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岩土研究院

正循环钻进与反循环钻进有什么区别

379 2021-12-07 10:30:50

钻孔灌注桩成孔作业根据出渣方式的不同,可分为正循环钻进成孔和反循环钻进成孔。

正循环钻进即在钻机驱动钻具回转钻进的同时,利用泥浆泵通过钻杆内腔向孔底注入一定压力的泥浆水(孔壁稳定液),泥浆水冲洗孔底并与钻孔产生的泥渣混合后,携带泥渣沿钻杆与孔壁之间的外环空腔上升,从孔口流向泥浆池,形成正循环排渣系统(图75)。

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正循环钻进具有以下特点∶

(1)多采用泥浆循环,孔壁比较稳定。

(2)循环系统有少量泄漏,循环也不会中断。

(3)当孔深不太深、孔径小于800mm时钻进效果较好;当孔径较大时,泥浆循环上返流速低,排渣能力弱。

(4)操作简单,工艺成熟,技术易掌握。

反循环钻进即将钻孔时孔底混有大量泥渣的泥浆通过钻杆的内腔抽吸到地面排入泥浆沉淀池,新鲜泥浆则由地面直接注入桩孔。按钻杆内泥浆上升流动的动力来源、工作方式和工作原理的不同,分为泵吸反循环钻进、气举反循环钻进和射流反循环钻进三种。

泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆内泥浆上升而形成反循环,如图 76所示。泵的吸水口通过吸水软管与水龙头、钻杆相连接,当泵工作时,泵在其进水口处形成负压,井口的液体在大气压的作用下,经钻头处吸口携带钻削下来的泥渣由中空的钻杆内腔而上升,通过水龙头、胶管从泵中排至沉淀池中,经沉淀处理后的流体,以自流的方式

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自井口流至井底,形成泥浆循环。

泵吸反循环具有以下特点;

(1)反循环的泥浆循环上升速度快<2~4m/s),排渣能力强,钻进速度快、效率高。

(2)由于排渣能力强,当钻头切入地层在回转扭矩作用下一经松动,就很快被泥浆携带出来,不必重复破碎,所以钻头寿命明显延长。

(3)由于泥浆下流速度低(一般小于0.3m/s),对孔壁的冲刷作用小3同时也由于有新泥浆不断地向孔内补充,使孔内水头与孔外地下水始终保持差2m 以上的压差,所以孔壁

—般不易坍塌。对多数地层,只要能保持2m以上的水压力,可用清水钻进,而清水钻进时,不用专门制备泥浆,孔壁泥皮薄,孔底沉渣少,成孔质量好。

气举反循环又称压气反循环,其基本原理是将压缩空气通过供气管路送至井内的气水混合室,使压缩空气与钻杆内腔的泥浆混合,形成重度小于工的三相混合液,在钻杆外环空间水柱压力作用下,使钻杆内三相混合液上开涌出地面,将钻渣排出孔外,形成反循环。图77所示为气举反循

环钻进示意图。

气举反循环具有以下特点;

<1)在保证供气量和供气压力的条件下,尤其适应于钻深孔。气举反循环钻杆内三相混合液的上升流速与钻杆内外液柱的重度差有关,因此孔浅时压力不足,三相混合液上升速度低,排渣能力弱;当孔深增大时,只要有高压空压机不断增加供气量和供气压力,钻杆内的三相混合液就能获得理想的上升速度。由于液流上返速度快,能排出大粒径岩屑,重复破碎少,其钻进效率也较高。

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(2)气举反循环的管路平直,加上有较大的驱动压力,故管路不易堵塞,即使堵塞了,也易于排除。

(3)带有钻渣的三相混合液不流经任何工作机械,设备磨损小,寿命长。

(4)在气举反循环的管路中,特别是地面上的管路,各处的压力都大于一个大气压,故不会因管路局部密封不严、漏气而使泥浆循环中断或不正常,因此工作可靠。

(5)气举反循环的主要缺陷就是钻浅孔段时钻进效率低。孔深在10m以内时钻进效率很低,孔深超过50m后,即能保证较高的钻进效率。

射流反循环又称喷射反循环,它是利用射流泵射出的高速液流产生负压,使钻杆内的泥浆上升而形成反循环。射流泵的工作流体可以是泥浆,也可以是水,由高扬程的离心泵或往复泵向射流泵内输入,从射流泵喷嘴喷出形成负压,将井底的流体(带有钻渣的泥水混合物) 自钻杆中空引出地面流入沉淀池,经处理后再以自流的方式由井口经钻杆与孔壁间环状空间流入井底。射流反循环钻进工作示意图如图78所示,图79所示是 B3A型钻机所配用的射流泵结构图,该射流泵内有四个直径15mm 的圆柱形喷嘴,射流泵由钻机上带的离心泵驱动工作,工作泵量为 144~150m³/h,泵压在0.6MPa 左右。

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射流反循环钻进与泵吸反循环钻进相比,泵工作条件较好,但增加了一个射流泵。射流泵较砂石泵优点较多,它磨损小、无运动件,能自吸,但它受效率的影响,其驱动力仍然不大,适用于钻浅孔。