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潜孔锤偏心跟管钻进技术的发展背景
在众多的复杂地层锚杆钻进施工中,塌孔、埋钻是施工人员经常碰到且又十分头疼的问题。采用常规的钻进工艺方法很难保证钻孔的质量和施工效率。潜孔冲击跟管钻进技术充分利用了风动潜孔锤冲击破碎岩石的优势,在碎岩钻进的同时,同时跟入套管保护钻孔孔壁,利用套管的刚性导向作用,可以抑制钻孔弯曲,保证钻孔的垂直度。
潜孔冲击跟管钻进按其结构型式主要分为两种类型:偏心式跟管钻具及同心式跟管钻具。同心跟管钻具因其外钻头的壁厚较厚,同样孔径施工,冲击功传递效果不如偏心钻具,只有在钻孔直径较大,选择高风压冲击器时,效果才比较好,但制造费用比偏心钻具高的多。偏心式跟管钻具不仅成孔直径大,而且结构简单,制造成本低,使用方便,因此得到了更广泛的应用。
通过研究取得了以下主要成果和结论: (1)采用应力波理论,分析了潜孔锤跟管钻进碎岩过程及影响因素。对潜孔锤跟管钻进过程中的跟管钻压、套管自重、潜孔锤冲击功、跟管钻进速度、跟管深度、扩孔口径和钻进中的钻压值进行了理论推导,得出: ①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; ②在简单和复杂工况条件下的大跟管深度l_0、l_(max)的计算公式,包括下向垂直孔和水平孔时的大跟管深度的计算公式; ③分析了跟管钻进钻压与机械钻速的相互关内容。通过研究取得了以下主要成果和结论: (1)采用应力波理论,分析了潜孔锤跟管钻进碎岩过程及影响因素。对潜孔锤跟管钻进过程中的跟管钻压、套管自重、潜孔锤冲击功、跟管钻进速度、跟管深度、扩孔口径和钻进中的钻压值进行了理论推导,得出: ①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; ②在简单和复杂工况条件下的大跟管深度l_0、l_(max)的计算公式,包括下向垂直孔和水平孔时的大跟管深度的计算公式; ③分析了跟管钻进钻压与机械钻速的相互关内容。
跟管钻进分为偏心跟管及同心跟管两种方式,二者在工艺原理上有所不同。
(1)偏心跟管钻进的工作原理
正常钻进时,通过冲击器的振动冲击作用,带动偏心钻具进行钻孔,钻进时由于离心力及摩擦力的作用,偏心轮朝外偏出从而达到扩大孔径的目的,再通过稳杆器的冲击带动套管跟进,钻孔产生的岩粉通过稳杆器上的键槽吹出孔外。钻孔结束后,通过反转,使偏心轮收拢提出套管,套管留在孔内护壁而成孔。偏心跟管钻进宜在孔深40m以内(2) 同心跟管钻进的工作原理
通过中心钻头及套在中心钻头外的同心套冲击破碎岩石造孔,同时利用同心套的扩孔作用将套管带入孔内,同心套内设键槽,到基岩后,中心钻头反转通过同心套中退出。同心跟管能较好地解决偏心跟管钻进时因地质条件复杂而造成的卡钻及孤石钻进问题,更加有利于施工操作,提高钻孔工效。同心跟管钻进宜在孔深超过40m且地层中有较多较大的孤石时采用。
跟管结束后换用常规钻头钻至设计孔深。
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