复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究

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深厚复杂地层潜孔锤钻进工艺探讨

粉；
带动下，头低速回转，岩石破碎；产生的岩钻使所屑被高压气流携带返至地表。潜孔锤冲击钻进是空气钻进技术在破岩方法上的一项突破，为一项
用途广泛而先进的钻探技术。
③ 每钻进１米，正和校核钻孔孔斜误０延修
通过采取以上处理措施，利通过了破碎地顺
层，在起拔套管时亦能顺利拔出套管，而加快了从钻进速度，高了经济效益。提
２３３地下水、压水和黄粘土层．．承
约了钻进成本，又提高了钻进速度，大大提高了经
济效益和社会效益。
中图分类号：Ｖ２．；６４５Ｔ２３２Ｐ３．文献标识码：Ｂ文章编号：０１１４２１）３０９－３１０－８（０２０－０８０２
１概
述
① 为有效控制孔斜，钻孔倾角在设计规范使允许的误差范围内，用ＣＲ３采Ｉ１０冲击器加扶正
厚，管无法跟到基岩，套因此，用注浆固结孔壁采
的措施，待凝后继续扫孔钻进。
ＳｈｎａｒｏｅｉｕｔｗｃａＷｅＰｒ圜
第３１卷总第１３期５
四川水力发电
２１０２年８月
液体冲洗的原则，合钻进成本、期要求等情结工况，最终采用风动潜孔锤跟管钻进工艺。当时国内仅有两个生产造孔孔径能够满足堆积体锚索孔要求的大口径偏心跟管钻具的厂家，且大口径偏心跟管钻具的生产在国内尚属首次。在施工过程中，厂家都对其产品性能和使用情两况进行了跟踪调查，时对其产品性能进行调整，及

潜孔锤跟管钻进技术研究

ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＤＴＨｈａｍｍｅｒｗｉｔｈｐｉｐｅｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｉｔｓｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏ￣１，
第８卷第６期
２０１７年３月
黑龙江科学
ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖｏｊ．８Ｍａｒｃｈ２（１ｌ了
潜孔锤跟管钻进技术研究
逢忠玉
（黑龙江省有色金属地质勘查７０１队，哈尔滨１５００２８）
ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＴＨｈａｍｍｅｒ；ＤＴＨｈａｍｍｅｒｗｉｔｈｐｉｐｅｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｙ；Ｅｎｇｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤＴＨｈａｍｍｅｒｗｉｔｈｐｉｐｅｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＰＡＮＧＺｈｏｎｇ— — ｙｕ
（ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＮｏ．７０１Ｔｅａｍ，Ｈａｒｂｉｎ１５００２８，Ｃｈｉｎａ）

潜孔跟管钻进最大深度的应用分析

潜孔跟管钻进最大深度的应用分析潜孔跟管钻进技术作为一种逐渐发展成熟起来的新兴技术，在钻遇深厚的第四系覆盖层或复杂地层时，钻速快、干式钻进、使用方便，成为一种可靠的护壁钻进方式。

文章介绍了各种潜孔跟管钻具的构造原理、使用特点；在具体生产实践中根据地层条件加以选型；通过分析影响潜孔锤跟管深度的关键因素，对潜孔跟管设备进行技术改造，使潜孔跟管钻进能力得到优化，提高了跟管钻进的最大深度及可靠性。

标签：潜孔跟管钻进；深厚覆盖层；钻进技术；施工工艺1 前言潜孔锤又称风动冲击器，是以压缩空气作为动力介质完成冲击回转钻进，具有空气洗井钻进的特点。

较之以高压的水或泥浆为动力介质的冲击回转钻进，风动潜孔锤回转钻进有成倍的高效[1]。

本文论述了在工程实践中的具体经验，对关键的施工工艺问题进行详细阐释，并制定了解决方案，在生产实践中进行了验证，并对一些技术思路进行了简要分析。

2 地层情况水井施工的地点地表多为第四系覆盖层，厚度一般约5～20m，也有厚30～40m，地层多为粉质粘土、中粗砂、砾砂等。

下伏地层一般为第三系泥岩或奥陶系灰岩，二者不整合接触。

当钻进过程中由第四系穿过时经常会有碰到角度不整合的斜面[2]。

3 跟管设备选型及施工流程3.1 跟管形式环式对心跟管设备是最有利于大口径深孔跟管的，其克服砾石层的能力强。

但该区域地层第四系无明显砾石块石，环式对心方式的外钻头相当于扩孔钻头，其直径较跟进的套管大10～15mm，会给套管的起拔带来较大的阻力。

相对之下，三瓣式对心跟管钻头亦能适应较大的口径，对中能力好。

根据井径设计要求，结合空气压缩机排量，选用了跟进φ245套管的三瓣式对心跟管钻头。

3.2 设备情况空压机：阿特拉斯XRVS976钻机：宣化正远SL400钻杆：φ89、外平、接首摩擦焊钻具：苏普曼360冲击器钻头：广汉集团φ254跟管钻头套管靴：φ245套管：标准地质管材，外径φ245壁厚8毫米，每根1.5米，反螺纹连接，螺纹尺寸符合规范要求。

空气潜孔锤在复杂地层中的钻进

空气潜孔锤在复杂地层中的钻进【摘要】本文介绍了空气潜孔锤钻进技术在粘土层、破碎坍塌地层以及河床卵砾石地层中的钻进工艺。

【关键词】空气潜孔锤；钻进工艺；复杂地层1. 空气潜孔锤钻进的原理空气潜孔锤钻进的原理，是用地面的钻机通过钻杆对孔底施加压力和扭矩，用压缩空气驱动潜孔锤对岩石进行冲击碎岩，实现冲击回转钻进，同时利用压缩空气冷却钻头，并将孔底岩屑排出地表。

2. 复杂地层分类（1）钻进过程中，孔内经常出现各种复杂情况，如涌水、岩石破碎、孔壁坍塌、钻孔直径扩大或缩小等，使钻进工作不能正常进行，严重的会导致孔内事故，被迫停钻，甚至造成钻孔报废。

容易出现上述情况的地层称为复杂地层。

（2）在工程地质及水文地质钻探中，经常遇到的复杂地层主要有：粘土地层、破碎坍塌地层和卵砾石地层。

3. 在粘土地层中的钻进（1）粘土及粘土质页岩地层为高水敏性地层，岩石松软，吸水后膨胀，钻孔缩颈。

目前钻进此类地层，大多应用回转钻进的方法。

潜孔锤遇此类地层极易出现糊钻，形成泥包或泥环，以致造成卡埋钻事故。

通常岩芯钻探对付此类地层的方法为加入各种冲洗液添加剂，如水玻璃、PAM、PHP低固相泥浆等，意在采用优质泥浆护壁，以降低失水。

（2）实践表明：空气潜孔锤钻进粘土层时，进尺仍然很快，但为了避免缩颈造成的提钻困难，应采用减压钻进，且进尺一定深度后应反复上下串动钻具，进行扫孔，等粘土应力基本释放，不再缩颈为止。

若一旦发生因缩颈引起的提钻困难，则应采取以下措施：一是提钻，用动力头把钻具提到最高点；二是钻磨，让动力头带动钻具不停地转动；三是上下串动钻具，在原地转动约10分钟后，用动力头上下串动约1分钟。

为有效地解决或避免泥包和泥环，防止事故，期间应向孔内加入泡沫，因其比重小，含水少，润滑作用好，可有效地减少粘土对钻具的夹持作用。

4. 在破碎坍塌地层中的钻进（1）通常岩芯钻探中遇到破碎坍塌地层时，除减压钻进、适当降低转速外，着重从护壁材料入手，力图保持孔壁稳定。

潜孔锤偏心跟管钻进技术

及城市基础设施等建设工程中，遇到了大量的地质灾害防治、基础加固等复杂地层的工程施工，使潜孔锤跟管钻进技术得到了空前的发展。国际上已经有的潜孔锤偏心跟管钻进技术基本上在国内都得到了广泛的应用。
中国地质科学院探矿工艺研究所在潜孔锤跟管钻进技术领域内研究起步较早，自“七五”开始研究以来，特别是“九五”期间的进一步开发、完善，已经形成了与潜孔锤偏心跟管钻进技术相配套的数十种单偏心、双偏心、三偏心等潜孔锤跟管钻具产品，不仅服务于地质勘察、地质灾害治理领域，还满足了水电站、高速公路、铁路及城市基础设施等建设工程的需要。其中，ＳＰ系列潜孔锤偏心跟管钻具是专利产品，专利号是：ＺＬ２００３２０１１５２０２．８。其产品规格有：ＳＰ１０８、ＳＰ１２７、ＳＰ１４０、ＳＰ１４６、ＳＰ１６８、ＳＰ１７８、ＳＰ１９４、ＳＰ２１９、ＳＰ２４５等。ＳＰ系列跟管钻具可与常用的冲击器相配套。
图２是单偏心三件套跟管钻进系统示意图，单偏心三件套跟管钻具由中心钻头、偏心扩孔钻头、导正器、联接销系统等组成。２．２潜孔锤偏心跟管钻进工作原理
单偏心三件套潜孔锤偏心跟管钻具工作时由钻机提供回转扭矩及推进动力。正常钻进时，由空气压缩机提供的压气，经钻机、钻
凿岩机械气动工具，２００７（１）
潜孔锤偏心跟管钻进技术
赵建勤
（中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都６１００８１）
摘要：主要介绍潜孔锤偏心跟管钻进技术、ＳＰ系列偏心跟管钻具的特点以及潜
孔锤偏心跟管钻进技术用于解决地质灾害、水电建设、城市高层建筑地基处理、公

潜孔锤偏心跟管钻进技术

孔锤偏心跟管钻进技术用于解决地质灾害、水电建设、城市高层建筑地基处理、公
路、铁道建设工程等复杂地层钻进的实例。
关键词：潜孔锤；偏心跟管钻进；复杂地层；地质灾害
中图分类号：ＴＥ９２
文献标识码：Ｂ
所用的跟管钻压达到设计跟管深度。
３ＳＰ系列偏心跟管钻具特点
ＳＰ系列潜孔锤偏心跟管钻具主要由中心钻头、偏心扩孔钻头、导正器、联接销系统等组成，如图４所示。在该状态时，中心钻头、偏心扩孔钻头、导正器的中心轴线处于同一条中心线上，钻具在管靴、套管内可自由进出。当钻具处于如图５所示的工作状态时，其偏心扩孔钻头离开中心轴线，旋转至工作位置，中心钻头和偏心扩孔钻头进行破岩钻进，导正器的凸肩带动管靴、套管进行跟管钻进。
在以冲击为主的潜孔锤偏心跟管钻进工艺中，钻压是一个很重要的参数。当正常钻进时，其钻压从理论上讲由钻具钻压Ｐ１和跟管钻压Ｐ２组成。对钻具钻压Ｐ１来讲，当保持足够钻压时，可防止钻具在冲击时反弹，使钻具紧密地与孔底岩石接触，对传递冲击功，提高破碎效率是十分重要的。实践证明，在一定范围内，随着钻具钻压增大，机械钻速随之增高，
提钻吹孔时，只要导正器表面的孔露出套管靴，解除封闭状态，大量空气将通过此二孔进入套管，对套管内岩屑进行强吹。当钻进工作告一段落，需将钻具提出时，可慢速反转钻具，偏心钻头又依靠惯性力和摩擦力收回，整套钻具的外径小于管靴、套管的内径，即可将钻具提出到配接钻杆和套管的位置或将钻具提出孔外，套管留在孔内护壁。

潜孔锤偏心跟管钻进技术在砂卵石地层的应用

潜孔锤偏心跟管钻进技术在砂卵石地层的应用摘要：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。

跟管钻进技术

跟管钻进技术本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March跟管钻进技术在高速公路边坡锚固工程中的运用葛洲坝集团五公司彭元平摘要：本文简要介绍了边坡锚索施工的工艺流程，并重点阐述了潜孔锤跟管钻进技术在锚索钻孔过程中遇到复杂易坍塌地层的运用。

关键：潜孔锤、跟管、锚索、锚固工程潜孔锤跟管钻进技术是采用潜孔锤与跟管钻具同步进行钻进，在钻进同时把套管下到稳定地层，隔住地层中破碎、坍塌地段，有利用锚索制安、灌浆等技术方法，这是一种适用于复杂易坍塌地层行之有效的施工工法。

本文就我司在元磨高速公路第13合同段中边坡滑坡治理，对该工艺方法进行阐述。

一、工程概况元江至磨黑高速公路第十三合同段K311+780~K312+014路段，位于阿墨江支流清水河左侧，处于构造剥蚀中山地貌区，切割深度大于500米。

滑坡区地表覆盖第四系地层，下伏为侏罗系地层，第四系又可划分出人工弃填土地、滑坡堆积、残坡积等成因类型，具体描述如下：1、填土：分布于公路、便道下边坡和临时建筑物周围，岩性为碎石、块石，其间为角砾、砂、粘土充填，松散，厚1~10m。

2、滑坡堆积：主要由含角砾亚粘土和强～弱风化泥岩、砂岩组成，局部有粘土地、碎石，厚7~35m。

3、残积层：分布于滑坡外围坡面，主要为灰紫、黄褐色含角砾亚粘土地，局部含砾石，厚1~11m。

4、侏罗系上统坝注路组：伏于第四系土层之下，岩性主要为紫红、紫灰色泥岩夹砂岩，节理裂隙发育，风化强烈。

对于该滑坡体，设计采取削坡减载、抗滑支挡、护坡锚固和排水等综合治理，其中预应力锚索孔深23~55m，设计抗拔力为875、1125KN。

二、锚索施工工艺及技术措施(一) 施工工艺流程定孔位↓搭建施工平台↓钻孔↓锚索制安↓灌浆↓施工地梁及张拉台↓张拉锁定↓封锚(二) 技术要点各工序的施工工艺、技术要求如下：1、搭建施工平台按照设计要求的锚索间距并结合钻机起塔高度搭建平台。

坚硬破碎花岗岩地层大直径潜孔锤跟管钻孔灌注桩施工技术

【作者简介】邓乙民（1977~），男，湖南邵阳人，工程师，从事建筑工程施工技术与工程管理研究。

坚硬破碎花岗岩地层大直径潜孔锤跟管钻孔灌注桩施工技术Construction Technology of Large Diameter DTH Hammer with Tube Drilling Bored Pile in Hard Broken Granite Stratum邓乙民1，魏凌浩2，周雨田3（1.湖南军信环保股份有限公司，长沙410213；2.中南大学地球科学与信息物理学院，长沙410083；3.中南大学土木工程学院，长沙410075）DENG Yi-min 1，WEI Ling-hao 2，ZHOU Yu-tian 3（1.Hunan Junxin Environmental Protection Co.Ltd.,Changsha 410213,China;2.School of Geosciences and Info-Physics,Central South University,Changsha 410083,China ；3.School of Civil Engineering,Central South University,Changsha 410075,China ）【摘要】长沙市生活垃圾深度综合处理(清洁焚烧)项目场地为山地削填方而成，场地填筑深厚花岗岩残积土，夹有大量坚硬孤石。

同时，为保证紧邻项目场地的黑坝水库不受泥浆污染，项目建构筑物桩基采用大直径潜孔锤碎岩、结合全护筒跟管钻进技术，达到了缩短工期、成桩优良、环境友好等效果。

论文介绍了项目采用的大直径潜孔锤全护筒跟管钻进技术的施工工艺、参数及设备选择等。

【Abstract 】Changsha municipal solid waste deep comprehensive treatment (clean incineration)project site is built by mountain filling.The siteis filled with deep granite residual soil,with a large number of hard boulders,and there is no mud pollution permitted in the adjacent Heiba reservoir.The project uses large diameter DTH hammer to break the rock,combined with full casing and pipe following drilling technology,and achieves the effect of shortening the construction period,excellent pile forming and friendly environment.This paper introduces the construction technology,parametersand equipment selection oflarge-diameter DTHhammer fullcasingdrilling.【关键词】大直径潜孔锤；全护筒跟管钻进技术；灌注桩；钻孔【Keywords 】largediameterDTHhammer;full casingdrillingwith pipe;cast-in-place pile;drill hole 【中图分类号】TU473.1【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2022）04-0162-03【DOI 】10.13616/ki.gcjsysj.2022.04.0481引言随着城市建设和社会发展，越来越多的工程项目在山地削填方而成的场地上进行，而较厚的填石层使得桩基础施工变得更加困难，新型钻孔技术如潜孔锤受到了关注[1，2]。

应用于复杂地层锚索孔施工的机具_潜孔锤跟管钻具和投球式反吹接头的使用

第11卷　第2期地质灾害与环境保护Vol.11,　No.2 2000年6月Journal o f Geolo gical Hazards and Envir onment P reser vatio n June2000文章编号:　1006-4362(2000)02-0185-03应用于复杂地层锚索孔施工的机具——潜孔锤跟管钻具和投球式反吹接头的使用汪彦枢(中国地质科学院探矿工艺研究所,成都　610081)摘要:　介绍用空气潜孔锤与同步跟下套管相结合的潜孔锤跟管钻进方法,以及在有残积岩屑的斜孔中应用提钻反吹接头清孔的方法。

这两种方法在地质灾害治理工程中的崩滑和松散层以及破碎带等软弱不均、垮塌严重的地段进行钻孔施工能够有效地避免卡钻、埋钻事故和提高锚索的下入成功率。

还介绍了使用注意事项和施工案例。

关键词:　潜孔钻;跟管钻进;锚固;地质灾害中图分类号:　P634.4+2 文献标识码:　A 地质灾害治理过程中,大量使用预应力锚索和抗滑桩、挡墙、格子梁等组合形成阻止岩土滑移、崩塌的支挡体系。

使用预应力锚索有简化支挡结构,重量轻,土石方和混凝土工作量少,对原岩土体系扰动小,总体造价低等优点受到设计人员的重视。

但是,在具体施工中,预应力锚索要穿过破碎带、崩滑体、松散层等软硬不均的且垮塌严重的地层,给施工锚索孔带来很大困难。

在一些地层中,经常发生卡钻、埋钻、锚索下不到位等问题,严重影响了锚索施工的进度,增加了施工成本。

为解决上述问题,我们设计了一些机具,针对不同的复杂地层使用不同的施工方法,取得了一些经验和成绩。

本文主要介绍潜孔锤跟管钻进的方法和裸孔钻进的反吹清孔方法。

1　潜孔锤跟管钻进潜孔锤跟管钻进技术是与空气潜孔锤相结合的扩底钻进同步跟下套管的一种技术,主要应用于非固结的松散地层和卵砾石层的钻进。

经过十多年的研究和使用过程,我们已开发出可用常规动力头钻机和立轴钻机,低风压空压机也可驱动的单偏心、双偏心和同心式的跟管钻具,现在广泛应用于铁路、公路、水电建设及地质灾害治理领域。

潜孔锤同心扩孔套跟管钻进施工工法(2)

潜孔锤同心扩孔套跟管钻进施工工法潜孔锤同心扩孔套跟管钻进施工工法一、前言：潜孔锤同心扩孔套跟管钻进施工工法是一种常用于复杂地质条件下的土建施工方法。

本文将介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及一些工程实例。

二、工法特点：潜孔锤同心扩孔套跟管钻进施工工法具有以下特点：先进的设备、高效的作业、适用于多种地质情况、能够保证施工质量和安全。

三、适应范围：该工法适用于复杂地质条件下的土建施工，如岩石、土层等地质条件不同的区域。

四、工艺原理：该工法采用先进的设备和技术，通过对施工工法与实际工程之间的联系进行分析和解释，确保施工的理论依据与实际应用相符。

五、施工工艺：该工法的施工过程分为多个阶段，包括测量、孔位布置、钻孔、套管、锚固、爆破等各个环节。

每个环节都需要遵循严格的操作步骤和安全要求，以确保施工的质量和安全。

六、劳动组织：在施工过程中，需要合理组织施工人员，确保施工进度与质量要求的同时，注意保证劳动者的安全和劳动保护。

七、机具设备：该工法需要使用潜孔锤、扩孔套、跟管钻机等机具设备。

这些机具设备具有高效、稳定的性能，能够满足工地需求。

八、质量控制：为了保证施工质量，需要采取一系列质量控制的方法和措施，如选择合适的机具设备、科学设计施工方案、合理选取工艺参数、进行严格的施工监造等。

九、安全措施：在施工过程中，安全是至关重要的。

需要注意施工过程中的危险因素，并采取相应的安全措施，如设置警示标志、设置安全防护网、进行安全教育培训等。

十、经济技术分析：通过对施工工法的施工周期、施工成本和使用寿命进行分析，可以对工法进行评估和比较，为实际工程提供参考和指导。

十一、工程实例：本文还将通过介绍一些工程实例，展示潜孔锤同心扩孔套跟管钻进施工工法在实际工程中的应用和效果。

综上，潜孔锤同心扩孔套跟管钻进施工工法是一种具有先进性、高效性、适用性的土建施工方法。

复杂破碎地层孔底驱动快速跟管钻进技术研究

钻探工程Drilling Engineering第50卷第5期2023年9月Vol. 50 No. 5Sep. 2023：140-145复杂破碎地层孔底驱动快速跟管钻进技术研究赵凯1，侯红*2，赵大伟1，丁荣飞1（1.河南能源焦煤公司赵固二矿，河南新乡 453634； 2.西安大星起节能科技有限公司，陕西西安 710076）摘要：跟管钻进技术因其可以保护孔壁，防止卡钻，防止漏失，提高套管作业效率等特点，被广泛应用于油气钻井领域，但由于煤矿井下地层条件的复杂性，以及井下空间和现有钻机设备限制，该技术在解决煤矿井下钻探复杂破碎地层下套管作业困难、作业效率低下等问题方面未有规模应用。

针对这些问题，本文以河南赵固二矿为例，在分析复杂破碎地层下套管困难原因的基础上，提出孔底驱动跟管钻进技术，开发出了孔底传扭机构，并在赵固二矿进行了工业性试验，研究结果表明，孔底驱动跟管钻进技术解决了常规下套管工艺套管不转动、不排渣、易被卡死的问题，解决了复杂破碎地层套管作业效率低下和易形成废孔的问题，在穿越复杂破碎地层中应用具有较大优势。

关键词：复杂破碎地层；孔底驱动；跟管钻进；下套管；传扭机构；煤矿井下钻探中图分类号：P634.5;TD74 文献标识码：A 文章编号：2096-9686（2023）05-0140-06Research on the technology of fast drilling with casing driven at the bot⁃tom borehole in complicated broken stratumZHAO Kai 1，HOU Hong *2，ZHAO Dawei 1，DING Rongfei 1(1. Jiaozuo Coal Company, Henan Energy Group ， Xinxiang Henan 453634, China ；2. Xi ’an Daxingqi Energy‑saving Technology Co., Ltd., Xi ’an Shaanxi 710076, China )Abstract ： The technology of drilling with casing is widely used in the field of oil and gas drilling as the feature of hole wall protection ， sticking and leakage prevention ， and efficiency enhancement of casing operation. However because of the complex condition of formations in coal mines and the limitations of underground space and existing drilling equipment ， this technology is not applicated on large‑scale to solve the prolem in coal mine i.e. casing operation difficulty ， low operating efficiency and so on. Focusing on these problems ，taking the Zhaogu Second Mine as an example ，based on the analysis of the reason for casing difficulties in complex broken strata ， this paper proposed the technology of drilling with casing driven at the bottom borehole ，developed the bottom transmitting torque mechanism and made industrial tests in Zhaogu Second Mine. The results showed that the problem of casing non‑rotation ， no slag discharge and being stuck under conventional casing process were solved by this technology ， moreover ， the problem of low casing efficiency and easy to form waste boreholes were also solved. This technology has greater advantages in the application of drilling across complex broken strata.Key words ： complex broken strata; driven at bottom borehole; drilling with casing; casing; transmitting torque mecha‑nism; drilling in the coal mine0　引言目前，在地质钻探和油气钻井领域跟管钻进技术得到了较快发展，以气动潜孔锤和基于旋转开合的偏心钻头组合为主，施工过程中偏心钻头在旋转收稿日期：2023-02-26；修回日期：2023-06-27 DOI ：10.12143/j.ztgc.2023.05.020第一作者：赵凯，男，汉族，1986年生，工程师，水文地质与工程地质专业，从事煤矿地测防治水工作，河南省新乡市辉县市赵固乡赵固二矿，******************。

复杂地层偏心跟管钻进技术及配套选择

复杂地层偏心跟管钻进技术及配套选择在众多的复杂地层钻进施工中, 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高效冲击破碎岩石的优势, 在高效碎岩钻进的同时, 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, 保证钻孔的直线度。

目前已在国内外广泛应用于坚硬、破碎、松散等复杂地层的工程钻孔施工中。

潜孔冲击跟管钻进按其结构型式主要分为二种类型: 偏心式跟管钻具及同心跟管钻具。

二种结构型式的跟管钻具具有不同的结构特点和使用性能, 其适用范围也有所区别。

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。

偏心跟管钻具的工作原理钻进时, 偏心跟管钻具通过套管内孔中进入套管靴位置, 当钻具正转时, 偏心钻头在孔底摩擦力的作用下顺着回转方向偏心张开, 在潜孔锤驱动下钻头钻出比套管外径大的钻孔, 同时偏心钻具的导正器台肩驱动套管靴, 使套管与钻孔同步跟进, 使之保护钻孔。

钻孔达到预定深度后, 使钻具反向旋转一定角度, 偏心钻头收拢, 然后从套管中提出。

原理图如下:偏心跟管钻具钻进时破碎岩石及驱动套管跟进的能量主要来源于潜孔冲击器输出的冲击功, 此外钻机回转带动偏心跟管钻头对孔底岩石形成辅助性切削及挤扩效应。

要获得良好的跟管钻进效果, 必需使钻机、空压机设备的输出性能以及潜孔冲击器性能与跟管钻具加以匹配, 并且根据地层情况制订出合适的钻进施工工艺。

钻进设备的配套根据冲击器的碎岩特点, 钻机设备应满足低速大扭矩的需要, 一般选择动力头式锚固钻机较好；空压机性能首先要满足潜孔冲击器所需的风压和风量的需要, 并且根据地层的漏失程度及含水情况, 在条件允许的情况下, 尽量选择能力较大的空压机；潜孔冲击器应具备优良的冲击功和冲击频率输出性能, 并且要与跟管钻具、套管材料的强度相匹配。

复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究的开题报告

复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究的开题报告一、研究背景在地质勘探与工程建设中，需要进行石油开采、水利工程、地铁建设等工作，然而复杂地层的钻探工作存在一定的困难。

在传统的工程钻探中，往往会遇到硬岩层、断裂带、孔洞、软弱黏土等复杂地层，导致传统地层钻探技术工作效率低、成本高、安全系数较低。

为了解决这些问题，提高地层钻探技术的成功率，开发复杂地层潜孔锤跟管钻进技术便成为了一种可选方案。

二、研究意义在研究中，开发复杂地层潜孔锤跟管钻进技术，不仅可以提高地层钻探的工作效率，也能够提高工程建设的成功率。

通过采用复杂地层潜孔锤跟管钻进技术，可以避免传统地层钻探中的瓶颈，最大限度地降低钻井成本，提高工程的经济效益。

同时，研究中所获得的技术数据和实际应用效果，也将为未来深层地质勘探和相关领域的科学发展提供重要的参考。

因此，开发复杂地层潜孔锤跟管钻进技术具有深远的意义和广泛的应用前景。

三、研究内容本研究主要针对复杂地层钻探中的难题，进行潜孔锤跟管钻进技术的系统研究。

1. 潜孔锤跟管钻进技术的工作原理和优势分析；2. 复杂地层的分类和特点分析；3. 潜孔锤跟管钻进技术应用于复杂地质工程的技术方法和工艺流程；4. 潜孔锤跟管钻进技术在实际工程中的应用效果分析与案例探讨。

四、研究方法本次研究将采用文献资料法、现场实验法等方法，对潜孔锤跟管钻进的原理、特点、技术方法和应用效果进行深入研究。

1.文献资料法：从相关领域的学术论文、专利、技术规范及各类工程实例中获取关于潜孔锤跟管钻进的理论和现实应用经验。

2.现场实验法：采取模拟岩层及地质环境进行一系列的潜孔锤跟管钻进实验，结合现场应用，评估该技术的工程应用效果。

五、研究前景通过本次研究，可为地层钻探技术提供可靠、高效的方案，为复杂地质工程的成功实施提供有效支撑。

此外，本研究的理论和实践成果也将为相关领域的科学研究和技术创新提供重要的参考和实践意义。

在不同地层中气动潜孔锤钻进技术探讨

在不同地层中气动潜孔锤钻进技术探讨目录一、前言 (2)二、气动潜孔锤的工作原理 (2)三、气动潜孔锤的分类 (3)3.1 有阀式潜孔锤 (3)3.2 无阀式潜孔锤 (3)四、潜孔锤钻进工艺方法 (4)4.1 潜孔锤正循环钻进 (4)4.2 潜孔锤反循环钻进 (4)五、气动潜孔锤的钻进方法 (5)5.1 土层中气动潜孔锤的钻进方法 (5)5.2 卵砾石层中气动潜孔锤钻进方法 (5)5.3 硬岩地层和基岩地层中气动潜孔锤钻进方法 (5)5.4 复杂地层中气动潜孔锤钻进 (6)5.4.2 同步跟管钻进法 (7)5.4.3 贯通式气动潜孔锤反循环钻进法 (7)5.4.4 泡沫钻进法 (7)六、结语 (8)一、前言气动潜孔锤钻进广泛应用在露天开采和采石工作水井钻进、矿物勘探、桩孔钻进、现场勘察、岩层加固、桩墙钻进、地层锚固、特殊的地下钻进、地热孔钻进、通讯孔钻进、浅孔钻进、排水管和接地杆的安装等。

这样会遇到各种不同的地层情况。

二、气动潜孔锤的工作原理在气动潜孔锤钻进过程中，高压空气驱动冲击器内的活塞作高频往复运动。

并将该运动所产生的动能源源不断的传递到钻头上，使钻头获得一定的冲击功。

钻头在该冲击功的作用下，连续的对孔底岩石施行冲击。

岩石在该冲击功的作用下，形成体积破碎。

同回转钻进相比，该工艺是以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石；以动载冲击代替了静载研磨，以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎。

在潜孔锤钻进的同时，一部分被体积破碎下来的岩屑被具有一定压力及速度的空气吹离孔底，并排出孔口、减少了岩石重复破碎的机会。

所以气动潜孔锤有较高的钻进效率。

气动潜孔锤的选择主要涉及其性能参数（冲击功、冲击频率、冲击能量以及压缩空气耗用量）、钻进规程（风量、风压、钻压、转速）和钻头。

实际上良好的冲击器应达到两个指标：及有较高的破碎岩石效率和较长的钻具寿命。

三、气动潜孔锤的分类气动潜孔锤按配气类别分为两大类：有阀式潜孔锤和无阀式潜孔锤。

潜孔锤钻进在复杂地层中应用分析解析

潜孔锤钻进在复杂地层中应用蒋荣庆殷琨辜华良摘要：在潜孔锤的结构形式、钻具匹配、钻头类型、钻凿工艺等方面研究的基础上，对潜孔锤套管隔离护孔法钻进；贯通式潜孔锤用于复杂地层钻进；大直径潜孔锤在孤石、漂石地层中钻进等实际应用方法和效果作了简明介绍。

关键词：贯通式潜孔锤同步跟管复杂地层DOWNHOLE HAMMER DRILLING IN COMPLEXFORMATIONJiang Rongqing,Yin Kun,Gu HualiangAbstract：On the basis of studying downhole drills' structure,bit type and drilling technology,such technology as casing drilling with downholedrills',hollow-through downhole drills in complex formation,large diameter downhole drill in isolated big pepple formation are presented in this paper. Key words：hollow-through downhole drill,casing drilling ,complex formation▲所谓复杂地层是指因受成因、构造运动及风化作用和地下水作用等影响，使地层岩石节理、片理、裂隙发育；软硬互层、破碎，胶结性、稳定性、强度等极差，或是遇水膨胀。

在这类地层中施工，一旦被钻孔钻穿后，其原来的相对稳定或平衡状态被破坏，使钻孔孔壁失去约束而产生不稳定。

常见现象是孔壁坍塌、掉块、漏失、涌水、缩径、超径等。

在上列地层中钻孔时孔壁不稳定产生护壁困难；地质岩心钻探时岩心被破碎、冲蚀、溶解，岩矿心采取又成为一个难题；在砂砾石层中含有孤石、漂石，风化层含有风化球、风化核，或岩石软硬不均，钻进时不仅效率低，而且很难按设计轨迹成孔，即防斜或提高钻速又成为一突出问题。

复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究

复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究复杂地层的钻进与取样问题一直是地矿勘探、工程勘察、岩土工程施工中的一个技术难题。

由于复杂地层结构松散、无规律包裹砂卵砾石、砾石大小不均、换层频繁、软硬悬殊、颗粒级配悬殊等，存在钻进、保护孔壁、取心这三大难题，常规的钻探技术难以满足施工要求。

复杂地层钻探技术先后经历了锤击跟管取芯钻进和金刚石取芯钻进两个重要阶段。

现有的砂卵石层SM胶金刚石钻进取样技术解决了一些稍复杂地层的钻进与取样问题，但至今，仍无法适应较复杂的地层，钻孔质量和钻进效率仍处于低水平状态。

论文主要从复杂地层钻探的适应性、钻进方式、钻进冲洗介质、钻进取心工具等方面开展研究工作，对于不同类型的复杂地层，提出了相适应的钻进与取样新技术、新方法。

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最大跟管深度l0、lmax的计算公式，包括下向垂直孔和水平孔时的最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系，提出了跟管钻进的钻压以每厘米钻头直径0.5～0.9kN为宜。

（2）国内外现有的空气潜孔锤跟管钻进技术主要应用于比较松散、均质、架空不严重及中等可钻性地层，均属全断面跟管钻进，效率虽高，但不能取芯。

本文将空气潜孔锤跟管钻进技术和岩芯钻探技术结合，利用前者钻进速度快和护壁效果好、后者具备采集岩芯能力的技术优势，开发了新型的钻进与取样技术方法——空气潜孔锤取芯跟管钻进技术。

该技术的主要特点有：①钻具结构采取同步、同心跟管钻进原理；采用中心钻头（唇面）超前套管钻头的阶梯钻进原理；采用双层管和三层管两种结构方法，可以满足的取芯要求；②钻具采用的外管和岩心管均为地质钻探以及石油钻井的标准管材系列，市场货源充足，互换性好；③空气潜孔锤取芯跟管钻进可以取得能够客观反映地层情况（层位、包裹情况等特性）岩心；④发挥潜孔锤钻进效率高的技术优势，采取取芯和跟管一次完成，钻进效率可以大幅度提高；此外，进行了取芯钻头和套管钻头的研制；研究制订了实用、操作性强的空气潜孔锤取芯跟管钻进技术规程。

钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨

钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨[摘要]本文主要分析了复杂地层的形成原因并提出了钻进过程中的相应对策。

【关键词】复杂地层；原因分析；综合治理复杂地层钻进一直是小口径岩心钻探生产中遇到的最大难题。

从复杂地层的护壁角度来讲，是指阻碍钻进的一切特殊岩性的地层，这些地层包括：松散地层、胶结不良地层、软硬互层、遇水膨胀性地层，溶蚀性地层或由地质构造运动造成的破碎、裂隙、断裂性地层。

钻进复杂性地层时，通常会遇到坍塌、掉块、卡钻、涌水及漏失等不良情况，如果处理不当，会造成钻进困难甚至各种孔内事故。

因此在钻进前应当及时了解钻遇地层情况，优选钻探工艺并设计钻孔结构，以保障钻探工作的顺利进行。

1.复杂地层的形成原因复杂地层的类型是多种多样的，其形成是地层本身和外力作用的结果，一般说来包括以下几个方面的因素。

1．1地层本身的矿物岩石组成造成的复杂地层钻孔形成后，冲洗液立即渗入到孔壁地层中，当该段地层由粘土、泥页岩等组成时，遇水后其强度降低，颗粒胶结性迅速下降。

后期在钻具以及冲洗液循环的作用下，容易破碎而发生掉块。

当泥质成份中蒙脱石含量较高时，会吸水膨胀，造成缩颈而导致卡钻事故的发生。

当钻遇盐膏层时，地层中的盐岩会发生溶蚀作用进入到冲洗液中，直接导致孔径扩大。

1．2风化作用下形成的复杂地层风化作用破坏了坚固岩石的全部或部份的颗粒之间的联结，使岩石变得疏松，具有较大的缝隙，易于坍塌掉块与漏失。

1．3流水冲击作用、沉积作用等形成的复杂地层流砂层、沉积的泥质地层，皆为流水沉积作用从而使岩石胶结不牢而造成极为严重的坍塌、缩经。

1．4地质构造引起的复杂地层地质构造引起的复杂地层。

在地质构造运动形成的压力、振力和扭力等作用下，造成所谓压性、张性、扭性、压扭性和张扭性各类断层，这些大都由断层泥、糜棱岩、断层角砾，压碎岩、碎块岩和片状岩等分别组成，此类断层的延伸和宽度可以达几米、十几米、数百米不等。

当钻进在破碎带时，由于钻具的频繁碰撞和冲洗液的冲刷，往往形成不同程度的坍塌和漏失。

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复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究
复杂地层的钻进与取样问题一直是地矿勘探、工程勘察、岩土工程施工中的一个
技术难题。

复杂地层钻探技术先后经历了锤击跟管取芯钻进和金刚石取芯钻进两个重要阶段。

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最大跟管深度lO、
lmax的计算公式，包括下向垂直孔和水平孔时的最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系，提出了跟管钻进的钻压
以每厘米钻头直径0.5〜0.9kN为宜。

（2）国内外现有的空气潜孔锤跟管钻进技术主要应用于比较松散、均质、架空不严重及中等可钻性地层，均属全断面跟管钻进，效率虽
高，但不能取芯
本文将空气潜孔锤跟管钻进技术和岩芯钻探技术结合，利用前者钻进速度快
和护壁效果好、后者具备采集岩芯能力的技术优势，开发了新型的钻进与取样技术方法——空气潜孔锤取芯跟管钻进技术。

该技术配套采用当前国内地质勘察单位常用的空压机、冲击器、钻杆等，具有通用性和适应性。

该技术适合于50m以内浅部复杂地层，特别是U类复杂地层钻探取芯。

（3）在原有的GJ型扩孔张敛式跟管钻具的基础上，研究开发了冲击式金刚石取芯跟管钻进技术。

该技术特点为：①组合张敛式扩孔钻头对称分布并呈锥形；②钻具承压和承扭能力足以满足常规钻进要求；③两级钻头的同轴度好，导向和扶正相辅相成，不会造成钻孔弯曲；④泄漏通道的设置在满足扩孔钻头冷却和冲刷要求的同时，不会造成孔底钻头缺少必要的冷却液体；⑤在悬挂腔设计了调节圈，通过加减调节圈确保悬挂机构承受钻具重力，消除了收敛爪异常受力情况；⑥设计了排沙系统，避免颗粒物质滞留钻具内部，确保钻具张敛性能的可靠性。

冲击式金刚石取芯跟管钻进方法适合在复杂地层钻探。

该方法可减少孔内事故，降低材料消耗，提高钻进效率和钻探工程质量；简化钻孔结构；可为处理孔内事故提供条件。

（4）国内外现有的气动潜孔锤跟管钻进技术存在四个方面的问题：第一，钻具的规格、系列不完善；第二，钻具设计不完善；第三，钻具的制造技术如材料选择、热处理工艺不能满足要求；第四，设备配套、施工操作规程亟待提高。

小湾电站锚固和支护工程地形陡峻、地层情况较为复杂。

锚固施工成孔困难的地层主要有崩塌堆积体和受构造、风化卸荷作用影响而破碎的基岩。

针对小湾水电站的这一地层特点和原有技术存在的问题，设计开发出了二种类型的气动潜孔锤偏心跟管钻具。

这两种偏心跟管钻具的特点有：①依靠中心钻头和偏心扩孔钻头实现二级破岩、设计合理的排渣系统使排渣顺畅以及与具有足够冲击功的冲击器相适配等；②具有中心钻头起导向作用的偏心跟管钻具结构对于地层复杂的小湾电站更有利于孔斜的预防，从而更大限度地满足工程设计的要求；③钻具在结构上设计用键来传递扭矩，加之选用了高强度的材料，采用了特殊的热处理工艺，合理的固齿工艺，确保了钻具寿命；④联接销系统为相互自锁的结构，保证了中心钻头与导正器之间连接具有良好的可靠性，解除了掉钻之忧。

同时，针对工程特点提出了钻机、空压机、潜孔锤合理选择原则和配套型号；对钻机进行了合理的改进；编制出了具有施工指导意义的潜孔锤跟管钻进工艺规范。

（5）套管的起拔速度直接影响着锚索的施工效率。

针对工程实际，研制了起拔力为650KN的系列液压拔套管设备，其主要技术特点有：①系列液压拔管机结构简单，体积小、重量轻，装拆、操作方便；②操作台与液压泵站分开设置，适合于搬运、迁移困难的边坡工程使用；③充分考虑了在陡坡上套管起拔的实际问题，底座和油缸采用铰接；
④一台设备可起拔多种规格的套管，形成系列
（6）潜孔锤跟管钻进技术在二郎山龙胆溪滑坡整治堆积体工程、黄金坪电站坝基覆
盖层钻进成孔与灌浆试验工程、雅砻江官地水电站左岸边坡锚索工程等近十个工程的复杂地层钻进成孔和取样中应用了研制的偏心跟管钻具、液压拔管机和工艺操作规程，取得了好的钻进成孔效率和取样质量。

在一定程度上解决了深厚覆盖层、卵石层、堆积体成孔与取样技术难题，有创新性。