反循环钻头参数优选系统的建立.pdf

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1、第45卷第3期地质与勘探Vol1．45No．32o09年5月GE0L0GYANDEXPLORATIONMary，2009反循环钻头参数优选系统的建立郝树青，殷琨，黄宏伟(1．同济大学，上海200092；2．吉林大学建设工程学院，长春130026)[摘要]气动贯通式潜孔锤钻进技术以其独特的技术优势在岩土与钻探界广泛应用。然而在复杂地层钻进中，由于钻头结构不够合理，反循环往往形成困难或难以形成，使该技术的应用受到限制。针对该问题，作者运用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的科学研究手段，对影响反循环形成的钻头新增引射孔各参数、底喷孔各参数以及其它相关参数进行优化设计，得到一系

2、列适合不同规格钻头的相关参数值及其回归方程。将研究结论与专家的经验总结汇合编写了钻头参数优选系统。研究结论应用于生产试验中，岩矿芯采取率达到98％以上，反循环形成顺利，岩矿芯完整度好。[关键词]反循环钻头参数优选系统回归分析[中图分类号]P634．4[文献标识码]A[文章编号]0495—5331(2009)03一O325—05Ha0Shu-qing，YinKun，HuangH0ng-wei．C0nstrIIcti0ntheparameteroptimizedststem0nthereversecirculationbit[J]．GeoIogyandExpl0rati0n，

3、2009，45(3)：325—329．气动贯通式潜孔锤钻进技术作为一门硬岩钻反循环钻头在该技术中起着关键作用，其工作进新技术，90年代以来以其独特的优势在矿产勘原理是：根据引射器基本结构，将钻头排风孑L设计成探领域得到广泛应用。然而该技术在使用过程中引射器的喷嘴，合理设计钻头底部结构，使其较好地依然存在一些问题。例如在复杂地层钻进中，由构成混合室与扩压室，由于排风孔数量一般为多个，于反循环钻头结构不够合理，反循环往往难以形故形成多喷嘴引射结构，经过潜孔锤后的压气进入成，使该技术的应用受到限制。究其原因，主要是喷嘴产生高速射流，对周围流体产生卷吸作用，对外孑L底气体容易从裂

4、隙中漏失，在孔底形成的负压环间隙构成抽吸，多个喷嘴随钻头不断旋转，在孔底不够大，不足以将岩芯(样)上举到上返通道内，或形成环状负压区，气体被导流到贯通孑L内再行压力者至上返通道内又没有获得足够的加速度，从而恢复，这样将有助于反循环的形成。孑L底射流携带使其顺利返出地表，运用引射原理工作的反循环岩屑沿钻杆中心通道返回地表。钻头在该过程中起到关键作用，为解决反循环形在工作过程中，由于钻头结构参数，尤其是底成不彻底的问题，作者展开对该技术的工作原理部喷射孔参数，如底喷孔直径、倾角及数目等，不及所存在问题的研究。够合理，往往会形成岩芯堵塞，难以形成反循环等问题。1气动贯通式潜孔锤

5、反循环钻进技术工作针对该问题，作者提出了改进办法，新增了引射原理结构装置。称“二级引射设置”，实际是一些引射气动贯通式潜孔锤反循环钻进技术的突出孔，这些加工在钻头侧壁上的引射孔高速喷人钻头特点是：集潜孔锤快速碎岩、流体介质反循环和中心通道的气流，可以对中心通道内流体产生卷吸钻探中连续取心三种钻探技术于一体。具有钻作用，再次形成负压区，在一段路程上形成压力差，进效率高、岩矿芯质量好和岩芯无污染等技术优进入中心孔内的岩芯(样)在上下压力差的作用下，势。得到加速，更顺利地排出孔外，从而改善反循环形成[收稿日期]2008—01—14；[修订日期]2009—04—01。[责任编辑]

6、王梅。[基金项目]吉林省科技厅科技发展引导项目(编号：2Oo405033)资助。[第一作者简介]郝树春(1975年一)，女，20¨07年毕业于吉林大学，获博士学位，同济大学土木工程站博士后，现主要从事隧道及地下工程的风险评估与控制及多工艺潜孔锤钻进技术方向的研究工作。325地质与勘探2009年效果，较好地避免孔底堵塞现象。重点将考虑新增中所受到的气体上举压力。引射孔的倾角、直径、数目及分布方式等结构参数及2．2影响反循环钻进新增引射孔参数的优化设计底喷孔参数来优化设计钻头，使反循环形成更稳定。反循环钻头新增引射孔对于反循环钻进效果的最终将建立参数优选专家系统，为钻探工作者

7、优化影响参数主要有引射孔倾角、引射孔直径、引射孔数钻头结构提供参考性依据。目及分布方式等。(1)数值模拟2反循环钻头参数优选系统的建立建立引射孔内部流场的几何模型，运用cFD2．1影响反循环形成效果的主要结构参数的确定(C0mputationalFluidDynamics计算流体力学)技作者运用流体力学及空气动力学知识对反术进行计算，得到不同引射孔倾角、直径、数目及循环形成机理进行分析，确定影响反循环形成质量分布方式下的流场分布特点。通过比较有以下的规的两个重要变量为气体上返速度及岩芯在上返过程律表1不同引射孔倾角下的负压值情