《钻进成孔方法》PPT课件.ppt

第五讲 钻进成孔方法 窦 斌 博士、教授 2012.07 水文地质和水井钻的钻孔（井）方法： 第一节 钢丝绳冲击钻进 一、钢丝绳冲击钻进的原理、特点及适用范围 （一）钢丝绳冲击钻进的原理 钢丝绳冲击钻进的基本原理是：借助于一定重量的钻头，在一定的高度内周期地冲击井底，使岩石破碎而获得进尺。在每次冲击之后，钻头在钢丝绳带动下，回转一定的角度，从而使钻孔得到规则的圆形断面。 2．钢丝绳冲击钻的应用范围 （1）钻凿大直径水井； （2）钻凿露天矿山爆破孔； （3）用于钻进基础桩孔、连续墙钻孔、坝基处理孔以及其它工程孔。 1．钻头 冲击钻进的钻头是直接破碎岩石的钻具。冲击钻头底部带有各种刃角的切削刀，用它将冲击力传给岩石。钻头中部称钻头体，为了减少钻头在运动中岩粉浆对它的阻力，钻头体上开有流通岩粉浆的沟槽，以增大钻头的冲击力。 2．冲击钻杆 冲击钻杆是为加重钻头重量的实心钻杆。 钻杆间的连接方式有两种：一是丝扣连接，另一种是法兰盘连接。钻杆的结构如图5.1—4所示。 3．钢丝绳接头 钢丝绳接头又称绳卡。它的作用是联接钢丝绳与钻具； 并使钻具在钢丝绳扭力作用下，能在钻头冲击一次后自动回转一定的角度。 4．掏砂桶 掏砂桶又称抽筒，主要作用是捞取井内的岩粉。也可用它来钻进砂质或粘土质等软地层。 掏砂桶为一圆桶，上有提梁连接钢丝绳，下有活门抽取岩粉。 四、钢丝绳冲击钻进规程 冲击钻进规程是指在冲击钻进时，为了达到好的钻进效果，依据一定的理论基础和实践经验，对钻具及钻进工艺参数进行控制，这些人为可以控制的参数称之为冲击钻进规程。 2．冲击高度（S）和悬距 冲击高度S是指钻具在冲击过程中，钻具被提离井底的高度。改变冲击机构上的曲柄与连杆连接的位置，可得到不同的冲击高度。一般冲击钻机其可变的冲击高度范围在0.6~1.1m。 由于钻具是经过很长的钢丝绳与钻机联系着，压轮的上下摆动高度不等于钻具在井内的冲击高度。如何解决钢丝绳在受力后弹性伸长和不断延伸的井深问题。在实际工作中，常采用控制放绳和留悬距的办法，来提高钻进效率。 3．冲击次数 钢绳冲击钻进时钻机冲击机构往复一次所需时间和钻具冲击循环时间相吻合。即冲击次数和冲击高度相匹配，这样的冲击次数才是合理的冲击次数。 合理的冲击次数可按下式计算： 式中：n——冲击次数，次/min； α1——下降角（冲击梁从下死点转到上死点曲柄回转的角度）； j——钻具在井内岩粉浆中下降的加速度，m/s2； S——冲击高度，m。 第二节 回转钻进 当前，我国各有关部门在水文地质和水井钻钻孔（井）工作中，应用广泛而有效的钻进方法仍是回转钻进方法。近年来逐步试验、推广的反循环钻进，空气钻进，潜孔锤钻进等方法，都是在回转钻进的基础上发展、演变而形成的。 一、回转钻进过程 1．回转钻进破碎岩石 回转钻进是采用回转钻机带动钻杆拄转动，钻杆拄的下面装有钻头，钻杆转动带动钻头一起转动。但要有效地破碎岩石，还必须给钻头施加一定的压力，从而使钻头能够在转动的同时切入破碎岩石。 2．冲洗介质循环 钻进碎岩的同时，必须向孔内输送冲洗介质，冲排碎岩岩屑，冲洗介质循环的循环方式可分为三种方式。 （1）全孔正循环：来自泵的冲洗介质通过钻杆柱中心进入孔底，由钻头水口处流出，经钻杆与孔壁环状间隙上返至孔口，流入地面循环槽中。 二、回转钻探（井）设备 钻机编号所表达的意思 三、取芯钻进 水文地质普查孔、勘探孔、长期观测孔、探采结合孔以及基岩中的供水井常采用取芯钻进。取芯钻进除了能满足水文地质要求、获取岩芯外，钻孔内还可以进行物探测井，这样可以进行对比，准确划定含水层的位置，这对于提高勘探质量和减少施工的盲目性都有意义。 取芯钻进常用的钻头直径在110～190mm，超过φ200mm直径的钻孔，称大直径钻孔。 （2）阶梯肋骨钻头：这种钻头是在钻头体外垂直焊接肋骨片。肋骨片的底面比钻头底面高10mm。可焊成两级阶梯，每级差10mm。 这种分级破碎岩石的钻头，适用于做双管钻进的外管钻头。用于钻进砂类，含砂粘土及页岩地层。 2.取芯钻具的选取及其连接方式 取芯钻具之间的连接，在直径较小或扭力不大时，一般采用丝扣连接。当直径较大或扭力较大时，为防止钻进期间钻具的跳动和脱扣，采用丝扣加焊接或完全焊接方式联接。 （二）基岩硬地层取芯钻进 水文地质水井钻探经常钻遇的硬岩层有基岩的破碎带、溶隙石灰岩和河床上的大漂石、大卵石等地层。这类地层用带切削具的钻头进行钻进，切削具很易被崩落。难取芯、效率低且易产生孔斜。 当前，我国钻进这类地层，多采用钢粒钻进。只有当地层比较完整时才采用密集式的硬合金钻进，近年来也试验了取芯牙轮钻进