潜孔锤偏心跟管钻进技术在砂卵石地层的应用

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1、潜孔锤偏心跟管钻进技术在砂卵石地层的应用：砂卵石地层是钻探中常见的复杂地层，在该地层快速成孔的技术一直困扰着钻探人员。通过分析目前砂卵石地层常用的钻进方法，提出用潜孔锤偏心跟管钻进技术在该地层快速钻进成孔。理论结合实践证明，该技术在砂卵石地层能够快速成孔，并具有广阔的应用前景。　　关键词：潜孔锤；跟管钻进；砂卵石地层　　　　1.砂卵石地层钻进技术现状　　砂卵石地层复杂，分布无规律，结构松散变化大，粒径不一，常有粒径20～30cm的漂石，甚至有粒径1m以上的大孤石，架空现象严重，透水性强。在钻进过程中总会遇到钻进难和护壁难等难题[1－4]。　　1.1锤击跟管硬质合金取芯钻进技术[5]　　该技

2、术通常采用硬质合金和钢粒钻进，吊锤击打套管跟进。当孔壁坍塌影响钻进或钻遇大孤石时，采用孔内爆破技术进行爆破。该方法的缺点是钻进效率低、取芯率低和孔故率高。　　1.2金刚石取芯钻进技术　　该技术在砂卵石地层钻进时，通常以植物胶作为冲洗液配合金刚石钻头钻进和用单动双管取芯钻具取芯。该技术能够提高取芯质量、提高钻进效率和降低孔故率。但在水敏性地层和极破碎等复杂地层钻进效果较差。　　1.3冲击钻进、粘土护壁法　　该方法利用钻头的冲击挤密和孔内填加粘土的办法,可有效护壁,保证孔壁稳定。但是一般钻孔直径较大，效率较低，且孔内遇水或孔隙较大时，孔壁不稳定，钻进效果较差。　　1.4空气潜孔锤跟管钻进技术　

3、　空气潜孔锤跟管钻进技术是一种钻进、排渣和护壁同时进行的钻进技术，可以较好的解决护壁问题，具有地层适应性强、钻进效率高、孔壁稳定的优点。近年来已广泛应用于砂卵石地层钻进。其有同心跟管钻进和偏心跟管钻进两种方式。目前应用较多的为空气潜孔锤偏心跟管钻进。　　通过对比分析，使用空气潜孔锤偏心跟管钻进技术能较好的解决在砂卵石地层快速成孔的问题。　　2.空气潜孔锤偏心跟管钻进原理　　以单偏心潜孔锤偏心跟管钻具为例[6]说明其跟进原理，跟管钻具结构见图1。钻进时，压缩空气经钻杆进入冲击器，推动冲击器的活塞做高频冲击导正器的往复运动，冲击器通过导正器将冲击波和钻压传递给中心钻头和偏心钻头以破碎孔底岩石。

4、同时，钻机通过钻杆传递给冲击器的回转扭矩作用到冲击器的花键上，由花键带动跟管钻具的导正器转动。导正器转动时偏心钻头张开，并在开启到设计位置后被限位，使中心钻头、偏心钻头能够同时随导正器旋转。偏心钻头钻出的孔径大于套管的最大外径，可以减少套管跟进阻力，套管可凭借自重和冲击器冲击力跟进护壁。当套管的重力大于地层对套管外壁的摩擦阻力时，套管以自重跟进；当套管重力小于地层对套管外壁的摩擦阻力时，潜孔锤偏心跟管钻具继续破碎岩石前进，前进破碎岩石至导正器上的台肩与套管靴上的台肩接触时，冲击器的部分冲击能量传递给套管靴，再加上钻具自重以及钻压的作用，迫使套管靴带动套管与钻具同步跟进。　　图1单偏心跟管钻

5、具　　3.工程应用实例　　3.1工程区域地质概况　　工程区域位于洛阳市洛龙区槐树湾村与偃师市诸葛镇裴村附近，交通便利。区域地貌单元属于伊河河床、河漫滩，地层共分为13个主层，上部以第四系全新统、上更新统冲洪积形成的卵石为主，下部为上第三系洛阳组粘土岩、砂岩和砾岩。卵石粒径一般为20～60mm，大者在70～140mm，偶见漂石。　　3.2设备　　钻机选择无锡双帆产的YG50坑道钻机。该钻机为全液压动力头钻机。空压机选用英格索兰Pa钻压，并在钻进过程中根据实际情况再调整。　　潜孔锤转速的高低主要和冲击器的冲击频率，规格大小以及钻岩的物理机械性质有关。潜孔锤钻进以冲击碎岩为主，回转速度只为改变钻

6、头合金的冲击破岩位置，避免重复破碎。一般转速选20r/min左右为好，转速过高会造成钻头的严重磨损和钻进效率的降低。　　潜孔锤钻进的空气清耗量是根据冲击器的性能参数（耗气量）及清除孔内岩屑的最低上返速度而确定。根据文献资料推荐，取芯钻进时，上返速度V=10～15m/s，全面钻进时V=20～25m/s。因此，本次风量为9～11m3/min。　　从冲击器工作要求来看，工作风压要大于上下配气室的压差，潜孔锤活塞才能做上下往复运动。在钻进时，还需要考虑随孔深增加而带来的沿程压降（0.0015MPa/m）和克服水位以下的水柱压力。因此钻进过程总风压可以稍高于冲击器规定风压，本次风压为0.9MPa。　

7、　钻进参数在钻进过程中应随地层变化随时调整参数。　　3.4钻进效果　　本次共钻进3个钻孔，共计68.9m，Φ146套管最大跟管深度为18m，Φ108套管最大跟管深度为24m。在含砂和细小颗粒较多的层中钻进速度最高可达15m/h，在颗粒较大的卵石层中钻进速度在6～8m/h，钻穿漂石的速度为4～5m/h。在钻进过程中孔故率极低。利用液压拔管机起拔套管安全稳定，不损伤套管，起拔速度为12m/h。　　总体来说，采用空气潜孔锤偏心