多工艺空气钻进技术及其新进展.ppt

1、,多工艺空气钻进技术及新进展,多工艺空气钻井技术（含空气泡沫钻进、气动潜孔锤钻进、气举反循环钻进等）的实质主要是用压缩空气或压缩空气的气液混合物作为钻进时的循环冲洗介质，或者破岩机具之动力，又兼作冲洗介质的一种钻进方法。,一概 述,从近几年来全国钻探技术的发展情况看，中国煤田地质总局大地公司，河南煤田豫中公司，河南煤田二队，山西煤田地质局，山东煤田地质局煤田一队、二队，宁煤集团，陕西煤田地质局，解放军给水团等单位都率先进口了国外全液压动力头车装钻机。该钻机的特点就是主要进行气动潜孔锤钻进技术，关键时候用于煤矿抢险，在深孔及水位大时配套气举反循环钻进。如河南煤田地质局豫中公司，在山西晋城煤层气井

2、施工，应用气动潜孔锤钻进技术每天可实现300米的钻效，一些水井施工队可在三天完成300米的水井任务，这些都充分说明了气动潜孔锤钻进技术在干旱缺水基岩地层显示的威力。所以，迅速推广这一高效钻进技术迫在眉睫。,在地下水资源和煤矿瓦斯治理钻探施工中，目的是如何提高钻效，降低施工成本迅速完成工程任务。但在常规工程施工中需要消耗大量水作为冲洗介质，而且在一些干旱缺水地区需要从远处拉水才能施工，无形中增加了许多成本。这一系列的问题使施工单位感到头疼。但如果采用气动潜孔锤钻进技术则可完全解决这一问题。这些已在国内许多单位多工艺空气钻井技术单一应用中所证实。各单位也曾积极派技术人员参加过类似的钻进技术学习班，

3、钻探新技术交流和现场观摩会，进行过实地调查学习，资料技术分析，这些都为开展两种高效钻探技术推广奠定了基础。,所谓高效钻进技术，就是以多工艺空气钻井技术为主体，根据地层条件，分别采用气动潜孔锤钻进、气举反循环钻进，而这些技术均为经过实践检验成熟技术，只需在现有设备机具条件下进行配套，就可迅速投入生产应用。与常规钻探技术方法相比，气动潜孔锤钻进效率可提高十几倍，气举反循环钻进效率可提高23倍，钻探成本降低50以上，并可在实施过程中结合生产实际，取得非常显著的经济效益和社会效益。,（1）空气取之不尽，利于在干旱缺水、高寒冰冻、供水困难地区钻探施工，减少费用； （2）空气、气水混合、泡沫、充气泥浆等密

4、度低，明显降低对井底的压力，利于提高钻速； （3）空气或气液混合介质对不稳定地层和复杂盐矿层、漏失层钻进都有明显效果，对低压含水层有保护作用； （4）压缩空气除在井内循环作用外，还可作为动力源实现冲击回转钻进，大幅度提高基岩井钻进速度，并能克服水井常遇的卵砾石层钻进困难； （5）空气在井内循环流速快，能迅速将井底岩屑输送到地表，利于及时判明井内情况； （6）空气在井内的循环方式可以根据需要采用正循环或反循环，当用气举反循环钻进时，可施工较大口径（8-13米直径的特殊钻孔）以及3000米以上的地热井。,1 空气钻进技术的优点,（1）提高了我国钻探技术的整体水平 缩短了与世界先进水平的差距，先后在

5、非洲、亚洲20多个国家应用； （2）配套产品的开发 钻机、空气潜孔锤、气举反循环、中心取样钻进用的设备、泡沫剂等； （3）提高水文水井钻井速度与质量 与常规泥浆循环相比，钻井速度可提高几倍到十几倍； （4）经济效益巨大 该技术推广面涉及西北地区和其他20个省市、区的几百个单位。该技术的推广单位，都已经形成创收支柱或经济增长点。,2 空气钻进技术效果,1 潜孔锤概述 2 正循环气动潜孔锤 3 反循环气动潜孔锤 4 正、反循环气动潜孔锤现场对比 5 气动潜孔锤钻进技术参数 6 设备组合配套 7 潜孔锤的操作技术,二、气动潜孔锤钻进技术,所需钻压小。一般压力在931kN，如用152.4mm的三牙轮镶

6、齿钻头钻进，其钻压就需6090kN，每1大约需1020kN，而采用潜孔锤钻进只需钻压15kN左右，钻压明显减小，这就体现了用较小的钻机可钻凿较深的钻孔。若同样条件下三牙轮镶齿钻头直径增大，压力提高，一般普通钻机就难以进行，但潜孔锤钻进即可容易满足。 钻孔垂直度好。由于潜孔锤钻进所需钻压较小，潜孔锤内的冲击器活塞行程也较小，所以对破碎地层或倾斜地层影响也小，钻孔不易偏斜。 设备损耗小。与回转钻进相比，潜孔锤钻进所需扭矩较小，因为钻进时扭矩的作用主要是为克服钻头与岩石间的摩擦力，使钻头凿岩的位置得到不断改变，而且回转速度也低得多，这样对设备的损耗相对很小。,1 潜孔锤概述,(1) 潜孔锤钻进特点,

7、钻进时钻头底部排出的气体，既冷却了钻头又清洗了孔底，所以钻进效率高。另外潜孔锤是在孔底冲击，其冲击力不会被孔内一连串钻杆所吸收，对实际孔深没有限制。 潜孔锤钻进维修费用低，使用寿命长。每米进尺成本比一般回转钻进降低50%，可以用较长的单根钻杆钻进，辅助时间短。 钻进时不用水，有效的解决了干旱缺水地区施工供水困难问题。 小直径潜孔锤钻具可钻任何角度的钻孔，尤其适合于矿山开采、锚固工程、隧道内施工360的钻孔。,(2) 气动潜孔锤工作原理,潜孔锤钻进是以压缩空气作为动力，推动潜孔锤工作，利用潜孔锤对钻头的往复冲击作用，来达到破碎岩石的目的，被破碎的岩屑随潜孔锤工作后排出的废气携带到地表。但是任何一

8、种工艺方法也不会什么地层都适应，在不同的地层，不同硬度的岩石中钻进，应采用不同的钻进方法。对于极硬和硬岩地层，采用潜孔锤钻进方法较为适宜，而对于软岩或非固结地层则采用牙轮回转钻进方法较为适宜。,潜孔锤钻进和牙轮回转钻进方法选择指南,近年来潜孔锤钻进技术发展迅速，应用范围越来越广，它在矿山、建筑、交通、市政工程、水利、冶金以及国防施工方面，担负着采矿、钻孔、破碎、开凿沟渠、抢险等工作。应用该技术不仅可以大幅度地提高施工效率，而且能减轻工人劳动强度实现劳动过程机械化，并取得了非常显著的效果，得到了广大用户的认可。,(3) 潜孔锤的应用领域,（1）工作原理,2 正循环气动潜孔锤,采用正循环气动潜孔锤

9、钻进常用的钻具级配。 转盘钻机：水龙头主动钻杆普通钻杆取粉管钻铤浮阀接头潜孔锤。 全液压动力头钻机 动力头直接取代水龙头和主动钻杆，其他均同。 有关转盘钻机和全液压动力头钻机正循环钻进现场工作示意如下图所示。,（2） 钻机、钻具匹配,转盘钻机正循环气动潜孔锤钻进现场示意图,全液压动力头钻机正循环气动潜孔锤钻进现场示意图,气动潜孔锤 正循环钻进用 浮阀接头,浮阀接头功能： 防止孔内岩屑倒流；缩短送气时间； 防止井喷。,问题一：当进行大口径潜孔锤钻进时，正循环钻孔直径和所用钻杆直径的级差比相对较大，所以钻进中就出现了潜孔锤供风量不能满足排渣所需风量的矛盾。 问题二：由于正循环钻进岩屑是经钻杆与孔壁

10、的间隙，从孔底排送到地面要依靠气流，理想的环空排岩屑上返速度尽可能达到20m/s,一般情况不小于15m/s。这对于日常正循环钻进来说，大多数单位都难达到，这样一来就导致孔内岩屑多，容易造成孔内事故，严重影响钻进效率。,（3） 正循环常见问题及解决措施,表1 钻杆直径、环状面积与耗风量,注：表中A为环状断面面积，；Q为最低耗风量，mmin。,为满足用户要求，在施工中能够取得较好的钻进效果，现就常用的钻杆直径、环状面积与耗风量列为表1，供大家参考。正循环钻进时，为减少污染，保持机台清洁，最好加装孔口密封导流装置。,压缩空气从气水龙头进气口送入到双壁钻杆，经由双壁钻杆环状间隙进入反循环气动潜孔锤，实

11、现转盘钻机施工。当采用全液压动力头钻机时，通过双通道动力头或单通道动力头下部安装一气盒子，从进气口将压缩空气直接送入到双壁钻杆环状间隙，下部相同，驱动反循环气动潜孔锤工作，然后从钻头底部进入内管中空通道返回地表。由于锤头上部设有导流罩，迫使气流和岩屑能顺利进入内管中心通道，实现反循环钻进。,3 反循环气动潜孔锤,（1） 工作原理,转盘钻机反循环气动潜孔锤现场工作图,（2） 钻机、钻具的匹配,全液压动力头钻机反循环气动潜孔锤现场工作图,排渣断面小，不受孔径限制，上返风速高，排渣干净，不重复碎岩； 钻进效率高，钻头寿命长，从而节约了供风量，减少了功率消耗和设备数量； 孔壁和钻具的环状间隙在钻进过程

12、中是一个闭式通道时，有利于孔壁的保护，避免含水层的堵塞。对于裂隙和破碎地层易于穿过，更好的解决了正循环气动潜孔锤钻进排渣难问题； 克服了环空上返的高速气流、岩屑流对孔壁的冲蚀，减少了孔内事故； 同时也能有效的解决粉尘对环境和人员设备的危害。降低了工人劳动强度； 成井速度快，成本低，产生的经济效益高。,（3）优点,从目前我国应用气动潜孔锤钻进方法来看，现一般多为正循环钻进，孔口直接排渣，灰尘飞扬，对操作人员和设备造成严重危害。由于钻孔与钻杆间形成的环状面积大，在钻进过程中就形成了当风量虽然能满足潜孔锤正常供风量时，而不能满足环空排渣上返风速的要求，从而造成钻孔的排渣能力低、孔底岩屑严重堆积、钻进

13、效率降低、钻头磨损严重、钻进困难，加之环空上返的高速气流、岩屑对孔壁的冲蚀，很容易出现孔壁坍塌，导致孔内事故的发生。 由于正循环气动潜孔锤钻进存在的若干问题，在某种条件下应用受到了限制，而反循环气动潜孔锤的研制成功，为拓宽钻进施工领域提供了更可靠的技术保证。两种施工现场如下图所示。,4 正、反循环气动潜孔锤现场对比,风量的确定，一方面是要根据所用冲击器的性能而定，另一方面则要满足洗井所需的上返风速。因为岩屑在气流介质中由于本身的粘度、密度和形状的不同而具有不同的悬浮速度，因此要使岩屑有效的排出孔外，达到孔底干净，就必须采用大于岩屑悬浮速度的上返风速才行，这也是潜孔锤钻进时重要参数之一。除了反循

14、环气动潜孔锤钻进不受孔径的限制外，正循环钻进风量在钻杆与孔壁环状间隙中的上返流速，不少资料推荐宜在15m/s30m/s。还有资料介绍为排除岩屑所需之风量往往还超过潜孔锤工作风量。在钻杆直径与钻头直径相差较大时，潜孔锤在低气压下运转，因气量不足，不能产生足够的气流速度，岩屑不能及时排出孔外而堆积在孔底，这样最容易出现埋钻，导致孔内事故发生。,5 气动潜孔锤钻进技术参数,（1） 风量、风速和风压,由此可见在进行大口径潜孔锤钻进时，钻孔直径和所用钻杆直径的级差比大时，就出现了潜孔锤供风量不能满足排渣所需风量的矛盾，所以携带孔底岩屑钻杆直径与井壁之间的环状间隙就显得尤为重要。供风量的选择与确定，主要是

15、保证在一定流通环空的上返风速，依下列公式推算（正循环）： V=21220.66Q / (D2-d2) 式中: V上返风速，m/s； Q供风量，m3/min； D钻孔直径，mm； d钻杆直径，mm。,选择好风量、风速和风压的技术关键在于如何掌握好三个关系： 空气能量和循环阻力的关系； 上返速度和清孔效果的关系； 介质密度和钻井条件的关系。,在解决好上述关系的同时，还要采取相应的技术措施： 增加供风量和供风压力；减小环流断面； 有条件时选择反循环气动潜孔锤钻进； 合理选用冲击器型号； 调整介质密度，采用气液两相介质循环，如采用泡沫剂、雾化以及其他充气介质等。通常规律是其相同条件下风压愈高钻速愈快。

16、但随孔深的增加压力也增大,如钻120的钻孔,深150时需消耗风压1.4MPa,深200时需消耗风压1.7MPa。另外用空气泡沫钻进消耗风压约比纯空气增大0.18，如孔深200时用空气泡沫其冲孔风压为2.21MPa，而纯空气仅为1.7MPa； 不同冲孔方法对配备空压机能力要求也不同。另外在有水情况下钻进，背压对潜孔锤风压每10增加0.1MPa。,为减少岩屑堆积,还可在潜孔锤上部安装沉淀管的办法也能取得效果，并使风量消耗减轻。有关孔底岩屑堆积和潜孔锤上部安装沉淀管如图所示。,孔底岩屑堆积示意图 潜孔锤上部安装沉淀管示意图,从冲击碎岩原理来看，岩石主要是靠冲击动载作用下破碎的，因此潜孔锤钻进效率的高

17、低，主要是取决于冲击功的大小和冲击频率的多少，而轴压是保证冲击功充分发挥作用的辅助力，过大过小都会影响钻进正常进行，大则会引起钻具的振动、钻头过早的磨损，合金齿掉落，回转困难。过小将会影响冲击功的有效传递。 国外一般常用石灰岩（代表中硬岩层），花岗岩和玄武岩（代表硬岩层），用实际单位时间内钻进取得的米数来衡量气动潜孔锤的钻进效率。下面介绍几种规格潜孔锤钻进时推荐选用的轴向压力范围供参考。如果孔内钻柱超出其范围那就应采取减压钻进，见下表。,（2） 轴向压力,气动潜孔锤钻进推荐的轴向压力,为防止钻杆剧烈震动，尽可能选用下限值。潜孔锤钻进主要靠冲击器活塞来冲击钻头，而不是靠钻杆柱加压提高钻速，不同于

18、牙轮钻头回转钻进，否则会损坏冲击器和钻头使钻速下降。,潜孔锤钻进是属于慢回转的一种钻进方法，合理的转速选择，对钻头寿命乃至钻进成本至关重要。它主要与冲击器所产生的冲击功的大小，冲击频率的高低，钻头的形式以及所钻岩石的物理机械性质有关。要求破碎下来的岩屑及时被空气所清除，潜孔锤钻进无切削和剪切作用，所以无需过快的线速度。 转速太快，对钻头的寿命不利，特别在研磨性强的岩层，将使钻头外围的刃齿很快磨损和碎裂。如果转速太慢，则将使柱齿冲击时与已有冲击破碎点（凹坑）重复，导致钻速下降。常规是岩石愈硬或钻头直径愈大，愈要求用较低之转速。,（3） 转速,在某些严重裂隙性岩层中钻进，有时为防止卡钻而采用增加转

19、速的办法。但也要注意有时卡钻是因为钻头已过度磨损，而增加转速会使问题复杂化。 对潜孔锤钻进最优钻头回转速度，应以获得有效的钻速、平稳的操作和经济的钻头寿命，作为一般要求，现提出下列经验数据供选择： 覆盖层：40-60r/min；软岩层：30-50r/min；中硬岩层：20-40r/min；硬岩层：10-30r/min。,冲击器是潜孔锤钻进的主要钻具，它是以压缩空气为动力的一种气动工具，它所产生的冲击功、冲击速度和冲击频率及通过钻机带动回转作用，形成对岩石的破碎，性能优劣直接影响钻进效率。国外十分注重对冲击器性能的研究，解决了许多技术关键问题，使冲击器的性能有了很大的提高。如阿特拉斯、美国寿力开

20、发的系列产品就很多，有适合深孔的、低耗、气量的中高风压的等。大部分为无阀结构，内部零件少。结构简单，坚固而好用。从发展趋势看是向高风压和大孔径发展。国内一些厂家也很重视对冲击器的研究，产品的性能接近国际先进水平。从近年来的生产应用看，基本满足了工程需要，而且价格还比国外的便宜。另外，提高风压就可提高钻进效率，这也是国内外致力于发展高风压冲击器的原因。,6 设备组合配套,（1）冲击器,部分厂家中高压气动潜孔锤系列选择表,冲击器所产生的能量是通过钻头破碎岩石的，所以岩石要受冲击和研磨双重作用。这就要求对钻头的合理设计、制造和使用，保证钻头的高效、耐磨和长寿命，也是提高钻进效率的重要因素之一。 从目

21、前国外对潜孔锤钻头除了合理设计选用不同形状硬质合金柱齿外，钻头底唇面造型及合理布齿都至关重要。常规用的大致分为以下4种底面造型，适用于不同岩层和工况条件下选择（如图所示）。,（2） 钻头,平底型 凸底型 凹底型 扩孔钻头 潜孔锤钻头底唇面造型示意图,（1）平底型 用于较软或硬的岩层。在破碎和裂隙性以及岩性多变的岩层中钻进有良好的效果。但不宜在特别软的和覆盖层中使用。 （2）凸底型 用于钻速比钻孔垂直更重要的硬、研磨性强的岩层钻进。其凸形表面相对克取岩层表面较小，能产生较大冲击功，并获得高的钻速。但钻孔垂直度比其他钻头要差一些。 （3）凹底型 有一个向内凹的锥形面，能起到减少地面设备震动和保持钻

22、孔垂直作用。为提高碎岩效果，其柱齿呈交错排列，在许多岩层中的钻速较高。此型钻头适用于软和硬的岩层，而且钻头寿命长。 （4）扩孔钻头 专门设计用于特殊情况下扩大孔径。钻头体下部同牙轮扩孔钻头底部，有一与前导孔直径匹配的导正部分，共分两次钻凿，这种方法解决了一次成孔存在的许多不利因素，而且成孔垂直度高，效率也相对较高。,潜孔锤钻头底唇面适应条件,气动潜孔锤钻进用钻杆柱与其它回转钻进相比，不承受大的扭矩和高转速，钻具重量轻。 正循环潜孔锤 钻进来说，加大钻杆外径，减小壁厚，钻杆重量增加不大，但截面系数增大了，有利于提高上返速度，又使钻杆刚度增大，对深孔钻进显得尤为重要，既提高了钻速又减少了孔的偏差。

23、为减少孔内事故发生，建议用外平钻杆比较适宜。具体钻杆柱的连接，潜孔垂上加扶正器以及钻铤，这要因地制宜，根据操作者的习惯和经验而定。 反循环气动潜孔锤 钻杆柱连接比较简单，小直径钻孔均为外平式双壁钻杆，大直径钻孔常规式双壁钻杆，内外管均采用特殊结构设计加工。同气举反循环钻进用双壁钻杆有明显区别，而且地面配套与正循环气动潜孔锤都不一样。此工艺方法正在推广阶段，用途范围也在不断扩大。,（3) 钻杆柱,气动潜孔锤钻进孔口密封装置，有效避免了施工现场环境污染，消除了孔口粉尘。有效阻止施工人员吸尘危害健康的同时，在施工过程中形成孔口集中排岩粉，实现了施工现场定点堆放岩粉。,(4) 孔口密封装置,全液压动力

24、头钻机孔口装置,空气压缩机是把机械能转变为气体能量的一种设备，并已成为气动潜孔锤的动力源，所以空压机的性能高低（指风量和风压），就直接影响着潜孔锤钻进的效果。合理选用空压机的性能是保证潜孔锤高效钻进的基础。由于此种工艺很受施工单位的欢迎，现在进入中国市场的国外空压机种类也很多，除了向国内销售外，还面向用户租赁。希望施工单位能按工程实情咨询选配。有关气动潜孔锤钻进常用空压机见表。,(5) 空压机,气动潜孔锤钻进常用空压机选择表,钻机作为配合潜孔锤钻进的主要设备，它是驱动潜孔锤钻进慢回转的动力。所以，选用钻进性能和潜孔锤钻进技术要求适应的钻机，是保证潜孔锤钻进正常进行的又一重要条件。有些钻机性能是

25、不适应的，主要反映在钻机的转速偏高。为什么我国近年来进口的全液压动力头车装钻机剧增，同时国内有些厂家也在消化仿制生产此种类型钻机，而且钻进工艺主要采用气动潜孔锤方法，其最大优越性，机械化程度高和无级变速。现已成为了最适合气动潜孔锤钻进的钻机。目前这方面常用的各种类型钻机见表。,(6) 钻机,各种类型钻机,(7) 气动潜孔锤钻进用泡沫剂,潜孔锤钻进注入泡沫剂是必不可少的一种工艺方法。它是在输送空气的同时通过泡沫泵向空气流中注入一定量的发泡剂，使洗井介质在循环中产生大量的稳定泡沫，因为空气泡沫的比重比水小得多，再加上活性物质的其它性能，对解决潜孔锤钻进过程中排岩屑、扑尘、降低水柱压力、增浮和润滑钻

26、具都有良好的作用。一般进口钻机上基本都配有注入泡沫剂泵，我国一些车装钻机也开始向这方面完善，以利于发挥注入泡沫剂的功效。但对于散装钻机施工来说就需自配。,泡沫剂的应用范围 干旱缺水地区空气泡沫潜孔锤钻凿基岩水井。 气动潜孔锤施工锚固孔、爆破孔、震源孔除尘处理。 冰冻地层钻进空气泡沫洗井。 干旱缺水地区各种工程孔（市政工程、交通、矿山）空气钻进潮湿层、漏失层、涌水层的泡沫洗井，快速通过复杂地层。 充气泡沫泥浆钻进工程地质、水文地质钻孔的漏失地层。 油田低压油、气层空气泡沫负压钻井。,ADF-3泡沫剂性能,ADF-3型泡沫剂均为复配型阴离子和非离子表面活性剂。主要技术性能指标如下 ：,泡沫输送设备

27、,管路联接方式,正循环气动潜孔锤泡沫钻进管路联接图 1-空压机；2-阀；3-放气管；4-转子流量计；5-压力表；6-三通管；7-泡沫剂液箱；8-泡沫泵；9-高压胶管；10-钻机；11-钻杆；12-孔口密封导流器； 13-井口管；14-排风管,注：反循环管路同此，排风（渣） 方式相反,（1）当钻进松散地层或破碎的复盖层时，开孔阶段操作必须小心，不要使锤头偏离孔口，并防止吹塌孔口围填物，防止钻进失去稳定。另外开孔时，给进要缓慢，并注水，在这种与水相混合的岩屑更容易喷抹在井壁上，防止钻孔中循环介质漏失。（2）当钻孔开始钻凿时，需降低空气压力，使空气仅能推动潜孔锤运转即可。当钻进破碎地层，潜孔锤工作不

28、稳定，而钻进完整的岩层时动作平稳。平稳后再增加大压力提高效率。 （3）钻进时一定要加注泡沫剂，因为它有助于钻进过程中岩屑的清理，孔壁的稳定，控制孔内涌水。,7 潜孔锤的操作技术,（4）冲击器必须在要求的气压下正常工作，气压过高会明显缩短零件的使用寿命，过低会降低凿岩效率和减少锤头的使用寿命。 （5）为了及时清除孔内岩渣，减少钻具的磨损，应经常从孔底提起冲击器，对孔内进行充分的排渣。 （6）如果孔内实然发生坍塌，应保持冲击器动作并立刻在孔内上下运动。必要时还可增加转速，一直到冲击器能自由上下，使岩渣从孔内排净为止。 （7）加接钻杆时，要特别注意钻杆内的清洁，以避免砂土及管内铁锈等脏物进入冲击器内

29、，引起零件损坏或发生停钻事故。所以必须保证气路清洁通畅，并要求钻杆丝扣涂抹丝扣油。 （8）当一根钻杆打完时，必须将孔内岩渣吹扫干净，然后减小气量，慢慢放入孔底，过一会儿再慢慢的停气，然后才能加接钻杆，以防岩渣倒流冲击器内。,（9）更换钻头时，要保证所换钻头直径小于被换下的钻头直径，以防钻头下不去。 （10）严禁钻具反转，以预防钻具掉入孔内。 （11）若冲击器出现故障不能正常工作时，千万不能打懒钻，应及时排除，避免造成更大损失。 （12）采用潜孔锤正循环钻进，有条件时要增设孔口装置，其作用是将岩屑导向井场的远处，避免岩尘污染井场及设备，保证施工操作安全。一般孔口装置见下图所示。若采用反循环气动潜

30、孔锤钻进时，送气胶管和排岩屑胶管必须分别连接牢固。,气举反循环钻进技术是一种先进的钻探工艺，具有钻进效率高、钻头寿命长、成井质量好，在复杂地层中钻进安全可靠，并能实现连续取样（芯）钻进、节省辅助时间和减轻劳动强度等特点。已成为国内外钻进水井及大口径工程施工孔的主要技术方法之一。 目前国外已广泛采用此项技术，而且发展得较为完善，各有自己的标准规格和系列。我国的应用研究工作也取得了突破性的进展，领域和范围不断扩大。,三气举反循环钻进技术,1 气举反循环工作原理,气举反循环钻进原理示意图,由于压缩空气不断进入井液，在混合器上部形成低比重的气水混合液，而井中的液体比重大，根据连通器原理内管的气水混合液

31、在压差作用下向上流动，把孔底的岩芯或岩屑连续不断带出地表，排入沉淀池。沉淀后的泥浆再流回孔中，经孔底进入钻杆内补充循环液空间，如此不断循环形成连续钻进的过程，见左图所示。,气举反循环钻探技术最大的特点是管路平直，故管路不易堵塞，即使堵塞了，也易于排除。另外携带上来的三相流不流经任何工作机械，设备磨损小。在循环管路，特别是双壁主动钻杆以上的管路，各处压力都高于一个大气压，所以不会象泵吸反循环那样，因管路局部密封不严，漏气而使冲洗液循环中断。由于以上特点，气举反循环钻进工作相对可靠，故障较少，纯钻时间利用率较高。 在研究推广气举反循环钻进技术时，首先根据国情，除方便用于全液压动力头钻机外，主要考虑

32、普遍推广在国产转盘钻机上。,2 气举反循环钻进推广应用施工设备及器具,凡具有转盘式钻机均可进行气举反循环钻进。当然也可在全液压动力头钻机与双壁钻杆能够匹配的情况下选用。在浅孔时要想获得较高的钻进效率，故应优先选用有加压装置的钻机为好，否则应配备加压钻铤。对此，钻机的选择正确与否，不仅影响着钻进效率的高低、质量的好坏、成本的多少，而且也影响到钻进工作的正常进行。,（1）气举反循环钻具的选择和准备 实现气举反循环钻进技术的核心就是选用一套合理的钻具。所以钻具的选择好坏，直接影响到钻进时机械钻速的提高。凡是准备采用的单位可以根据自己的需要进行选择。从技术角度出发，一般水井钻孔宜选用双壁钻具，大口径工

33、程孔可选用并列风管法兰盘连接式钻具。 在此还应注意不论何种钻具，下配的单壁钻杆内径与双壁钻杆内径尽可能一致，以提高排屑能力，保证管内畅通。,3 应用前的组织和技术准备,根据孔深以及水位确定双壁钻杆多少,一般2000以内的井也需260350,3500左右的井约需用500600多米,当然经费多尽可能多购,但还要依空压机的压力来定,空压机选购国产风冷式512立方,压力选40150公斤。气举反循环钻进和气动潜孔锤钻进用空压机分别专用，以利于节约成本。 当空压机压力能满足需要时，则应多配双壁钻杆，最好能做到将双壁钻杆下端的混合器放置在钻头或加重钻铤以上为好。这样不仅可以尽量减少使用单壁钻杆，而且减少了增

34、加单壁钻杆下钻的次数，并且减轻了工人的劳动强度，更重要的是能提高钻头处的上返速度，从而获得高的机械钻速。,从以上情况可见，空压机的排气量和它的工作压力是决定气举反循环钻进效率的主要参数。这说明空压机的理想选择也是气举反循环钻进技术的应用关键。因为它关系到循环液流在钻杆内上升速度，而循环液流的流量是携带岩屑的主要因素。目的是靠循环液流把处于钻头下部的岩屑冲向钻头的吸口，很快进入钻杆内腔。岩屑进入吸口时间越短，重复破碎的现象当然就可减少。另外岩屑进入钻杆内腔之后还靠液流垂直上升速度把岩屑从孔底带到地面上来，这样液流上升的速度要大于岩屑的沉降速度。,（2）技术组织准备 此种钻进工艺方法是一项比较成熟

35、、简单实用的技术，虽在我国许多地方和援外承包打井工程中得到广泛应用，但对它仍需不断认识提高，对于未采用过的部门来说仍然是一项新的技术，完全有必要对生产第一线的技术工人组织一些学习，使大家知道，气举反循环钻进的实质，优点、特点和适用范围，它和正循环钻进的主要差别是什么。对选用的气举反循环钻具要弄清使用原理、构造、密封方式、在野外条件下如何维护和修理，具体操作及对冲洗液的要求，钻头和其它设备的配套使用技术等。,牙轮钻头钻进适用范围比较广泛，从软地层到硬基岩层均可采用。由于它具有独特的破岩作用，已在油气井方面得到广泛应用。所以，水井钻探目前也已作为一项重要技术措施推广采用，尤其气举反循环钻进用牙轮钻

36、头效果更佳。使用的牙轮钻头有原装修改式和组焊式两种结构。原装修改式是将牙轮钻头使用前从中间钻孔，而且在不影响转动的情况下，还要用铁板封闭牙轮周围的缺口处，要求冲洗液尽可能从低部进入，以利于提高钻进效率和钻头寿命。具体结构见下图。,4 全面钻进牙轮钻头及组焊牙轮钻头,镶齿式或钢齿式三牙轮钻头中间钻孔示意图,镶齿式或钢齿式三牙 轮钻头外围焊接示意图,在水井钻探施工中，除结合成井外，有时还要取得完整的水文地质资料。另外采取连续取芯牙轮钻头还能减少破碎岩石的面积，提高钻进效率，降低成本。实践已充分证明，气举反循环钻进能够连续取芯、取样，真实地反映地层情况。见下图。,5 连续取芯牙轮钻头,随着气举反循环

37、钻进技术推广程度的扩大，对初次采用的单位而言，均迫切希望详细了解这一重要问题。然而使用方法的正确与否，直接影响其钻进效率。根据近年来推广使用中的经验分析，可归纳为以下几点： （1）下钻前应对双壁钻杆密封圈认真进行检查，下钻时要清除丝扣污物，并涂丝扣油。另外空气和排岩屑胶管上下连接要牢固、并对取样装置固定好，以免启动时冲击力过大引起事故。,5 气举反循环钻进操作注意事项,（2）在下钻临近孔底时，应事先开动空压机，使钻具旋转缓慢下放，以免井底沉积物突然堵塞钻头使循环液停止。尤其正循环改为气举反循环钻进及长时间停钻后，应留适当长度钻具进行扫孔。 （3）在钻进时应根据循环液排渣情况，控制钻进速度，一般

38、要求低转速，适当钻压。对孔底且要定时停止钻进冲洗，正常条件下不钻进冲洗液内不应含钻屑，反之证明地层有坍塌。钻进第四系地层特别注意，遇到这种情况应及时停风采取措施控制，防止坍孔埋钻。,（4）钻进中突然不返水，或时大时小以及间断返水；另外风压降低，排浆管只冒气不出水。原因有几方面： 钻头喉管被不规则形状砾石堵塞，这种现象在砾石与卵石层最易发生，钻进时应加以注意。 粘土地层常因钻头结构不合理等因素逐渐泥包，使机械钻速降低，一种假象局部进水循环，另一种彻底泥包，均无进尺。 沉没比不够或混合器以上钻杆内严重磨损以及密封圈失落造成。这时可采用测量内管水位方法判断，如果内管与钻孔间水位连通则说明混合器以上有

39、问题，往管内漏气，反之钻头堵塞。处理堵塞办法可将钻具提离孔底上下活动并回转，结合空压机瞬时关开强举，还可用泥浆泵正循环方法来冲，这样一般可以解堵。若处理均无效时，应及时提钻检查。,（5）孔内泥浆冒泡、严重时循环水停止、冲洗液倒流。发生原因可能是接头丝扣端面密封不严，应尽快检查修复，以免气流刺坏孔壁。 （6）在加单根或提钻时应先停止钻进，待循环液中岩屑排净后再停空压机。 （7）双壁钻具因机台搬迁或长时间不用时，必须将内管环空间冲洗干净，锁接头丝扣涂上油，带好保护帽，保证再用时气路畅通，丝扣一切完好。,（1）钻进效率高 由于气举反循环钻进冲洗液在钻杆内上返的速度高出常规钻进10-50倍，因而排渣速

40、度快。从各地使用后的资料看出，钻进第四系砂粘土层，最高时效超过12m/h，平均可达6.3m/h，砂层可达20m/h，钻进卵砾石地层达1-1.5m/h，钻进4-6级基岩地层达1-3m/h。同正循环钻进相比时效提高1.2-3倍。,7 气举反循环钻探技术推广应用情况,（2）实现了连续取芯、取样,判层及时准确 所谓连续取芯、取样就是边钻进边获取。这种方式因其冲洗液的流向与岩芯（样）进入内管的方向一致，避免了冲洗液对岩芯的正面冲刷和液柱压力对岩芯所造成的挤夹和磨损。提高了岩芯完整性和纯洁性，获取的岩芯部位准确，使所钻地层层位清楚，划分含水层埋深、位置、厚度精确。,（3）纯钻时间比率高 在基岩地层用三牙轮

41、钻头全面钻进，纯钻时间利用率都比较高，一般可达80%90%，最终反映在台班进尺速度大幅度地提高，气举反循环台班效率为1020m，而正循环钻进约为5m。依据北京水文公司正、反循环效率对比表查阅，纯钻效率气举是常规效率的198%；综合效率气举是常规的568%；平均日进尺气举为18.58m/d，常规仅为3.27m/d。 （4）能减少成井时间，且质量高 根据广大用户反馈的资料充分说明，凡是采用气举反循环钻进工艺施工的水井，井径规则，井底干净，孔斜率小，出水量大，成井时间短。这些都已被人们所公认。一般相同条件比正循环洗井缩短1/2，出水量平均增大1/3，优质孔率为100%。,（5）钻探成本低 因气举钻进

42、工艺比常规钻进成井质量好，效率高，钻头寿命长，事故少，材料消耗低等，所以钻探成本大为降低。从我国所使用过这种工艺方法的单位成本核算反映，气举反循环比正循环可以降低成本约30元/m，平均一眼水井800m深，这样就可节约投资2.4万元，一机台若以每年成井8眼，则可节约19.2万元。,（6）钻头寿命长 气举反循环钻进，由于冲洗液上返速度快，孔底干净，能够保证钻头始终在新鲜的岩面上工作，不产生重复破碎，故减轻了钻头磨损，大大延长了钻头寿命。在相同条件下，气举钻进钻头寿命比正循环钻进钻头寿命提高12倍。牙轮钻头寿命在高压力低转速的前提下，单个寿命可达300500m。 （7）社会效益好 在复杂地层钻进时，

43、气举反循环钻进综合效率是正循环钻进的36倍。尤为突出的是克服了正循环复杂地层无法钻进，而造成某些地区长期缺水的实际困难。这些方面北京水文公司以及近年来在京施工深水井、地热井的京外单位深有体会。,钻探实践结果表明，气举反循环钻进技术具有很多优越性，在各类地层中施工成井已取得的各项经济技术指标，为国内外施工单位今后进一步推广应用树立了信心。 随着气举反循环钻探市场的变化，瓦斯排放井已成为钻探工程的热点，大口径水井和工程施工钻孔蓬勃兴起，该技术得到了迅速发展。尤其水井和地热井钻探深度越来越深，如何优质高效地开发钻探施工，已成为施工单位最为关心的问题。 为满足不同条件下的应用要求，可在钻机上配气盒子，

44、还可以配套大载荷的气水龙头，超过1000m深的井配套均按石油钻井用的无细扣方钻杆、钻杆加工为双壁钻具，1000m深以内的井可用常规加工的双壁钻具，可自由选择。,8 气举反循环钻进技术应用发展,特别对于大口径瓦斯排放井来说，随着深层煤层的开采，瓦斯含量的增多，地面瓦斯抽排井的孔径逐渐变大，深度逐渐在增加。例如：辽宁东北煤田地质局一0三队近年来应用气举反循环工艺施工的瓦斯排放井多为660mm口径，深度为700多米。现沈阳矿务局又给贵队提出口径加大到1米以上，深度1000米左右。这就给钻井带来一系列的困难。以往的地面瓦斯抽排井施工，大多数施工单位还是利用正循环钻进方法。钻井液上返流速低，因而携带岩粉的能力差，岩屑重复破碎，钻进效率极低，钻进成本增高。尤其遇到破碎及岩溶地层，不利于孔壁稳定，最易产生孔内事故。,1 瓦斯排放井,根据辽宁省东北煤田一0三队的经验和安煤 田一队在望峰岗矿井的结构以及钻井设备情况，在考虑投入较少，并可较快地提高钻速情况下，一致认为最好采用气举反循环钻进。为证明这一观点，安徽煤田一队曾对望峰岗大口径1020mm瓦斯抽排井，正反循环钻进冲洗液的上返流速还进行了理论分析。 设备情况：钻机：GZ-2600; 泥浆泵：QZ3NB-350泵