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牙輪鑽頭鑽進技術的應用

在鑽井機的鑽杆和鑽鋌軸心壓力的驅動下,牙輪鑽頭在井底以鑽頭公轉及牙輪本身的自轉而產生的上下往複運動(縱向振動)、靜壓和剪切作用,來破碎井底岩石。縱向振動是牙輪在滾動過程中,雙齒、單齒交替著岩,從而形成整個鑽頭的縱向振動,構成了輪齒對岩的動壓入作用。

牙輪鑽頭采用牙輪超頂、複錐和移軸的結構,使得在井底滾動的同時產生輪齒對岩石的滑動來實現剪切作用,以提高破碎效果。破碎的坑穴擴大,加上水力作用,衝蝕並擴大了破碎體積,這就形成牙輪鑽頭對岩石的壓入、衝擊和剪切的綜合破碎機製。

水井鑽機常用的牙輪鑽頭圖片

牙輪鑽頭鑽進技術參數

1.鑽壓

鑽壓的大小應根據地層的軟硬程度確定,而且應考慮到鑽頭質量、鑽具質量、洗井液排量、井身質量要求,以及設備狀況、動力情況諸因素。鑽井機械在施工中,對於中硬至堅地層岩石,鑽壓範圍一般在每時徑1.0一1.5t之間選取。

2.鑽頭轉速

一般而言,鑽井機的鑽進效率隨鑽頭鑽速的增大而提高,但受洗井條件、設備和鑽柱強度、岩石性質等因素的製約而不能任意增大轉速。在良好的洗井條件下,井底岩屑能及時排除,則鑽進效率提升;如洗井條件不好,井底岩屑不能及時排除,勢必造成重複破碎,鑽進效率低,甚至存在鑽頭泥包的危害。在研磨性大的地層,如果轉速過快,將顯著降低鑽頭的工作壽命,因而不宜采用過快的鑽速鑽進。常用國產牙輪鑽頭的鑽速推薦位見下表。

三牙輪鑽頭鑽速推薦圖表

3.衝洗液量

鑽井機在鑽進過程中,隨著衝洗液量的加大,鑽進效率亦相應加大。當排量加大到一定程度時,鑽進效率的變化就不大了。一般要求衝洗液的上返速度在1m/s以上,最小則不能小於0.5m/s,否則岩屑不能及時帶離井底,易於產生井下複雜狀況。在水井施工中,衝洗液排量一般在20-50L/s選取。

4.技術參數的綜合確定與掌握

水井鑽機在施工中,隻有鑽壓、轉速、排量三個參數達到合理配合。才能獲得較高的鑽進效率。如果鑽壓、轉速增大,排量就需相應增大;又如鑽壓增大,鑽頭轉速就要相應減小。在硬地層中采用牙輪鑽頭鑽進,一般要求高鑽壓、大排最、適當的轉速。

鑽井機常用的三牙輪鑽頭圖片

牙輪鑽頭鑽進的優點及適應性

目前,不論在國內施工還是去國外承包水井工程,一般均采用牙輪鑽頭鑽進工藝,尤其是深水井、地熱井施工更是如此。從近年來牙輪鑽頭使用的領域來看,已擴展到樁基施工、非開挖工程施工、煤礦瓦斯排放井施工,應用範圍在不斷擴大,產生的社會效益和經濟效益非常顯著。工程實踐證明,采用牙輪鑽頭鑽進工藝對地層及地下水情況無特殊要求,具有適應性好、適用範圍廣的特點,應大力推廣應用。

牙輪鑽頭鑽進工藝同一般筒鑽取芯鑽進效率相比,要高出1倍到數倍以上,鑽頭壽命也高,一隻三牙輪鑽頭在5-6級中硬岩石中鑽進數十米至百米一般不成問題,成本較低,且一次性投資也不大。鑽進過程中增加了純鑽時間、縮短了輔助時間(有時幾個班才提一次鑽)。所鑽井壁圓滑、完整、垂直度高,這也是正循環鑽進工藝所特別具有的長處。