大孔径供水管井在粉细砂地层成孔方法的实践.doc

大孔径供水管井在粉细砂地层成孔方法的实践1 题目的提出为保证粉细砂地层供水管井的使用寿命，D300 mm 的管井在设计时采用的井孔直径多为0.700.85 m，滤料的填砾厚度为200250 mm。施工中采用一般的水井钻机（SPJ-300）进行成孔作业存在以下题目：因受其转盘通孔尺寸（500 mm）的限制，需对钻机底盘进行改造，使之可以前后移动让开孔口；需采用多次扩孔工艺进行成孔，成孔时间长；粉细砂地层稳定性差，钻进中多次扩孔易产生坍孔事故；因井孔直径大采用BW600/30 型泥浆泵以正循环方式排渣进行孔内循环，泵量明显不足且排渣时间长；由于泥浆中含有大量的粉细砂，沉淀性差，循环中对泵的活塞及缸套轻易造成磨损，需经常进行更换费工费时。能否使用工程钻机采用钻孔桩成孔工艺进行成孔作业，怎样校核确定钻机设备的工作能力（扭矩、钻杆强度、钻压、转速、进尺、泵量、钻具）。通过对钻饥性能的对比，采用岩土工程施工方法先容的有关公式，对钻机的扭矩、钻进中的钻压、转速、钻进速度、泵量等有关参数进行了计算。以为采用工程钻机进行成孔、采用准89 mm的钻杆其强度可以满足要求，成井作业是完全可行的（表1）。表1 钻机性能对照2 有关参数的计算2.1 钻进回转切削地层所需扭矩（M扭）的计算M 扭=UD2L2tg2（45-准/2）式中：U钻具与孔壁摩擦系数，取U=0.25；地层土的容重，取=2.1 t/m3；D钻孔直径，取D=0.85 m；L钻孔深度，取L=100 m；地层内摩擦角，取=34。经计算，M扭=3.369 kNmM转盘=22.1 kNm，故钻机主轴的扭矩能够满足钻进所需扭矩。2.2 89 钻杆扭矩（M杆）的计算#p#分页标题#e#M杆=9.55eN/n式中：动力机超负荷系数，取=1.1；e动力机至钻杆间的传动效率，取e=0.7；N动力机功率，取37 kW；n转盘转速，取n=23 r/min经计算，M杆=11.83 kNmM转盘=22.1 kNm。2.3 89 钻杆强度的校核钻杆强度的校核条件：nii式中：n安全系数，取n=2；i钻杆所承受的最大扭应力（N/cm2）；i钻杆答应扭应力（28860 N/cm2，由钻探手册查得）。M杆=iWp /100=26393 N/cm2i=28860 N/cm2，故准89钻杆的扭矩能够满足孔径为0.85 m时的钻进所需扭矩。Wp=（D4-d4）/16D式中：Wp钻杆抗扭矩；D钻杆外径，取D=8.9 cm；d钻杆内径，取d=6.9 cm；i=100M杆D/（D4-d4）=13196.6 N/cm2。3 钻头的选用考虑到粉细砂地层比较疏松，钻进中排渣量大，钻头应具有较大的环状间隙以利泥浆循环，故选定结构简单、强度高、重量轻、钻进阻力小、排渣顺畅的四翼单腰带钻头。由于翼形钻头具有中心角越大，破土阻力越大，中心角越小，破土阻力越小的特点，为减少钻头的钻进阻力，将钻头的4 个翼板定为90的中心角，并设置120矛形翼板导向小钻头，为钻头起到定心导向和超前破碎作用