大口径反循环钻进

学科：钻探工程

词目：大口径反循环钻进

英文：large-diameter-hole drilling with reverse circulation

释文：大钻进是指钻孔直径超过250毫米以上的水井钻进、工程施工钻进、矿山竖井钻进等。由于井径很大,而钻杆直径相对较小,若采用传统冲洗液在钻杆与井壁的环状间隙内的速度极慢,无法将钻屑排出。反循环洗井是从钻杆内壁上返冲洗液,冲洗液的流速大,使钻屑甚至于地层里的砾石、卵石、井壁掉落的石块,断碎的岩心均能由钻杆内冲到地面。因而大口径反循环钻进得到广泛的推广使用。反循环的钻进方法有三种：①泵吸反循环钻进：②射流反循环钻进；③气举反循环钻进。所有反循环钻进都需要解决旋转钻杆与井壁问的井口密封问题和旋转水龙头出水口的碎石排出的收集问题。 2100433B

目前生产中应用的反循环钻进方法很多，有：泵吸反循环、射流反循环、气举反循环、中心采样反循环和水力输送岩心反循环等。

泵吸反循环将砂石泵的进水口通过软管与钻杆上端的水龙头相连，砂石泵工作时，在其进水口形成负压，而孔口钻杆外面的冲洗介质则处在大气压的作用下，产生的压力差使冲洗介质反循环流动。由泵排出的冲洗介质经除砂和沉淀后以自流方式补入孔内。试验表明，在孔深小于45m时，用泵吸反循环钻进效率较高。随着孔深的增大，泵的排量逐渐减小，钻进效率也随之下降。在孔深超过70m后，虽然也能工作，但效率很低。因此，这种方法适用于钻进直径很大而深度较小的水井或各种工程基桩钻孔。

射流反循环又称喷射反循环，与泵吸反循环不同之处是，它利用高能流体经过安装在循环管路中的带喷嘴和扩散器的射流泵(或喷射元件)所造成的负压来使冲洗介质反循环流动。射流泵所需的高能流体由高扬程离心泵或往复泵供给。这种反循环也适用于钻进浅孔。但在岩心钻探中，常用一种喷射式反循环钻具(简称喷反钻具)进行孔底局部反循环钻进。此时，喷射元件装在岩心管上端，可在较深钻孔中使用。

气举反循环又称压气反循环，所用钻具分上、下两部分，上部为双壁钻杆，下部为单壁钻杆 (又称尾管)，其间用气—水混合器(气举接头)相连。压缩空气不断地通过双壁钻杆内、外管之间的环状通道送至气-水混合器，使空气与钻杆内的冲洗液混合，形成相对密度较小的混气液柱，与钻杆外面的液柱之间产生压力差，在此压力差的作用下形成反循环，使内钻杆中的混气液体携带岩屑排出孔外。混气液中的气泡在上升过程中由于外界压力逐渐减小而不断膨胀，使混气液上升的速度越来越快 (压缩空气的膨胀功转化为液体的动能)。这种方法在开孔阶段不能使用，必须待气-水混合器下入一定深度(一般孔深超过25m)，整个管路内、外液柱产生足够的压力差，才能形成反循环。只要空气压缩机的压力足够，这种方法的适用孔深不限。

反循环连续取心钻进国外称CSR法 (Center-Sample Recovery)。该方法用压缩空气或空气泡沫流体作为循环介质，通过双壁钻杆内、外管之间的环状间隙，将冲洗介质送入孔底，再由内管返回地面。所用钻具的连接方式是，气-水龙头—双壁钻杆—专用接头—牙轮钻头或潜孔锤。其中，气-水龙头有两个通道，一为进气通道，一为排出通道。专用接头有导流接头和交叉通道接头两种，导流接头的作用是，将在内、外管间环状间隙中循环的冲洗介质，导向钻头与孔壁间的环状间隙，经孔底后沿牙轮钻头中心孔上返进入中心通道。交叉通道接头可使循环的冲洗介质先在孔底进行局部正循环冲洗孔底后再变为反循环排除岩屑，牙轮钻头和潜孔锤都可采用。这种方法，可以实现边钻进，边冲洗钻孔，边采样的“三边一体化”连续钻探，改变了传统的钻进和采样截然分开的生产流程，在中硬以上岩层中钻进，可使钻探效率大幅度提高，成本显著下降。

水力输送岩心反循环这种方法与CSR法相似，不同之处在于，①循环冲洗介质为清水或泥浆;②采取的样品不只是岩屑，还可以是岩心(在完整岩层);③除使用双壁钻杆外，在比较稳定的不漏水岩层中，还可采用单壁钻杆，使钻具结构简化(此时需配备孔口密封装置); ④主要用于钻进中硬以下的岩层。

该成果的作用原理是用硬质合金钻头，采用较小的冲击功，瞬时将切削具嵌入岩石在较小的轴压下使钻头保持在切入的深度进行回转剪切碎岩。此时的轴专钻进时的切削力的垂直反力和摩擦力，比滚刀钻头钻进抟需的钻压大钻具结构简化，动力消耗少、成本低、钻进效率高。为大口径中硬岩层一种新的工艺方法及钻具。在厂内用425#水泥浇注的模拟地层中钻进试平均时效为1.19米/小时，其效率较高。钻头成本以Φ1.5米的钻头为例为刀价格的十分之一。 鉴定这种大口径低频冲击、回转反循环钻进方法及钻具，充分发挥了冲击、岩伏势，为施工大口径中硬基岩钻孔提供了一种新的钻进方法，在实现循环机具设计上有所创新。 2100433B