教學(xué)第七章反循環(huán)取心LU課件

第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心本章主要內(nèi)容:反循環(huán)鉆進(jìn)及其優(yōu)點(diǎn)反循環(huán)取心鉆進(jìn)的類型、原理及鉆進(jìn)工藝:沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心本章主要內(nèi)容:11/22/2022中第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心定義:凡是沖洗介質(zhì)循環(huán)方式與傳統(tǒng)的正循環(huán)方式相反的鉆進(jìn)方法皆可稱為反循環(huán)鉆進(jìn)。分為孔底局部反循環(huán)和全孔反循環(huán)兩種。與孔底正循環(huán)相比有如下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）沖洗液反向循環(huán)，與巖心進(jìn)入巖心管的方向一致，避免了沖洗液對(duì)巖心的正面沖刷和液柱壓力對(duì)巖心造成的擠夾和磨損，有利于巖心進(jìn)入巖心管，減少流失和重復(fù)破碎；（2）巖心在巖心管呈懸浮狀態(tài)，減輕相互研磨和選擇性磨損，因此能夠提高裂隙發(fā)育、破碎、性脆、軟硬不均的巖礦層取心質(zhì)量。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心定義:凡是沖洗介質(zhì)循環(huán)方式與傳統(tǒng)的正第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心是指在鉆進(jìn)中借助于一些特殊的器具，在孔內(nèi)鉆具總成的下部（孔底部分）形成反循環(huán)方式，而在在鉆具總成的上部仍是正循環(huán)或無沖洗液循環(huán)，相對(duì)于全孔反循環(huán)，孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心具有鉆具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不需要特殊的輔助設(shè)備，機(jī)具輕便，成本低廉。.一、建立沖洗液孔底反循環(huán)的方法無泵鉆進(jìn)噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)封隔式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)空氣升液式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

1、無泵鉆進(jìn)方案不需要地表水泵供給沖洗液在孔內(nèi)循環(huán)，鉆具上裝有帶孔2的專門接頭和單向閥3，以及開口或閉口的巖粉收集管4。利用孔內(nèi)的靜水柱壓力，鉆進(jìn)時(shí)，使鉆具周期地上提和下落，即可實(shí)現(xiàn)沖洗液的孔底反循環(huán)。當(dāng)鉆具向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆具內(nèi)形成低壓區(qū)，液體攜帶巖心和巖粉從孔壁間隙進(jìn)入巖心管，此時(shí)球閥處于關(guān)閉狀態(tài)。向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆具內(nèi)形成壓力增高區(qū)，沖洗液攜帶重量較輕的巖粉，經(jīng)過球閥排到巖粉收集器中。這樣，一方面避免了沖洗液對(duì)巖心的正面沖刷破壞，另一方面捕集了鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的所有巖屑和巖粉。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心1、無泵鉆進(jìn)方案1第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)

這種噴射式鉆具是利用沖洗液流的噴射效應(yīng)建立孔底反循環(huán)的。所謂噴射效應(yīng)乃是高速運(yùn)動(dòng)的液流在流束附近壓力降低的一種現(xiàn)象。噴射式鉆具的主要部件是噴射裝置。一般由噴嘴1和承噴器2組成。沖洗液流在壓力下從噴嘴以高速噴出，在承噴器上部形成低壓區(qū)，沖洗液從孔壁間隙，經(jīng)過鉆頭水口并攜帶巖粉抽吸到巖心管4的內(nèi)腔，通過濾網(wǎng)6進(jìn)入到巖粉收集器7。在液體流動(dòng)過程中，巖心和巖粉重量較大和塊度較大的沉積于巖心管內(nèi)，而重量較小和粒度較細(xì)的則收集于巖粉收集器中。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)噴射式鉆具可配備硬質(zhì)合金鉆頭或金剛石鉆頭?？捎糜趩喂茔@具鉆進(jìn)，也可用于雙管鉆具，在雙層鉆具中，承噴器出口的液流被引導(dǎo)到內(nèi)管與外管的間隙，這樣能夠增大返水量，提高返水效率(返水量與給水量之比)。與無泵鉆具相比，具有操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小，鉆進(jìn)效率高，孔底比較干凈，埋鉆事故少等優(yōu)點(diǎn)，在硬、脆、碎地層中使用較多。但是其缺點(diǎn)是反循環(huán)液流速度與被攜帶的巖粉量成反比。隨著沖洗液中巖粉的飽和，噴射裝置的工作效率降低。超過臨界值時(shí)，噴射裝置就停止工作。此時(shí)沖洗液完全向上流送，可能導(dǎo)致燒鉆。因此，鉆進(jìn)產(chǎn)生大量巖粉的軟的和中硬的巖礦層時(shí)，不用噴射式鉆具。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

3、封隔式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)通過人工阻隔，使沖洗液在孔底形成反循環(huán)。（1）彈性膠囊阻隔式：當(dāng)孔壁比較穩(wěn)定、光滑時(shí)，采用彈性膠囊封隔阻隔沖洗液流。沖洗液使膠囊體積增大，封閉孔壁間隙，迫使沖洗液經(jīng)過鉆頭水口，攜帶巖粉并推動(dòng)巖心進(jìn)入巖心管內(nèi)。在巖心管自由空間內(nèi)液流運(yùn)動(dòng)速度降低，巖粉和巖心顆粒沉淀下來，而沖洗液則通過濾網(wǎng)和出水孔道進(jìn)入鉆桿與孔壁的間隙，返回地表。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心3、封隔式孔底反循環(huán)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（2）孔底阻隔式：鉆進(jìn)含粘土夾層和松散沉積物的軟弱巖礦層時(shí)，采用另一種封隔式鉆具。此種鉆具利用專門厚壁硬合金鉆頭起封隔器作用，雙層巖心管結(jié)構(gòu)。厚壁鉆頭1阻止沖洗液流向巖心管與孔壁之間的空隙，把絕大部分的液流引導(dǎo)到巖心管5的內(nèi)腔，并經(jīng)過濾網(wǎng)4和返水孔3流到鉆桿與孔壁的間隙返回到地表，而巖粉和巖心則滯留于巖心管內(nèi)。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（2）孔底阻隔式：鉆第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

4、空氣升液式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)

空氣升液的原理是把由進(jìn)氣管2放入鉆桿柱中一定的深度，送入壓縮空氣。鉆桿柱內(nèi)形成氣水混合物，其密度低于鉆桿與孔壁間隙中水的密度，在壓力作用下，鉆桿與孔壁間隙中的水經(jīng)過鉆頭，攜帶巖粉和巖心進(jìn)入巖心管內(nèi)腔。與其他孔底反循環(huán)鉆具一樣，巖心鉆具上部往往接有閉口式巖粉收集器，使上返沖洗液中重量較輕的巖粉匯集于收集器中。該方法適用于鉆進(jìn)易溶巖礦層(如巖鹽)以及在裂隙發(fā)育沖洗液強(qiáng)烈漏失的條件下取樣鉆進(jìn)。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心4、空氣升液式孔底反循第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心二、幾種有代表性的沖洗液孔底反循環(huán)鉆具（一）無泵式反循環(huán)鉆具1、無泵鉆具的結(jié)構(gòu)形式:有開口式和閉口式兩種形式（1）開口式無泵鉆具特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，收集巖粉能力強(qiáng)，取出巖粉容易，但鉆具強(qiáng)度較低，一般僅宜于150米以內(nèi)的淺孔鉆進(jìn)。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心二、幾種有代第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（2）閉口式無泵鉆具閉口式無泵鉆具如右圖所示。與開口式無泵鉆具相比，具有強(qiáng)度較高，適于破碎、松散、粘性大、比重大的巖礦層和孔深大于150米的鉆孔。如遇坍塌、掉塊和巖粉較多的巖礦層還可在導(dǎo)水接頭上增加開口取粉管，以收取更多的巖粉。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（2）閉口式無泵鉆具11/第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、無泵鉆具鉆進(jìn)

無泵鉆具的鉆進(jìn)參數(shù)是鉆壓、轉(zhuǎn)速、串動(dòng)頻率和串動(dòng)高度。

鉆壓不宜過大，一般2～4kN，否則易造成巖心堵塞或糊鉆。

轉(zhuǎn)速不宜過快，以保護(hù)巖礦心。一般在100～200r／min。

串動(dòng)頻率一般為5—10次／min，串動(dòng)高度一般為15～20cm，巖礦層松散，巖粉較多，為了增大反循環(huán)強(qiáng)度，串動(dòng)頻率與串動(dòng)高度大些。鉆進(jìn)中，周期性地串動(dòng)鉆具，并且慢提快落，以增強(qiáng)反循環(huán)效果。

孔內(nèi)的靜止水位必須超過粗徑鉆具，以保證反循環(huán)的形成。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、無泵鉆具鉆進(jìn)1第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(二)噴射式反循環(huán)鉆具1、噴射式反循環(huán)鉆具的結(jié)構(gòu)

右圖是一種噴射反循環(huán)鉆具，它是在雙動(dòng)雙管的基礎(chǔ)上增加了噴射器，造成孔底沖洗液的局部反循環(huán)。雙管也可以制成單動(dòng)的形式，以提高減振的性能。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(二)噴射式反循環(huán)鉆具第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)工藝參數(shù)鉆探常用的噴射式反循環(huán)鉆具直徑一般為59—91mm。啟動(dòng)噴射器的沖洗液量為80—100L／Min?；卮芜M(jìn)尺一般不超過1.5m。轉(zhuǎn)速不超過400—500r／min(金剛石鉆進(jìn))，180—200r／min(硬合金鉆進(jìn))。噴射鉆具鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)必須干凈。若孔底巖粉過多，要專門撈取，否則易造成燒鉆事故。下鉆到底前應(yīng)先開泵沖孔，然后開車緩慢掃孔，以防巖粉或殘留巖心堵塞。鉆進(jìn)中不得停泵，否則巖粉沉淀造成自卡或堵塞進(jìn)水通道。使用泥漿時(shí)，粘度應(yīng)控制在18～23s左右，以免影響噴射器工作性能。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

3、噴反元件的作用及其尺寸的選擇噴射反循環(huán)的效果與噴射元件的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸有密切的關(guān)系。噴反元件主要包括噴嘴、混合室、喉管、擴(kuò)散室等。每—個(gè)元件根據(jù)它的作用都有一個(gè)合理的幾何形狀和尺寸，才能得到最好的噴反性能。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心3、噴反元件的作用及第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(1)噴嘴

作用：將高壓液流的壓力能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能。高能量的液體通過它以后，應(yīng)產(chǎn)生最大的動(dòng)能以便在噴射器周圍形成負(fù)壓區(qū)，形成孔底的反循環(huán)。對(duì)噴嘴的結(jié)構(gòu)要求：一是阻力小，二是流速和流量大。噴嘴尺寸的選擇：噴嘴直徑d0，噴嘴的錐度β，噴嘴大口直徑D，噴嘴長度L0。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(1)噴嘴11/2第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

噴嘴尺寸的選擇：噴嘴直徑d0可按公式計(jì)算：

噴嘴直徑d0與流量與流速有關(guān)。當(dāng)液流Q一定時(shí)，d0越小流速越大，流速越大在一定的范圍內(nèi)負(fù)壓越高，噴反性能越好。d0太小，特別是泥漿洗井時(shí)，易被巖屑堵塞，但d0太大，受孔徑和水泵能力的限制，給水量增加到一定值后，負(fù)壓的增長趨于穩(wěn)定，返水效率下降。因此，噴嘴直徑常用5、6、7，8、9，10毫米幾種規(guī)格。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴尺寸的選擇：11/第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

噴嘴尺寸的選擇：噴嘴的錐度β：根據(jù)流體力學(xué)中管嘴出流理論，圓錐收斂形管嘴最好，理想的圓錐角為8度～15度之間，其阻力最小，流速流量最大。當(dāng)壓力大于30個(gè)大氣壓時(shí)，取8度～12度，噴嘴直徑小或壓力小于30個(gè)大氣壓時(shí)，取12度～15度。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴尺寸的選擇：11第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴大口直徑D：噴嘴d0與β確定以后，為使噴嘴中的流速收縮不致過急而影響流量系數(shù)，噴嘴出口d0與上端進(jìn)口D，必須保持一定的比例關(guān)系，一般兩直徑的比值不得小于1／4.噴嘴長度L0：按水力學(xué)介紹，當(dāng)噴嘴收斂角β=13度～15度時(shí)，最好的噴嘴長度為：L0=2.2（D-d0）+d011/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴大口直徑D：噴嘴d0與第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(2)混合室混合室的作用：混合室是高速液流Q1和被吸入液流Q2混合的地方，并在這里進(jìn)行能量傳遞或交換，而后一起通過喉管。所謂能量傳遞或交換，就是在兩股液流存在壓力差的情況下，高速液流Q1失去能量，低速液流Q2得到能量，最后二者達(dá)到相近的流速并一起進(jìn)入喉管。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(2)混合室11/第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

混合室尺寸的選擇：混合室收斂角δ：為了減少兩股流速相差很大的液流在混合時(shí)產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象和能量損失，混合室的形狀應(yīng)選用收斂形的。一般選取的收斂角為δ=200～300?；旌鲜抑睆絛1

：按經(jīng)驗(yàn)一般?。篸1=（1.5~2）d2

混合室長度L1：按經(jīng)驗(yàn)公式：L1=4.75（d1-d2）11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心混合室尺寸的選擇：1第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(3)喉管喉管的作用：喉管是混合室與擴(kuò)散管之間的一段直管，是混合液流必經(jīng)的通路。其作用是使混合室流出的混合液流動(dòng)均勻，形成較穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，以減少能量損失。為此，其幾何形狀一般采用圓柱形。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(3)喉管11/第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

喉管尺寸的選擇：喉管直徑d2喉管直徑d2必須大于噴嘴直徑d0，d2越大，返水性能越好。但受孔徑和射流能量的限制，不能太大。d2=(1.5～3)d0。喉管長度L2：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般選?。篖2=（1.2~1.7）d2

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心喉管尺寸的選擇：11第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(4)擴(kuò)散管作用：降低混合液流的速度，使動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?/p>

擴(kuò)散管尺寸的選擇：擴(kuò)散管的擴(kuò)散角γ:為使動(dòng)能變?yōu)閴毫δ軙r(shí)盡量減少壓力損失，擴(kuò)散管內(nèi)徑應(yīng)具有錐度，擴(kuò)散角為γ=60～120。擴(kuò)散管的大徑d3：按經(jīng)驗(yàn)一般選取：d3=（2.5~4）d2擴(kuò)散管長度L3：按經(jīng)驗(yàn)公式取L3=7.1（d3-d2）11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(4)擴(kuò)散管1第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(5)噴嘴與混合室的距離S

噴噴與混合室之間是工作流Q1與吸人流Q2混合的地方。二者距離的大小對(duì)鉆具的抽吸性能有很大的影響。其配合有最優(yōu)的距離值。這個(gè)距離S一般是可調(diào)的，其大小一般通過試驗(yàn)決定。常用的在-2～+5毫米之間。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(5)噴嘴與混合室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（三）空氣升液式反循環(huán)鉆具1、空氣升液式反循環(huán)鉆具壓縮空氣沿鉆桿送到升液管內(nèi)，在混合器發(fā)生絕熱膨脹過程，液體上升，經(jīng)出水接頭2流到升液管與孔壁的環(huán)狀空間。出水接頭的位置應(yīng)高于孔內(nèi)液體的動(dòng)水位。在空氣升液器下方連接巖粉收集器和巖心容納管。隨著混合器沉沒深度的增加，反向沖洗的效率提高。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（三）空氣升液式反循環(huán)鉆第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、空氣升液式反循環(huán)鉆具鉆進(jìn)此種鉆具適用于孔內(nèi)有地下水的鉆孔和供水困難的地區(qū)。工作時(shí)，混合器沉沒深度一般為水位以下30—50m?？諝鈮嚎s機(jī)在風(fēng)壓為2.5MPa時(shí)，風(fēng)量為0.015m3／s；在風(fēng)壓為0.7MPa時(shí)，風(fēng)量為0.031m3／s。鉆具下到離孔底0.5一1m處，開動(dòng)空壓機(jī)，經(jīng)過3～5min，當(dāng)工作壓力穩(wěn)定后，鉆具邊送風(fēng)邊回轉(zhuǎn)到孔底。實(shí)踐表明，空氣升液反循環(huán)鉆進(jìn)可把巖礦心采取率提高到80％一100％。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、空氣升液式反循環(huán)第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

全孔反循環(huán)取心也稱為反循環(huán)連續(xù)取心，它是一種不提鉆，利用循環(huán)介質(zhì)把巖心(或巖屑)經(jīng)鉆桿的中心通道連續(xù)不斷地輸送到地表的取心方法。全孔反循環(huán)取心的分類:根據(jù)輸送巖心(或巖屑)的原理不同可分為：氣舉反循環(huán)、泵吸反循環(huán)、泵壓反循環(huán).根據(jù)反循環(huán)的沖洗介質(zhì)的不同可分為：空氣反循環(huán)，清水(泥漿)反循環(huán)。根據(jù)所排出的樣品不同可分為：反循環(huán)取心，反循環(huán)取屑。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心全孔反循環(huán)取心也稱為第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心全孔反循環(huán)連續(xù)取心的優(yōu)點(diǎn)(1)鉆進(jìn)效率高。無需提鉆取心，減少了輔助時(shí)間，和繩索取心相比，還減少了打撈內(nèi)管總成的時(shí)間。(2)巖心采取率高，取心質(zhì)量好。有利于提高松散破碎和怕沖刷的復(fù)雜地層的取心質(zhì)量。采取率一般可達(dá)95％以上。由于樣品從內(nèi)管中心被輸?shù)降乇?，樣品上返速度快，可及時(shí)判斷樣品。(3)孔底干凈。由于巖粉及時(shí)被排出，減少孔底重復(fù)破碎，可大幅度提高時(shí)效，且延長了鉆頭的壽命。(4)易于穿過復(fù)雜地層。對(duì)于易坍塌、漏失、掉塊、破碎等復(fù)雜地層，鉆孔可以不下套管，外管就等于跟管鉆進(jìn)的套管。(5)單位成本低。相同地層條件下，反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)的成本，僅為普通取心鉆進(jìn)的1／5～1／3。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心全孔反循環(huán)連續(xù)取心的優(yōu)點(diǎn)1第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心目前存在的問題（1）鉆進(jìn)深度和巖層有一定的局限性，遠(yuǎn)不能完全取代普通巖心鉆探；（2）碎屑狀的巖樣破壞了地層的原狀結(jié)構(gòu)，難以直接獲得所鉆地層的真實(shí)屬性；（3）堅(jiān)硬巖層，巖心難以切斷或巖心切斷器磨損嚴(yán)重；（4）另外鉆探設(shè)備和附屬工具過于笨重，一次性投資大。這些問題嚴(yán)重影響了它的推廣。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心目前存在的問題11/22/第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

一、水力全孔反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)（水力輸送巖心）（一）水力輸送巖心原理沖洗液由泵6經(jīng)專門水接頭壓送到雙壁同心管柱的環(huán)狀間隙中，在距孔底2-3cm處，經(jīng)鉆頭1進(jìn)入內(nèi)管3。沖洗液攜帶巖心和巖粉沿內(nèi)管、水接頭4上行到巖心導(dǎo)出膠管5，并和巖粉一起流到安裝在集液箱8內(nèi)的巖心回收槽7上。鉆進(jìn)過程中，在鉆具內(nèi)管下部裝有巖心卡斷器(圖中未畫出)，當(dāng)鉆成的巖心達(dá)到一定長度時(shí)(約為直徑的2倍)，即被巖心卡斷器卡斷。這樣，巖心就被成段地連續(xù)從孔底輸送到地表。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心一、水力全孔反循第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備1、自行或拖掛式全液壓鉆機(jī)，適合于經(jīng)常搬遷。鉆機(jī)采用全液壓控制，利于快速準(zhǔn)確地完成鉆進(jìn)過程中的各種操作，保證回轉(zhuǎn)器平穩(wěn)給進(jìn)和改善鉆桿擰卸條件。2、側(cè)入式水接頭。其作用是將泵壓送出來的高壓沖洗液導(dǎo)入雙壁鉆柱內(nèi)外管的環(huán)狀間隙，直達(dá)孔底，并且將內(nèi)管中的巖心輸送到地表。水接頭有較大的中心孔，作為巖心通道。3、雙壁鉆桿。由單獨(dú)的雙管段組成。管段中用定心肋骨將內(nèi)管固定在外管內(nèi)，以防止內(nèi)管軸向竄動(dòng)。外管兩端用帶螺紋的接頭連接，而內(nèi)管兩端用插入連接密封。外管傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向壓力，內(nèi)管只作為輸送巖心的通道。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備4、硬合金鉆頭。直徑為76、84和93mm，具有厚壁鋼體。底唇制成螺旋狀扇形塊，回轉(zhuǎn)時(shí)可保證巖粉由鉆頭邊緣往中心移動(dòng)，被沖洗液流帶進(jìn)內(nèi)管。由于沖洗液在距鉆頭底唇20～30mm處返轉(zhuǎn)到內(nèi)管內(nèi)，因此要靠周期性地上下串動(dòng)鉆具使切削具得到冷卻。鉆進(jìn)較硬、研磨性地層時(shí)，則改用金剛石鉆頭。5、巖心卡斷器。裝在鉆頭上部的某一高度。有楔面式、卡塊式和滾球式等結(jié)構(gòu)?？〝嗥髋c卡斷器座是動(dòng)配合。其作用原理都是在巖心形成一定長度后，使其受到一個(gè)徑向力而切斷。6、樣品收集裝置。包括巖心回收槽和巖粉收集器。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（三）水力輸送巖心鉆進(jìn)工藝水力輸送巖心鉆進(jìn)的特點(diǎn)是機(jī)械鉆速很高，并且靠沖洗液反循環(huán)液流從孔底排除巖心和巖粉。1、系統(tǒng)的控制：在液壓系統(tǒng)中，一般用單流閥控制給進(jìn)，給進(jìn)力恒定，而給進(jìn)速度則隨孔底反作用力的變化而不同。隨著給進(jìn)速度的加快，回轉(zhuǎn)扭矩增加，液壓系統(tǒng)壓力增加，當(dāng)達(dá)到極限時(shí)，要串動(dòng)鉆具以降低轉(zhuǎn)矩，因此，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中（特別是軟巖層）必須經(jīng)常串動(dòng)鉆具。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（三）水力輸送巖心鉆進(jìn)第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、鉆進(jìn)復(fù)雜地層如較厚的粘土層沙礫層時(shí)，除了要串動(dòng)鉆具降低轉(zhuǎn)矩外，還可以采用墩放鉆具、透孔和正循環(huán)洗孔.串動(dòng)鉆具：每鉆進(jìn)0.1~1.5米，將鉆具提離孔底，提離高度≥鉆進(jìn)深度，而后，緩慢下放到孔底。墩放鉆具：每鉆進(jìn)0.1~0.5米，將鉆具提動(dòng)8~10厘米，然后墩放到孔底。透孔：每鉆完一個(gè)給進(jìn)行程，將鉆頭提離孔底同樣高度，重新掃孔鉆進(jìn)到原孔底。正循環(huán)洗孔：每鉆進(jìn)40~60米，改變側(cè)通閥門進(jìn)行正循環(huán)洗孔。其目的是排除鉆柱內(nèi)、鉆柱與孔壁間隙之間的巖粉，潤滑鉆具，防止巖粉堵塞。正常鉆進(jìn)時(shí)鉆壓為10~25KN，轉(zhuǎn)速為200~300r/min，沖洗液量為180~300L/min，鉆進(jìn)漏失帶時(shí)沖洗液量適量增加。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、鉆進(jìn)復(fù)雜地層如較厚第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

二、空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)空氣反循環(huán)連續(xù)取樣也叫中心取樣鉆探（CenterSampleRecovery)簡(jiǎn)稱CSR，即采用雙壁鉆桿反循環(huán)系統(tǒng)和全面破碎的碎巖方式；依靠收集鉆進(jìn)過程中由內(nèi)管中心通道上返至地表的巖屑來取代常規(guī)取心鉆探中的巖心進(jìn)行地質(zhì)編錄、巖礦分析等。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心二、空氣反循環(huán)連續(xù)取第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（一）鉆進(jìn)原理壓縮空氣（也可以是清水、泥漿、泡沫等）經(jīng)側(cè)人式氣水龍頭進(jìn)入雙壁鉆桿的環(huán)狀間隙并下行，到達(dá)孔底后經(jīng)內(nèi)管中心通道上返，同時(shí)將所鉆地層樣品及巖屑攜至地表，并進(jìn)入旋流器，樣品與空氣分離，再進(jìn)行不同比例的無分選縮分，最后將所分樣品按要求包裝編號(hào)，送交化驗(yàn)室分析處理。通常采用全面破碎鉆進(jìn)工藝，即用牙輪鉆頭或潛孔錘鉆進(jìn)。一般空氣的上返速度不大于25m／s。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（一）鉆進(jìn)原理1第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(二）現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)工作程序1、以取樣段的概念取代了取心鉆探中的回次長度的概念。在鉆進(jìn)中，把一定長度或一定進(jìn)尺內(nèi)（一般為0.3~1.5米）的巖樣收集到一起，充分混合后作為一個(gè)送檢樣，這個(gè)定尺長度即為取樣段。2、用滿足地質(zhì)要求的樣品量來取代原取心鉆探中巖心采取率的概念。中心取樣鉆探中，巖屑隨高速氣流排至地表，通常達(dá)100％，而地質(zhì)人員只需少量樣品即可滿足化驗(yàn)分析的需要。因此，要在鉆探現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巖樣進(jìn)行充分縮分，保留能夠滿足地質(zhì)要求的樣品量。3、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄程序有了較大區(qū)別。在取心鉆探中，所獲巖礦心均按回次編號(hào)，按順序放人巖心箱。而在中心取樣鉆探中，巖礦樣呈碎屑狀從孔內(nèi)源源不斷排出，按取樣段進(jìn)行收集包裝。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心(二）現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)工作程第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心(三）空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)1、鉆進(jìn)效率高采用潛孔錘和牙輪鉆具，以沖擊破碎取代了切削研磨破碎；使用空氣作為循環(huán)介質(zhì)，排粉效果好，避免或減少了重復(fù)破碎；同時(shí)，由于沒有了液柱壓力，孔底巖石從三向應(yīng)力轉(zhuǎn)為兩向應(yīng)力，使巖石強(qiáng)度相對(duì)降低。取消了取心過程。樣品在鉆進(jìn)過程中連續(xù)排出。2、利于穿越復(fù)雜地層CSR鉆進(jìn)時(shí)，壓縮空氣在雙壁鉆桿中的循環(huán)是閉路循環(huán)系統(tǒng)，即便遇到老窿或溶洞，只要鉆具到達(dá)洞底，正常循環(huán)也會(huì)立即恢復(fù)，而這在常規(guī)鉆進(jìn)中卻是難以實(shí)現(xiàn)的。鉆進(jìn)過程連續(xù)，避免了因頻繁提下鉆具所形成的壓力激動(dòng)和抽吸作用給鉆孔造成的破壞。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心(三）空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

3、鉆孔質(zhì)量好CSR鉆具為滿眼鉆具，孔壁間隙小，鉆桿剛性好，所以很少發(fā)生孔斜。鉆進(jìn)時(shí)，壓縮空氣攜帶樣品可在很短的間內(nèi)返至地表，地質(zhì)人員可以根據(jù)上返巖屑隨時(shí)掌握地層的變化情況，而且不管地層條件如何，樣品采取率總能達(dá)到100％。

4、鉆進(jìn)工藝簡(jiǎn)單與常規(guī)取心鉆進(jìn)相比，鉆進(jìn)參數(shù)的控制比較簡(jiǎn)單，沒有取心鉆進(jìn)那樣嚴(yán)格，既便稍有不當(dāng)，對(duì)鉆進(jìn)效率，孔內(nèi)安全等影響不大。此外，CSR鉆進(jìn)由于實(shí)現(xiàn)了樣品連續(xù)上返，常常是一個(gè)鉆頭打一個(gè)孔提一次鉆，鉆孔結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，通常是一徑終孔。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心3、鉆孔質(zhì)量好11/第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心本章主要內(nèi)容:反循環(huán)鉆進(jìn)及其優(yōu)點(diǎn)反循環(huán)取心鉆進(jìn)的類型、原理及鉆進(jìn)工藝:沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心本章主要內(nèi)容:11/22/2022中第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心定義:凡是沖洗介質(zhì)循環(huán)方式與傳統(tǒng)的正循環(huán)方式相反的鉆進(jìn)方法皆可稱為反循環(huán)鉆進(jìn)。分為孔底局部反循環(huán)和全孔反循環(huán)兩種。與孔底正循環(huán)相比有如下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）沖洗液反向循環(huán)，與巖心進(jìn)入巖心管的方向一致，避免了沖洗液對(duì)巖心的正面沖刷和液柱壓力對(duì)巖心造成的擠夾和磨損，有利于巖心進(jìn)入巖心管，減少流失和重復(fù)破碎；（2）巖心在巖心管呈懸浮狀態(tài)，減輕相互研磨和選擇性磨損，因此能夠提高裂隙發(fā)育、破碎、性脆、軟硬不均的巖礦層取心質(zhì)量。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第七章反循環(huán)鉆進(jìn)取心定義:凡是沖洗介質(zhì)循環(huán)方式與傳統(tǒng)的正第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心是指在鉆進(jìn)中借助于一些特殊的器具，在孔內(nèi)鉆具總成的下部（孔底部分）形成反循環(huán)方式，而在在鉆具總成的上部仍是正循環(huán)或無沖洗液循環(huán)，相對(duì)于全孔反循環(huán)，孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心具有鉆具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不需要特殊的輔助設(shè)備，機(jī)具輕便，成本低廉。.一、建立沖洗液孔底反循環(huán)的方法無泵鉆進(jìn)噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)封隔式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)空氣升液式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

1、無泵鉆進(jìn)方案不需要地表水泵供給沖洗液在孔內(nèi)循環(huán)，鉆具上裝有帶孔2的專門接頭和單向閥3，以及開口或閉口的巖粉收集管4。利用孔內(nèi)的靜水柱壓力，鉆進(jìn)時(shí)，使鉆具周期地上提和下落，即可實(shí)現(xiàn)沖洗液的孔底反循環(huán)。當(dāng)鉆具向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆具內(nèi)形成低壓區(qū)，液體攜帶巖心和巖粉從孔壁間隙進(jìn)入巖心管，此時(shí)球閥處于關(guān)閉狀態(tài)。向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆具內(nèi)形成壓力增高區(qū)，沖洗液攜帶重量較輕的巖粉，經(jīng)過球閥排到巖粉收集器中。這樣，一方面避免了沖洗液對(duì)巖心的正面沖刷破壞，另一方面捕集了鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的所有巖屑和巖粉。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心1、無泵鉆進(jìn)方案1第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)

這種噴射式鉆具是利用沖洗液流的噴射效應(yīng)建立孔底反循環(huán)的。所謂噴射效應(yīng)乃是高速運(yùn)動(dòng)的液流在流束附近壓力降低的一種現(xiàn)象。噴射式鉆具的主要部件是噴射裝置。一般由噴嘴1和承噴器2組成。沖洗液流在壓力下從噴嘴以高速噴出，在承噴器上部形成低壓區(qū)，沖洗液從孔壁間隙，經(jīng)過鉆頭水口并攜帶巖粉抽吸到巖心管4的內(nèi)腔，通過濾網(wǎng)6進(jìn)入到巖粉收集器7。在液體流動(dòng)過程中，巖心和巖粉重量較大和塊度較大的沉積于巖心管內(nèi)，而重量較小和粒度較細(xì)的則收集于巖粉收集器中。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)噴射式鉆具可配備硬質(zhì)合金鉆頭或金剛石鉆頭。可用于單管鉆具鉆進(jìn)，也可用于雙管鉆具，在雙層鉆具中，承噴器出口的液流被引導(dǎo)到內(nèi)管與外管的間隙，這樣能夠增大返水量，提高返水效率(返水量與給水量之比)。與無泵鉆具相比，具有操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小，鉆進(jìn)效率高，孔底比較干凈，埋鉆事故少等優(yōu)點(diǎn)，在硬、脆、碎地層中使用較多。但是其缺點(diǎn)是反循環(huán)液流速度與被攜帶的巖粉量成反比。隨著沖洗液中巖粉的飽和，噴射裝置的工作效率降低。超過臨界值時(shí)，噴射裝置就停止工作。此時(shí)沖洗液完全向上流送，可能導(dǎo)致燒鉆。因此，鉆進(jìn)產(chǎn)生大量巖粉的軟的和中硬的巖礦層時(shí)，不用噴射式鉆具。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

3、封隔式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)通過人工阻隔，使沖洗液在孔底形成反循環(huán)。（1）彈性膠囊阻隔式：當(dāng)孔壁比較穩(wěn)定、光滑時(shí)，采用彈性膠囊封隔阻隔沖洗液流。沖洗液使膠囊體積增大，封閉孔壁間隙，迫使沖洗液經(jīng)過鉆頭水口，攜帶巖粉并推動(dòng)巖心進(jìn)入巖心管內(nèi)。在巖心管自由空間內(nèi)液流運(yùn)動(dòng)速度降低，巖粉和巖心顆粒沉淀下來，而沖洗液則通過濾網(wǎng)和出水孔道進(jìn)入鉆桿與孔壁的間隙，返回地表。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心3、封隔式孔底反循環(huán)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（2）孔底阻隔式：鉆進(jìn)含粘土夾層和松散沉積物的軟弱巖礦層時(shí)，采用另一種封隔式鉆具。此種鉆具利用專門厚壁硬合金鉆頭起封隔器作用，雙層巖心管結(jié)構(gòu)。厚壁鉆頭1阻止沖洗液流向巖心管與孔壁之間的空隙，把絕大部分的液流引導(dǎo)到巖心管5的內(nèi)腔，并經(jīng)過濾網(wǎng)4和返水孔3流到鉆桿與孔壁的間隙返回到地表，而巖粉和巖心則滯留于巖心管內(nèi)。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（2）孔底阻隔式：鉆第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

4、空氣升液式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)

空氣升液的原理是把由進(jìn)氣管2放入鉆桿柱中一定的深度，送入壓縮空氣。鉆桿柱內(nèi)形成氣水混合物，其密度低于鉆桿與孔壁間隙中水的密度，在壓力作用下，鉆桿與孔壁間隙中的水經(jīng)過鉆頭，攜帶巖粉和巖心進(jìn)入巖心管內(nèi)腔。與其他孔底反循環(huán)鉆具一樣，巖心鉆具上部往往接有閉口式巖粉收集器，使上返沖洗液中重量較輕的巖粉匯集于收集器中。該方法適用于鉆進(jìn)易溶巖礦層(如巖鹽)以及在裂隙發(fā)育沖洗液強(qiáng)烈漏失的條件下取樣鉆進(jìn)。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心4、空氣升液式孔底反循第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心二、幾種有代表性的沖洗液孔底反循環(huán)鉆具（一）無泵式反循環(huán)鉆具1、無泵鉆具的結(jié)構(gòu)形式:有開口式和閉口式兩種形式（1）開口式無泵鉆具特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，收集巖粉能力強(qiáng)，取出巖粉容易，但鉆具強(qiáng)度較低，一般僅宜于150米以內(nèi)的淺孔鉆進(jìn)。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心二、幾種有代第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（2）閉口式無泵鉆具閉口式無泵鉆具如右圖所示。與開口式無泵鉆具相比，具有強(qiáng)度較高，適于破碎、松散、粘性大、比重大的巖礦層和孔深大于150米的鉆孔。如遇坍塌、掉塊和巖粉較多的巖礦層還可在導(dǎo)水接頭上增加開口取粉管，以收取更多的巖粉。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（2）閉口式無泵鉆具11/第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、無泵鉆具鉆進(jìn)

無泵鉆具的鉆進(jìn)參數(shù)是鉆壓、轉(zhuǎn)速、串動(dòng)頻率和串動(dòng)高度。

鉆壓不宜過大，一般2～4kN，否則易造成巖心堵塞或糊鉆。

轉(zhuǎn)速不宜過快，以保護(hù)巖礦心。一般在100～200r／min。

串動(dòng)頻率一般為5—10次／min，串動(dòng)高度一般為15～20cm，巖礦層松散，巖粉較多，為了增大反循環(huán)強(qiáng)度，串動(dòng)頻率與串動(dòng)高度大些。鉆進(jìn)中，周期性地串動(dòng)鉆具，并且慢提快落，以增強(qiáng)反循環(huán)效果。

孔內(nèi)的靜止水位必須超過粗徑鉆具，以保證反循環(huán)的形成。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、無泵鉆具鉆進(jìn)1第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(二)噴射式反循環(huán)鉆具1、噴射式反循環(huán)鉆具的結(jié)構(gòu)

右圖是一種噴射反循環(huán)鉆具，它是在雙動(dòng)雙管的基礎(chǔ)上增加了噴射器，造成孔底沖洗液的局部反循環(huán)。雙管也可以制成單動(dòng)的形式，以提高減振的性能。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(二)噴射式反循環(huán)鉆具第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)工藝參數(shù)鉆探常用的噴射式反循環(huán)鉆具直徑一般為59—91mm。啟動(dòng)噴射器的沖洗液量為80—100L／Min?；卮芜M(jìn)尺一般不超過1.5m。轉(zhuǎn)速不超過400—500r／min(金剛石鉆進(jìn))，180—200r／min(硬合金鉆進(jìn))。噴射鉆具鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)必須干凈。若孔底巖粉過多，要專門撈取，否則易造成燒鉆事故。下鉆到底前應(yīng)先開泵沖孔，然后開車緩慢掃孔，以防巖粉或殘留巖心堵塞。鉆進(jìn)中不得停泵，否則巖粉沉淀造成自卡或堵塞進(jìn)水通道。使用泥漿時(shí)，粘度應(yīng)控制在18～23s左右，以免影響噴射器工作性能。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

3、噴反元件的作用及其尺寸的選擇噴射反循環(huán)的效果與噴射元件的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸有密切的關(guān)系。噴反元件主要包括噴嘴、混合室、喉管、擴(kuò)散室等。每—個(gè)元件根據(jù)它的作用都有一個(gè)合理的幾何形狀和尺寸，才能得到最好的噴反性能。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心3、噴反元件的作用及第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(1)噴嘴

作用：將高壓液流的壓力能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能。高能量的液體通過它以后，應(yīng)產(chǎn)生最大的動(dòng)能以便在噴射器周圍形成負(fù)壓區(qū)，形成孔底的反循環(huán)。對(duì)噴嘴的結(jié)構(gòu)要求：一是阻力小，二是流速和流量大。噴嘴尺寸的選擇：噴嘴直徑d0，噴嘴的錐度β，噴嘴大口直徑D，噴嘴長度L0。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(1)噴嘴11/2第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

噴嘴尺寸的選擇：噴嘴直徑d0可按公式計(jì)算：

噴嘴直徑d0與流量與流速有關(guān)。當(dāng)液流Q一定時(shí)，d0越小流速越大，流速越大在一定的范圍內(nèi)負(fù)壓越高，噴反性能越好。d0太小，特別是泥漿洗井時(shí)，易被巖屑堵塞，但d0太大，受孔徑和水泵能力的限制，給水量增加到一定值后，負(fù)壓的增長趨于穩(wěn)定，返水效率下降。因此，噴嘴直徑常用5、6、7，8、9，10毫米幾種規(guī)格。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴尺寸的選擇：11/第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

噴嘴尺寸的選擇：噴嘴的錐度β：根據(jù)流體力學(xué)中管嘴出流理論，圓錐收斂形管嘴最好，理想的圓錐角為8度～15度之間，其阻力最小，流速流量最大。當(dāng)壓力大于30個(gè)大氣壓時(shí)，取8度～12度，噴嘴直徑小或壓力小于30個(gè)大氣壓時(shí)，取12度～15度。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴尺寸的選擇：11第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴大口直徑D：噴嘴d0與β確定以后，為使噴嘴中的流速收縮不致過急而影響流量系數(shù)，噴嘴出口d0與上端進(jìn)口D，必須保持一定的比例關(guān)系，一般兩直徑的比值不得小于1／4.噴嘴長度L0：按水力學(xué)介紹，當(dāng)噴嘴收斂角β=13度～15度時(shí)，最好的噴嘴長度為：L0=2.2（D-d0）+d011/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心噴嘴大口直徑D：噴嘴d0與第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(2)混合室混合室的作用：混合室是高速液流Q1和被吸入液流Q2混合的地方，并在這里進(jìn)行能量傳遞或交換，而后一起通過喉管。所謂能量傳遞或交換，就是在兩股液流存在壓力差的情況下，高速液流Q1失去能量，低速液流Q2得到能量，最后二者達(dá)到相近的流速并一起進(jìn)入喉管。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(2)混合室11/第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

混合室尺寸的選擇：混合室收斂角δ：為了減少兩股流速相差很大的液流在混合時(shí)產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象和能量損失，混合室的形狀應(yīng)選用收斂形的。一般選取的收斂角為δ=200～300?；旌鲜抑睆絛1

：按經(jīng)驗(yàn)一般取：d1=（1.5~2）d2

混合室長度L1：按經(jīng)驗(yàn)公式：L1=4.75（d1-d2）11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心混合室尺寸的選擇：1第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(3)喉管喉管的作用：喉管是混合室與擴(kuò)散管之間的一段直管，是混合液流必經(jīng)的通路。其作用是使混合室流出的混合液流動(dòng)均勻，形成較穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，以減少能量損失。為此，其幾何形狀一般采用圓柱形。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(3)喉管11/第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

喉管尺寸的選擇：喉管直徑d2喉管直徑d2必須大于噴嘴直徑d0，d2越大，返水性能越好。但受孔徑和射流能量的限制，不能太大。d2=(1.5～3)d0。喉管長度L2：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般選?。篖2=（1.2~1.7）d2

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心喉管尺寸的選擇：11第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(4)擴(kuò)散管作用：降低混合液流的速度，使動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?/p>

擴(kuò)散管尺寸的選擇：擴(kuò)散管的擴(kuò)散角γ:為使動(dòng)能變?yōu)閴毫δ軙r(shí)盡量減少壓力損失，擴(kuò)散管內(nèi)徑應(yīng)具有錐度，擴(kuò)散角為γ=60～120。擴(kuò)散管的大徑d3：按經(jīng)驗(yàn)一般選?。篸3=（2.5~4）d2擴(kuò)散管長度L3：按經(jīng)驗(yàn)公式取L3=7.1（d3-d2）11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(4)擴(kuò)散管1第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

(5)噴嘴與混合室的距離S

噴噴與混合室之間是工作流Q1與吸人流Q2混合的地方。二者距離的大小對(duì)鉆具的抽吸性能有很大的影響。其配合有最優(yōu)的距離值。這個(gè)距離S一般是可調(diào)的，其大小一般通過試驗(yàn)決定。常用的在-2～+5毫米之間。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心(5)噴嘴與混合室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（三）空氣升液式反循環(huán)鉆具1、空氣升液式反循環(huán)鉆具壓縮空氣沿鉆桿送到升液管內(nèi)，在混合器發(fā)生絕熱膨脹過程，液體上升，經(jīng)出水接頭2流到升液管與孔壁的環(huán)狀空間。出水接頭的位置應(yīng)高于孔內(nèi)液體的動(dòng)水位。在空氣升液器下方連接巖粉收集器和巖心容納管。隨著混合器沉沒深度的增加，反向沖洗的效率提高。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心（三）空氣升液式反循環(huán)鉆第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心

2、空氣升液式反循環(huán)鉆具鉆進(jìn)此種鉆具適用于孔內(nèi)有地下水的鉆孔和供水困難的地區(qū)。工作時(shí)，混合器沉沒深度一般為水位以下30—50m。空氣壓縮機(jī)在風(fēng)壓為2.5MPa時(shí)，風(fēng)量為0.015m3／s；在風(fēng)壓為0.7MPa時(shí)，風(fēng)量為0.031m3／s。鉆具下到離孔底0.5一1m處，開動(dòng)空壓機(jī)，經(jīng)過3～5min，當(dāng)工作壓力穩(wěn)定后，鉆具邊送風(fēng)邊回轉(zhuǎn)到孔底。實(shí)踐表明，空氣升液反循環(huán)鉆進(jìn)可把巖礦心采取率提高到80％一100％。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖洗液孔底反循環(huán)鉆進(jìn)取心2、空氣升液式反循環(huán)第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

全孔反循環(huán)取心也稱為反循環(huán)連續(xù)取心，它是一種不提鉆，利用循環(huán)介質(zhì)把巖心(或巖屑)經(jīng)鉆桿的中心通道連續(xù)不斷地輸送到地表的取心方法。全孔反循環(huán)取心的分類:根據(jù)輸送巖心(或巖屑)的原理不同可分為：氣舉反循環(huán)、泵吸反循環(huán)、泵壓反循環(huán).根據(jù)反循環(huán)的沖洗介質(zhì)的不同可分為：空氣反循環(huán)，清水(泥漿)反循環(huán)。根據(jù)所排出的樣品不同可分為：反循環(huán)取心，反循環(huán)取屑。

11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心全孔反循環(huán)取心也稱為第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心全孔反循環(huán)連續(xù)取心的優(yōu)點(diǎn)(1)鉆進(jìn)效率高。無需提鉆取心，減少了輔助時(shí)間，和繩索取心相比，還減少了打撈內(nèi)管總成的時(shí)間。(2)巖心采取率高，取心質(zhì)量好。有利于提高松散破碎和怕沖刷的復(fù)雜地層的取心質(zhì)量。采取率一般可達(dá)95％以上。由于樣品從內(nèi)管中心被輸?shù)降乇?，樣品上返速度快，可及時(shí)判斷樣品。(3)孔底干凈。由于巖粉及時(shí)被排出，減少孔底重復(fù)破碎，可大幅度提高時(shí)效，且延長了鉆頭的壽命。(4)易于穿過復(fù)雜地層。對(duì)于易坍塌、漏失、掉塊、破碎等復(fù)雜地層，鉆孔可以不下套管，外管就等于跟管鉆進(jìn)的套管。(5)單位成本低。相同地層條件下，反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)的成本，僅為普通取心鉆進(jìn)的1／5～1／3。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心全孔反循環(huán)連續(xù)取心的優(yōu)點(diǎn)1第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心目前存在的問題（1）鉆進(jìn)深度和巖層有一定的局限性，遠(yuǎn)不能完全取代普通巖心鉆探；（2）碎屑狀的巖樣破壞了地層的原狀結(jié)構(gòu)，難以直接獲得所鉆地層的真實(shí)屬性；（3）堅(jiān)硬巖層，巖心難以切斷或巖心切斷器磨損嚴(yán)重；（4）另外鉆探設(shè)備和附屬工具過于笨重，一次性投資大。這些問題嚴(yán)重影響了它的推廣。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心目前存在的問題11/22/第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

一、水力全孔反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)（水力輸送巖心）（一）水力輸送巖心原理沖洗液由泵6經(jīng)專門水接頭壓送到雙壁同心管柱的環(huán)狀間隙中，在距孔底2-3cm處，經(jīng)鉆頭1進(jìn)入內(nèi)管3。沖洗液攜帶巖心和巖粉沿內(nèi)管、水接頭4上行到巖心導(dǎo)出膠管5，并和巖粉一起流到安裝在集液箱8內(nèi)的巖心回收槽7上。鉆進(jìn)過程中，在鉆具內(nèi)管下部裝有巖心卡斷器(圖中未畫出)，當(dāng)鉆成的巖心達(dá)到一定長度時(shí)(約為直徑的2倍)，即被巖心卡斷器卡斷。這樣，巖心就被成段地連續(xù)從孔底輸送到地表。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心一、水力全孔反循第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備1、自行或拖掛式全液壓鉆機(jī)，適合于經(jīng)常搬遷。鉆機(jī)采用全液壓控制，利于快速準(zhǔn)確地完成鉆進(jìn)過程中的各種操作，保證回轉(zhuǎn)器平穩(wěn)給進(jìn)和改善鉆桿擰卸條件。2、側(cè)入式水接頭。其作用是將泵壓送出來的高壓沖洗液導(dǎo)入雙壁鉆柱內(nèi)外管的環(huán)狀間隙，直達(dá)孔底，并且將內(nèi)管中的巖心輸送到地表。水接頭有較大的中心孔，作為巖心通道。3、雙壁鉆桿。由單獨(dú)的雙管段組成。管段中用定心肋骨將內(nèi)管固定在外管內(nèi)，以防止內(nèi)管軸向竄動(dòng)。外管兩端用帶螺紋的接頭連接，而內(nèi)管兩端用插入連接密封。外管傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向壓力，內(nèi)管只作為輸送巖心的通道。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備4、硬合金鉆頭。直徑為76、84和93mm，具有厚壁鋼體。底唇制成螺旋狀扇形塊，回轉(zhuǎn)時(shí)可保證巖粉由鉆頭邊緣往中心移動(dòng)，被沖洗液流帶進(jìn)內(nèi)管。由于沖洗液在距鉆頭底唇20～30mm處返轉(zhuǎn)到內(nèi)管內(nèi)，因此要靠周期性地上下串動(dòng)鉆具使切削具得到冷卻。鉆進(jìn)較硬、研磨性地層時(shí)，則改用金剛石鉆頭。5、巖心卡斷器。裝在鉆頭上部的某一高度。有楔面式、卡塊式和滾球式等結(jié)構(gòu)?？〝嗥髋c卡斷器座是動(dòng)配合。其作用原理都是在巖心形成一定長度后，使其受到一個(gè)徑向力而切斷。6、樣品收集裝置。包括巖心回收槽和巖粉收集器。11/26/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心（二）水力輸送巖心鉆進(jìn)設(shè)備第二節(jié)沖洗液全孔反循環(huán)鉆進(jìn)取心

（三）水力輸送巖心鉆進(jìn)工藝水力輸送巖心鉆進(jìn)的特點(diǎn)是機(jī)