大口径气举反循环钻具研制及应用研究

本项目研制了Φ219.1/168.3mm螺纹联接双壁钻杆、Φ168.3mm内平单壁钻杆、大口径气举反循环水龙头、双壁主动钻杆及反循环钻头等配套器具；针对大直径工程井开展气举反循环钻进工艺研究。主要创新点在于钻具结构设计独特、联接螺纹抗扭强度高、气水龙头密封效果好、反循环钻头结构设计科学。该套组合钻具满足直径Φ600～1500mm的大直径工程井气举反循环钻井施工。河南省煤田地质局三队、河南省煤田地质局四队在平煤集团十矿、神火集团和成煤矿等地，应用该套钻具及配套器具完成钻井2口，总进尺1127米，累计产值1460万元。在同等条件下，钻进效率提高了74.3%，钻井成本及能耗大幅降低，取得了良好的工程效果和经济效益。 2100433B

由于混合器沉没深度以上的环状空间中的液柱与升液管内的液气混合物性的重量差而产生冲洗液的反循环称为气举反循环钻具。随着混合器沉没深度的增加，反向冲洗的效率提高。

工作时,混合器沉没深度一般为30~50m。出水接头的位置应高于孔内液体的动水位。在空气升液器下方连接岩粉收集器和带钻头的岩心容纳管为了安放空气升液器和建立必要的压力水头，使用该钻具之前应将钻孔加深到孔内静水位以下20~30m。实践表明，空气升液反循环钻进可把岩矿心采取率提高到80%~100%。工作时,空气压缩机在风压为2.5MPa时,风量为0.015m3 's;在风压为0.7MPa时,风量为0.031m' /s。

该成果的作用原理是用硬质合金钻头，采用较小的冲击功，瞬时将切削具嵌入岩石在较小的轴压下使钻头保持在切入的深度进行回转剪切碎岩。此时的轴专钻进时的切削力的垂直反力和摩擦力，比滚刀钻头钻进抟需的钻压大钻具结构简化，动力消耗少、成本低、钻进效率高。为大口径中硬岩层一种新的工艺方法及钻具。在厂内用425#水泥浇注的模拟地层中钻进试平均时效为1.19米/小时，其效率较高。钻头成本以Φ1.5米的钻头为例为刀价格的十分之一。 鉴定这种大口径低频冲击、回转反循环钻进方法及钻具，充分发挥了冲击、岩伏势，为施工大口径中硬基岩钻孔提供了一种新的钻进方法，在实现循环机具设计上有所创新。 2100433B