潜孔锤冲击静压跟管钻进施工工艺的研究.pdf

第33卷第1期吉林大学学报(地球科学版)Vol。33No．1
2003年1月JOURNALOFJILINUNIVERSITY(EARTHSCIENCEEDITION)Jan．2003

文章缩号：1671—5888(2003)Ol一0115—04

潜孔锤冲击静压跟管钻进施工工艺的研究

赵大军，计胜利，曲世东，王世常
(1．吉林大学建设T程学院，吉林长春130025，2．吉林省常青房地产开发公司，吉林长春130061)

摘要：工程施工钻孔中，经常遇到不稳定地层。目前，国内外针对不稳定地层的钻孔方法很多，但
都有一定的局限性，且需要大型设备施工。潜孔锤冲击静压跟管钻进工艺是利用潜孔锤在套管上部
的冲击和钻机自身对套管的静压，将护壁套管下入孔内的一种钻进方法．套管下入的主要动力是游
孔锤的冲击力，钻机的静压力起辅助作用。该方法可利用小型轻便钻机钻进不稳定地层，钻孔效率
高，成孔质量好，设备搬迁方便．
关t词：不稳定地层I潜孔锤；冲击静压跟管钻进
中圈分类号：P634．3文献标识码：A

层物理特性的分散性系数(不均匀系数)，通常取竹
0引言
一0．7；仇为工作条件系数，对于房屋、桥梁及水工建
砂层、卵砾石地层、破碎带、块石回填地层的钻筑物，仇一1；c为桩周长，m；口为安全系数，冲击沉
孔施工中孔壁不稳定，极易坍塌掉块。对于该种类管，口一1；厂l为第i层土的表面摩擦阻力的标准值。
型的不稳定地层，目前国内外钻孔施工方法主要有：平均当量直径45mm的卵砾石层厂l一12～58kN／
泥浆护壁正、反循环钻进，钢绳冲击钻进，潜孔锤同m2(因地层的松散程度不同)；z为第i层土的厚度，
心跟管钻进，潜孔锤偏心跟管钻进，双壁钻杆空气反假设-20m，为一种地层；A为桩端处的截面面
循环钻进¨，贯通式潜孔锤钻进等。目前这些钻孔积；，为桩端底部地层的极限应力，以一1200～
方法都存在一定的局限性或存在钻进效率低、成本9800kN／m2(根据地层的类型及孔隙比不同而不
高、钻孔深度小等缺点，不能完全满足松散无胶结、同)。
颗粒大小不均的不稳定地层的钻进。而该类不稳定经计算，钢套管下入卵砾石2Om深，最大沉人
地层在水井施工、边坡锚固、地质勘察、工程施工及阻力的计算结果如表1所示。
油气地震勘探中经常遇到。为高效率、低成本地完表1套管沉入阻力计算佳
成钻孔施工任务，经多年的实践和理论研究，探索出Table1Theresultsofresistanceofpipepenetration
用潜孔锤的冲击和钻机的静压联合作用进行冲击静
压跟套管钻进方法，取得了较好的效果。

1理论基础

1．1沉管阻力的计算
根据“苏联建筑法规”，桩的极限承载力包括桩
端阻力和桩土摩擦力两部分，套管沉人卵砾石层的
最大阻力参考计算的公式为
1．2潜孔锤工作特性
户一,zm(c∑z+，)嘲。在高压空气的作用下，潜孔锤中的活塞做上下
式中：户为套管的极限承载力，kN；竹为考虑到岩往复运动，向下运动通过撞击砧子，使潜孔锤产生向

收稿日期：2002—05—23
基金项目：中国地质调查局资助项目(20012070130)
作者俺介：赵大军(1964一)，男，山东省蓬莱市人，副教授，博士生，主要从事钻探工程的教学与研究工作．

吉林大学学报(地球科学版)2003年

下的冲击力，故潜孔锤是一种能产生轴向冲击力的
工具器。经实验研究得出潜孔锤活塞的冲击力P
随时间变化的特性曲线，如图1所示。

}

图2套管结构及孔底钻进示意图
Fig．2Theschemaofpipestructureand~-minginbottom

05001．垂管，2．砂卵石层I3．管靴，4．大块卵砾石，5．薄块石
t／ms
壁与套管的摩擦阻力。套管底部遇含水的砂土时，
图1潜孔锤冲击瞬时力曲线图
砂土要液化，抗压强度骤减。故在冲击下管过程中，
FIg．1Thecurvesschemofpercussiveforceofdownhole

hnmmerandtime套管受地层的阻力大小或最大沉人深度值很难由公
式计算得出，存在许多随机因素，如地层的类型、颗
不同规格的潜孔锤瞬时冲击的最大值p也显粒的大小、地层松散程度、颗粒的硬度、颗粒的级配、
然不同，WC一150型气动潜孔锤在常规工作中，地层的埋深、地下水的水位等。因此套管阻力的理
p一90kN，遇坚硬岩层或帖子轴向无位移时，p论计算只是参考值，具体套管的沉人阻力大小或沉
会更大。WC一200、WC一250、WC一300型潜孔锤人深度与各影响因素之间构成的是一种灰色系
的冲击功分别是WC～150潜孔锤的2--~8倍。统[|]，应由实际试钻试验确定。

因此，通过分析，利用潜孔锤的冲击力和钻机静2钻进机具的设计及工艺的研究
压力(保证潜孔