潜孔锤钻进在复杂地层中应用

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液动潜孔锤钻进技术及应用

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。

关于潜孔锤入岩桩基施工技术应用

关于潜孔锤入岩桩基施工技术应用

关于潜孔锤入岩桩基施工技术应用本文根据工程实例,对潜孔锤入岩施工方案,施工工艺,工艺优点等事项进行阐述,为以后灌注桩设计、施工提供参考。

标签:潜孔锤;钻机;灌注桩施工;沉渣前言:潜孔锤是破碎岩石的最有效手段,大直径潜孔锤(直径300mm以上)应用到桩基施工领域,在日本、韩国已经是很成熟的工艺,是使用比例最高的桩型之一,但由于其施工设备价格高,工艺复杂,施工成本高,石家庄地区并未广泛运用,本工程利用常规CFG长螺旋钻机换接潜孔锤钻杆钻头,进行混凝土灌注桩的施工,大大减少设备成本,缩短了工期。

经检测机构检测桩身完整性、地基承载力均满足设计要求。

一、工程概况本工程位于河北省鹿泉市,场地地形较平坦,交通便利。

地上6+1层,工程桩桩径为500mm,总根数207根。

桩端持力层为⑤层石灰岩。

该层石灰岩饱和单轴抗压强度标准值为56.90MPa,因本场地岩石面起伏较大,桩端应进入持力层内不小于0.8米,单桩竖向承载力特征值为950KN,桩身混凝土强度等级为C30.二、施工工艺的选择本工程原施工单位采用旋挖钻机成孔,因入岩深度不够,委托我单位继续施工。

我单位结合本工程地质复杂、工期紧等特点,采用长螺旋钻机引孔至基岩面(常规钻头)+长螺旋钻机携带潜孔锤钻头刻岩,长螺旋钻机清孔,灌注混凝土的施工工艺。

三、场地工程地质及水文地质条件本工程地层主要由杂填土、黄土状粉土、粉质粘土、石灰岩等构成。

地层层位按其工程地质特性,共划分为5层,自上而下分述如下:①层杂填土:以建筑垃圾、生活垃圾为主,局部为耕土,含植物根系,层厚为0.30m-9.00m,层顶标高为129.01m-138.55m。

②层黄土状粉土层,顶标高为128.71m-134.00m。

该层局部地段缺失。

③层粉质粘土,层厚为0.60m-7.90m,层顶标高为124.01m-132.83m。

③1层碎石:层厚0.40m-0.90m,层顶标高128.49m-132.83m。

④层粉质粘土:厚为1.00m-5.80m,层顶标高为123.51m-126.54m。

国内破碎复杂地层钻进技术的研究现状

国内破碎复杂地层钻进技术的研究现状

国内破碎复杂地层钻进技术的研究现状作者:袁子波王洪伟来源:《中国科技博览》2014年第21期[摘要]本文分析了破碎复杂地层的特点;介绍了国内破碎复杂地层钻进技术中的液动潜孔锤钻进技术、气动潜孔锤钻进技术、潜孔锤反循环钻进技术和金刚石钻进技术中植物胶类钻井液的研究现状及应用情况。

[关键词]破碎复杂地层钻进技术潜孔锤植物胶类钻井液金刚石钻进技术中图分类号:TU193 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)21-0061-011.破碎复杂地层钻进的特点分析在钻探过程中,遇到的破碎地层通常可分为两类:一是在构造运动作用下形成的复杂破碎地层,即由地质构造运动所产生的挤压、张拉、剪切等作用,使岩层产生节理、裂隙、裂缝、断层和片理,其中坚硬的脆性岩石受构造力的剧烈作用最容易形成复杂破碎地层。

二是由外力地质作用所形成的复杂破碎地层,即风化层、河流冲积层、洪积层,风积层。

岩层经风化作用变为岩性较松散、胶结不良的风化层,而冲积、洪积、风积作用形成的各种沉积层一般含有粘土、流砂、卵石、砾石、漂石成为复杂的地层。

由于在破碎地层中,碎块状岩石的大小不均、胶结性差、结构松散、换层频繁、软硬悬殊、颗粒级配悬殊等特点,所以在钻进过程中碎块不能稳定受力,容易发生滚动,产生多个切削面,使得破岩效率降低,岩心采取率低,容易出现垮孔、掉块和卡钻等事故;再者因为破碎地层渗透性强,容易造成冲洗液漏失,或者出现涌水等事故。

钻探实践表明,在复杂破碎地层钻进施工,技术上主要存在“三难”——钻进难、护壁难、取心难。

2.破碎复杂地层钻进技术的研究现状传统破碎复杂地层钻进技术有采用一般钻井液护壁的金刚石回转钻进技术,它虽然能在破碎复杂地层进行钻进施工,但是钻进效率不高。

因此,通过分析在破碎复杂地层钻进的特点,人们运用冲击回转与反循环钻进技术相结合的思路,研究出了一系列较为有效的钻进方法;同时通过对金刚石回转钻进技术中钻井液的改进,使金刚石回转钻进破碎复杂地层也获得良好效果。

探析特殊地质环境下的深层地下水钻探技术

探析特殊地质环境下的深层地下水钻探技术

探析特殊地质环境下的深层地下水钻探技术摘要:水资源是重要的资源类型,对人们的日常生活、经济发展、工农业建设等具有重要作用。

但是我国的水资源比较匮乏,对深层地下水的勘探和开发技术需要切实提升,从而在深层地下水钻探技术方面有所突破,提高对深层底下水的开发和利用。

因此,提高钻探工艺技术是急切解决的关键技术问题。

关键词:特殊地质环境;深层地下水;钻探技术引言我国地质环境复杂、类型多样,这增加了对深层地下水的钻探技术要求和难度,提高地下水钻探的危险等级,因此提高地下水钻探技术是地质学研究的关键领域。

提高钻探人员的技术含量、对地质条件的勘探能力和技术要求是安全施工的前提。

同时伴随科技发展逐渐提高钻探技术和勘探水准,从而为进行深层钻探提供地质条件依据,提高钻探的精准性和科技性。

在技术研究方面,突破技术研究瓶颈和技术壁垒,更新技术工具和研究方式,从而为钻探提供更为实用的技术。

一、深层地下水钻探特点(一)地质环境复杂深层地下水分布在地表水位以下10米以上的位置,上面承载着岩石和泥土,冒然开采容易引发地质塌陷,造成事故[1]。

同时,由于开采难度大,工作效率低,钻探难度大。

(二)钻孔层次多钻井结构复杂对底下水钻探要经过多层含水层,要获取深层地下水的信息数据就要首先切断每一层含水层的水力联系,因此钻孔数量、层次多,止水难度高,钻井的结构复杂。

(三)钻探技术和设备种类多由于深层地下水的结构复杂、地质环境多样,即便是统一钻孔可能也需要多项钻探技术进行施工,加大施工难度,这也就需要配备多种相关设备,从而达成对钻探的顺利实施。

二、特殊地质环境下的深层地下水钻探技术分析(一)多工艺空气钻探技术1.小口径空气反循环钻进技术该技术具有速度快的特点,纯钻速每小时达到20米到60米不等,通过利用空气压缩将孔底岩层碎屑等物质抽出,从而对岩层结构进行了解,观察岩层种类,作为判断是否含水及其含量的依据,同时通过分析粉尘颗粒判断砂岩、石灰岩的厚度,进而判断地下水补给的速度。

气动潜孔锤在钻孔硬岩钻进中的应用

气动潜孔锤在钻孔硬岩钻进中的应用

Science &Technology Vision科技视界煤矿井巷揭煤工作工期紧、任务重。

揭煤钻孔施工过程中,当遇到高硬度岩时,使用普通复合片钻头进尺慢、效率低,很难满足揭煤工期要求。

当钻孔施工遇高硬度岩石时,对钻具、设备及施工进度都造成了较大的影响,为保证安全顺利揭煤,必须改进硬岩钻进施工工艺,将液压钻机与气动潜孔锤相结合,顺利地完成揭煤任务。

1概况1.1巷道情况西翼暗主斜井主要用途是做为张集矿(中央区)二水平采掘活动的运煤胶带机巷,北邻西翼回风大巷(二),右邻西翼-590回风大巷。

该巷位于西一采区系统大巷煤柱内,上口标高-484.6m,下口标高-816.2m,全长1360m。

西翼暗主斜井揭8煤巷道停头位置-724.13m,距8煤法距7米。

1.2地质情况8煤:黑色,粉末状为主,加块状,半暗~半亮型煤,平均煤厚3.2m;8煤顶板为石英砂岩,岩性坚硬,普氏硬度系数:11.5。

1.3钻孔设计措施孔共设计11排,每排11个钻孔,共计121个,钻孔总量:5206.2m。

钻孔掩护范围控制在巷道轮廓线外不少于12m,呈扇形布置,相邻两个钻孔终孔水平间距为3m。

钻孔方位:-45.7°~44.3°,倾角(以水平线为准):-40.7°~-5.9°,预计8煤见煤深度:9.3m~57.9m,止煤深度:14.2m~82.9m,实际终孔位置以穿过8煤后见岩1m 终孔。

由于岩石较硬,措施钻孔进行优化后,设计7排,每排7个钻孔,共计49个,钻孔量:2262.3m,相邻钻孔终孔水平间距为5m。

图1图22钻机及设备选择(1)钻机:ZDY3200S 型全液压钻机,额定转矩3200N.m,额定转速70~240r/min。

(2)钻杆:Φ63.5/73mm 肋骨钻杆。

(3)空压机:埃尔特空压机,型号:MLG21/10-132G,排气压力:1.0MPa,排气量:21m 3/min。

(4)潜孔锤1)潜孔锤的类型采用CIR90型低压冲击器,以压缩空气为动力,冲击器长度820mm,Φ80mm,冲击行程50mm,施工选择锤头Φ110mm、Φ90mm。

气动潜孔锤技术

气动潜孔锤技术

1 概述
空气潜孔钻进技术因其如下的一些特点,是它 拓展应用领域的有利条件:
1、钻进效率高,生产实践证明,其钻研进效率 比波动冲击回转钻进效率高了3~10倍,效率 提高的原因是:单次冲击功大,排渣风速高, 孔底干净,无二次破碎;由于无液柱压力,在 无地下水的情况下,改善了孔底破条件。
2、潜孔锤的柱齿或球齿硬质合金钻头,在坚 硬破碎岩石中伴用,既有利于破岩,又有比金 刚石钻头寿命高的适应性,大大降低了钻头成 本。
(二)根据空气潜孔锤在复杂地层条件下的 碎岩优势,研究其松散布地层及基岩地层中 的取心钻进,进一步完善钻具配套,拓展其 在复杂地层在进行工程地质勘察的应用。
1.2 研究的主要内容
(三)风动潜孔锤钻进行ODEX工艺,它不仅使用 了潜孔锤造孔,同时解决了套管跟进问题,避免了 钻孔坍塌和重复破碎,提高了钻进速度,本文拟探 索,在成孔口径及钻进深度上有所突破,以满足还 在水利、水电、工路、铁路、工业及民用等各类灾 害及基础施工中的不取心钻进。
1.1 研究现状
介质的各种客观条件等宜于发展采用多工艺空 气钻进技术,以保证钻探质量,提高钻探速度 和降低成本。我国地质部门曾于1957~1958年 在北京和甘肃锡铁山进行过早期空气钻进试验。 60~70年代乃至“六五”期间不少单位陆续进 行研究试验生产应用,虽未能形成较大规模的 生产能力,但对发展此技术的认识都是肯定的, 地质生产部“七五”科技及攻关项目之一“多 工艺空气潜孔锤钻进技术的开发研究”,经过 五年攻关活动,项目所设七项课题和分解进行 的此项专题,均取得了丰硕成果,包括如下几 下方面:
1993年1994年笔者曾在成都市顺城街地下通道管棚施工及三角处交流中心深基坑支护成孔锚杆施工中遭遇此困难因地层皆为第四系列卵石层且地下水皆已疏干护孔极为困难虽当时已有偏心跟管工艺应用但因该工艺在生产中的应用还不十分成熟且钻进浓度远达不到当时浓度米的要求给施工带来较大困难为此笔者在通过如何就就根据冲击器的结构特点及工作原理进行认真分析后成功实现了空气潜孔锤在跟拔管施中的应用解决了施工难题并为单位创造了较好的社会及经济效益为在复杂地层中进行水平孔钻进提供了有利的技术支撑使空气潜孔钻进工艺在非开挖铺设管线隧道管棚施工边坡锚杆及锚索施工以及钻探埋卡钻的事故处理上得到了更为广泛的应用拓展了空气潜孔锤的应用领域

跟管钻进技术

跟管钻进技术

跟管钻进技术本页仅作为文档封面,使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March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。

空气潜孔锤跟管钻进工艺在某矿探放老空水顺煤层钻孔施工中的应用

空气潜孔锤跟管钻进工艺在某矿探放老空水顺煤层钻孔施工中的应用

技术平台空气潜孔锤跟管钻进工艺在某矿探放老空水顺煤层钻孔施工中的应用时 晓(平顶山天安煤业股份有限公司勘探工程处,河南 平顶山 467099)摘 要:本文主要介绍了空气潜孔锤跟管钻进工艺在平煤股份公司某矿探放老空水中的实际应用,总结了操作中的技术要点,分析了存在的问题,提出了建议,为在井下探放老空水顺煤层钻孔钻进中的应用和推广提供了经验。

关键词:空气潜孔锤;跟管钻进;探放;老空水;应用1 概述跟管钻进技术已发展成为对付复杂地层钻进的一种有效方法,在河南省已广泛应用到了水文水井钻探施工、金矿勘探、煤层气施工、抗旱救灾、地质灾害治理工程等领域中。

然而该技术却未被广泛应用于井下探放老空水钻孔施工中。

2013年,我单位承担了平煤股份公司某矿的探放老空水施工任务,采用空气潜孔锤跟管钻进工艺,成功穿越了采空区,圆满完成了4个探放老空水顺煤层钻孔的钻凿施工任务。

2 工程概况平煤股份公司某矿采用倾斜分层走向长臂下行垮落法开采己15-17煤层。

其中己15-17-12092采面位于该矿己二采区东翼,北临已回采完毕的己15-17-12091采面风巷,南跨过已回采完毕的己15-17-12111采南风巷,作面可采走向长876m,倾斜宽129m,煤层揭露平均厚度2.5m,平均倾角25°。

该采面风上帮距己15-17-12091采面风巷下帮直线距离约41m,距己15-17-12071机巷下帮直线距离约50.5m。

己15-17-12071采面于2007年1月回采完毕,不再维护。

己15-17-12091采面于2008年8月回采完毕,不再维护。

从2013年起,己15-17-12071采空区积水通过断层带渗入到了己15-17-12092风巷,造成己15-17-12092风巷F5点附近巷道顶板淋水,水量约2m3/h,且有增大的趋势。

为确保己15-17-12092采面安全回采,需要在己15-17-12092风巷的适当位置对己15-17-12071采空区积水进行探放。

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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

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