复杂地层用反循环钻头双排内喷孔结构优化与试验

采用正交试验和计算流体动力学相结合的方法,对矿山多层空区钻探用150 mm反循环钻头双排内喷孔的4个结构参数进行优化分析,分析结构参数变化对钻头抽吸量Q的影响规律,并最终得出这4个结构参数的主次排序依次为:倾角(θs)、水平偏角(θd)、垂直间距(L)、水平间距(S).最优参数组合为:θs=30°,θd=10°,L=-15 mm和S=10 mm.与此同时,将最优参数组合下的150 mm反循环钻头进行多层空区探测孔钻进试验.从钻进试验效果看,穿过第一层空区继续实现反循环钻进,钻头依然能够形成良好的反循环抽吸效果,并且连续不断排出大颗粒岩块,解决矿山多层空区钻探及测量难题.

两种反循环钻头的性能对比分析及应用

良好的反循环效果是贯通式潜孔锤反循环钻进的关键,为此,根据流体力学软件对2种钻头结构进行了流场对比分析,模拟实验得出抽吸效果较好的是窄缝式内喷孔结构、从压力云图可以看出窄缝内喷孔结构负压区分布均匀,但其集中应力较大,无法满足长时间的使用寿命,而双排内喷孔式反循环钻头集中应力较小,同时具备较好的反循环效果,因此具备工业性应用的可行性。在工业性试验中,对其中双排内喷孔式反循环钻头进行了现场测试,累计进尺43.2m,钻进效率为12.8m/h以上。工业试验表明,双排内喷孔式反循环钻头具有不仅良好的反循环效果,且实现了贯通式潜孔锤反循环钻进高效、快速的钻进目的,大大提高了使用性能。