冲击钻孔如何控制扩孔率（岩石扩孔器的优缺点及扩孔钻进的注意事项）

1、岩石穿越导向钻进

岩石穿越工程导向钻进主要有简易施工法、DITCH WITCH 双壁钻杆钻进法、气动或液动潜孔锤冲击回转导向钻进法、泥浆马达导向钻进法。 其中泥浆马达驱动导向钻进法是目前国内外最通用的岩石导向钻进方法。适用于25t以上各型非开挖钻机，尤其是大型非开挖钻机。 　泥浆马达也称螺杆钻具，一般与牙轮导向钻头或PDC钻头和有线或无线探棒装置配合使用。正常钻进时，钻杆与马达一起旋转直线钻进；当需要导向时，马达弯点母线与探棒12点方向调整一致，钻杆及马达外壳不旋转，只提供反扭矩和给进力，马达转子在泥浆泵的液力驱动下带动钻头旋转，从而实现导向钻进。水平定向钻用的马达弯角一般在1.5-3度之间，根据管线设计轨迹曲率不同选择不同的弯角. 　马达驱动导向钻进连接形式：无线：钻杆—仪器仓—马达—牙轮钻头有线：钻杆—无磁钻铤—仪器仓—无磁钻铤—马达—牙轮钻头

2、岩石穿越扩孔钻进 导向孔完成后，根据管径大小进行扩孔。 目前的岩石扩孔器大致分为两种类型： 一是固定牙轮式扩孔器，应用石油用牙轮钻头牙轮掌为切削具，通过焊接的方式与扩孔器中心轴和底盘相连。 二是可更换滚刀扩孔器，亦可更换滚刀为切削具。滚刀以安装方式不同分为刀架安装式和悬挂式安装。 2.1 牙轮式扩孔器的优缺点 优点： （1）加工周期短。 （2）适用于各种直径岩石扩孔器（更适用于中小直径），适用于各种地层（口径220-1600mm）。 （3）根据钻机特点及不同地层情况，选择最合适的齿型及轴承结构。 （4）掌背倾斜，冷镶防磨合金，减轻磨。 （5）独有的牙轮防脱技术，防止牙轮轴承损坏后牙轮落在孔内造成孔内事故。 （6）水力破岩，排渣顺畅，减少岩渣堆积。 （7）焊接工艺保证，防止焊接过热伤害牙轮轴承。牙轮掌片焊接角度掌握好，增长轴承使用寿命。 （8）钻头本体导向螺旋带设计，导正及导渣效果好，减少钻头重复破碎。

缺点： （1）由于牙轮的结构特点，掌背磨损无法彻底解决，在钻进砂岩砾岩时现象尤其明显。 （2）牙轮密封集中在牙掌与牙轮结合部。牙掌背部尤其是与牙轮结合部磨损后，轴承就要失效了。常导致牙轮的过早损坏。 （3）更换牙轮比较困难，要先切下旧轮子，修磨好后再焊上新轮子。时间较长。 （4）扩孔器本体修几次后就要报废了。 （5）牙轮轴承损坏后，牙轮容易掉入孔内，形成孔内事故。需要时可加装防掉轮装置。

2.2 中小型钻机用刀架式可更换滚刀岩石扩孔器 这种双支点刀架支撑结构可更换滚刀岩石扩孔器，适合中小钻机使用，具有以下特点： （1）解决了牙轮式结构扩孔器掌背磨损问题。 （2）成本与橡胶密封牙轮式扩孔器相差无几，降低了使用成本。 （3）彻底解决了掉轮问题。

（4）金属密封，寿命长。

（5）换轮方便。

（6）安全可靠。

2.3 大型钻机用可更换滚刀式扩孔器

2.3.1 可更换滚刀式岩石扩孔器的特点： （1）该系列钻具适用于大钻机重载荷的大直径穿越工程，适用于各种岩石地层。 （2）扩孔器采用大直径金属密封滚刀作为切削具。本体可多次使用，只需换轮即可。滚刀轮分为A，B，C三种，可以调整达到不同扩孔直径，为多个工程使用同一套钻具本体提供了方便。 （3）滚刀轮损坏后换轮容易，一般可在半小时内换轮完毕，方便快捷。 （4）长期综合成本优势明显。 （5）回扩滚刀全部采用金属密封，同时，滚刀直径大（ABC轮大端直径均在346，360，372），回转过程中，滚刀线速度低，尤其适合于大管径施工。与钻头最大线速比为4.5倍（相对66”回扩孔径），即钻头转一圈，滚刀转4.5圈，保证滚刀轴承在低速范围内，所以滚刀寿命长，正常情况下在100小时以上，除非岩石特别硬或异常情况，扩孔时间长需要换轮，基本上不需更换滚刀，实现一次性回扩。 （6）不存在掌背磨损问题。 （7）滚刀全部采用￠19大合金，进尺快，可根据不同地层选用不同齿型。硬岩采用钝齿齿型 ，软岩采用锥齿齿型。 （8）优秀的水力学设计，充分考虑流道排渣通畅，同时实现水力破岩。 （9）钻头本体材质采用优质合金钢精锻，可焊性好，方便现场修补。 （10）38寸以上钻头本体导向采用螺旋带设计，导正及导渣效果好，减少钻头重复破碎，同时起到保护本体滚刀刀座的作用。

（11）充分考虑减重问题.最大一级66"扩孔器重量控制在3.5T以内，对于减小钻进扭矩，降低轨迹变线倾向有着决定性的影响。2.3.2 可更换滚刀式岩石扩孔器的缺点： （1）加工周期长，一般在30-50天。 （2）不适用小钻机，适合的扩孔直径在600以上。 （3）单只钻具成本较高，只有在长孔距，大孔径，长期使用情况才有较大综合成本优势。 导向孔152或165—300-400—500—600—700—800—900 大钻机常用扩孔器级差： 导向孔216或241- 扩孔457（18"）—610（24"）—762（30"）—914（36"）—1067（42"）—1219（48"）—1372（54"）—1524（60"）—1676（66"） 扩孔器直径根据管径的1.3-1.5倍选配，一般长管线取大值，短管线取小值.复杂地层取大值，稳定地层取小值.小管径和大管径取大值，中等管径取小值. 2.4 钻进参数

2.4.1 钻压 理论上钻进压力视地层岩石硬度、钻孔直径、钻进速度、钻机、钻具能力及钻头结构强度等因素而定。地层越硬，直径越大，所需钻压也越大。钻压越大，钻进速度也越快。但是如果钻压太大，滚刀压入岩石太深，会导致钻头蹩钻，不能回转，对钻机钻具及钻头造成损坏，引起孔下事故。同时切削具轴承寿命与钻压大小有直接关系。所以应限定钻进压力。 具体操作时以钻杆承受正常扭矩值的1/2--3/4匹配钻压，以不超过扩孔器厂家推荐值为限。

2.4.2 转速 　 钻机转速随钻头直径变化而变化，一般要求钻头最外边争削具回转线速度不大于3m/s。正常情况下控制钻杆转速在40RPM以内。 2.4.3 泥浆排量 　 泥浆的作用在于携带岩屑，冷却钻头。理论上泥浆排量越大越好。在砂岩地层为了减少钻头磨损，应尽可能加大泵量

2.5 扩孔钻进注意事项 （1）岩石钻进不同于土层钻进，一般造价较高，成本也较高。所以必须以扩孔安全及工程的可靠性为最高原则，不能冒险冒进。 （2）钻头在孔内运动过程中应始终保持正转状态，避免钻头空甩，防止钻杆及扩孔切削刀具脱落。 （3）钻头在开始工作时应轻压慢转半小时以上，使钻头切削具与孔底岩石充分接触后再缓慢加压至正常压力钻进，以避免钻头跑偏造成轨迹变线。 （4）钻进过程中应严格按照钻进规程钻进。如扩孔拉力过大或转速过高，产生阻滞现象，应及时停钻，调整钻压和转速，直至钻进正常。 （5）遇卵砾石地层及破碎地层时，应控制进尺，使得钻屑尺量小，方便泥浆携带，减少孔内大颗粒岩屑堆积，为下一级扩孔或拖管创造便利条件。 （6）如果扩孔器寿命已到，或孔内异常需要回退时，应及时退出，而且应注意钻头回退过程中，钻杆始终保持正转状态，回退不得过快，回退推力不得过大，防止发生断钻杆事故。 （7）为了扩孔正常，理论上在每一级扩孔前应至少洗孔一次，以使孔内清洁，减少钻具磨损及钻进时的阻卡。这一点尤其在大级别扩孔时非常重要。 （8）切记：严禁用岩石扩孔器托管，必须用桶式扩孔器带管。因为岩石扩孔器与孔壁产生新的切削作用，牙轮或滚刀交替接触孔底产生较大震动，对尾端丝扣产生较大扰动，容易伤扣或脱扣。

3、泥浆回收系统

集成式泥浆净化装置，集成了第一级振动筛处理和第二级除砂器或者除泥器处理，常用30立方/小时 、50立方/小时、100立方/小时、200立方/ 小时 等。通过系统的优化组合，可获得更大的处理量。

产品优越性：

1.该产品可回收泥浆80-90%。

2.可节约膨润土40-50%。

3.处理后的泥浆粒度小于60微米，除泥器处理后的泥浆小于30微米。

4.该产品尤其对缺水地区有更加可观的效益。

5.解决了施工现场泥浆排放难题，不会再对周边生态环境带来不利影响。

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