套管鞋在什么位置( 二 ) _什么是套管鞋

潜孔锤钻进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。它是一种高效率的优良钻进方法。在硬岩钻进中比回转钻进的效率高几倍至几十倍,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第一节第六部分的内容。
(一)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形或采用超前刃等形式。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。
(二)潜孔锤钻进规程参数
1.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。
2.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,要求风量要保证井内上返风速大于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。
3.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 。
4.钻压
潜孔锤钻进,必须保持钻头始终不离开孔底,因此必须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,钻进效率最佳。
5.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最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、高级工
式中:A为最优转角(°);n为钻具转数(r/min);f为冲击频率(次/min) 。
如最优转角取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 。
(三)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。
1.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:
1)外层。排粉罩-套管-套管鞋。
2)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