反循環(huán)鉆進介紹

正循環(huán)時，沖洗介質(zhì)在孔底的流動方向與巖心進入巖心管的方向相反，易沖毀并帶走一部分破碎的巖心。反循環(huán)則與之相反，能起到保護巖心，提高巖心采取率的作用。在鉆大直徑鉆孔時，鉆桿外壁與孔壁之間的環(huán)狀空間斷面很大，采用正循環(huán)，沖洗介質(zhì)上返速度很低，很難將巖屑排除干凈;而反循環(huán)時，沖洗介質(zhì)由鉆桿內(nèi)返回，流速較高，攜帶巖屑的能力也較強，甚至可將直徑為100mm左右的卵石帶出鉆孔。此外，與正循環(huán)比較，反循環(huán)還具有四個優(yōu)點，①孔底干凈，避免巖屑二次破碎，可提高鉆效;②驅(qū)動沖洗介質(zhì)循環(huán)所需的泵壓較小;③孔壁容易維護，特別是使用雙壁管反循環(huán)鉆進，可減少沖洗介質(zhì)漏失;④鉆進松軟巖(土)層能大幅度降低鉆探成本。

地質(zhì)鉆探中常用一種孔底局部反循環(huán)鉆進。實質(zhì)上它是正循環(huán)與反循環(huán)的結(jié)合，即使用專門的鉆具，在粗徑鉆具以上進行正循環(huán)，只在粗徑鉆具部位采用反循環(huán)。這種方法可以收到反循環(huán)提高巖心采取率的效果，而使用的設備又比全孔反循環(huán)簡單。在生產(chǎn)中被廣泛用于松散、破碎巖 (土) 層的鉆進。

目前生產(chǎn)中應用的反循環(huán)鉆進方法很多，有：泵吸反循環(huán)、射流反循環(huán)、氣舉反循環(huán)、中心采樣反循環(huán)和水力輸送巖心反循環(huán)等。

泵吸反循環(huán)將砂石泵的進水口通過軟管與鉆桿上端的水龍頭相連，砂石泵工作時，在其進水口形成負壓，而孔口鉆桿外面的沖洗介質(zhì)則處在大氣壓的作用下，產(chǎn)生的壓力差使沖洗介質(zhì)反循環(huán)流動。由泵排出的沖洗介質(zhì)經(jīng)除砂和沉淀后以自流方式補入孔內(nèi)。試驗表明，在孔深小于45m時，用泵吸反循環(huán)鉆進效率較高。隨著孔深的增大，泵的排量逐漸減小，鉆進效率也隨之下降。在孔深超過70m后，雖然也能工作，但效率很低。因此，這種方法適用于鉆進直徑很大而深度較小的水井或各種工程基樁鉆孔。

射流反循環(huán)又稱噴射反循環(huán)，與泵吸反循環(huán)不同之處是，它利用高能流體經(jīng)過安裝在循環(huán)管路中的帶噴嘴和擴散器的射流泵(或噴射元件)所造成的負壓來使沖洗介質(zhì)反循環(huán)流動。射流泵所需的高能流體由高揚程離心泵或往復泵供給。這種反循環(huán)也適用于鉆進淺孔。但在巖心鉆探中，常用一種噴射式反循環(huán)鉆具(簡稱噴反鉆具)進行孔底局部反循環(huán)鉆進。此時，噴射元件裝在巖心管上端，可在較深鉆孔中使用。

氣舉反循環(huán)又稱壓氣反循環(huán)，所用鉆具分上、下兩部分，上部為雙壁鉆桿，下部為單壁鉆桿 (又稱尾管)，其間用氣—水混合器(氣舉接頭)相連。壓縮空氣不斷地通過雙壁鉆桿內(nèi)、外管之間的環(huán)狀通道送至氣-水混合器，使空氣與鉆桿內(nèi)的沖洗液混合，形成相對密度較小的混氣液柱，與鉆桿外面的液柱之間產(chǎn)生壓力差，在此壓力差的作用下形成反循環(huán)，使內(nèi)鉆桿中的混氣液體攜帶巖屑排出孔外?；鞖庖褐械臍馀菰谏仙^程中由于外界壓力逐漸減小而不斷膨脹，使混氣液上升的速度越來越快 (壓縮空氣的膨脹功轉(zhuǎn)化為液體的動能)。這種方法在開孔階段不能使用，必須待氣-水混合器下入一定深度(一般孔深超過25m)，整個管路內(nèi)、外液柱產(chǎn)生足夠的壓力差，才能形成反循環(huán)。只要空氣壓縮機的壓力足夠，這種方法的適用孔深不限。

反循環(huán)連續(xù)取心鉆進國外稱CSR法 (Center-Sample Recovery)。該方法用壓縮空氣或空氣泡沫流體作為循環(huán)介質(zhì)，通過雙壁鉆桿內(nèi)、外管之間的環(huán)狀間隙，將沖洗介質(zhì)送入孔底，再由內(nèi)管返回地面。所用鉆具的連接方式是，氣-水龍頭—雙壁鉆桿—專用接頭—牙輪鉆頭或潛孔錘。其中，氣-水龍頭有兩個通道，一為進氣通道，一為排出通道。專用接頭有導流接頭和交叉通道接頭兩種，導流接頭的作用是，將在內(nèi)、外管間環(huán)狀間隙中循環(huán)的沖洗介質(zhì)，導向鉆頭與孔壁間的環(huán)狀間隙，經(jīng)孔底后沿牙輪鉆頭中心孔上返進入中心通道。交叉通道接頭可使循環(huán)的沖洗介質(zhì)先在孔底進行局部正循環(huán)沖洗孔底后再變?yōu)榉囱h(huán)排除巖屑，牙輪鉆頭和潛孔錘都可采用。這種方法，可以實現(xiàn)邊鉆進，邊沖洗鉆孔，邊采樣的“三邊一體化”連續(xù)鉆探，改變了傳統(tǒng)的鉆進和采樣截然分開的生產(chǎn)流程，在中硬以上巖層中鉆進，可使鉆探效率大幅度提高，成本顯著下降。

水力輸送巖心反循環(huán)這種方法與CSR法相似，不同之處在于，①循環(huán)沖洗介質(zhì)為清水或泥漿;②采取的樣品不只是巖屑，還可以是巖心(在完整巖層);③除使用雙壁鉆桿外，在比較穩(wěn)定的不漏水巖層中，還可采用單壁鉆桿，使鉆具結(jié)構(gòu)簡化(此時需配備孔口密封裝置); ④主要用于鉆進中硬以下的巖層。

(l)鉆進效率高；

(2)取樣及時且采取率高，有利于準 確判斷地層；

(3)在含水層中鉆進時，可避免泥漿對孔 壁的堵塞，能保持地層原有的自然滲透率，反循環(huán)鉆進 可使用硬質(zhì)合金、金剛石、牙輪和刮刀鉆頭等各種不同 碎巖工具，可用于回轉(zhuǎn)鉆進、沖擊鉆進和沖擊回轉(zhuǎn)鉆進 等各種碎巖方法的循環(huán)沖洗鉆進，其沖洗介質(zhì)可以是 清水、泥漿或空氣?？摄@進垂直孔、傾斜孔或水平孔，可鉆進各類地層。2100433B

泵吸反循環(huán)鉆進，利用砂石泵(離心泵)在鉆桿內(nèi)腔造成負壓產(chǎn)生的抽吸作用,使鉆桿內(nèi)腔液體J二升的反循環(huán)鉆進技術(shù)。

學科：鉆探工程

詞目：泵吸反循環(huán)鉆進

英文：pump-suction reverse circulation drilling

釋文：利用砂石泵(離心泵)在鉆桿內(nèi)腔造成負壓產(chǎn)生的抽吸作用,使鉆桿內(nèi)腔液體J二升的反循環(huán)鉆進技術(shù)稱泵吸反循環(huán)鉆進。其驅(qū)動液體的壓力一般小于一個大氣壓(0 1兆帕),因此它在淺孔時效率高?？咨畲笥?0米時抽吸效率迅速降低。灌柱樁一般鉆孔較淺,地層多屬第四紀松散土、砂層、砂礫石層。用泵吸反循環(huán)鉆進,鉆頭壓人并回轉(zhuǎn),地層一經(jīng)攪動,鉆渣就很快被循環(huán)介質(zhì)攜帶出孔外,因此鉆進效率很高,成孔質(zhì)量好,鉆頭壽命長,功率消耗低,成本亦低。在基巖地層,同樣易于排渣,效率也高。中國用泵吸反循環(huán)鉆進施工灌注樁的成孔直徑可達0 6～2 5米,也創(chuàng)造過直徑為6米的記錄。 2100433B