潜孔钻头
别名Alias:高风压潜孔钻头
潜孔钎具，产品分为高风压 、低风压两大系列潜孔钎具。采用的原材料、通过的生产工艺，生产出的系列潜孔钎具。我们生产的潜孔钻头有φ90(10柱6键低风压)，φ95(10柱6键低风压)，φ100(11柱6键低风压)，φ110(12柱6键低风压)，φ130(13柱6键低风压)，φ115(13柱8键高风压)，φ120(14柱8键高风压)，主要配套钻杆为冲击器。
端面凹面型：这种形状的钎头端面上有一圆锥形凹陷部分，是钻头在凿岩过程中形成轻度成核作用保持钻头的对中性能，钻凿的炮孔有较好的直线度，这种钻头排粉效果好，钻速快，是市场上使用较多的潜孔钻头。
端面深凹中心型：这种形状的钻头是由同类型球齿钎头演变来的，钻头的端面中心部有一深凹中心部分。用于凿岩过程中的成核作用，钻凿深孔时炮孔的平直度，只适用于钻凿软岩和中硬岩石。
潜孔钻头钎头直径：q65～q210mm，潜孔凿岩钻机在中大孔径露天凿岩工程中使用量较多。潜孔钻头以凿岩性能稳定、便于使用修磨、以及价格合理等因素受到使用者欢迎。目前潜孔钻头大都采用球型凿岩合金齿头部和花键形尾柄。钻头合金可根据形状分为半球齿、锥形齿、抛物线齿等多种类型。半球齿承载能力强，耐磨性好，适合钻凿坚硬、中硬及磨蚀性岩石；锥形齿和抛物线齿钻孔速度快，适应钻凿中硬及非磨蚀性岩石。潜孔钻头还可以采用边齿（保径、凿岩齿）用球齿、芯齿（掘进破岩齿）用锥形齿、抛物线齿的复合布齿形式，可达到在多种类型岩石下快速凿岩的目的。
在换杆时，把卸下来的钻杆两端盖好，避免石碴进入钻杆，后造成冲击器的磨损。
冲击器在使用中，常常也遇到卡钻的情况，此时切勿慌张反转，应及时强吹底部排碴。
用于水文水井的潜孔锤按驱动孔底冲击器的循环介质不同,也分为液动潜孔锤钻进(通常称为液动锤)和气动潜孔锤钻进(通常简称为潜孔锤)。液动潜孔锤已有SC-150型系列产品,主要用于φ150～260mm的基岩水文水井钻探。气动潜孔锤是以压缩空气作为循环介质又同时作为驱动孔底冲击器动力的钻进方法,称为潜孔锤钻进。它是一种率的优良钻进方法。在硬岩钻进中比回转钻进的几倍至几十倍,因此在水文水井及其他钻探行业中发展很快。
潜孔锤钻进需配备较大风量和风压的空压机、气动潜孔锤和潜孔锤钻头等机具。
有关潜孔锤类型及其结构和工作原理等内容请参见本章节第六部分的内容。
潜孔锤钻头
潜孔锤钻头的种类很多,但从碎岩的硬质合金的形状可分为两种,一是刀片刃钻头,另一种是柱齿钻头,如图4-35所示。前者用于一般软地层,后者用于硬地层。
图4-35 潜孔锤钻头
潜孔锤钻头比常规回转钻进钻头在井下受力情况复杂,所以结构也比较复杂。一般刀片刃钻头的刀片刃排列呈十字形、X形或采用刃等形式。柱齿钻头的合金几乎都采用过盈冷压固齿方法。潜孔锤钻头直径,我国目前常用220mm。国外大口径超级潜孔锤直径可达762mm,而集束式大口径潜孔锤可钻出1016mm直径的钻孔。
潜孔锤钻进规程参数
风压
潜孔锤的冲击频率和冲击功都与风压有关。当风压从0.6MPa提高到1.03MPa时,钻进效率可增加一倍。
目前,国产潜孔锤按其所需风压的不同有两种。低压潜孔锤所需的风压为0.5～0.7MPa,高压潜孔锤所需风压是1.2～2.2MPa。
在使用潜孔锤钻进时,除去潜孔锤正常工作所需的风压外,还要加上随钻孔深度的增加和克服水位以下的水柱压力所增加的压力。生产中常采用串联增压器的办法,使风压增大。
风量
潜孔锤钻进速度快,单位时间内所产生的岩屑颗粒大且量重,需要较大的风量才能使孔底干净。对于潜孔锤本身也有一定的额定风量才能正常工作。如 W-200型潜孔锤的额定风量为10～20m3/min。
从试钻情况看,当井内上返风速大于15m/s时,潜孔锤才能发挥良好的效果。因此,要求风量要井内上返风速大于15m/s。
国内生产单位大多拥有9m3/min的空压机,使用该机钻进水井钻孔时,风量显得不足。常将两台或多台空压机并联使用,可解决风量不足问题。
冲击频率
当风量和风压均达到潜孔锤所要求的额定值后,一般潜孔锤的冲击频率为600～1000次/min。
钻压
潜孔锤钻进,保持钻头始终不离开孔底,因此施加一定的孔底压力。但如钻头压力过大,不仅不会增加钻进速度,反而会加速钻头的磨损。如使用直径为φ100～300mm的潜孔锤,钻压在10～18kN时,钻进效率佳。
转数
由于潜孔锤碎岩呈块状,故转速不要求太高。一般规律是,球齿钻头的磨损与转数成正比,岩石愈硬,研磨性愈高,转数应低些。
转数大小与潜孔锤的优转角和冲击频率有关,其三者关系为
地勘钻探工：初级工、中级工、工
式中:A为优转角(°);n为钻具转数(r/min);f为冲击频率(次/min)。
如优转角取11°,冲击频率为600次/min,则可求得钻具转数为18r/min。转数也可由钻头每回转一周,进尺10mm的经验关系求得。即
钻具转数/钻进速度=1.6 (4-6)
例如,小时效率为12.2m/h时,钻具转数n=12.2m/h×1.6=19.5≈20r/min。
潜孔锤跟管钻进方法
潜孔锤钻进用于基岩水井钻探,取得了非常好的效果。但对极其松散的流砂层、卵砂漂石层、回填土层及第四系覆盖层,则无法采用常规潜孔锤钻进方法。因而出现了潜孔锤跟管钻进法。
潜孔锤同步跟管钻具作用原理
这种钻具的钻头能在套管底部钻出大于套管外径的钻孔,使套管能顺利地跟进;在提钻时又能使扩孔钻头方便地缩回,使整个钻具能从套管中提出。图4-36所示为跟管钻进钻具组合图。它由潜孔锤、导正器、偏心扩孔钻头、中心钻头、偏心护套、砂土层用锥形钻头和套管鞋等组成。并根据需要可附加扶正器、取粉管、排粉罩,或者使用双壁钻杆加有封隔器的正反接头用于中心取样钻进。
钻进软硬夹层的地层时,钻具组合为:
外层。排粉罩-套管-套管鞋。
内层。钻杆及扶正器-潜孔锤-导正器-偏心扩孔钻头-中心钻头。为防止风量不足吹不出较大粒径的岩屑而造成卡钻,在潜孔锤上方装有取粉管。
图4-36 跟管钻具组合图
1—钻杆;2—排粉罩;3—扶正器;4—套管;5—取粉管;6—潜孔锤;7—导正器;8—套管鞋;9—偏心扩孔钻头;10—中心钻头;11—沙土层锥形钻头;12—偏心扩套;13—双壁钻杆;14—封隔器;15—正反接头
用双壁钻杆进行中心取样钻进时,加上带有封隔器的正反接头,取消排粉罩和取粉管。钻进时,空气或泡沫从钻杆进入潜孔锤使冲击器工作,冲击器活塞冲击导正器,导正器偏心轴上套着偏心扩孔钻头,前端用丝扣连接着中心钻头。当钻具正向回转,偏心扩孔钻头由于惯性力和井壁摩擦力张开,并在开启到大位置后被导正器上的挡块限位。冲击力由导正器传给中心钻头和偏心扩孔钻头,对孔底岩石进行破碎。偏心扩孔钻头扩出大于套管外径的通道使套管能不受孔底岩石的阻碍而通过。当套管外壁的摩擦阻力过大,套管停止跟进时,由于内层钻具继续向前破碎岩石,直到导正器上的台肩与套管鞋上的台肩接触,此时导正器将潜孔锤传来的冲击力部分施加给套管鞋,再加上钻压,迫使套管鞋带动整个套管柱与钻具同步跟进,保护已钻孔段的井壁。
导正器表面开有提钻吹岩屑的风孔,与潜孔锤外壳底部接触的地方也开有风孔,以利吹孔时能使大量的空气从套管内部上返,并将夹在该部位的黏土清除。偏心轴上开的风口可对偏心扩孔钻头进行冷却并防止岩屑卡住扩孔钻头;大部分压缩空气由中心孔通过中心钻头的风道直接冲洗孔底已破碎的岩屑。岩屑通过开在导正器表面的风槽进入套管并被上返的高速气流或泡沫带出孔外。
钻具工作时,导正器表面和台肩上的通孔分别被套管鞋内表面及潜孔锤底部封闭,大量的空气进入钻头工作区,对钻头进行冷却和清洗孔底;提钻吹孔时,台肩上的通孔开启,由于孔底空气阻力大,大部分空气将从台肩上的通孔向上吹除套管内的岩屑。钻具再往上提,导正器表面的气孔也开启,气流对套管内的岩屑进行强力吹除。并经排粉罩排出套管或经正反接头进入双壁钻杆中心管排出钻孔。
钻进结束需提钻时,应稍稍反转钻具,使扩孔钻头又依靠与孔底的摩擦阻力而收回。于是整个钻具外径小于套管内径,即可将钻具提出钻孔或进行配接钻杆和套管的工作。
钻进黏土层和砂土层时,可不用偏心扩孔钻头,并将中心钻头换成锥形钻头钻进,利用土层在高频振动下的“液化”现象来切削地层实现跟管。
潜孔锤跟管钻进工艺
采用潜孔锤跟管钻进时,好使用动力头钻机,以便一次跟进较长的套管。
为打直孔,根套管的安放不得偏斜,将套管的垂直度控制在2‰以内(允许偏差为3mm/m)。套管应采用左螺纹连接或焊接,以防套管脱落。
好使用泡沫钻进,利用它的润滑性能,使套管顺利地跟进。
钻进时转速以18～25r/min为宜,不可开高转速;钻压应根据地层而定。使钻进速度保持平稳为好。
