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潜孔锤偏心跟管钻进技术的发展背景
在众多的复杂地层锚杆钻进施工中,塌孔、埋钻是施工人员经常碰到且又十分头疼的问题。采用常规的钻进工艺方法很难保证钻孔的质量和施工效率。潜孔冲击跟管钻进技术充分利用了风动潜孔锤冲击破碎岩石的优势,在碎岩钻进的同时,同时跟入套管保护钻孔孔壁,利用套管的刚性导向作用,可以抑制钻孔弯曲,保证钻孔的垂直度。
潜孔冲击跟管钻进按其结构型式主要分为两种类型:偏心式跟管钻具及同心式跟管钻具。同心跟管钻具因其外钻头的壁厚较厚,同样孔径施工,冲击功传递效果不如偏心钻具,只有在钻孔直径较大,选择高风压冲击器时,效果才比较好,但制造费用比偏心钻具高的多。偏心式跟管钻具不仅成孔直径大,而且结构简单,制造成本低,使用方便,因此得到了更广泛的应用。
气动反循环理论
本文基于气动反循环理论,借助ANSYS和FLUENT软件,针对路基注浆加固问题,分析并设计了一套新型气动反循环跟管钻具,主要研究成果如下: (1)通过国内外现有跟管钻具调研,基于高速铁路路基加固对钻孔要求,提出了气动反循环潜孔锤跟管钻具设计方案,创新设计了一种新型跟管钻头,采用中心钻头与扩孔钻头分置方式,中心钻头在底,扩孔钻头呈三瓣均布于中心钻头上部,正转扩孔,反转收拢,并完成了气路设计、柱齿拓扑设计、各部件接口设计和动力参数匹配等。 (2)基于有限元分析理论,应用ANSYS软件,对关键零部件如套管靴、钻头体、钻头体与中心钻头间连接销进行静力分析,完成了强度、刚度和可靠性校核。
跟管钻具的描述
1.通过中心钻头及套在中心钻头外的同心套共同冲击破碎岩石钻孔,同时利用同心套的扩孔作用将套管顺利地带入孔内,到基岩后,中心
钻头从同心套中退出,同心套弃于孔内。同心跟管钻具进由于是同心
全断面钻进,卡钻事故发生的可能性远小于偏心跟管钻进,同时冲击
器的有效冲击频率大大提高,保证了钻孔孔径,跟管钻具阻力也相应
减小。
2.偏心跟管钻具利用潜孔冲击器破碎岩石依靠随行的套管护壁,以实现钻进成孔,用于破碎及复杂硬地层钻进能有效防止塌孔,钻进效率
高,成孔质量好,操作简单,设备配套要求低,是复杂地层钻孔施工
的理想工具。
根管钻具的描述
1. 通过中心钻头及套在中心钻头外的同心套共同冲击破碎岩石钻孔,同时利用同心套的扩孔作用将套管顺利地带入孔内,到基岩后,中心钻头从同心套中退出,同心套弃于孔内。同心跟管钻具进由于是同心全断面钻进,卡钻事故发生的可能性远小于偏心跟管钻进,同时冲击器的有效冲击频率大大提高,保证了钻孔孔径,跟管钻具阻力也相应减小。
2. 偏心跟管钻具利用潜孔冲击器破碎岩石依靠随行的套管护壁,以实现钻进成孔,用于破碎及复杂硬地层钻进能有效防止塌孔,钻进效率高,成孔质量好,操作简单,设备配套要求低,是复杂地层钻孔施工的理想工具。
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