空气潜孔锤跟管取心钻进规程研究

空气潜孔锤跟管取心钻进规程研究

辛喜胜

辛喜胜XinXisheng（内蒙古地质工程有限责任公司，呼和浩特010051）

（InnerMongoliaGeologicalEngineeringCo.，Ltd.，Hohhot010051，China）

摘要：本文主要论述了空气潜孔锤跟管取心钻进规程。

Abstract:ThispaperdiscussestheproceduresofDTHhammerandcoredrillingwithcasing.

关键词：空气潜孔锤；跟管取心钻进；规程

Keywords:DTHhammer；coredrillingwithcasing；procedures

中图分类号：TE3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）10-0034-01

1冲击器的选择

冲击器是利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和排粉，进而实现冲击回转钻进的目的，它是一种风动工具，其动力是压缩空气。潜孔锤钻进中冲击器的选用合理与否就是我们先要解决的问题，若选用不当，则造成效率低下，钻进的深度就会受到限制，从而产生我们难以料想的问题；若选用的得当，则能够降低劳动强度，提高生产效率。按配气类别我们可以将空气潜孔锤分为有阀式潜孔锤和无阀式潜孔锤两大类。冲击器单次冲击功及冲击频率：

式中：K为压力利用系数0.6-0.7；P为管路压力（Pa）S为活塞工作面积（m2）；L为活塞行程（m）；R为活塞回程和冲程之时间比1.4-1.6；G为活塞重量（N）；g为重力加速度10m/s2。

从适应河床砂卵石层钻进取心的需要出发，冲击器还应有以下及方面的条件：①冲击器应有较高的钻进速度和较长的使用寿命;②冲击器的结构应该简单，这样可以方便使用及维修；③其应有较小的能量消耗；④冲击器应适应复杂地层钻进；⑤在不同压力下都适应工作；⑥具有较强的深孔及水下作业能力；⑦保证不掉钻头。根据以上条件，选用宣化一英格索兰DHD-350R型冲击器。

2钻进技术参数

2.1风压、风量的问题潜孔锤由于是靠空气做动力推动活塞往复运动产生冲击，靠通过潜孔锤的废气、余气将岩屑排出孔外，因此保证钻进深度和钻进速度的先决条件是送到潜孔锤的空气压力和气流量。我们可以从冲击器的单次冲击功如式（1）及冲击频率如式（2）中可以看出，K、S、L、G为冲击器的结构参数。当冲击器一定时，K、S、L、G为定值，冲击功A是工作风压P的线性函数，即A和P成正比，冲击频率F和工作风压P的平方根成正比，即F∝。

钻孔水位和出水量对风压的影响主要表现在两个方面：第一，冲击器下到井孔开始钻凿或每个回次进尺加长钻杆重新开钻时，需克服水柱压力，每10m水相当0.1MPa压力，这时会产生压力峰值，而这个峰值必须是空压机所能承受的。第二，井孔一旦排水就会消耗风压，供给冲击器的工作压力随着排水量加大会逐渐减小，直到不能正常冲击并且无法进尺。空压机风压应大于1.2MPa，风量应大于12时m/ni。可选用英格索兰S150-2S/18-AC、英格索兰VHP700E或阿特拉斯KRHS396Md等型号的空压机。

2.2钻压在潜孔锤钻进中，钻压具有两方面作用：第一，给岩石造成一定的预加压力，使岩石形成裂隙，在冲击器的冲击载荷作用下，提高破碎岩石的效果；第二，克服冲击器所产生的反弹力，以减少冲击能量的传递损失。

2.3转速对于强研磨性的岩石，转速应适当的低些，以发挥冲击破碎为主。要想使破碎的效果好，冲击器的冲击功就应大些；要想转速能够提高，岩石的破碎穴大，冲击间距可适当增大。根据最优转速公式：n=60FB/D（3）

式中：n为钻头回转速度（r/min）；F为冲击器的冲击频率（Hz）；B为切削具的冲击间距（m）；D为钻头的平均直径（m）；F、D都是冲击器的性能所确定，冲击间距B对于可钻性IX-XI级岩石，取5-8X10-3m，而对于可钻性孤一姗级岩石，B取8~14X10-3m。对于DHD-350R型冲击器钻速应控制在20-30r/min。

3影响跟管钻进速度和深度的因素

在潜孔锤跟管钻进垂直孔时，钻具受总钻压P、冲击力F作用，套管受跟管钻压P2，套管自重G，部分冲击力F和孔壁地层对套管表面的总摩擦阻力R的作用。套管自重G=l×c，c为每米长度套管的重力（kN/m），l为套管长度（m）；孔壁地层对套管表面的总摩擦阻力为：R=πdql（4）

式中：d为套管外径（m）；q为孔壁地层对套管单位表面积上的摩擦阻力（kPa）；跟管钻进的初始阶段，即R<P2+G时，套管在跟管钻压P2和套管自重G作用下跟进，此时的跟管速度V可用下式表达:

式中：A一潜孔锤单位时间的冲击功（kg·m/min）；η为凿入效率；D为凿岩直径（m）；a为岩石单位体积破碎功（kg·m/m3）。

从式（5）知:在R<P2+G条件下，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。

当R>P+G=（P1+P2+G）时，即潜孔锤冲击功在破碎孔底岩石的同时，还要带动套管跟进，设在时间t内跟管深度由l增至l，此时用于破碎孔底岩石的冲击功Wl，用于带动套管跟进的冲击功W2，因：

从式（11）知，在P2+G<R=P+F条件下，决定跟管深度的主要因素是总钻压和潜孔锤的冲击力F，但钻速却逐渐降低至零。

综上所述，随着跟管深度的增加，孔壁对套管的摩擦力将增大，钻进速度将降低，此时应提高跟管钻压使之与跟管阻力相适应。但如果跟管钻压比跟管阻力大很多，多余部分由钻头承受，会导致钻头的冲击刃过快磨损。

参考文献：

[1]张文佑.跟管钻进用潜孔锤扩孔钻头[J].探矿工程(岩土钻掘工程),1986,(03).

[2]朱菊根.空气潜孔锤在福州市地热钻进中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),1994,(06).

[3]詹军,于清杨.风动潜孔锤在滑坡治理中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2001,(S1).