潛孔錘跟管鉆探套管防斷加壓裝置研制與應(yīng)用

楊光學(xué)

摘? 要：為減少潛孔錘跟管鉆探中鉆進(jìn)到一定深度后套管易斷裂及鉆效低的問(wèn)題，我們研制了一種套管加壓防斷裝置，該裝置可有效減小套管下沉所需要的潛孔錘對(duì)套管的沖擊下拉力，延緩套管疲勞周期，減少跟管到一定孔深以下孔段后套管的斷管現(xiàn)象，同時(shí)增加鉆進(jìn)時(shí)套管下沉作用力，提高套管跟進(jìn)速度，提升鉆進(jìn)效率。

關(guān)鍵詞：套管;防斷;裝置

中圖分類(lèi)號(hào)：P634? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在目前的鉆探技術(shù)中，為提高鉆效，對(duì)于一些不需要取芯的鉆孔鉆進(jìn)時(shí)一般都采用潛孔錘鉆進(jìn)工藝成孔，而對(duì)于在第四系松散地層及填方地層中鉆進(jìn)，為防止坍孔、埋鉆等問(wèn)題，大多采用套管跟管鉆進(jìn)，此鉆進(jìn)工藝在成都平原的第四系砂卵石地層應(yīng)用較多。我們?cè)陂L(zhǎng)期的鉆探生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在成都平原第四系砂卵石地層中采用潛孔錘跟管鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)跟管深度達(dá)到40 m以深后套管斷管率很高，且隨著孔深的增加斷管率成幾何倍數(shù)的提高，同時(shí)鉆進(jìn)效率急劇下降。為了有效解決此問(wèn)題，我們研制出了潛孔錘跟管鉆探套管防斷加壓裝置，從而較好地解決了套管斷裂及鉆效低下的問(wèn)題。

1 斷管及鉆效低下原因分析

1.1 潛孔錘跟管鉆進(jìn)套管跟進(jìn)原理

通過(guò)潛孔錘鉆進(jìn)過(guò)程中潛孔錘同時(shí)沖擊套管底部的管靴，由管靴來(lái)帶動(dòng)套管下沉，從而實(shí)現(xiàn)跟管鉆進(jìn)的目的。

1.2 斷管原因分析

在潛孔錘跟管鉆進(jìn)中隨著鉆孔深度的增加，套管外所包裹的土體不斷增多，則對(duì)套管外壁所作用的摩阻力不斷增大，就需要不斷增大潛孔錘對(duì)管靴的作用力，以達(dá)到套管跟進(jìn)的目的，而這個(gè)作用力是一個(gè)對(duì)套管的向下沖擊拉力，鉆孔越深，所需要的這個(gè)向下沖擊拉力就越大，則套管越容易疲勞損壞，越容易被拉斷。就目前國(guó)內(nèi)的套管材質(zhì)而言，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表面在砂卵石地層中一般跟管鉆進(jìn)到40 m以深斷管率就會(huì)成幾何倍數(shù)增加。

1.3 鉆效低下原因分析

隨著鉆孔的加深，土體對(duì)套管的摩阻力會(huì)不斷增加，則套管的下沉速度會(huì)越來(lái)越慢，套管下沉速度慢即導(dǎo)致鉆進(jìn)效率低，并且斷管則往往造成鉆孔報(bào)廢。這2種因素綜合就使隨著鉆孔深度的增加而鉆進(jìn)效率成幾何倍數(shù)降低。

2 解決方案研究

根據(jù)以上分析得知：（1）潛孔錘跟管鉆進(jìn)中套管斷管的原因是不斷增加的沖擊拉力加快了套管疲勞受損造成的;（2）隨著鉆孔加深而鉆效不斷降低的原因是套管下沉速度降低及斷管后鉆孔報(bào)廢。

2.1解決思路

通過(guò)綜合分析我們得知：對(duì)套管施加一個(gè)下壓的外力就能有效解決鉆孔達(dá)到一定深度后套管易斷裂及鉆效低下的問(wèn)題，而在套管頂端施加這個(gè)力是最簡(jiǎn)單易行的方法。為了能獲得這個(gè)下壓力，我們對(duì)鉆探設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面分析后發(fā)現(xiàn)：鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)及鉆機(jī)自重可以提供這個(gè)力，即通過(guò)液壓系統(tǒng)將鉆機(jī)的部分重量施加到套管頂端，從而形成一個(gè)對(duì)套管的下壓力。

2.2 裝置研制

根據(jù)以上思路，我們根據(jù)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及操作需要，研制出了一套通過(guò)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)將鉆機(jī)自重轉(zhuǎn)化成對(duì)套管下壓作用力的裝置——潛孔錘跟管鉆探套管防斷加壓裝置。經(jīng)多次優(yōu)化、改進(jìn)，最終定型成了可推廣使用的裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.1 裝置主要結(jié)構(gòu)

在鉆機(jī)底盤(pán)（1）上對(duì)稱開(kāi)2個(gè)導(dǎo)向孔（3），每個(gè)導(dǎo)向孔（3）處均穿過(guò)一根拉桿（4），在底盤(pán)（1）上通過(guò)螺栓固定與拉桿（4）相對(duì)應(yīng)的液壓缸（2），液壓缸（2）通過(guò)液壓動(dòng)力管（7）與鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)連接，在液壓缸（2）之間由上至下依次焊接第一固定板（13）和第二固定板（5），其中，第一固定板（13）焊接于液壓缸（2）頂端，在第一固定板（13）和第二固定板（5）上分別設(shè)置供拉桿（4）穿過(guò)的導(dǎo)向孔（6）和導(dǎo)向孔（3），在第一固定板（13）朝向第二固定板（5）的一側(cè)設(shè)置能供拉桿（4）穿過(guò)的定位座（8），該定位座（8）位于導(dǎo)向孔（6）的正下方，同時(shí)，在定位座（8）的下方設(shè)置與卡槽（10）相互卡合的卡瓦（9），卡瓦（9）與定位座（8）之間相互正合，以達(dá)到限位的目的，在拉桿（4）的頂端通過(guò)螺栓固定壓管座（11），在壓管座（11）相對(duì)側(cè)壁上均開(kāi)設(shè)供呈T型的壓管蓋（12）嵌入的凹槽，在壓管蓋（12）上開(kāi)設(shè)供銷(xiāo)釘插入的銷(xiāo)釘孔。

2.2.2 該裝置工作機(jī)理

首先將底盤(pán)（1）固定在鉆機(jī)上，再將鉆機(jī)液壓給進(jìn)系統(tǒng)與液壓缸（2）連接，將套管加入至拉桿（4）之間，然后將套管固定裝置固定于拉桿（4）頂部，再使卡瓦（9）與卡槽（10）相互卡合，即完成裝配。工作原理是：在鉆具推進(jìn)時(shí)液壓缸（2）收緊，在保持鉆機(jī)平穩(wěn)的同時(shí)由鉆機(jī)液壓系統(tǒng)通過(guò)拉桿（4）給套管加壓。

3 該裝置的應(yīng)用效果

該潛孔錘跟管鉆進(jìn)套管防斷加壓裝置研制成功后即安裝到我單位在成都市溫江區(qū)一淺層地溫井施工項(xiàng)目的鉆機(jī)上，形成規(guī)模生產(chǎn)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)井深60 m。在施工中我們對(duì)部分鉆機(jī)采取了在鉆機(jī)上堆載的方法增加鉆機(jī)自重以達(dá)到加大對(duì)套管的下壓力作用力。通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)際施工效果與以往類(lèi)似項(xiàng)目施工情況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：1）所施加的下壓力越大（即鉆機(jī)自重越大），套管斷管率越低、鉆進(jìn)效率越高。2）使用該裝置后整個(gè)項(xiàng)目的套管斷管率降低81%左右，鉆效提高52%左右。

4 結(jié)論

該潛孔錘跟管鉆探套管防斷加壓裝置研制是成功的，能大幅度減小潛孔錘跟管鉆進(jìn)中套管的斷管率，有效提高鉆進(jìn)效率，大大降低生產(chǎn)成本，可廣泛地推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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