钻井利器的故事之“液动潜孔锤”

在各种钻探方法中,液动冲击回转钻进具有效率高、质量好、回次长、事故少、成本低等优点,而液动潜孔锤又是液动冲击回转钻进的技术核心。本文梳理了各种液动潜孔锤的结构特点及其与绳索取心钻具、孔底动力钻具相结合衍生的各种钻具,简要介绍了这一技术的典型应用案例,总结归纳了其下一步发展方向和技术难点,以期普及液动锤的应用,促进液动冲击回转钻进技术的进步。

气动潜孔锤在港口超厚抛石层中引孔沉桩的应用

气动潜孔锤钻孔具有施工速度快、功效高、质量可靠、性价比高,以及设备占地面积小、绿色环保无泥浆等特点,尤其适用于在超厚岩层的区域钻孔,但在港口工程领域应用较少。某石化码头工程引堤管架基础工程采用传统的冲孔灌注桩方案,施工效率非常低,无法如期保质完成。创新性地引入长螺旋气动潜孔锤辅助PHC桩沉桩的施工工艺,将原来的29个月施工时间缩短为2.5个月,极大提高了沉桩效率,满足工程总体进度要求;同时降低材料费、施工费,有效解决了工程难题,保证工程顺利按期完工。

基于ABAQUS的气动潜孔锤球齿碎岩及布齿优化

为提高坚硬地层大直径潜孔锤的破岩效率与使用寿命,运用ABAQUS软件建立了球齿碎岩仿真模型,对比分析?18 mm球齿在不同钻进参数下冲击切削碎岩过程中的破碎比功、侵入深度、破碎范围与应力影响范围等曲线,优选钻进参数和布齿。分析结果表明:当钻压为1.2 kN、冲击功为30 J时,对岩石的破碎效率较高,球齿入岩的位移可达0.67 mm,并对岩石进行应力界限划分,得出应力影响范围为43.4 mm;通过双齿冲击切削模拟确定了较为优秀的圈距与间距:圈距取47.4 mm,间距取43.4~51.4 mm;考虑到球齿的磨损,利用圈距与间距对?711 mm大直径潜孔锤进行了优化布齿。

潜孔锤引孔在水上厚抛石层PHC沉桩中的应用

针对斜坡式抛石结构引堤上PHC管桩在沉桩过程中难以穿透厚抛石层的问题,以某综合管架工程为例,进行施工工艺实践研究。在对常规引孔工艺进行对比的基础上,提出潜孔锤先引孔再施打预应力混凝土管桩的解决方案,并简要介绍了潜孔锤引孔设备及技术参数、施工工艺流程、引孔过程中存在的问题及相应解决措施。应用结果表明,采用潜孔锤引孔后的预应力混凝土管桩能高效贯穿抛石结构层,沉桩后桩身结构完整性好,单桩竖向承载力满足设计要求,该工艺切实可行。研究成果可为类似地基沉桩施工提供参考。

反循环气动潜孔锤进气端分流引射接头设计及结构参数分析

为解决反循环气动潜孔锤在钻进过程中岩石重复破碎及排渣效率低下的问题,笔者基于NGQ-320反循环气动潜孔锤设计了进气端分流引射接头。该接头可实现潜孔锤供气量的动态调节,其引射结构可以将部分压缩气体引入中心通道,对井底流场产生泵吸作用的同时改善冲击机构的动力供给;同时采用CFD技术研究了分流引射接头局部流场,分析了喷射孔夹角、喷射孔开口深度、喷射孔直径和喷射孔偏转角度等参数对中心通道抽吸性能的影响,确定了各项结构参数的较优取值。结果表明,分流引射接头在喷射孔开口深度320~330 mm、喷射孔夹角30°~35°、喷射孔直径12 mm、喷射孔偏转角11°~13°的情况下具有较好的抽吸性能。

双动力潜孔锤成孔灌注桩在建筑工程中的应用

在桩基施工中,钻孔灌注桩使用泥浆护壁施工,会对环境造成严重的污染,而夯击、挤压和振动的桩施工同样会对周围地层产生严重的扰动,对周边建筑物造成影响和损坏。为解决这些长期困扰桩工行业的难题,双动力多功能钻机应运而生。双动力多功能钻机与大直径潜孔锤的组合工法中,一次性入岩直径大、入岩效率高、无泥浆污染排放,可实现绿色环保施工,配置相应辅助装置及设备后,还可以进行中掘法压入预制桩、植入预制桩、深层搅拌软土改良加固处理、水泥混合土连续墙施工等。本文对双动力潜孔锤成孔灌注桩的施工方法在建筑工程中的应用进行了探讨和分析。

大直径气动潜孔锤在硬岩地层桩基施工中的应用

气动潜孔锤是以压缩空气作为动力的一种风动工具,其将提供冲击作用的气动装置与破碎岩石的钻头相结合,潜入桩孔孔底进行钻进,并充分利用潜孔锤排出的高压空气,对钻头进行冷却和排渣。基于此,对大直径气动潜孔锤在硬质岩层桩基施工中的应用进行了总结分析,阐述大直径气动潜孔锤在硬岩地层桩基施工中的施工工艺流程、技术参数、操作要点等内容,并对施工中易发生的典型事故进行原因分析,总结相应的处理措施和经验,形成一套基本成熟的硬岩钻进施工工艺。

大直径集束式气动潜孔锤在桩基工程中的应用技术

随着建筑业的发展,气动潜孔锤在建筑工程中的应用范围不断增加,在建筑桩基领域得到广泛使用。实践证明,在嵌岩桩基中潜孔锤工艺相对于其他施工工艺有较大优势。文章结合工程实例,对大直径集束式潜孔锤的工作参数、工艺流程、技术控制要点做了详细阐述,为类似的工程可以提供参考。

桩基础施工中大直径潜孔锤的区别与选型探讨

随着桩基础施工领域硬岩施工工艺的不断发展,大直径的气动潜孔锤施工设备以其高效破岩的显著优势被越来越多的人所知悉。目前常见的大直径潜孔锤主要有单体锤、集束锤、组合锤、环切锤等几种不同类型。文章针对不同类型大直径潜孔锤的特点,从施工直径、施工工艺、使用寿命和成本等方面进行分析,并探讨了影响施工选型的主要因素。

FGQ-600型潜孔锤钻头冲击应力作用下强度可靠性分析

潜孔锤反循环跟管钻头是破碎岩石的主要工具,同时是实现反循环钻进的重要部件之一,广泛应用于地质灾害防治工程中。钻头在钻进过程中承受交变的冲击载荷,易产生应力集中和疲劳破坏。活塞碰撞钻头后产生的应力波传播至钻头与岩石接触面后发生反射引起应力波叠加,使得钻头受力增加。为保证跟管钻头的正常工作,本文利用ABAQUS对不同冲击载荷下FGQ-600型大直径潜孔锤跟管钻头进行模拟及强度分析。结果表明:(1)钻头应力随冲击功增大而增加;(2)在潜孔锤2500 J的冲击功下,钻头体最大等效应力为808.9 MPa,小于材料屈服强度,满足强度要求;(3)起下钻时销轴应力随直径增大而减小,40 mm时销轴最大应力为383.66 MPa,低于材料屈服强度785 MPa,满足强度要求;(4)当销轴直径为16 mm时,销轴发生塑性变形,建议销轴直径≮20 mm。

大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法先导性试验

依托某煤矿区大直径钻井工程项目展开了大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法的先导性试验。在试验过程中,采用710/311 mm扩孔用集束式反循环潜孔锤和127/70 mm双壁钻具,通过优化风量、风压、转速等反循环钻进工艺参数,取得了良好的反循环效果,最高机械钻速达到了4 m/h,平均机械钻速2.1 m/h,与同条件下常规牙轮钻头扩孔钻进方法相比提高了2.6倍以上。试验结果表明:大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法是解决大直径钻孔硬岩钻进难题的一种行之有效、值得深入研究与推广应用的高效钻进方法。

大直径矿山充填孔潜孔锤深孔施工技术

本项目施工采用大直径矿山充填孔潜孔锤施工技术,先施工导向孔、后分级扩孔的方式进行施工,钻孔终孔直径1000mm,终孔孔深350m,这个成绩创造了大直径基岩空气潜孔锤钻进最大深度的全国施工记录。本钻孔的成功施工,为后期大直径基岩深孔钻探积累了丰富的施工经验,总结了存在的问题和不足、需要改进的方向,为以后施工同类矿山救生孔、通(抽)风孔、充填孔等大直径基岩深孔工程提供了可靠的技术支持。

大直径气动反循环潜孔锤国内外研究进展及关键技术

介绍了国内外大直径气动反循环潜孔锤的研究进展,阐述了反循环潜孔锤高效碎岩、充分排渣和快速钻进关键技术及研发技术路线,展望了该钻具的应用前景。

含硬岩层的潜孔锤引孔灌土打入管桩法基础设计研究

对于“上软下硬,软硬突变”的地层,PHC管桩沉桩困难,破损多且嵌岩深度不足。采用潜孔锤引孔灌土打入管桩法能有效的保证PHC管桩穿透含硬岩层,达到入岩深度要求。针对没有专门的单桩竖向抗压承载力特征值Ra计算公式,对比相比规范的4种相近Ra计算公式,并结合静载试验对Ra计算结果进行对比分析。结果表明按此工法施工的PHC500管桩与正常液压锤击法管桩的Ra均能达到2 000 kN的设计要求,Ra按《建筑桩基技术规范:JGJ 94—2008》公式计算,并且调整部分参数取值,能达到合理的计算结果。

大直径潜孔锤气体反循环钻井技术

大直径潜孔锤是1种已被大量工程实践证明的,能够提高矿山地面大直径钻井施工效率的钻井工具。然而,钻遇含水层后,大直径潜孔锤经常出现进尺慢、甚至无法进尺的问题。为此,提出一种以反循环方式气力排渣排水、正循环方式排余气为特点的大直径潜孔锤气体反循环钻井方法,分析了大直径潜孔锤气体反循环钻井技术基本原理,建立了气体双上返流道的井底压力平衡条件,介绍了大直径潜孔锤气体反循环钻井系统组成,依托矿山地面大直径钻井工程完成现场试验。结果显示:在地层出水条件下,通过节流控制环空气柱压力,可实现反循环排渣排水的预期效果,钻井效率高,最大井深达到668 m,可推广应用于矿山地面救援井和各类矿山大直径钻井工程的施工中。

气动潜孔锤钻进工艺在矿山勘察中的应用

由于在复杂地质情况下难以把控钻探质量,钻孔倾斜率较高,勘察工期较长,本文提出在矿山勘察中采用气动潜孔锤钻进工艺。以滁州市琅琊区某矿山勘察工程项目为案例,根据实际需求选定钻探设备,结合岩石钻进特性,确定钻孔结构,采用气动潜孔锤钻进工艺对矿山进行钻探施工。经检验,钻孔偏斜率低于5%,精度符合规范要求,并且施工进度明显加快,具有较高的勘察效率和良好的应用前景。

孔底动力回转空气潜孔锤研究进展

孔底动力回转空气潜孔锤钻进技术在改善气体钻进条件下钻杆柱受力情况、提高定向钻进施工效率等方面具有广阔的应用前景。孔底动力回转空气潜孔锤可分为自回转式空气潜孔锤及气动螺杆驱动式空气潜孔锤两类,本文分别介绍了其发展现状、工作原理、技术特点、试验应用等情况,并分析了当前研究存在的不足,以期为进一步开展技术攻关提供参考。

潜孔锤钻进在复杂地层中应用

在潜孔锤的结构形式、钻具匹配、钻头类型、钻凿工艺等方面研究的基础上,对潜孔锤套管隔离护孔法钻进;贯通式潜孔锤用于复杂地层钻进;大直径潜孔锤在孤石、漂石地层中钻进等实际应用方法和效果作了简明介绍。

基岩钻孔新工艺——双动力头钻机与潜孔锤钻进施工工艺分析

传统岩石成孔过程中进尺慢,损耗大、易坍塌岩层、卵石层经常出现埋钻、塌孔、超灌、垂直精度差等问题;并且施工过程中容易产生泥浆污染,处理困难,费用高,污染环境。而双动力头钻机配合潜孔锤施工工艺,内侧动力头驱动螺旋钻杆带动潜孔锤,外侧动力头可以跟进套管防止塌孔,卡钻,可以有效的克服上述问题,提高施工效率,降低环境污染。为类似工况的岩石钻进提供技术参考。

QD-70型气动潜孔锤配气参数的优化设计

根据ＱＤ－７０型气动潜孔锤的配气结构和原理，采用成熟的无阀结构潜孔锤动力过程电算模拟程序，对其重要配气参数进行了正交设计实验，得出了配气参数的最优组合方案。