钻进技术参数选择

反循环钻进~

反循环钻进是与正循环钻进相对而言的。反循环钻进的冲洗液自泥浆池经钻杆与孔壁间隙,或者从双壁钻杆的内外管之间到达井底,挟带岩屑后经钻杆中空返回井上泥浆池,经沉淀后重新流入井内。其基本原理如图4-24所示。
反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式可分为泵吸反循环、射流反循环和气举反循环。
(一)泵吸反循环
泵吸反循环是利用泵的抽吸力量,对冲洗液进行反循环的管路布置方法。泵的进水口与钻杆上水龙头相连,排水口与供水池相通。即由钻头、钻杆、水龙头、胶管及砂石泵组成了抽吸系统;由砂石泵、出水胶管、供水池等组成了排渣系统。如图4-25所示。

图4-24 射流反循环钻进基本原理示意图

1—动力头;2—护孔口管;3—钻杆;4—喷嘴;5—高压水管;6—离心泵;7—进水莲蓬头;8—排渣管;9—泥浆槽;10—沉渣池;11—钻头

图4-25 泵吸反循环示意图

1—真空包;2—真空泵;3—冷却水容器;4—水龙头;5—转盘;6—砂石泵;7—单向阀;8—排出口;9—钻头
砂石泵在启动前必须灌注引水。这是因为在泵吸反循环钻进以前,处于供水池水位以上的钻杆内没有冲洗液,所以在管路中安装有真空泵。它是利用真空泵的吸力在水位以上的管路内产生负压,使钻杆内水位升高,最后使冲洗液充满整个砂石泵的吸水管路。这时再启动砂石泵,即能造成连续的反循环作用。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进水管路中灌注引水。
砂石泵的流量根据井内钻杆内径而定,一般为120～240m3/h,最大达500m3/h,其有效吸水压力约0.6～0.7MPa/m3。
由于泵吸反循环钻进是利用砂石泵的抽吸作用作为动力,用以克服冲洗液上升时的阻力,保持冲洗液循环的,因此钻进深度不可超过70m。主要适用于大直径、深度较浅的水井及各种工程钻探。
(二)气举反循环
气举反循环又称压气反循环。其基本原理是利用空压机将压缩空气通过双壁钻杆送至井下的气液混合室,使钻杆内的水、气混合,形成密度小于管外液体的气水混合液,这样在钻杆内外形成压力差。在此压力差的作用下,钻杆内气水混合液挟带岩屑后,被排出钻孔而流入沉淀池后又以自流的方式流向孔内环状间隙,完成了气举反循环过程。如图4-26所示。

图4-26 气举反循环钻进示意图

1—压风机;2—压气盒;3—转盘;4—双壁钻杆;5—混合室;6—钻头
气举反循环钻进的供气系统包括:
1.主动钻杆
一般是在厚壁管外纵焊四条角钢,构成方钻杆。压缩空气经角钢与厚壁管间隙送入孔内混合器。
2.压气盒
作用是将空压机输气管路与主动钻杆的气道连通,保证向孔内混合器送气。我国多采用气龙头。
3.钻杆
上部采用双壁钻杆,下部采用单壁钻杆。压缩空气自上部气龙头经主动钻杆、上部双壁钻杆之间间隙送入混合器内,再由混合器进入钻杆内中空,并形成挟带岩屑的气水混合液上升至地层。双壁钻杆结构如图4-27所示。

图4-27 双壁钻杆结构图

1—支撑块;2—公接头;3—内管外接头;4—支撑块;5—外管;6—内管;7—母接头;8—支撑块;9—内接头;10—密封圈
4.混合器
混合器是将空气输入内管,使压缩空气很快与水混合。而停止供气时,能自动密封,防止岩屑堵塞混合器。其结构如图4-28所示。

图4-28 气举反循环钻进混合器结构图

1—下接头;2—弹簧;3—气孔;4—钢球;5—支撑块;6—上接头;7—内管;8—支撑块;9—密封圈
混合器安装在孔内的深度用沉没比(或沉没系统)确定。它等于混合器下入水中的深度H与自混合器算起的扬程高度h之比,用m表示。一般要求m＞0.3。当m＜0.3时,排液效率很低,甚至液体排不出孔口。
(三)反循环钻进工艺
1.反循环钻进方法的选用
泵吸反循环设备简单,动力的利用效率高,所以在孔深小于70m时,可采用泵吸反循环钻进;当孔深超过70m后,可采用气举反循环钻进。
2.反循环钻进用钻头
反循环钻进采用的钻头应根据地层选用硬质合金钻头、翼状钻头、牙轮钻头、取心钻头等。但要求钻头中心有较大的通孔,以便岩心、岩块、岩屑从钻杆内排至地面。同时要求钻头在回转过程中使井底形成一个中心凹下的圆锥体,便于抽吸孔底岩屑。
翼状钻头适用于黏土或粉砂类岩石中钻进,如图4-29a所示。
牙轮组合钻头可根据地层的软硬程度,确定牙轮的齿形、数量和组装形式。图4-29b所示为由四个单牙轮掌组装在一个钻头体上,适用于砂、砾卵石层钻进的牙轮组合钻头。
取心钻头是将滚轮焊接在大直径的岩心管上制成的适用于基岩钻进的反循环钻进取心钻头。如图4-29c所示。

图4-29 反循环钻进钻头(单位:mm)

(四)反循环钻进技术参数
1.钻压
反循环钻进采用钻铤和配重加压,在钻铤上部要加扶正器。在第四纪松散层钻进时,若采用组合牙轮钻头,可按钻头直径单位长度上的压力0.6～1.2kN/cm选取;采用翼状钻头时,压力控制在3～6MPa为宜。钻进基岩和卵砾石层时,钻压可适当加大。
2.转速
钻头外径的线速度控制在0.5m/s以内为好,过大的转速会引起钻杆对井壁的碰撞。
3.风量
气举反循环钻进时,风量的选择除考虑钻杆内液流上返速度外,还要求双壁钻杆间的风速不大于20～30m/s。风压的大小则取决于双壁钻杆下入深度。经验证明双壁钻杆每增加10m,压力增加0.1MPa。

随着家电市场销售量增大，塑料制品增长速度加快，塑料模具制造业蓬勃发展，钻床为了满足模具上的水孔、射销孔等孔系的深孔加工。由过去的单一坐标轴的深孔钻床加工发展到需要加工坐标孔系的多孔加工而开发的三坐标数控深孔钻床近些年来发展很快。为了满足模具制造业发展的需要，又开发了除了钻削深孔以外，还可以进行铣削、攻丝等多功能的ZXK2103深孔钻铣中心和三坐标数控ZK2103A、ZKA2102型深孔钻床。不仅有三坐标(三轴数控轴)深孔钻床，而且数控轴已发展到四轴、五轴，有的已到六轴的全自动六轴数控枪钻加工中心或数控铣钻中心，它们都有自动换刀装置。前几年存储刀具的刀库只有12把或24把，而且自动换刀装置不包括细长的枪钻，不但刀具库存储数量增加，而且枪钻也自动更换之列，这是一个很大的发展。德国IXI0N公司的TLF1004型四轴数控（X、Y、Z、B）深孔钻床刀具刀库存储24把，TBT公司的T30/320－1050KT，FTS深孔钻削中心，滚筒式刀具库24把（其中8种不同直径、每种三件），它们的枪钻都不包括在自动换刀之列。现在的英国MOLLART公司的FMC系列全自动六轴数控枪钻加工中心、钻孔直径范围：φ5～φ50mm最大钻孔深度1350mm，除了钻削以外还有铣削、攻丝功能。当刚性攻丝M30满足不了时，还可以用标准铣刀及螺旋铣削方式通过数控插补功能来加工大螺纹，它的自动换刀装置具有90把刀，其中包括长度达到1500mm枪钻的自动更换，其独到之处是对这长钻头的特殊辅助支承，在加工过程能自动就位和撤回，该机床还有用户化编程软件GE.FANUC数控系统。可编程参数：主轴进给速度、钻孔深度、及对加工工程中进行监控。为了扩大机床加工规格范围，有的深孔钻床既具有枪钻法钻削深孔、铣削平面、刚性攻丝的功能，又具有内排屑钻削（BTA法）钻孔的功能，以便钻削大孔及加大机床柔性。德国IX10N公司的1A5TL－1600－5重型深孔钻铣复合加工中心，五轴数控其主要技术参数：钻孔直径范围：φ3～φ36（65）mm，其中大于φ35mm的孔径可用BTA法进行钻削。一次钻削深度1600mm，最大钻削深度2100mm，铣削能力250（400）cm3/min，主轴转速300（75）～6000r/min，五轴数控：W、X、Y、Z、B、A（-25°～+15°），按“A”其中W－钻铣单元水平移动；X－工作台横向移动；Y－钻铣单元垂直移动；Z－立柱纵向移动；B－工作台旋转；A－钻铣单元摆动。MD30-KW深孔钻铣床，其主要技术参数：钻孔范围：φ4～φ25mm，最大钻削深度1000mm，铣削能力350cm3/min，麻花钻钻孔最大φ30mm，攻丝M24X3,数控轴数：X、Y、Z、W、B、A还有C轴，此机床具有很大的柔性，除了加工垂直于平面上的和斜面上钻削深孔以外，还可以利用“C”轴对曲轴上任何位置上的油孔进行钻削。除深孔钻床有很大发展以外，深孔钻枪本身也有很大变化。过去枪钻规格一般为φ2～φ30mm左右，已发展到φ0.9～φ40mm甚至到50mm.。枪钻规格已标准化到φ0.9～φ50mm，特别是其中大于φ18mm的钻头可用机夹刀头，它是一种不重磨钻头，刀刃磨损后转位、刀片磨损后更换刀片或导向垫，不会伤害或废弃刀杆、刀柄等。

钻进技术参数的选择及其组合受钻遇岩石的物理力学性质、钻头类型及结构参数、钻孔直径、孔身结构和深度、钻探设备的性能、冲洗液类型、工人技术水平等较多因素制约。该勘查阶段主要采用金刚石钻探，普遍使用的钻头为孕镶金刚石钻头。

（1）钻压的选择

钻压的最优值取决于岩石的抗压入硬度。目前普遍使用的为孕镶金刚石钻头，其压力P计算公式如下：

P=F·p （6.1）

式中：F为钻头环状克取面积，cm²；p为单位压力经验值，取0.4kN/cm²～0.8kN/cm²。

（2）转速的选择

转速n按下式计算确定：

n＝4·V_线/（π·D²） （6.2）

式中：V_线为钻头底唇面线速度，一般取1.5m/s～3.0m/s；D为钻孔外径，m。

（3）泵量的选择

泵量Q_泵按下式计算确定：

Q_泵＝V_上·S_环空 （6.3）

式中：V_上为冲洗液上返流速，普通金刚石钻进取0.3m/s～0.7m/s，绳索取心钻进取0.5m/s～1.5m/s；S_环空为环状间隙，m²。

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石阡县15054586794： 用直径不同的钻头钻孔时应如何选择转速和供给量? - ？
紫甘近视： 钻进规程建议参数(进尺量):(仅供参考) 参数 规格 钻压 (kg) 转速 (rpm) 泵量 (l/min) φ48 300-700 300-350 120-160 φ55 320-800 250-350 130-180 φ75 480-1200 200-300 150-200 φ94 640-1600 150-250 200-250 φ113 880-2200 120-200 200-300 φ153 1500-3000 100-200 500-850

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