潜孔锤钻进在复杂地层中应用课程.doc

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