反循環(huán)鉆進(jìn)

反循環(huán)鉆進(jìn)是與正循環(huán)鉆進(jìn)相對而言的。反循環(huán)鉆進(jìn)的沖洗液自泥漿池經(jīng)鉆桿與孔壁間隙,或者從雙壁鉆桿的內(nèi)外管之間到達(dá)井底,挾帶巖屑后經(jīng)鉆桿中空返回井上泥漿池,經(jīng)沉淀后重新流入井內(nèi)。其基本原理如圖4-24所示。反循環(huán)鉆進(jìn)按照產(chǎn)生沖洗液上升流動的方式可分為泵吸反循環(huán)、射流反循環(huán)和氣舉反循環(huán)。(一)泵吸反循環(huán)泵吸反循環(huán)是利用泵的抽吸力量,對沖洗液進(jìn)行反循環(huán)的管路布置方法。泵的進(jìn)水口與鉆桿上水龍頭相連,排水口與供水池相通。即由鉆頭、鉆桿、水龍頭、膠管及砂石泵組成了抽吸系統(tǒng);由砂石泵、出水膠管、供水池等組成了排渣系統(tǒng)。如圖4-25所示。圖4-24 射流反循環(huán)鉆進(jìn)基本原理示意圖1—動力頭;2—護(hù)孔口管;3—鉆桿;4—噴嘴;5—高壓水管;6—離心泵;7—進(jìn)水蓮蓬頭;8—排渣管;9—泥漿槽;10—沉渣池;11—鉆頭圖4-25 泵吸反循環(huán)示意圖1—真空包;2—真空泵;3—冷卻水容器;4—水龍頭;5—轉(zhuǎn)盤;6—砂石泵;7—單向閥;8—排出口;9—鉆頭砂石泵在啟動前必須灌注引水。這是因為在泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)以前,處于供水池水位以上的鉆桿內(nèi)沒有沖洗液,所以在管路中安裝有真空泵。它是利用真空泵的吸力在水位以上的管路內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,使鉆桿內(nèi)水位升高,最后使沖洗液充滿整個砂石泵的吸水管路。這時再啟動砂石泵,即能造成連續(xù)的反循環(huán)作用。除了利用真空泵引水外,也可采用灌注泵或副泵向砂石泵的進(jìn)水管路中灌注引水。砂石泵的流量根據(jù)井內(nèi)鉆桿內(nèi)徑而定,一般為120～240m3/h,最大達(dá)500m3/h,其有效吸水壓力約0.6～0.7MPa/m3。由于泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)是利用砂石泵的抽吸作用作為動力,用以克服沖洗液上升時的阻力,保持沖洗液循環(huán)的,因此鉆進(jìn)深度不可超過70m。主要適用于大直徑、深度較淺的水井及各種工程鉆探。(二)氣舉反循環(huán)氣舉反循環(huán)又稱壓氣反循環(huán)。其基本原理是利用空壓機(jī)將壓縮空氣通過雙壁鉆桿送至井下的氣液混合室,使鉆桿內(nèi)的水、氣混合,形成密度小于管外液體的氣水混合液,這樣在鉆桿內(nèi)外形成壓力差。在此壓力差的作用下,鉆桿內(nèi)氣水混合液挾帶巖屑后,被排出鉆孔而流入沉淀池后又以自流的方式流向孔內(nèi)環(huán)狀間隙,完成了氣舉反循環(huán)過程。如圖4-26所示。圖4-26 氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)示意圖1—壓風(fēng)機(jī);2—壓氣盒;3—轉(zhuǎn)盤;4—雙壁鉆桿;5—混合室;6—鉆頭氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)的供氣系統(tǒng)包括:1.主動鉆桿一般是在厚壁管外縱焊四條角鋼,構(gòu)成方鉆桿。壓縮空氣經(jīng)角鋼與厚壁管間隙送入孔內(nèi)混合器。2.壓氣盒作用是將空壓機(jī)輸氣管路與主動鉆桿的氣道連通,保證向孔內(nèi)混合器送氣。我國多采用氣龍頭。3.鉆桿上部采用雙壁鉆桿,下部采用單壁鉆桿。壓縮空氣自上部氣龍頭經(jīng)主動鉆桿、上部雙壁鉆桿之間間隙送入混合器內(nèi),再由混合器進(jìn)入鉆桿內(nèi)中空,并形成挾帶巖屑的氣水混合液上升至地層。雙壁鉆桿結(jié)構(gòu)如圖4-27所示。圖4-27 雙壁鉆桿結(jié)構(gòu)圖1—支撐塊;2—公接頭;3—內(nèi)管外接頭;4—支撐塊;5—外管;6—內(nèi)管;7—母接頭;8—支撐塊;9—內(nèi)接頭;10—密封圈4.混合器混合器是將空氣輸入內(nèi)管,使壓縮空氣很快與水混合。而停止供氣時,能自動密封,防止巖屑堵塞混合器。其結(jié)構(gòu)如圖4-28所示。圖4-28 氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)混合器結(jié)構(gòu)圖1—下接頭;2—彈簧;3—氣孔;4—鋼球;5—支撐塊;6—上接頭;7—內(nèi)管;8—支撐塊;9—密封圈混合器安裝在孔內(nèi)的深度用沉沒比(或沉沒系統(tǒng))確定。它等于混合器下入水中的深度H與自混合器算起的揚程高度h之比,用m表示。一般要求m＞0.3。當(dāng)m＜0.3時,排液效率很低,甚至液體排不出孔口。(三)反循環(huán)鉆進(jìn)工藝1.反循環(huán)鉆進(jìn)方法的選用泵吸反循環(huán)設(shè)備簡單,動力的利用效率高,所以在孔深小于70m時,可采用泵吸反循環(huán)鉆進(jìn);當(dāng)孔深超過70m后,可采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)。2.反循環(huán)鉆進(jìn)用鉆頭反循環(huán)鉆進(jìn)采用的鉆頭應(yīng)根據(jù)地層選用硬質(zhì)合金鉆頭、翼狀鉆頭、牙輪鉆頭、取心鉆頭等。但要求鉆頭中心有較大的通孔,以便巖心、巖塊、巖屑從鉆桿內(nèi)排至地面。同時要求鉆頭在回轉(zhuǎn)過程中使井底形成一個中心凹下的圓錐體,便于抽吸孔底巖屑。翼狀鉆頭適用于黏土或粉砂類巖石中鉆進(jìn),如圖4-29a所示。牙輪組合鉆頭可根據(jù)地層的軟硬程度,確定牙輪的齒形、數(shù)量和組裝形式。圖4-29b所示為由四個單牙輪掌組裝在一個鉆頭體上,適用于砂、礫卵石層鉆進(jìn)的牙輪組合鉆頭。取心鉆頭是將滾輪焊接在大直徑的巖心管上制成的適用于基巖鉆進(jìn)的反循環(huán)鉆進(jìn)取心鉆頭。如圖4-29c所示。圖4-29 反循環(huán)鉆進(jìn)鉆頭(單位:mm)(四)反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)1.鉆壓反循環(huán)鉆進(jìn)采用鉆鋌和配重加壓,在鉆鋌上部要加扶正器。在第四紀(jì)松散層鉆進(jìn)時,若采用組合牙輪鉆頭,可按鉆頭直徑單位長度上的壓力0.6～1.2kN/cm選取;采用翼狀鉆頭時,壓力控制在3～6MPa為宜。鉆進(jìn)基巖和卵礫石層時,鉆壓可適當(dāng)加大。2.轉(zhuǎn)速鉆頭外徑的線速度控制在0.5m/s以內(nèi)為好,過大的轉(zhuǎn)速會引起鉆桿對井壁的碰撞。3.風(fēng)量氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)時,風(fēng)量的選擇除考慮鉆桿內(nèi)液流上返速度外,還要求雙壁鉆桿間的風(fēng)速不大于20～30m/s。風(fēng)壓的大小則取決于雙壁鉆桿下入深度。經(jīng)驗證明雙壁鉆桿每增加10m,壓力增加0.1MPa。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。