者从潜孔锤结构形式、钻具匹配、钻头类型、钻凿工艺方法等方面进行了研究,使其适应在复杂地层中钻进。现就已应用的几种技术措施加以介绍。

1 套管隔离护孔法钻进

1.1 异步跟管钻进法(常规下套管方法)

先用潜孔锤破岩钻进,而后下套管隔离,再换用小一级钻具在套管内继续钻进。这是钻孔钻进常用的方法。施工时尽量提高钻速,快速通过破碎带,其目的为了缩短外界因素(冲洗液浸泡)作用时间,使孔壁能在一定时间内保持稳定,这样即可赢得一部分时间,然后再下套管隔离护孔。

作者于1995年在广东某地进行工程勘察时,曾采用潜孔锤钻进。勘察港区系劈山填海建造,地层上部为抛填土石,中部为残留淤泥质土,下部为陆相沉积岩(图1)。针对港区地层主要是抛填石堆积层,岩石破碎坚硬,采用GC-110型潜孔锤配备130 mm钻头,裸眼钻进一径到底,穿过淤泥质土层后,即下108 mm套管后进行清孔、取原状土并进行标贯试验。

图1 盐田港工程勘察地质剖面图

1—花岗岩;2—含泥砂硬抛石;3—淤泥质土及淤泥;

4—亚砂土、亚粘土;5—海水

钻进中出现的问题及对策:(1)钻进中经常会出现塌孔、掉块现象。故快速成孔,尽量一气呵成,避免多次提钻扫孔;(2)钻进深度达到海水面以下时,回填土、砂与海水混合生成泥包,糊在钻杆与钻孔环状间隙中,使工作风压升高,排气循环减弱或停止,导致潜孔锤工作效率下降甚至不工作,钻头磨损严重,使进尺缓慢和不进尺。钻进中出现这些现

象后,向钻杆内灌注一定量泡沫剂(实际用洗衣粉代替)稀释泥包,即可排除故障,恢复正常工作。

施工表明:在堆积层采用潜孔锤钻进时效可达15.6 m/h,最高达21 m/h;潜孔锤柱齿钻头寿命可达80 m/只。虽然港区抛石堆积层密实度较差,与海水相通,个别孔段存在空洞,但由于空气潜孔锤钻进是低密度介质,对孔壁压力小,钻进中避免了处理漏失所需时间和材料消耗;抛石堆积层虽软硬不均,但所有钻孔未发生孔斜超差;勘察孔虽然地层破碎、坍塌掉块,极不稳定,但由于潜孔锤钻进效率高,裸眼时间短,都能一径到底,只需下一层套管成孔,然后取样或做标贯试验,简化了钻孔结构。

1997年1月~3月,作者采用潜孔锤在吉林省松花江上游水下复杂地层中钻凿爆破孔,工程目的是将松花江底部卵砾石和基岩剥削至5.5 m,形成江水自流到岸边储水池引水戽头和埋设输水管线基础。工程总长192 m,宽度分别在82 m~12 m,总孔数845个。由于江底面起伏不平,水深变化较大。地层自上至下为①夹有25%~30%砂卵砾石层,粒径平均为0.04 m~0.3 m,最大1 m以上;②风化玄武岩层,厚0.5 m~0.8 m,裂隙发育、破碎;③较完整基岩,墨绿色隐晶质,可钻性达8级;④基岩中夹有0.8 m~1.2 m裂隙、含有气孔的破碎带;破碎带以下是坚硬的玄武岩地层(图2)。

图2 GC-100型潜孔锤施工设备及地层分布图

1—副桅杆;2—主桅杆;3—送风胶管;4—动力头;5—储气罐;6—钻杆;7—空压机;8—套管;9—套管支撑架;10—潜孔锤;11—江水;12—平台架;13—钻机基架;14—动力;15—液压马达及操纵台;16—斜支

撑拉手

施工工艺方法:

1)上部采用套管隔离护壁法

该工程采用GC-100(或W-150型)潜孔锤用法兰与127 mm岩心管连接(图3)。送风使潜孔锤冲击再加钻机加压,直接将岩心管打入卵砾石层,至不进尺为止;然后再开动钻机边回转边冲击,至岩心管稳固地坐在风化层基岩内。此时岩心管下部不再返风,江水中不见气泡;若遇到大卵砾石即岩心管未到基岩,这时将潜孔锤与岩心管法兰卸开,再将潜孔锤换成小一级的WC-85型潜孔锤(图4),在127 mm岩心管内钻进,清除岩心并超前钻进,将大卵砾石打碎后,继续进行取心钻进,直至岩心管坐在稳固基岩为止。将127 mm岩心管留在孔内作为套管。

图3 卵砾石钻进工具示意图

1—73 mm钻杆;2—异径接头;3—W-150冲击器;4—花键接头;

5—法兰盘;6—127 mm岩心管;7—130mm管靴

图4 基岩钻进工具示意图

1—73 mm钻杆;2—异径接头;3—WC-85冲击器;

4—花键接头;5—100球齿钻头

(2)基岩地层钻进

套管固定后,采用WC-85型潜孔锤配110 mm柱齿钻头在套管内钻进,清除卵砾石层及岩心,操作时采用慢转、轻压、勤提动、大风量规程,以免岩屑过大,夹在冲击器和套管环状间隙内,造成卡钻事故,或带动套管拔起或破坏套管稳固性。

当冲击器超过套管底端面0.3m后,采用快速钻进。再遇地层破碎、裂隙、气孔发育时,由于地层内串气、漏失,上返流速降低,为排除岩屑,应勤提动钻具强吹排粉,保证正常钻进。

施工表明:气动潜孔锤钻进卵砾石层、坚硬破碎、裂隙发育地层,不仅钻进效率高,而且钻头寿命长,使用压气作为冲洗介质,解决了因气温低(-39℃)而管路冻结的问题。该项工程不仅总结出一套水下钻进经验。并取得了较好的经济和社会效益。

1.2 潜孔锤同步跟管钻进法

即潜孔锤一边钻进,套管一边随钻头下入孔内。跟进的套管具有稳定孔壁和保护孔口作用,而且钻进、排渣和护壁3个工序同时进行,使钻孔工作得以顺利进行。这是一种既发挥潜孔锤碎岩效率高的优点,又设法克服其护壁性能差而采取的一种工艺措施。目前已用于生产的有:

瑞典的“ODEX”偏心扩孔法、德国的“土星”和“海王星”双回转钻进法、美国英格索兰公司的对心扩孔法。作者为解决香港马鞍山工程研制了单偏心式和双偏心式两种偏心扩孔钻头,其结构如图5,图6。

图5 单偏心扩孔钻头

1—切削齿底唇固定;2—销;3—挡块;4—钻头体

图6 双偏心扩钻头

1—切削齿板;2—销轴;3—定位销;4—挡圈;5—钻头体

KD-560/520型及KS-560/520型两种偏心扩孔钻头结构简单,加工方便,经生产性试验表明,偏心扩孔钻头伸张及收缩动作可靠,使用寿命长。

2 贯通式潜孔锤应用于复杂地层钻进

为了实现反循环连续取心(样)钻进,作者于80年代末研制了GQ-200/62、GQ-100/44型两种贯通式潜孔锤。反循环连续取心(样)贯通式潜孔锤钻进是集潜孔锤钻进、反循环钻进、连续取心(样)钻进于一体,综合应用了多种先进钻进工艺。

贯通式潜孔锤反循环连续取心(样)钻进原理如图7。压气进入双通

道水龙头,经主动钻杆及双壁钻杆到达潜孔锤,驱动活塞,产生高频冲击,钻具仍由钻机带动回转,使钻头既有冲击又有回转作用破碎岩石。反循环专用柱齿钻头对孔底岩石呈环状破碎,从而产生柱状岩心。经过冲击器工作后的压气由钻头底喷排气孔喷出,吹洗孔底岩屑并冷却钻头,再由钻头唇部导流作用将气流引入钻头中心孔,然后通过双壁钻杆中心通道,携带岩心(样),输送到双通道气水龙头的中心孔,经鹅颈管、排心(样)管进入岩心(样)采集器。

图7 贯通式气动潜孔锤反循环连续取心(样)钻进原理图

1—排心(样)管;2—双通道气水龙头;3—鹅颈弯管;4—进气胶管;5—双壁钻杆;6—逆止阀;7—心管;8—内缸;9—活塞;10—衬套;11—

反循环专用钻头

该钻进方法特点:主要是利用空气潜孔锤碎岩效率高,反循环系统冲洗液上返流速高,携带岩心(样)能力强,采用双壁钻杆既输送压气又兼有护壁作用,外环间隙无冲洗液介质及排出物的冲蚀,对孔壁扰动轻微,有效地把碎岩钻进和提取岩心(样)这两项原来分割的工作统一为连续作业系统,成为边钻进、边取心(样)、边洗井3种作业程序同时进行的钻探新工艺。

该成果已形成系列产品,其中GQ-100/44型潜孔锤经河南、宁夏、安徽等地矿局生产性试验,共进尺2000余m,最大孔深259.2 m,在坚硬破碎地层中平均时效4.08 m/h,台月效率1065.17 m,最大提钻间隔86 m,与同矿区金刚石钻进相比,钻进效率提高3倍,台月效率提高

5~8倍,成本降低5~8倍。

GQ-200/62型贯通式潜孔锤主要用于水文水井钻探,经河南第一水文队使用,在可钻性7级灰岩地层时效达9.16 m(仅配一台风量为10 m3/min空压机),反循环取心率100%,一个柱齿钻头进尺104.5 m基本无磨损。该钻具及钻进方法具有下列优点:

1)贯通式潜孔锤及双壁钻杆中空断面作为反循环通道,因断面小且直径不变,在有限供风量条件下可增大上返风速,提高排渣能力,避免孔底岩石重复破碎,从而可提高钻进效率及潜孔锤使用深度;

2)排渣效果不受钻孔孔径限制,因而可以一径成孔,改变了过去“小径打、大径扩”的工艺,从而简化施工程序,提高效率,缩短工期;

3)可与气举反循环钻进相结合,从而实现潜孔锤破岩、泥浆反循环护壁,可解决砂卵砾石、破碎坍塌地层、覆盖地层钻进孔壁不稳定的难题;

4)在破碎裂隙发育地层、漏失地层中由于反循环稳定可靠,不仅可保护孔壁,岩矿心采取率达100%,而且块度大、质量好、判层正确及时;在钻进过程中不会出现孔内漏失或孔口不排渣不返风,避免孔内事故发生;

5)钻进过程即是洗井过程,不堵塞含水层,增大了水井出水量;

6)钻进中孔口无任何返出物,无论干孔段、潮湿层或水下钻进,岩屑粉尘均由出渣管排出,不产生粉尘污染和井喷危害,改善了工作条件。

3 大直径潜孔锤在孤石、漂石地层中钻进

随机分布于淤泥质粘土、流砂等软层中未风化的大孤石、漂石,由于岩性坚硬致密、表面光滑,可钻性达9~10级,单个直径0.5 m~7 m 不等,是目前大直径工程井施工中一大难题。主要问题是岩石坚硬钻进效率极低,岩石表面光滑,钻头导正作用差,孔斜严重超差,孔内钻具与岩石摩擦导致钻杆折断和掉钻头事故(图8)。

图8 钻头沿岩面下滑

1—钻杆;2—笼式钻头;3—超前导向钻头

采用潜孔锤在该类地层中钻进时,如要获得理想效果,必须使破碎

单位面积岩石上达到足够冲击功,因此随着井径增大,岩性变硬,必须增大耗风量,所匹配的空压机就得增多,为节省能耗和减少一次性投资。作者对潜孔锤与爆破方法相结合复合式钻井工艺进行了试验研究,钻进工艺过程有如下几种。

3.1 探孔预爆法

即在大井原位,用小直径风动潜孔锤钻凿小孔,既是补充详勘,探明岩性及孤石、漂石分布情况,如遇到大孤石、漂石又可作为装药爆破的炮眼,待大岩块炸碎后再用大直径潜孔锤直接钻井。钻进工艺过程见图9。探孔预爆法,在原岩中进行预爆,装药量可大一些,爆破效果会更好,也不需顾忌孔壁的坍塌问题。此法在长江三峡水利枢纽工程一期围堰防渗墙施工中,共预爆62个孔,取得十分理想效果。

图9 探孔预爆法工艺过程示意图

1—小钻孔;2—松软地层;3—炸药包;4—大孤石、漂石;5—基岩;6—炸碎后的大孤石、漂石;7—大直径潜孔锤;8—潜孔锤钻头;a—预钻探孔并装药;b—炸碎后的大孤石、漂石;c—用大直径潜孔锤钻孔

3.2 筒状钻头进行环槽破碎岩石+爆破+反循环排渣

钻进工艺为:潜孔锤用筒状钻头钻进,形成岩心再从钻杆中下入炸药包(砾石弹→炸碎炸裂岩心→再送风使潜孔锤工作由筒状钻头顶部冲碎岩心→再用泵吸反循环排屑)。这样反复钻进成孔,钻进工艺见图10。

图10 沿孔冲击成岩心——爆破——排渣钻进工艺图

1—钻杆;2—FGC-15型贯通式潜孔锤;3—筒状钻头顶盖硬质合金;

4—砾石弹;5—碎块;6—大漂石

爆破方法很多,主要有打眼爆破及聚能爆破两种,经使用对比各存在如下优缺点:

1)打眼爆破法

即在钻孔钻进遇到大孤石、漂石时,再在岩块上钻一个或多个小孔,在小孔内装药爆破。这种方法对比探孔预爆法虽可节省钻进工作量,但是在大孔内钻小孔必须先下小套管,同样会产生钻具偏斜,难于固定套管等问题。在实践中曾采用小口径金刚石钻头钻进,由于无法提高转速,结果不仅效率低,钻头寿命短,成本很高,而且实现上述钻小孔时,必须将孔中大直径潜孔锤钻具提出,增加了辅助时间。

2)聚能爆破法

利用药柱一端孔穴来提高局部破坏作用效应,称为聚能爆破。影响聚能爆破威力与下列因素有关:①炸药性能;②药柱下端药型罩的材料、形状、锥角、壁厚等;③炸高;④药柱包的壳体及几何形状。图11中(a)是药柱端部不带锥形孔穴的罩,爆炸产物沿近似垂直于药柱表面向四周飞散,作用于底面上的仅仅是从药柱一端飞散出的炸药物,约等于药柱端面面积,所以在底端只炸出一个很浅的凹坑。图11中(b)药柱药量虽然比(a)药包少,但由于在下端有一锥形孔,爆破后在底部炸出一个较深凹坑;图11中(c)是药柱下端锥形孔穴表面嵌装一个金属锥形衬套(又称药形罩),这种药包爆炸后在底部炸出一个更深的凹坑。实验表明:不同底部锥形罩破坏效果不同。大直径工程井在硬岩、孤石、漂石中采用潜孔锤及聚能爆破相结合复合式钻进工艺,既可提高钻进效率,又可克服大孤石、漂石中容易导致孔斜。是一种工艺简单,安全易行,节省能源,成本低的施工方法。

图11 不同药柱结构的爆破效果

1—雷管;2—药包;3—破碎穴;4—锥形罩;5—金属锥形药形罩;6—

爆破锥形孔

4 结论

随着潜孔锤结构形式、钻具匹配、钻头类型、以及多种钻进工艺方

法的发展和完善。潜孔锤钻进将成为复杂地层钻进一项重要技术措施。

作者简介:蒋荣庆男,1932年生。现任长春科技大学勘探工程研究所

所长、教授、博士导师,国家级有突出贡献专家,曾任中

国岩石力学和工程学会岩石破碎专业委员会、全国大口径

工程井钻进技术协会副理事长。

通讯地址:吉林省长春市长春科技大学探工系邮政编码:130026

作者单位:蒋荣庆(长春科技大学长春130026)

殷琨(长春科技大学长春130026)

辜华良(长春科技大学长春130026)

收稿日期:1998-10-00

王梅编辑

复杂地层偏心跟管钻进技术及配套选择

在众多的复杂地层钻进施工中,塌孔、埋钻是施工人员经常碰到且又十分头疼的问题。采用常规的钻进工艺方法很难保证钻孔的质量和施工效率。潜孔冲击跟管钻进技术充分利用了风动潜孔锤高效冲击破碎岩石的优势,在高效碎岩钻进的同时,同时跟入套管保护钻孔孔壁,利用套管的刚性导向作用,可以抑制钻孔弯曲,保证钻孔的直线度。目前已在国内外广泛应用于坚硬、破碎、松散等复杂地层的工程钻孔施工中。潜孔冲击跟管钻进按其结构型式主要分为二种类型:偏心式跟管钻具及同心跟管钻具。二种结构型式的跟管钻具具有不同的结构特点和使用性能,其适用范围也有所区别。同心跟管钻具因其外钻头的壁厚较厚,同样孔径施工,冲击功传递效果不如偏心钻具,只有在钻孔直径较大,选择高风压冲击器时,效果才比较好,但制造费用比偏心钻具高的多。偏心式跟管钻具不仅成孔直径大,而且结构简单,制造成本低,使用方便,因此得到了更广泛的应用。

偏心跟管钻具的工作原理

钻进时,偏心跟管钻具通过套管内孔中进入套管靴位置,当钻具正转时,偏心钻头在孔底摩擦力的作用下顺着回转方向偏心张开,在潜孔锤驱动下钻头钻出比套管外径大的钻孔,同时偏心钻具的导正器台肩驱动套管靴,使套管与钻孔同步跟进,使之保护钻孔。钻孔达到预定深度后,使钻具反向旋转一定角度,偏心钻头收拢,然后从套管中提出。原理图如下:

偏心跟管钻具钻进时破碎岩石及驱动套管跟进的能量主要来源于潜孔冲击器输出的冲击功,此外钻机回转带动偏心跟管钻头对孔底岩石形成辅助性切削及挤扩效应。要获得良好的跟管钻进效果,必需使钻机、空压机设备的输出性能以及潜孔冲击器性能与跟管钻具加以匹配,并且根据地层情况制订出合适的钻进施工工艺。

钻进设备的配套

根据冲击器的碎岩特点,钻机设备应满足低速大扭矩的需要,一般选择动力头式锚固钻机较好;空压机性能首先要满足潜孔冲击器所需的风压和风量的需要,并且根据地层的漏失程度及含水情况,在条件允许的情况下,尽量选择能力较大的空压机;潜孔冲击器应具备优良的冲击功和冲击频率输出性能,并且要与跟管钻具、套管材料的强度相匹配。

跟管钻进操作要点

在复杂地层进行跟管钻进施工时,选择的钻进参数应以低转速、低给进压力、高上返风速为原则,施工操作过程中应根据所钻进地层中岩石的硬度、松散程度、含水量等因素控制钻进速度,当钻遇到特别松散或较大裂隙的地层时,尤其要降低给进速度和给进压力,反复进行排渣清孔。在具体的施工操作中还应注意以下几个方面:

⑴钻具下孔前应检查潜孔冲击器、跟管钻具、套管及套管靴连接是否牢固,偏心钻头转动是否灵活,通风是否顺畅。

⑵钻进过程中应注意观察套管的跟进情况及孔内排粉情况,每钻进0.3~0.4米应强吹孔排粉,以保持孔内清洁。吹孔时,中心钻具向上提动距离应严加控制以能实现强力吹孔排粉为限,禁止在钻进过程中强力起拔中心钻具。

⑶钻进结束或需要更换中心钻具时,应先进行清孔,将孔底残渣吹尽,然后停止回转,把中心钻具缓缓向上提动,提升力的大小以刚好能提动中心钻具为合适,提升高度以偏心钻头后背与套管鞋前端接触为止;然后低速反转钻具,同时缓慢向上试提中心钻具。当观察到中心钻具可

以顺利提升时,表明偏心钻头已收拢,这时可以按照常规方法提升中心钻具,直到全部提出中心钻具。在反转钻具时,应小心操作,防止钻具脱扣。

⑷有时会因孔底残留岩渣过多,偏心钻头回转部分被岩渣卡死而影响偏心钻头的收拢。当试提几次仍不能奏效时,应输送压气,重新对钻孔进行清洗,并使潜孔锤作短时间工作,然后重新进行中心钻具提升作业。

潜孔锤跟管钻进技术是工程施工中用于克服复杂地层钻孔难的一种有效方法手段,偏心跟管钻具因其特有的结构、优良的工作性能为复杂地层的钻孔施工提供了可靠的技术保障。应用于工程施工的跟管钻具的规格系列也已日益完善,并且由小孔径向大孔径发展。以我公司偏心钻具为例,具体配套如下表:

读书的好处

1、行万里路,读万卷书。

2、书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。

3、读书破万卷,下笔如有神。

4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文

5、少壮不努力,老大徒悲伤。

6、黑发不知勤学早,白首方悔读书迟。——颜真卿

7、宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。

8、读书要三到:心到、眼到、口到

9、玉不琢、不成器,人不学、不知义。

10、一日无书,百事荒废。——陈寿

11、书是人类进步的阶梯。

12、一日不读口生,一日不写手生。

13、我扑在书上,就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基

14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游

15、读一本好书,就如同和一个高尚的人在交谈——歌德

16、读一切好书,就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿

17、学习永远不晚。——高尔基

18、少而好学,如日出之阳;壮而好学,如日中之光;志而好学,如炳烛之光。——刘向

19、学而不思则惘,思而不学则殆。——孔子

20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根

跟管钻进技术

跟管钻进技术在高速公路边坡锚固工程中的运用 葛洲坝集团五公司彭元平 摘要:本文简要介绍了边坡锚索施工的工艺流程,并重点阐述了潜孔锤跟管钻进技术在锚索钻孔过程中遇到复杂易坍塌地层的运用。 关键:潜孔锤、跟管、锚索、锚固工程 潜孔锤跟管钻进技术是采用潜孔锤与跟管钻具同步进行钻进,在钻进同时把套管下到稳定地层,隔住地层中破碎、坍塌地段,有利用锚索制安、灌浆等技术方法,这是一种适用于复杂易坍塌地层行之有效的施工工法。 本文就我司在元磨高速公路第13合同段中边坡滑坡治理,对该工艺方法进行阐述。 一、工程概况 元江至磨黑高速公路第十三合同段K311+780~K312+014路段,位于阿墨江支流清水河左侧,处于构造剥蚀中山地貌区,切割深度大于500米。滑坡区地表覆盖第四系地层,下伏为侏罗系地层,第四系又可划分出人工弃填土地、滑坡堆积、残坡积等成因类型,具体描述如下: 1、填土:分布于公路、便道下边坡和临时建筑物周围,岩性为碎石、块石,其间为角砾、砂、粘土充填,松散,厚1~10m。 2、滑坡堆积:主要由含角砾亚粘土和强~弱风化泥岩、砂岩组成,局部有粘土地、碎石,厚7~35m。 3、残积层:分布于滑坡外围坡面,主要为灰紫、黄褐色含角砾亚粘土地,局部含砾石,厚1~11m。 4、侏罗系上统坝注路组:伏于第四系土层之下,岩性主要为紫红、紫灰色泥岩夹砂岩,节理裂隙发育,风化强烈。

对于该滑坡体,设计采取削坡减载、抗滑支挡、护坡锚固和排水等综合治理,其中预应力锚索孔深23~55m,设计抗拔力为875、1125KN。 二、锚索施工工艺及技术措施 (一) 施工工艺流程 定孔位 ↓ 搭建施工平台 ↓ 钻孔 ↓ 锚索制安 ↓ 灌浆 ↓ 施工地梁及张拉台 ↓ 张拉锁定 ↓ 封锚 (二) 技术要点 各工序的施工工艺、技术要求如下: 1、搭建施工平台 按照设计要求的锚索间距并结合钻机起塔高度搭建平台。搭建管材采用Φ48钢管,用筘件相互连接,最后在平台上并排放置厚度5cm的木板,这样便形成了施工平台。

潜孔锤施工方案

专项施工方案报审表 工程名称:靖宇县光伏扶贫项目一标段编号:SXM 2-SG02-002致吉林省新时代建设管理有限公司靖宇县光伏扶贫项目监理项目部: 我方已根据施工合同的有关规定完成了靖宇县光伏扶贫项目一标段3区管桩工程专项施工方案的编制,并经我单位主管领导批准,请予以审查。 附件:靖宇县光伏扶贫项目一标段3区管桩工程专项施工方案 施工项目部(章): 项目经理: 日期: 监理项目部审查意见: 监理项目部(章): 总监理工程师: 专业监理工程师: 日期: 建设管理单位审批意见: 建设单位(章):

注:本表一式四份,由施工项目部填报,业主项目部、监理项目部各一份,施工项目部存二份。吉林省白山市靖宇县光伏扶贫项目一标段 3区管桩工程专项施工方案 编制: 审核: 批准:

江苏国际建设有限公司2017年5月20日

目录 一、工程概况 二、气动潜孔锤引孔施工工艺 1、施工方法简介 2、气动潜孔锤的工作原理 三、施工准备 1、资料及场地准备 2、施工机具、材料准备 3、技术准备 4、设备机具 四、施工工艺流程和操作要点 1、施工工艺流程 2、操作要点 3、静压砼预制桩施工工艺 五、质量控制. 1、质量控制要点 六、安全措施 七、环保措施 八、雨天施工措施 九、应急预案 1、物体打击事故应急准备与响应预案 2、机械伤害应急准备与响应预案 3、触电事故应急准备与响应预案 4、环境污染应急准备与响应预案 5、火灾应急准备与响应预案 6、施工中挖断水、电、通信光缆、煤气管道应急准备与响应预案 7、食物中毒、传染疾病应急准备与响应预案

一、工程概况 1.工程概述 靖宇县光伏扶贫项目一标段位于靖宇县龙泉镇程山村,北纬42.42°,东经126.67°,利用当地鱼塘,分三个区域,3个子系统,采用多晶硅光伏组件,装机总容量3.3MWp。 2.桩基工程概况及施工情况 3区总桩数494根,桩基础采用预应力高强混凝土管桩,施工桩机为锤击桩机,引孔使用潜孔锤进行施工。 3.场地地基土构成及分布特征 1区、2区是天然形成的鱼塘,3区是后开挖的鱼塘,3区水抽完后,发现塘底表层20~30cm淤泥下面是玄武岩,普通螺旋钻机根本无法引孔,经设计、勘察、建设、施工单位相关技术人员现场开会,结合引孔压桩法的工艺和本工程的实际情况,采用潜孔锤引孔,再进行锤击桩施工。 二、气动潜孔锤引孔施工工艺 1、施工方法简介 气动潜孔锤采用高压气动潜孔锤采用特定尺寸潜孔锤钻进,在完成桩身成孔后回填土,然后采用桩机施工预制管桩。

空气潜孔锤在复杂地层中的钻进

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/995470138.html, 空气潜孔锤在复杂地层中的钻进 作者:楚贤峰 来源:《中华建设科技》2013年第12期 【摘要】本文介绍了空气潜孔锤钻进技术在粘土层、破碎坍塌地层以及河床卵砾石地层中的钻进工艺。 【关键词】空气潜孔锤;钻进工艺;复杂地层 1. 空气潜孔锤钻进的原理 空气潜孔锤钻进的原理,是用地面的钻机通过钻杆对孔底施加压力和扭矩,用压缩空气驱动潜孔锤对岩石进行冲击碎岩,实现冲击回转钻进,同时利用压缩空气冷却钻头,并将孔底岩屑排出地表。 2. 复杂地层分类 (1)钻进过程中,孔内经常出现各种复杂情况,如涌水、岩石破碎、孔壁坍塌、钻孔直径扩大或缩小等,使钻进工作不能正常进行,严重的会导致孔内事故,被迫停钻,甚至造成钻孔报废。容易出现上述情况的地层称为复杂地层。 (2)在工程地质及水文地质钻探中,经常遇到的复杂地层主要有:粘土地层、破碎坍塌地层和卵砾石地层。 3. 在粘土地层中的钻进 (1)粘土及粘土质页岩地层为高水敏性地层,岩石松软,吸水后膨胀,钻孔缩颈。目前钻进此类地层,大多应用回转钻进的方法。潜孔锤遇此类地层极易出现糊钻,形成泥包或泥环,以致造成卡埋钻事故。通常岩芯钻探对付此类地层的方法为加入各种冲洗液添加剂,如水玻璃、PAM、PHP低固相泥浆等,意在采用优质泥浆护壁,以降低失水。 (2)实践表明:空气潜孔锤钻进粘土层时,进尺仍然很快,但为了避免缩颈造成的提钻困难,应采用减压钻进,且进尺一定深度后应反复上下串动钻具,进行扫孔,等粘土应力基本释放,不再缩颈为止。若一旦发生因缩颈引起的提钻困难,则应采取以下措施:一是提钻,用动力头把钻具提到最高点;二是钻磨,让动力头带动钻具不停地转动;三是上下串动钻具,在原地转动约10分钟后,用动力头上下串动约1分钟。为有效地解决或避免泥包和泥环,防止事故,期间应向孔内加入泡沫,因其比重小,含水少,润滑作用好,可有效地减少粘土对钻具的夹持作用。 4. 在破碎坍塌地层中的钻进

空气潜孔锤取心跟管钻进技术

空气潜孔锤取心跟管钻进技术 一、基本概况 空气潜孔锤取心跟管钻进技术针对河床、滑坡、等堆积地层,采用空气钻进而研发的一种钻探新方法,具有钻进速度快、取心质量好、不破坏植被和不影响地层稳定性等优势;主要用于浅部地质钻探(绿色钻探、砂卵砾石层钻探等),水利水电、滑坡等工程地质勘察领域。该技术通过“优质、高效”的途径,解决了各种堆积地层的岩心质量较差和钻进效率较低等问题;可“以钻代槽”,避免槽探对植被的破坏。 二、技术主要内容 空气潜孔锤取心跟管钻进技术采用风动钻进原理,将基础工程中的潜孔锤跟管钻进与岩心钻探领域的回转取心钻进组合,通过优化结构,优势互补,形成一种取心质量好、钻进速度快的钻进新方法,为工程地质勘察提供有效的技术手段。其核心技术是潜孔锤取心跟管钻具。 图1 空气潜孔锤取心跟管钻具 空气潜孔锤取心跟管钻进技术主要由中心取心钻具、套管靴总成组成。前者执行取心钻进任务,并随钻带动后者跟进套管;后者执行推动套管随钻向孔底延伸,实现随钻跟管钻进。整套钻具结构简单,使用简便。中心钻具属于可提升部分,完成取心钻进回次后,可随钻杆被提到地表。套管靴总成由套管钻头等三个零件组成。该总成直接连接在套管下端,由中心钻具带动套管钻头旋转,承担

跟管任务,钻孔施工期间,始终留在孔内隔离孔壁。 空气潜孔锤取心跟管钻进技术钻进原理:回转取心钻具,进行冲击取心钻进;同时,通过传扭副带动套管钻头回转,使其保持同步冲击回转钻进,并靠承传压付使套管向孔底延伸,而套管不回转。钻进回次结束,直接将中心取心钻具提到地表进行取心,而管靴总成仍留在孔内;加长套管后,再将钻具下到孔底并与套管靴总成自动连接,可进行下一回次钻进。 表1 潜孔锤取心跟管钻具规格及其主要技术指标 钻具名称 Φ127取心跟管钻 具 Φ146取心跟管钻 具 Φ168取心跟管钻 具 钻具规格/mm Ф127 Φ146 Ф168 钻孔直径/mm Φ132 Φ152 Ф176 岩心直径/mm Ф54.5 Φ67 Ф75 跟进套管/mm Ф127 Φ146 Ф168 钻头类型 球齿合金钻头 球齿合金钻头 球齿合金钻头 钻具长度/mm 1570(外管1米) 2570(外管2米) 1525(外管1米) 2525(外管2米) 1710(外管1米) 三、重要意义及应用情况 1、成果的重要意义 现阶段及相当长时间,我国高原等植被脆弱地区地质勘探,铁路等基础设施,水利水电和滑坡等工程地质勘察,其各种堆积地层钻探工作量巨大;“一带一路”向外延伸沿线的铁路、公路等基础设施建设,也将有巨大的工程地质勘察工作,该技术具有巨大市场,应用前景非常广阔。 2、典型应用实例 空气潜孔锤取心跟管钻进技术先后在中铁二院的成都地铁4号线温江段、四川省蜀通岩土工程公司的川藏铁路林芝段、四川省地质工程院的成昆铁路米易段、

空气潜孔锤灌注桩施工工艺及方法

空气潜孔锤钻进技术完成灌注桩施工工艺及应用实例 摘要: 利用空气潜孔锤钻进技术成孔进行灌注桩是桩基施工中的一种常见的施工工艺,本文结合工程实例,对该工艺进行了较为详细的介绍。 关键词: 空气潜孔锤;灌注桩施工;工艺流程 一、基本情况 空气潜孔锤钻进工艺能够大幅度提高钻进效率,保证工程质量,降低施工成本,具有显著的技术经济效益。采用无循环干式作业,空气既作为动力又作为排渣介质,不污染环境。钻具对孔壁的碰撞机会较少,潜孔锤以高频对孔底冲击,避免了对岩石或倾斜地层产生孔斜的影响,从而可提高钻孔的垂直度,同时也可减少孔壁岩石坍塌。 塘朗车辆段工程是深圳地铁5号线项目的重要组成部分。本工程总占地面积37.82公顷,基础采用独立桩基承台,桩型多选用Φ1000钻(冲)孔灌注桩,根据详勘及补勘资料分析,场地岩面高低起伏,且在残积层、全、强、中等风化岩中夹有微风化岩球状风化体,直径达2-3米,且垂直分布有多层。面对这种工程量大,地质存在坚硬孤石的施工情况下,如采用传统冲孔桩施工工艺,将严重滞后施工工期,因此在灌注桩的施工中采用了空气潜孔锤钻进技术。 生产实践证明采用潜孔锤灌注桩工艺钻进效率高,成孔质量好,保证了施工的工期与质量要求,取得了理想的效果,现结合本工程对空气潜孔锤灌注桩施工工艺进行详细介绍,希望能对其它类似工程的施工提供借鉴。 二、施工工艺选型及原理 1、施工工艺选型 根据工程设计要求及场地工程地质条件,冲孔灌注桩桩机选用150PW型双回旋钻机,配370型风动潜孔锤冲钻成孔。因其在各种软硬地层、碎石层、卵石层及岩层等复杂条件下均可轻松施工钻孔成桩,且由于外钻套保护,可实现干法成孔新工艺,孔径、孔壁形状质量好、垂直度精度高,施工速度快等优点而广泛用于桩基工程施工中。在施工过程中因基岩上部土层松软、松散,极易产生缩径塌孔等现象,为防止桩孔缩径及塌孔等现象发生,基岩上部土部采用跟管钻进,即冲钻孔过程中采用外径为82.4cm、壁厚为1.6cm的无缝钢管跟进护壁。桩身砼水下砼,灌注采用直升导管法。套管采用5.5T履带式启动机配60型激震式震动锤进行起拔。

跟管钻方案

隧道超前管棚施工专项技术方案 1.工程概况与地质情况 1.1工程概况 汶川至马尔康高速C24合同段扑鸭脚隧道起讫桩号:左线 ZK218+600~ZK220+082全长1482米;右线YK218+600~YK220+078,全长1478米,洞口设计里程为ZK220+082、YK220+078。卓克基隧道起讫桩号:左线ZK220+630~ZK222+525,全长1895米;右线 YK220+618~YK222+557,全长1939米,进口设计里程为 ZK220+630、YK220+618,出口设计里程为ZK222+525、YK222+557。 1.2地质情况 本项目路线经过地层有元古界、古生界、中生界及新生界,沿线第四系松散堆积层、沉积岩、岩浆岩和变质岩均有外露。地层区划分属川西地层区龙门山分区和马尔康地层分区。基岩种类繁多,岩性复杂。分布面积大的地层主要为三叠系(T)地层,第四系松散沉积物仅零星分布于山坡、沟谷和山前地带。本项目构造主体位于松潘~甘孜褶皱系一级构造单元。隧道穿越地层岩性主要为板岩、千枚岩、变质砂岩。 隧道为双线分离式隧道,洞口开挖出露为卵石土堆积层,属于易塌地层。 2.编制依据、原则和适用范围 2.1编制依据 ⑴汶川至马尔康高速公路马尔康段C24标段招标文件 ⑵《四川省汶川至马尔康高速公路C24标段两阶段施工图设计》 ⑶《公路工程技术标准》(JTG B01-2003) ⑷《公路隧道施工技术规范》(JTGF-2009) ⑸当地的水文、气象及本项目的地质资料 ⑹国家和当地地方法令、法规具体规定 ⑺《四川省高速公路施工标准化管理指南(隧道)》 ⑻业主对本合同段工程的质量和工期要求 ⑼本公司对其他相同地质条件施工的类似经验

跟管钻方法

精心整理 隧道超前管棚施工专项技术方案 1. 工程概况与地质情况 1.1 工程概况 汶川至马尔康高速C24合同段扑鸭脚隧道起讫桩号:左线ZK218+600~ ZK220+082全长1482 米;右线YK218+600~YK220+078,全长1478 米,洞口设计里程为ZK220+082、YK220+078。卓克基隧道起讫桩号:左线ZK220+630~ ZK222+525,全长1895 米;右线YK220+618~YK222+557,全长1939米,进口 设计里程为ZK220+630、YK220+618,出口设计里程为ZK222+525、YK222+557。 1.2 地质情况本项目路线经过地层有元古界、古生界、中生界及新生界,沿线第四系松散堆积层、沉积岩、岩浆岩和变质岩均有外露。地层区划分属川西地层区龙门山分区和马尔康地层分区。基岩种类繁多,岩性复杂。分布面积大的地层主要为三叠 系( T) 地层,第四系松散沉积物仅零星分布于山坡、沟谷和山前地带。本项目构造主体位于松潘~甘孜褶皱系一级构造单元。隧道穿越地层岩性主要为板岩、千枚岩、变质砂岩。 隧道为双线分离式隧道,洞口开挖出露为卵石土堆积层,属于易塌地层。 2. 编制依据、原则和适用范围 2.1 编制依据 ⑴汶川至马尔康高速公路马尔康段C24标段招标文件⑵《四川省汶川至马尔康 高速公路C24标段两阶段施工图设计》⑶《公路工程技术标准》( JTGB01- 2003) ⑷《公路隧道施工技术规范》( JTGF-2009) ⑸当地的水文、气象及本项目的地 质资料⑹国家和当地地方法令、法规具体规定⑺《四川省高速公路施工标准化管理指南(隧道)》⑻业主对本合同段工程的质量和工期要求⑼本公司对其他相同地质条件施工的类似经验 2.2 编制原则落实施工合同的各项要求,以合同要求为依据进行总体施工安排, 配备足够的

跟管钻进技术[1]

锚索跟管技术措施 潜孔锤跟管钻进技术是采用潜孔锤与跟管钻具同步进行钻进,在钻进同时把套管下到稳定地层,隔住地层中破碎、坍塌地段,有利用锚索制安、灌浆等技术方法,这是一种适用于复杂易坍塌地层行之有效的施工工法。 本文就我司在元磨高速公路第13合同段中边坡滑坡治理,对该工艺方法进行阐述。 一、工程概况 元江至磨黑高速公路第十三合同段K311+780~K312+014路段,位于阿墨江支流清水河左侧,处于构造剥蚀中山地貌区,切割深度大于500米。滑坡区地表覆盖第四系地层,下伏为侏罗系地层,第四系又可划分出人工弃填土地、滑坡堆积、残坡积等成因类型,具体描述如下: 1、填土:分布于公路、便道下边坡和临时建筑物周围,岩性为碎石、块石,其间为角砾、砂、粘土充填,松散,厚1~10m。 2、滑坡堆积:主要由含角砾亚粘土和强~弱风化泥岩、砂岩组成,局部有粘土地、碎石,厚7~35m。 3、残积层:分布于滑坡外围坡面,主要为灰紫、黄褐色含角砾亚粘土地,局部含砾石,厚1~11m。 4、侏罗系上统坝注路组:伏于第四系土层之下,岩性主要为紫红、紫灰色泥岩夹砂岩,节理裂隙发育,风化强烈。 对于该滑坡体,设计采取削坡减载、抗滑支挡、护坡锚固和排水等综合治理,其中预应力锚索孔深23~55m,设计抗拔力为875、1125KN。 二、锚索施工工艺及技术措施 (一) 施工工艺流程 定孔位搭建施工平台钻孔锚索制安灌浆施工地梁及张拉台张拉锁定 封锚 (二) 技术要点 各工序的施工工艺、技术要求如下: 1、搭建施工平台 按照设计要求的锚索间距并结合钻机起塔高度搭建平台。搭建管材采用Φ48钢管,用筘件相互连接,最后在平台上并排放置厚度5cm的木板,这样便形成了施工平台。 施工平台在成孔或灌浆后拆除。 2、钻孔

液动潜孔锤钻进技术及应用

液动潜孔锤钻进技术及应用 中国地质调查局勘探技术研究所苏长寿 液动潜孔锤钻探是在回转钻探的基础上通过利用现场泥浆泵输出的冲洗液驱动液动潜孔锤(简称液动锤或冲击器)其内部的冲锤对钻头施加一定频率和能量的冲击功,加速碎岩,也就是钻头上带有冲击负荷的回转钻探。钻孔时液动锤安装在钻杆或岩心管与钻头(取心或全面钻进)之间,随钻孔之延深而潜入钻孔中对钻头施加冲击负荷,它是在冲击和回转的共同作用下碎岩,因此可大幅度提高硬岩钻进时效,减轻孔斜,降低成本,提高综合效益。 液动潜孔锤钻探是对现有回转钻探的重大改革,是继现代金刚石钻探之后的钻探新方法。它较好地利用了坚硬岩石脆性大而抗剪强度较低不耐冲击力的弱点,是解决坚硬岩层和某些复杂岩层钻探效率低钻孔质量差的有效钻探技术。 一、液动潜孔锤目前的研究水平和应用程度: 利用回转钻探时泥浆泵冲孔和冷却钻头剩余的液能驱动液动锤而实现液动冲击回转钻探的设想始于1887年,德国沃?布什曼发明的这种钻探法曾在英国获得专利,但直到上世纪60年代,此技术在美国和原苏联及东欧一些国家均尚处于实验阶段。美国60年代初潘美石油公司(Pan American pertroleum Co)曾

研制过两种尺寸的液动潜孔锤并作过一些试验;原苏联钻井技术研究所曾研制成BBO----5A型液动锤并用直径145mm的钻头在石油钻井中钻进到2200m,但结构中的弹簧易损坏需改进。地质钻探中前苏联在70年代发展较成熟的液动锤型号为Γ—7和Γ—9型,直径分别为56和76mm,80年代初还研制成两种直径分别为59和76mm的绳索取芯式液动锤,但我国当时缺乏具体资料,以后查知其结构特点均为正作用式;瑞典卢基公司的G-Drill-AB 分公司研制了一种叫Wassara的液动锤,所用的冲洗液经100μm过滤,直径为96mm的液动锤钻120mm孔,泵量在160—330L/min,泵的输出压力达18Mpa。可钻进40m。钻速提高2倍。对配套设备有比较苛刻要求。 我国是目前世界上开展液动锤技术研究和应用工作做得最好的国家之一。主要体现: 1、勘探技术研究所于1958年开始系统的专题研究,1961年列为原地质部重点项目,除去“文革”期间被迫中断外,一直坚持研究开发工作。同时,从上世纪70年代(1975年)左右原长春地质学院、辽宁地质局九队、原核工业部地质局等对此作了很多试验研究,但大规模的开发工作是从1978年实行改革开放之后才得以顺利进行。全国有近十个单位相继建立了冲击回转钻探试验室(台),并设立专题开展系统的研究开发。 经过数年的工作,至1983年左右原地质矿产部勘探技术研究所的正作用式YZ-54-Ⅱ型、原长春地质学院的射流式SC—

跟管钻方法

精心整理隧道超前管棚施工专项技术方案 1.工程概况与地质情况 1.1工程概况 汶川至马尔康高速C24合同段扑鸭脚隧道起讫桩号:左线ZK218+600~ ZK220+082全长1482米;右线YK218+600~YK220+078,全长1478米,洞口设计里程为ZK220+082、YK220+078。卓克基隧道起讫桩号:左线ZK220+630~ZK222+525,全长1895米;右线YK220+618~YK222+557,全长1939米,进口设计里程为 ZK220+630、YK220+618,出口设计里程为ZK222+525、YK222+557。 1.2地质情况 本项目路线经过地层有元古界、古生界、中生界及新生界,沿线第四系松散堆积层、沉积岩、岩浆岩和变质岩均有外露。地层区划分属川西地层区龙门山分区和马尔康地层分区。基岩种类繁多,岩性复杂。分布面积大的地层主要为三叠系(T)地层,第四系松散沉积物仅零星分布于山坡、沟谷和山前地带。本项目构造主体位于松潘~甘孜褶皱系一级构造单元。隧道穿越地层岩性主要为板岩、千枚岩、变质砂岩。 隧道为双线分离式隧道,洞口开挖出露为卵石土堆积层,属于易塌地层。 2.编制依据、原则和适用范围 2.1编制依据 ⑴汶川至马尔康高速公路马尔康段C24标段招标文件 ⑵《四川省汶川至马尔康高速公路C24标段两阶段施工图设计》 ⑶《公路工程技术标准》(JTGB01-2003) ⑷《公路隧道施工技术规范》(JTGF-2009) ⑸当地的水文、气象及本项目的地质资料 ⑹国家和当地地方法令、法规具体规定 ⑺《四川省高速公路施工标准化管理指南(隧道)》 ⑻业主对本合同段工程的质量和工期要求 ⑼本公司对其他相同地质条件施工的类似经验 2.2编制原则 落实施工合同的各项要求,以合同要求为依据进行总体施工安排,配备足够的

浅谈气动潜孔锤钻进技术的应用

浅谈气动潜孔锤钻进技术的应用 摘要:气动潜孔锤钻进技术以其钻进效率高、钻孔质量好等一系列优点已被广泛应用,为使这一技术能够更好的应用,作者以实践为依据,参考有关技术资料,对气动潜孔锤钻进技术的应用进行了论述。 关键词:气动潜孔锤钻进技术 一、前言 气动潜孔锤钻进是当代多工艺空气钻进技术方法之一,由于它具有钻进效率高、钻孔质量好等一系列优点已被广泛应用,而且得到了大家的认可。此项钻进技术迄今为止已有50多年历史,早期用于建筑业,随后扩展到采矿、钻凿水井。我国于20世纪80年代初期,在基岩水井施工中开始应用这一技术。经过几十年的科研开发和推广应用,现已取得了非常显著的成效,从根本上改变了长期存在的钻进效率低、成本高、成井质量差、出水量小、使用寿命短等问题。 二、气动潜孔锤钻进原理 气动潜孔锤钻进是以压缩空气作为动力,推动潜孔锤工作,利用潜孔锤对钻头的往复冲击作用,来达到破碎岩石的目的,被破碎的岩屑随潜孔锤工作后排出的废气携带到地表。由于用途范围的不断扩大,促进了潜孔锤向多品种(常规式、偏心式、中空式、多种口径)、大口径以及集束式发展。 三、气动潜孔锤钻进的优点 1.适用于极硬、中硬地层中钻进,效率和成孔质量均很高。 2.所需钻压小。一般钻压在10~30kN。 3.钻孔垂直度好。 4.设备损耗小。与回转钻进相比,潜孔锤钻进所需扭矩较小,这样对设备的损耗相对很小。 5.潜孔锤钻进维修费用低,使用寿命长,每米进尺成本比一般回转钻进降低50%。 6.钻进时不用水,有效的解决了干旱缺水地区施工供水困难问题。 四、气动潜孔锤钻进技术参数 1.风量、风速和风压 风量的确定,一方面是要根据所用冲击器的性能而定,另一方面则要满足所需的上返风速。因为岩屑在气流介质中由于本身的粘度、密度和形状的不同而具有不同的悬浮速度,因此要使岩屑有效的排出孔外,达到孔底干净,就必须采用大于岩屑悬浮速度的上返风速才行,这也是潜孔锤钻进时重要参数之一。除了反循环气动潜孔锤钻进不受孔径的限制外,正循环钻进风量在钻杆与孔壁环状间隙中的上返流速,不少资料推荐宜在15m/s~30m/s。 由此可见在进行大口径潜孔锤钻进时,钻孔直径和所用钻杆直径的级差比大时,就出现了潜孔锤供风量不能满足排渣所需风量的矛盾,所以携带孔底岩屑钻杆直径与井壁之间的环状间隙就显得尤为重要。供风量的选择与确定,主要是保证在一定流通环空的上返风速,依下列公式推算(正循环): D-钻孔直径,mm; d-钻杆直径,mm。 选择好风量、风速和风压的技术关键在于如何掌握好三个关系,即空气能量和循环阻力的关系;上返速度和清孔效果的关系;介质密度和钻井条件的关系。

潜孔锤钻进在复杂地层中应用解读

潜孔锤钻进在复杂地层中应用 蒋荣庆殷琨辜华良 摘要: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方法和效果作了简明介绍。 关键词:贯通式潜孔锤同步跟管复杂地层 DOWNHOLE HAMMER DRILLING IN COMPLEX FORMATION Jiang Rongqing,Yin Kun,Gu Hualiang Abstract:On the basis of studying downhole drills' structure,bit type and drilling technology,such technology as casing drilling with downhole drills',hollow-through downhole drills in complex formation,large diameter downhole drill in isolated big pepple formation are presented in this paper. Key words:hollow-through downhole drill,casing drilling ,complex formation▲ 所谓复杂地层是指因受成因、构造运动及风化作用和地下水作用等影响,使地层岩石节理、片理、裂隙发育;软硬互层、破碎,胶结性、稳定性、强度等极差,或是遇水膨胀。在这类地层中施工,一旦被钻孔钻穿后,其原来的相对稳定或平衡状态被破坏,使钻孔孔壁失去约束而产生不稳定。常见现象是孔壁坍塌、掉块、漏失、涌水、缩径、超径等。在上列地层中钻孔时孔壁不稳定产生护壁困难;地质岩心钻探时岩心被破碎、冲蚀、溶解,岩矿心采取又成为一个难题;在砂砾石层中含有孤石、漂石,风化层含有风化球、风化核,或岩石软硬不均,钻进时不仅效率低,而且很难按设计轨迹成孔,即防斜或提高钻速又成为一突出问题。 实践表明,空气潜孔锤钻进具有下列优点: 1)钻进效率高。它比钻探常用的水力冲击器效率高2~5倍;比金刚石回转钻进高3~10倍。提高效率原因是单次冲击功大,无液柱压力;排渣风速高,孔底干净,无二次破碎;改善了孔底碎岩条件; 2)配用的柱齿硬质合金钻头在坚硬破碎岩石中钻进,既有利于破岩,又比金刚石钻头寿命高; 3)钻进转速低,离心力小,钻具对孔壁的撞击机会小,又兼这种钻进方法是以高频对孔底冲击,减小了对破碎或倾斜地层产生孔斜的影响,从而可提高钻孔的垂直度,同时也可减少孔壁岩石坍塌; 4)钻进比回转钻进所需要钻压和扭矩要小得多,这样可减轻配套钻机设备重量和能力,为边坡抗滑加固钻进在高空排架上作业创造了有利施工条件;

简述气动潜孔锤在水井施工中主要参数的选择

简述气动潜孔锤在水井施工中主要参数的选择 发表时间:2016-08-23T14:26:21.187Z 来源:《低碳地产》2015年第5期作者:樊留建[导读] 简单叙述了气动潜孔锤工艺在山东抗旱找水项目中的应用实例。 四川省核工业地质调查院四川成都 610061 【摘要】主要阐述了如何在气动潜孔锤施工工艺中选取钻压,风压,风量及风速等主要钻进参数;简要介绍了气动潜孔锤钻进过程中注意事项;简单叙述了气动潜孔锤工艺在山东抗旱找水项目中的应用实例。【关键词】气动潜孔锤;钻进参数;水井 1、前言 空气潜孔锤是以压缩空气为动力的一种风动冲击器。它通过将产生冲击功和冲击频率直接传给钻头,再由钻机带动钻头做慢速的回转运动,进而不断形成对孔底不同扇面的新鲜岩石冲击破碎效果。同时利用冲击器排出的压缩空气,对钻头进行冷却和将破碎后的岩石颗粒排出体外,从而实现了孔底冲击回转钻进的目的。它具有钻进效率高、碎岩能量利用率高等优点。然而实现高效钻进,就必须选择合理的钻进参数。 2、钻进参数的选择 2.1钻压的选择 空气潜孔锤钻进的基本工作过程,是在静压力(钻压)、冲击力和回转力三种力作用下不碎岩的。其钻压的主要作用是为保证钻头齿能与岩石紧密接触,克服冲击器及钻具的反弹力(也称背压),以便有效地传递来自冲击器的冲击功。钻压过小,难以克服冲击器的工作时的背压和反弹力,直接影响冲击功的有效传递。对于潜孔锤全面钻进,一般认为单位直径的压力值在30~90kg/cm,钻压的合理选择应考虑到钻进方式(裸孔或偏心跟管、全面钻进或取心钻进),设备性能、钻具匹配(钻具钻量),以及所选用的冲击器的性能(如低风压还是中高压,因工作压力的不同而背压不同)进行综合考虑,既要达到最佳的钻进效果,还要最大限度地减少钻具及钻头的磨损。钻压的选取可参照表1。 潜孔锤钻进主要靠冲击器活塞来冲击钻头,而不是靠钻杆柱加压提高钻速。如果孔内钻柱自身重力超出其范围时应采取减压钻进。钻压过高会导致钻杆剧烈震动,将会增大回转阻力和使钻头早期磨损,会损坏冲击器,钻孔弯曲和钻速下降等问题。因此,在选取压力参考值是应尽可能取下限值。 2.2转速的选择 潜孔锤钻进是冲击回转钻进并以冲击作为碎岩主要方式的钻进方法。所以无需过快的线速度。一般转速选用每分钟20转左右为好,转速太快,对钻头的寿命不利,特别在研磨性强的岩层,转速过快将使钻头外围的刃齿很快磨损和碎裂。转速过高也会导致钻进效率的降低。由于气功潜孔锤进是冲击碎岩的,回转只为改变钻头合金的冲击破岩位置,避免重复破碎,因此转速的选择主要和冲击器的冲击频率,规格大小以及钻岩的物理机械性质有关。合理的转速应保证在最优的冲击间隔范围之内。最优冲击间隔的确定,多采用两次冲击间隔的转角表示,转速与冲击频率和最优转角的关系式如下: A=n360°/m 式中:A ------ 最优转角(度); n ------ 钻具转速(r / min); m ------ 冲击频率(次/min); 美国水井学会(N?W?W?A)康伯尔认为在硬岩中两次冲击之间的最优转角为11°,因而主张钻机立轴转速在18~30r/min。通过对各种地层及潜孔锤钻进的不同钻进试验应用,认为钻速选择在20~50转/分是比较合理的,对于硬岩层选用低转速,对于软岩层选用较高转速。 如果转速太慢,则将使柱齿冲击时与已有冲击破碎点(凹坑)重复,导致钻速下降。常规是岩石愈硬或钻头直径愈大,愈要求用较低之转速。在某些严重裂隙性岩层中钻进,有时为防止卡钻而采用增加转速的办法。但也要注意有时卡钻是因为钻头已过度磨损,而增加转速会使问题复杂化。对潜孔锤钻进,最优钻头回转速度,应以获得有效的钻速、平稳的操作和经济的钻头寿命作为一般要求,现提出下列经验数据供选择:覆盖层为4O~6Or/min;软岩为3O~5Or/min;中硬岩层为2O~4Or/min;硬岩层为1O~3Or/min。根据岩石性质、钻头直径、冲击器的冲击功、冲击频率来确定。一般直径在2O0mm左右的钻孔,中硬地层2O~3Or/min、硬岩层10~2Or/min。 2.3风压的选择 潜孔冲击器的冲击频率和冲击功都与空气压力有关,空气压力是决定冲击功的重要因素,因而也是影响机械钻速的主要参数,一般认为所用压缩空气的压力高,则潜孔锤钻进的效率也高,而且钻头的使用寿命也会变长。空气压力应满足管道的压力损失,孔内压力降、潜孔锤压降,以及在有水情况下克服水柱压力,才能正常工作。 P=Q2 L+Pm+P锤+P水 式中:P -----空气压力(Mpa)

复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究

复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究 复杂地层的钻进与取样问题一直是地矿勘探、工程勘察、岩土工程施工中的一个 技术难题。由于复杂地层结构松散、无规律包裹砂卵砾石、砾石大小不均、换层频繁、软硬悬殊、颗粒级配悬殊等,存在钻进、保护孔壁、取心这三大难题,常规的钻探技术难以满足施工要求。 复杂地层钻探技术先后经历了锤击跟管取芯钻进和金刚石取芯钻进两个重要阶段。现有的砂卵石层SM胶金刚石钻进取样技术解决了一些稍复杂地层的钻进与取样问题,但至今,仍无法适应较复杂的地层,钻孔质量和钻进效率仍处于低水平状态。 论文主要从复杂地层钻探的适应性、钻进方式、钻进冲洗介质、钻进取心工具等方面开展研究工作,对于不同类型的复杂地层,提出了相适应的钻进与取样新技术、新方法。通过研究取得了以下主要成果和结论:(1)采用应力波理论,分析了潜孔锤跟管钻进碎岩过程及影响因素。 对潜孔锤跟管钻进过程中的跟管钻压、套管自重、潜孔锤冲击功、跟管钻进速度、跟管深度、扩孔口径和钻进中的钻压值进行了理论推导,得出:①潜孔锤跟管钻进速度取决于潜孔锤的冲击功、岩石的单位体积破碎功和凿岩直径三个因素;②在简单和复杂工况条件下的最大跟管深度lO、 lmax的计算公式,包括下向垂直孔和水平孔时的最大跟管深度的计算公式; ③分析了跟管钻进钻压与机械钻速的相互关系,提出了跟管钻进的钻压 以每厘米钻头直径0.5?0.9kN为宜。(2)国内外现有的空气潜孔锤跟管钻进技术主要应用于比较松散、均质、架空不严重及中等可钻性地层,均属全断面跟管钻进,效率虽 高,但不能取芯 本文将空气潜孔锤跟管钻进技术和岩芯钻探技术结合,利用前者钻进速度快

气动潜孔锤跟管钻进技术在钻孔桩施工中的应用

气动潜孔锤跟管钻进技术在钻孔桩施工中的应用 摘要:以澳门地区实际工程为例,浅析气动潜孔锤跟管钻进技术原理及在钻孔桩施工中的应用。 关键词:跟管钻进技术气动潜孔锤钻孔桩 The Application of Pneumatic DTH Hammer Drilling with Casing Technology in the Construction of Bored Piles Yao suixi (China Civil Engineering Construction Corporation, Beijing 100038, China) AbstractExamples of actual construction projects in the Macau region, simple analysis of the application of pneumatic DTH hammer drilling with casing principle and technology in the construction of bored piles. KeywordsDrilling with Casing Technology , Pneumatic DTH hammer,Bored Piles 1 引言 气动潜孔锤跟管钻进成孔技术是多工艺空气钻进方法之一,广泛应用于地质勘探、水文钻井、滑坡防治、隧道及桥梁等工程领域。近年来在城市建筑施工中亦多有应用,尤其适用于第四系冲击层地质的钻孔作业,具有钻进速度快、成孔率高、成孔深度大等优点。 2 气动潜孔锤跟管钻进成孔原理 气动潜孔锤跟管钻具系统一般主要由潜孔冲击器、导向钻头、环状钻头、扩孔钻头、套管靴及套管组成。 跟管钻具由钻机提供回转扭矩及推进动力,空压机提供高压空气通过钻杆进入潜孔冲击器使其工作。冲击器冲击跟管钻具的导正器并将冲击波及钻压传给中心钻头及环状钻头破碎孔底岩石。同时钻机带动钻杆回转,钻杆将回转扭矩传递给冲击器带动导正器转动使偏心钻头张开,使扩孔钻头及中心钻头跟随导正器旋转,钻出大于套管外径的孔,使套管在自重作用下随钻头跟进。当自重小于套筒

跟管钻孔法施工方案

锚杆跟套管成孔施工措施 1、基本概况而及地质条件 A地块边坡均为大片石和石渣回填,所以质地不均,结构松散,不能被钻头冲击成粉状碎块后排出,造成阻力增大,钻机无法旋转。钻进过程的扰动,造成已成孔段塌孔,钻具卡死,无法收回。岩体结构松散,差异较大,造成钻进过程中导向不准,钻杆弯曲断裂,无法成孔。因此在C1-C5临时边坡、西侧边坡、1.5.1 边坡、1.5.2边坡等所有边坡工程的锚杆采用跟套管钻进工艺,通过试验表明能够成孔,成孔质量完全满足设计要求。 2、跟套管造孔工艺原理 钻进采用潜孔钻,该钻机的特点是扭矩及顶升压力大,钻具配套适应性强,成孔深且质量高。配套钻具为跟管钻进的潜孔锤和偏心钻头,潜孔锤利用高压空气为动力做功。 钻具组成:套管(长度为2米标准节和1米的调整节,接长采用丝扣联结)、管靴、潜孔锤冲击器、偏心钻头、空心钻杆、拔管器。 工作原理:套管的跟进是通过潜孔锤锤击连接在套管上的管靴,同步跟进。套管的主要作用是护壁,防止在成孔过程中对岩体扰动掉块,另一个作用是套管直径较钻杆大,刚度较好,防止钻杆弯曲,提高成孔质量。套管加工为定型产品,可多次重复使用,以减少成本费用。 工艺流程:搭设钻机操作脚手架一>测定孔位一>钻机安装就位一>安装钻具—>钻孔一>成孔后吹扫排渣一>拆除钻具钻杆一>推放锚杆一>拔套管一>锚杆注浆一>验收 施工要点:

1、钻机脚手架要满足安全操作要求,要能承受钻进过程中的振动冲击等荷载。 2、钻机、钻具、套管在施工前要反复检查,有裂纹和丝扣滑丝的钻杆和套管一律不能使用。 3、造孔过程中,通过复杂地段轻压、慢钻、反复吹扫,缓慢通过。发现有突进和卡钻现象一定查明原因,排除故障后才能进行施工。勤检查钻杆、套管、管靴的外观情况,发现有裂纹和其他异常应更换,以防止钻杆、套管和管靴断裂无法钻进的情况发生。 4、造孔完成退钻具时,动作一定要缓慢,以防操作力度过大,损坏偏心钻头和管靴。 5、拔出套管时,液压千斤顶顶升时要慢,用力均匀,以防止套管从丝扣处断裂。 3、锚杆锚固体注浆 1、严格控制水泥砂浆配合比,以保证注浆的强度达到设计要求。 2、注浆管在使用前应检查有无破裂和堵塞,接口处要牢固,防止注浆压力加大时开裂跑浆;注浆管应随锚杆插入,在灌浆过程中看见孔口出浆时再封闭孔 口。 3、注浆前要用水引路、润湿输浆管道;灌浆后要及时清洗输浆管道、灌浆设备;灌浆后自然养护不少于7d。 4、安全措施: 1、在本项目文明安全施工领导小组的领导下,严格执行市建设工程施工现场安全防护标准和国家相关法规要求。坚持“安全第一,预防为主”的方针,认真落实本项目安全生产各项规章制度,加强现场安全管理,做好安全生产各项工作现场设专职安全员,对

潜孔锤钻井技术特点

北京金正纵横信息咨询有限公司潜孔锤钻井技术特点 潜孔锤钻井技术特点 2006年首次用TSJ-2000型水源钻机尝试了空气钻井技术,完善了煤层气空气钻井设备配套,同时用空气压缩机并车的方式对T685空气钻井参数进行了改进,钻井时效大幅度提高,成本有所降低。金正纵横了解到与常规钻井技术相比,该技术主要优点如下:(1)空气密度低,降低了井底的压力,有利于提高机械钻速;(2)空气对不稳定低渗煤层气储层有保护作用;(3)空气在井内循环流速快,能迅速将井底岩屑气举至地面,有利于及时准确判断井底情况;(4)气体介质容易制备,在井漏、供水困难的煤层气钻探施工区可降低钻井成本;(5)压缩空气除在井内循环作用外,还可以作为动力源实现冲击回转钻进,可大幅度提高钻井速度,降低钻井成本。 潜孔锤钻井是常规空气钻井基础上发展起来的一个分支和延伸,钻进时井底循环压力没有超过气柱和夹带岩屑的重量,最大程度减轻了地层应力的作用,这样使钻头牙齿能够以最高的效率进行冲击破碎,是一种降低钻井成本提高效率最佳的钻井技术。潜孔锤是以压缩空气为循环动力的一种风动冲击工具(能量转换装置)。它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头,然后再通过钻井转盘旋转驱动,形成对井底地层的脉动破碎能力,同时利用冲击器排出的压缩空气对钻头进行冷却和将破碎后的钻屑排出环空返出井口,从而实现井底冲击旋转钻井的目的;钻头在钻井过程中在冲击力的作用下,形成体积破碎。与旋转钻井相比,该工艺是以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石的方式;以动载冲击代替了静载研磨,以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎。在潜孔锤钻井的同时,一部分岩屑被具有一定压力及速度的空气吹离井底并排出井口、减少了井底岩石重复破碎的几率。 金正纵横油气资源网:https://www.360docs.net/doc/995470138.html,

潜孔锤在硬岩钻进中的应用

潜孔锤在硬岩钻进中的应用 王科 (河南煤化集团城郊煤矿,河南永城476600) 摘要通过现场试验,得出了适用于井下破碎坚硬岩石钻进的潜孔锤风压、转速等性能参数,提高了钻进效率。实践证明,空气潜孔锤是提高破碎坚硬岩石钻进效率的有效途径。 关键词潜孔锤硬质砂岩钻进效率 中图分类号TD421.2+9文献标识码B Application of DTH Hammer Drilling in Hard Rock Wang Ke (Lizuizi Coal Mine,Huainan Mining Industry Group Company.,Huainan232074,China) Abstract Through the field test results,finding out the DTH air pressure,speed and other performance parameters applicable to broken hard rock to im-prove the drilling efficiency.Practice shows that the air actuated DTH hammer drilling is an effective way to improve drilling efficiency. Key words DTH hammer hard sandstone drilling efficiency 潜孔锤钻进是继现代金刚石钻进之后新的钻进方法,它能较好的利用坚硬岩石脆性大而抗剪强度较低不耐冲击的弱点,在破碎较坚硬石英砂岩中比现有的旋转钻进的效率有着更好的提高,钻头的使用寿命得到了数倍的提升,降低了钻孔的单进成本[1-3]。 1潜孔锤工作原理 潜孔锤由接头、冲击器缸体组件和钻头三大部分组成。由中空钻杆来的压气经过接头、逆止阀进入进气座的后腔,然后压气分为两路运行,一路经过气座的中心孔道和节流塞进入活塞和钻头的中心孔道至孔底,冷却钻头和清除岩粉;另一路进入外缸和内缸之间的环形腔体,此腔作为活塞运动时的进气室。当进气室的压气经内缸上的径向孔和活塞上的环形气槽引入内缸的前腔时,活塞开始做回程运动。当活塞移至关闭其进气气路时,活塞靠气体膨胀运行,而当前腔与排气孔路相通时,活塞靠惯性运行,直至停止,而后作冲程运动,其冲程与回程中都有压气直接推动活塞运动、压气膨胀做功、活塞惯性滑行三个阶段,以使得活塞有较大的冲击能量。 2硬质砂岩潜孔锤/液压回转钻进试验 2.1试验方案 试验现场的岩石普氏系数在3 5之间,特制定如下试验方案:钻杆为单壁钻杆,单根钻杆长度0.8m,钻头直径110mm,拟采取潜孔锤反循环钻进工艺。试验选用不同的钻压、钻速等参数进行试验,在指定的钻进时间结束时,根据观测数值及钻头磨损情况,确定出最 *收稿日期:2011-10-10 作者简介:王科(1986—),男,汉族,河南西峡人,2009年毕业于安徽理工大学,从事岩巷技术管理工作。优钻压、钻速等参数。 2.2工作气体压力 确定工作气体压力,既要考虑使用场所的条件及操作方式,又要考虑到设备的制造与供应情况,如潜孔锤工作压力、管道压力损失、孔内压降等。根据试验内容及矿井工作条件,并参考国际标准(ISO5941-1979)的规定(如表1),确定工作气体压力为0.5MPa。 表1气动工具和气动机械有效设计压力 优化设计 压力(MPa) 典型应用场合举例备注0.4 矿用凿岩机,汽车修理用气钻 或小型工厂用油漆,喷枪 0.63 通用凿岩石机,道路施工及建 筑用设备,各种用途的气动马 达,批量用油漆喷枪 目前国内潜孔冲 击器仍用此登记, 多为0.5 0. 6 MPa 1.0批量生产用喷枪,潜孔冲击器 1.6重型潜孔冲击器 2.5以后使用美国已用于潜孔冲击器上 2.3回转速度 潜孔锤钻进时,钻头每冲击一次只能破碎一定范 围内的岩石,钻具旋转的目的主要是改变钻头刃具的 冲击位置,使两次冲击所产生的破碎相隔一定的距离 并连接起来形成破碎的整体性。当钻具转速过高时, 在两次凿痕之间会留下一部分未被冲击破碎的岩瘤, 使回转阻力增大,钻具震动变剧烈,钻头磨损加快,不 仅降低了钻进速度,而且容易造成夹钻事故;当转速过 低时,则可能产生重复破碎现象,不能充分利用钻头的 冲击能量,同样降低了钻进速度。不同转速钻进试验 结果如表2所示。(下转第68页)662012年第2期

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