灌注桩施工反循环课件.pptx

1、第三节第三节 反循环成孔技术反循环成孔技术一、反循环的特点及类型一、反循环的特点及类型反循环钻进是指循环介质从钻杆与孔壁的环状间隙进入钻孔，再从钻杆内返回孔口的一种钻井工艺。在大口径正循环钻进中，由于钻具与孔壁的环状空间断面尺寸大，泥浆泵的泵量有限，泥浆上返速度很低，因此，钻屑在孔底必须充分破碎后才能被排出。这会带来三个问题，一是充分破碎钻屑要消耗较多的能量和时间，影响钻进效率并加快了钻头磨损；二是细小钻屑很难通过振动筛或泥浆沉淀池加以清除，泥浆处理难度大，目前在城市施工大部分是将浓浆用槽车外运，拉至郊外场地排放，在市区施工往往离排放场地几十公里，白天市内交通繁忙，很难外运，只有夜间运输；三是

2、在泥浆上返速度不大的情况下，只有增大泥浆粘度和密度才有利于上返钻屑，这也会在井壁形成厚的泥皮，增大清孔工作量，影响桩的承载力。采用反循环钻进，泥浆上返速度一般可达23.5m/s,所以，可以排出粒径很大的钻屑，而且排出速度很高。在一般正循环钻进比较困难的卵砾石层，只要卵砾石能从钻杆内顺利通过，就可不经破碎而直接排出孔口。实现反循环的方法可分为两大类：一是直接压送法，二是抽吸法。直接压送法有两种实施方案：其一封闭孔口处钻杆与护筒之间的环状间隙，从孔口向这个环状间隙中压送循环液，循环液到达孔底后从钻杆内上返。这种方法所用设备简单，但它只适用于非漏失层或漏失量很少的地层，或用于套管有效封闭漏失层之后。

3、其二，使用双壁钻杆，从地面沿双壁钻杆之间的环状间隙压入冲洗介质，冲洗介质到达孔底后从内管中上返。后一种方法，要使用专用钻具，但对地层的适应性较好，也不需封闭孔口，故已在地质勘探工作中用于水力反循环连续取芯钻进，在砂矿勘探中用于空气反循环中心取样钻进。不过，由于大直径的双壁钻杆较笨重，因而这种方法在桩孔施工中很少应用。抽吸法，是利用离心泵、气举泵或射流泵从循环管路的终端（出口）或中段某处，形成负压和反向压差，并由此产生抽吸力，从钻杆中心通孔抽吸循环介质，形成冲洗介质的连续反循环。依形成负压方法、设备的不同，通常把抽吸法反循环分为泵吸反循环、气举反循环和射泵吸反循环、气举反循环和射流反循环三种类型

4、流反循环三种类型。这些反循环方法，由于工艺和设备均较简单，已在大口径钻孔施工中得到广泛应用。二、反循环钻进的流体力学基础二、反循环钻进的流体力学基础要深入了解研究反循环钻进，正确地进行参数的设计计算，掌握好钻井工艺，就必须对反循环钻进中涉及的流体力学基本问题有一个了解。这个问题日益受到人们的重视，研究工作亦有不少进展，但由于反循环系统涉及的问题比较复杂。例如，气举反循环就是一个气、固、液三相流问题，而且因素多变，目前虽有一些理论解释与计算公式，但还不能说这一问题已较好解决，还有待于进一步的研究与探索。三、泵吸反循环回转钻进三、泵吸反循环回转钻进1.1.泵吸反循环工作原理泵吸反循环工作原理泵吸反

5、循环的关键设备是砂石泵，砂石泵的吸入口与胶管、水笼头上面弯管及整个钻杆柱相连，砂石泵的排出管口对着沉淀池。泵吸反循环就是利用砂石泵将钻杆柱内带有钻屑的泥浆抽到沉淀池，沉淀后的泥浆经泥浆槽以自流的方式或经循环箱或以其他方式再流回钻孔，从而实现泥浆的反循环。如图6-19所示。图6-19 泵吸反循环示意图1转盘；2钻杆；3钻头；4沉淀池；5水龙头排硫管；6砂石泵。砂石泵一般为离心式泵。一般说来，离心泵叶片数目越多，泵效率越高，但通道直径越小。砂石泵为了增大通道直径，一般为二个叶片，效率在5060左右。表示砂石泵性能的主要参数有：流量Q、全扬程H,吸程Hs,自由通道直径d。钻孔工作对砂石泵的要求是吸程

6、要足够大，一般吸程要保证在7m以上，因为没有足够的吸程，就不能打比较深的孔，同时工效也会较低对扬程要求不高，因为沉淀池距泵很近。2 2砂石泵的启动方式砂石泵的启动方式由于砂石泵一般为离心式泵，且安装在地表，在泥浆还没有开始反循环之前，砂石泵吸入管路中的胶管、水笼头及弯管、主动钻杆均为空气所充满，离心泵抽吸空气的能力非常有限，要启动砂石泵形成反循环，就必须先排除砂石泵吸入管路中的空气，有两种排气方法：真空泵排气和灌注泵排气。(1)真空泵启动砂石泵。我国生产的QZ3型、QZ200型钻机采用了真空泵启动砂石泵的方法。QZ200型钻机泵吸反循环系统如图6-20所示。图6-20 QZ-200型钻机泵吸反

7、循环系统1砂石泵；2沉淀池；3真空包；4真空泵；5气水分离器，6吸气管线；7转盘；8钻具。真空泵的吸气管与真空包相连，真空包的吸气管经过一段透明塑料管后分别接到砂石泵泵壳最上端和水龙头弯管顶部。用真空泵启动砂石泵的过程：砂石泵出口处安装一蝶形阀，关闭蝶形阀即封住砂石泵的出口。启动真空泵，打开吸气管线上所有阀门，将砂石泵吸入管路中的空气抽出。随着空气被抽出，砂石泵吸入管路中的真空度增大，在外界大气压的作用下，泥浆在主动钻杆内不断上升。当泥浆注满泵体时，塑料透明管中就有泥浆通过，马上关闭小阀门A；当塑料透明管中再次有泥浆通过时，说明泵体及整个吸入管路中的空气已全部排除，应迅速关闭阀门B，立即启动砂

8、石泵。砂石泵转动平稳后，打开砂石泵出口蝶形阀，实现反循环，然后再关闭真空泵。利用真空泵抽真空启动砂石泵，要求砂石泵及其吸入管线系统密封可靠，否则往往启动无效(2)灌注泵启动砂石泵。上海探矿机械厂生产的GPS15型钻机的砂石泵就是利用3PN泥浆泵作为灌注泵来启动的。图6-21为GPS-15型钻机使用的灌注泵启动砂石泵的三泵反循环系统，它是目前国内广泛使用的泵吸反循环装置。所谓三泵，即砂石泵(6吋）、泥浆泵(3PN型）和清水泵（1 BA-6型）。图6-21 GPS-15型钻机“三泵”反循环系统 1-电动机；2-联轴器；3-传动轴；4-离合器；5-清水泵；6-泥浆泵；7-砂石泵；8-弯管；9-弯管阀

9、门；10-排碴阀门；11-吸碴管；12-吸水管；13-排碴管如图所示，电动机输出如图所示，电动机输出动力通过传动轴（动力通过传动轴（3 3）、）、离合器（离合器（4 4）(两个联动）两个联动）以及三角皮带分别带动以及三角皮带分别带动上述三个泵。泥浆泵上述三个泵。泥浆泵(6(6）与砂石泵与砂石泵(7)(7)之间用弯管之间用弯管(8)(8)连接，打开阀门连接，打开阀门(9)(9)，两泵即互相连通。启动两泵即互相连通。启动砂石泵之前，利用清水砂石泵之前，利用清水泵泵(5(5)向泥浆泵内灌水，向泥浆泵内灌水，灌满后立即启动泥浆泵，灌满后立即启动泥浆泵，并打开弯管阀门并打开弯管阀门(9)9)，关，关闭排

10、碴阀门闭排碴阀门(10)10)，泥浆，泥浆泵向砂右泵及其吸水管泵向砂右泵及其吸水管线灌注泥浆。线灌注泥浆。灌注泵的流量较大，强大的泥浆流将砂石泵吸入管路中的空气从孔底排出。灌注泵工作一段时间后，启动砂石泵，待其运转正常后打开排碴阀门，关闭弯管阀门即可实现反循环。清水泵排出的清水除灌注泥浆泵外，还以胶管引向泥浆泵和砂石泵轴端密封盒内，起强制润滑和密封作用（利用压力清水阻止泥浆向外渗漏和空气进入泵内）。砂石泵的结构如图6-22所示。图图6-22 砂石泵砂石泵1吸入管；吸入管；2泵壳；泵壳；3叶轮；叶轮；4密封压盖；密封压盖；5轴；轴；6轴承座；轴承座；7皮带轮；皮带轮；8底座。底座。当只开动灌注泵

11、且关闭排碴阀门时，系统实现正循环。由此可见该系统正、反循环的转换非常方便，若反循环管路堵塞了，可用正循环冲堵。利用灌注泵注水启动，当孔较深时，滞留在钻杆中的空气不易冲净，对砂石泵的启动有些不利，常需要增长灌注时间3 3泵吸反循环有关参数选择泵吸反循环有关参数选择（1）钻杆长度。在泵吸反循环管路中，压力最低点在水笼头上的弯管顶部，为使该处的压力不小于泥浆的汽化压力，泵吸反循环一般采用较短的钻杆和主动钻杆（一般为3m）；当孔较深时至少还要配备一节1.5m长的短钻杆。（2）钻杆内泥浆上返流速。钻杆内泥浆上返流速必须大于钻屑在钻杆内的沉降速度。钻孔直径大，钻杆内径大，上升的钻屑颗粒亦大，则流速ua宜选

12、大一些，反之，则应小一点。流速ua高，则钻进速度可以提高，钻杆柱内外重度差所形成的压差hl减小，但沿程及局部阻力损失增大。总结国内外施工实践经验，一般认为，钻杆内泥浆上返流速以2-4m/s为宜，最低可采用1.5m/s。(3）钻杆内径。钻杆内径大，钻进过程中的各种压力损失都可减小，可增大反循环钻进所能达到的钻孔深度；同时钻杆内径大，上返的钻屑颗粒也大，且不易产生管道堵塞，从而钻进速度也可提高。但钻杆直径太大，当钻杆内泥浆上返流速一定时，增大了泥浆的泵量和钻杆外环隙中的泥浆流速，对孔壁冲刷作用也大。一般可选dD/10，且d 100mm，具体选择时要保证钻杆外环隙中的泥浆流速在0.020.04m/s

13、,最大不超过0.16m/s。（4）砂石泵流量Q式中：d钻杆内径（m）；ua钻杆内泥浆上返流速(m/s)。砂石泵出厂时标定的流量是指抽吸清水的流量。实际施工时，砂石泵抽吸的是含有大量钻屑的泥浆，故实际流量小于其标定的额定流量。因此，按上式选择砂石泵时，要视冲洗液类型乘以一个大于1的系数，其泵量才能满足实际施工需要。4.4.泵吸反循环回转钻进工艺泵吸反循环回转钻进工艺(1)砂石泵启动后，应待形成正常反循环，才能开动钻机慢速回转，下放钻头至孔底。开始钻进时，应先轻压慢转至钻头正常工作后，逐渐增大转速，调整钻压，以不造成钻头吸水口堵塞为限度。(2)钻进中应认真细心观察进尺情况和砂石泵的排水出碴情况；排

14、量减小或出水中含钻碴量太多时，应控制给进速度，防止因循环液密度太大或管道堵塞而中断反循环。(3)钻进参数应根据不同的地层情况、桩孔直径，并获得砂石泵的合理排量和经济钻速来加以选择和调整。钻进参数和钻速的选择可参考表5-8,(4)在砂砾、砂卵、卵砾石层中钻进时，为防止钻碴过多，卵砾石堵塞管道，可采用间断给进，间断回转的方法来控制钻速。(5)加接钻杆时，应先停止进尺，将钻具提离孔底lOOmm左右，维持冲洗液循环12min，以清洗孔底，并将管道内的钻碴携出排净，然后停泵加接钻杆。(6)钻进时如孔内出现坍孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底控制泵量，保持冲洗液循环，吸除坍落物和涌砂，同时，向孔内输

15、送性能符合要求的泥浆，保持水头压力以抑制继续涌砂和垮孔；恢复钻进后，控制泵排量不宜过大，避免吸垮孔壁。(7)钻孔达到要求孔深停钻后，钻具提离孔底5080mm，维护冲洗液正常反循环清孔，直到符合清孔标准为止。起钻时应注意操作轻稳，防止钻头拖刮孔壁，并向孔内补入适量冲洗液，稳定孔内水头高度，防止坍孔。(8)施工中常见的故障的处理方法可参考表6-9。地层地层 钻进参数钻进参数和钻速和钻速钻压钻压(kNkN)转速转速(t/min)(t/min)砂石泵砂石泵排量排量(ml/h)(ml/h)钻速钻速(m/h)(m/h)粘土层、硬粘土层、硬土层土层10-2510-25 30-5030-50 1801804-

16、64-6砂土层砂土层5-155-1520-4020-40 160-180160-180 6-106-10砂层、砂砾层、砂层、砂砾层、砂卵石层砂卵石层3-103-1020-4020-40 160-180160-180 8-128-12中硬以下基岩、中硬以下基岩、风化基岩风化基岩20-4020-40 10-3010-30 140-160140-160 0.5-10.5-1表表6-8 泵吸反循环回转钻进推荐参数和钻速泵吸反循环回转钻进推荐参数和钻速注本表钻进参数以GPS-15型钻机为例；砂石层排量要考虑孔径大小和地层情况灵活选择调整，要保证冲洗液在钻杆内和外环间隙中的流速符合规定要求。桩孔直径较大时

17、，钻压宜选用上限，转速宜选下限，获得下限钻速；桩孔直径较小时，钻压宜选用下限，转速宜选用上限，获得上限钻速。表69 泵吸反循环常见故障的处理方法序序号号故障现象故障现象故故障障原因原因处理（排除）方法处理（排除）方法1 1真空泵启动真空泵启动时，系统真时，系统真空度达不到空度达不到要求要求1 1.启动启动时间不够时间不够2.2.气水气水分离器中分离器中未未 加加足清水足清水3.3.管路管路系统系统漏漏，密密 封封不好不好4.4.真空泵真空泵机械故障机械故障5 5.操作操作方法不当方法不当1 1.适当适当延长启动时间但不宜超延长启动时间但不宜超过过10分钟分钟2.2.向向气水分离器中加足清水气水

18、分离器中加足清水3.3.检修管路系统尤其是砂检修管路系统尤其是砂石泵塞线和水龙头处石泵塞线和水龙头处4.4.检修检修或更换真空泵或更换真空泵5 5.按按正确操作方法操作正确操作方法操作2 2真空泵启动真空泵启动时，真空度时，真空度达到要达到要求但不吸求但不吸水，或吸水水，或吸水而启动砂石而启动砂石泵时不上水泵时不上水1.1.真空真空管路或循环管路或循环管路被堵管路被堵2 2.钻头钻头水口被堵住水口被堵住3.3.水笼头水笼头弯管最高弯管最高点过高点过高1.1.检修管路，注意检查真空检修管路，注意检查真空管路上的阀是否打开管路上的阀是否打开2 2.将将钻头提离孔底，并冲堵钻头提离孔底，并冲堵3.3

19、.水笼头水笼头弯管最高点离钻孔弯管最高点离钻孔液面之间的距离降到液面之间的距离降到6.5m以以下下3 3灌注泵灌注泵启动时启动时管道管道阻阻力力,孔口孔口不返水不返水1 1.管路管路系统被系统被堵堵塞塞物堵死物堵死2.2.钻头钻头水口被水口被埋住埋住1.1.清理管路系统堵塞清理管路系统堵塞物物2 2.把把钻具提离孔底，用钻具提离孔底，用正循环冲堵正循环冲堵4 4砂石泵砂石泵启动正启动正常循环常循环后后,循环循环突然中突然中断或逐断或逐渐中断渐中断1.1.管路系统漏管路系统漏气气2 2.管路管路突然被堵突然被堵3.3.钻头钻头水口被水口被堵堵4 4.吸水吸水胶管内层胶管内层脱胶损坏脱胶损坏1.1

20、.检修检修管路管路,紧紧固砂石固砂石泵塞线压盖或水龙头压泵塞线压盖或水龙头压盖盖2 2.冲冲堵管路堵管路3.3.清除钻头水口堵塞清除钻头水口堵塞物物4.4.更换吸水胶管更换吸水胶管续表6-9续表6-95 5在粘土层在粘土层中钻进中钻进时时,进尺缓慢进尺缓慢，甚至不进甚至不进尺尺1 1.钻头钻头有缺陷有缺陷2.2.钻头泥包钻头泥包或糊或糊钻钻3 3.钻进钻进参数不合参数不合理理1 1.检修钻头检修钻头,必要必要时重新时重新设计钻头（更换钻头）设计钻头（更换钻头）2.2.清除清除泥泥包包,调整调整冲洗液冲洗液的密度、的密度、粘度粘度,适当适当增大增大泵量或向孔内投入适量泵量或向孔内投入适量砂石砂石

21、,解除解除泥包糊钻泥包糊钻3 3.调整调整钻进参数钻进参数6 6在基岩中在基岩中钻进钻进时，时，进尺进尺很慢很慢甚至甚至不进不进尺尺1.1.岩石较硬钻岩石较硬钻压不够压不够2.2.钻头切削具钻头切削具崩崩落落、钻头钻头有缺有缺陷陷或或损坏损坏1 1.加大加大钻压（可用加重钻压（可用加重块）调整钻进参数块）调整钻进参数2.2.修复修复钻头或更换钻头钻头或更换钻头续表6-97 7在 砂 层、在 砂 层、砂 砾 层 或砂 砾 层 或卵 石 层 中卵 石 层 中钻 进 时，钻 进 时，有 时 循 环有 时 循 环突 然 中 断突 然 中 断或 流 量 突或 流 量 突然 减 小，然 减 小，钻 头 在

22、 孔钻 头 在 孔内 跳 动 厉内 跳 动 厉害害1.1.进尺过快，进尺过快，管路被砂石堵管路被砂石堵死死2.2.冲洗液的密冲洗液的密度过大度过大3.3.管路被石头管路被石头堵死堵死4.4.冲洗液中钻冲洗液中钻碴含量过大碴含量过大5.5.孔底有较大孔底有较大的活动卵砾石的活动卵砾石1.1.控制钻进速度控制钻进速度2.2.立即稍提升钻具，调立即稍提升钻具，调整冲洗液密度至符合要整冲洗液密度至符合要求求3.3.起闭砂石泵出水阀，起闭砂石泵出水阀，以造成管路内较大的瞬以造成管路内较大的瞬间力波动，或用正循环间力波动，或用正循环冲堵。如无效则应起钻冲堵。如无效则应起钻予以清除予以清除4.4.降低钻速，

23、加大排量，降低钻速，加大排量，及时清碴及时清碴5.5.起钻、用专用工具清起钻、用专用工具清除大块卵砾石除大块卵砾石续表6-98 8塌孔塌孔1.1.地层地层松，松，水头水头压力压力不够不够2.2.孔内漏孔内漏失，水位失，水位下降下降3.3.操作不操作不当当4.4.泵量过泵量过大（松散大（松散层）层）1.1.向孔内补充足够向孔内补充足够泥浆，加大泥浆密泥浆，加大泥浆密度或抬高水头高度度或抬高水头高度或下长护筒或下长护筒2.2.向漏水层投泥球向漏水层投泥球堵漏堵漏3.3.注意操作，升降注意操作，升降钻具应平稳钻具应平稳4.4.调整泵量，减少调整泵量，减少抽吸抽吸四、射流反循环回转钻进四、射流反循环回

24、转钻进1 1工作原理工作原理射流反循环是用射流泵来驱动循环液流动的，因此，在了解射流反循环之前有必要先了解一下射流泵的构造及工作原理。射流泵的构造如图5-25所示。在泵吸反循环中，可用射流泵作为真空泵来启动砂石泵；当用泥浆泵作动力源进行抽吸射流反循环钻进时，射流泵能抽吸空气，不象砂石泵那样需要启动装置。图图6-23中心射流泵示意图中心射流泵示意图1喷嘴；喷嘴；2吸入室；吸入室；3喉管喉管4一扩压管；一扩压管；5供水管；供水管；6吸入管口；吸入管口；7排出管。排出管。射流泵工作时，由供水管来的高射流泵工作时，由供水管来的高压工作流体经过喷嘴（压工作流体经过喷嘴（1)1)进入吸进入吸入室（入室（2

25、)2)后，速度增高，压力降后，速度增高，压力降低，形成高速射流。高速射流对低，形成高速射流。高速射流对其周围的介质有卷吸作用，可带其周围的介质有卷吸作用，可带着其周围的介质一起向前运动；着其周围的介质一起向前运动；吸入室（吸入室（2)2)中的流体介质被高速中的流体介质被高速射流带走后，吸入室中的压力减射流带走后，吸入室中的压力减小形成一定的真空度，从而使引小形成一定的真空度，从而使引射流体通过吸入管（射流体通过吸入管（6)6)不断地被不断地被吸入吸入室，又不断地被高速射吸入吸入室，又不断地被高速射流带走，形成一个连续的抽吸过流带走，形成一个连续的抽吸过程。工作流体和引射流体在喉管程。工作流体和

26、引射流体在喉管（3)3)内进行动量和能量交换达到内进行动量和能量交换达到充分混合。混合流体经扩压管充分混合。混合流体经扩压管（4 4），速度降低，压力增大，），速度降低，压力增大，把大部分动能转化为压力能通过把大部分动能转化为压力能通过排出管（排出管（7 7）排出。）排出。射流泵在反循环系统中，有三种常见的安装形式，如图5-27。装置a靠射流泵的扬程来驱动泥浆循环，驱动压力可超过一个大气压，但管路比较复杂，高压水流经路程长，沿程压力损失大。装置b和c是靠射流泵的吸程工作。射流泵的吸程一般比砂石泵高，但不可能超过一个大气压；在同样的条件下，装置b中的射流泵吸入压力比装置c中的高，对射流泵较为有利

27、。对于大口径工程基桩孔钻进，钻孔一般不太深，三种装置中选择装置b较好。射流反循环的优点是结构简单，射流泵无运动部件，工作可靠，作业率高，机件磨损后易于更换，整个系统中钻屑所经的管路通畅。缺点是射流泵的机械效率在25以下，消耗功率较大。装置a是把射流泵放在井底钻头上部，装置b是把射流泵放在地表，装置c是把射流泵放在水龙头旁。2 2用用6SPS6SPS正反循环两用射流泵进行射正反循环两用射流泵进行射流反循环钻进流反循环钻进6SPS射流泵是中国地质大学（北京）研制的专利产品，它采用的是射流泵安装在地表，（图6-24b)的射流反循环钻进工艺。射流泵的结构示意图如图6-25。(1)射流泵的主要特点和技术

28、参数。6SPS射流泵的主要特点：体积小、质量小、抽吸力强，并集正、反、无循环三种功能于一身，且三种功能的转换只需操作两个阀，极为方便。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 当闸阀(9)开启，蝶阀(8)关闭时，工作泵的高压液流经喷嘴(4)高速喷出，吸入室（5)中产生负压，经引射管（2)和连接到钻杆水笼头上的胶管（1)抽吸孔底流体和钻碴，此时为射流反循环。当同时打开蝶阀及闸阀，则由工作泵来的工作液流经扩压管(10）和排出管排入泥浆池或泥浆净化设备，此时孔内泥浆不循环。如打开蝶阀，关闭闸阀，由工作泵来的工作流体绝大部分经蝶阀进入喉管、引射管、射流泵吸水胶管、水笼头及钻杆流至井底，然后由钻杆与井壁

29、间环状空间返回井口此时则形成正循环。-射流泵射流泵;-轴封润滑油缸；轴封润滑油缸；-工作泵；工作泵；-吸水胶管；吸水胶管；吸水笼头。吸水笼头。1-射流泵吸水胶管射流泵吸水胶管;2-引射管引射管;3-泵体；泵体；4-喷嘴；喷嘴；5-吸入室；吸入室；6-三通；三通；7-喉管；喉管；8-蝶阀；蝶阀；9-闸闸阀阀;10-扩压管扩压管正循环在大口径反循环钻进中常用于排除钻杆吸入口的堵卡，或钻进一些易于坍塌不适宜用反循环钻进的地层，如流砂层。6SPS射流泵主要技术参数：用于反循环时：真空度9.5m水柱；引射流量225-100m3/h，配用钻杆内径150mm。用于正循环时：最大泵压0.6MPa(60m水柱）

30、；最大泵量180m3/h。外形尺寸1885X1332X860（长X宽X高）mm（不包括排出管）；质量1100kg；功率37-45kW,(2)射流反循环回转钻进工艺。射流泵安装在地表的射流反循环回转钻进的施工工艺与泵吸反循环回转钻进基本相同。因此，这里着重介绍射流泵的使用及注意事项，其他问题不再重复。泵的安装高度应尽可能低，泵轴线距泥浆池液面高度不大于0.5m为宜。如射流泵组长时间不运转，工作泵（离心泵）内无水，启动前打开闸阀及蝶阀，通过排出管向泵内灌水，同时打开工作泵泵体上的小闸阀放气，待工作泵及其吸水胶管空气排净后，关闭小闸阀，启动工作泵。如工作泵供水不正常，原因可能是：工作泵内滞留空气未排

31、净；吸水笼头被杂物堵塞或被沉淀下来的钻碴埋没；吸水笼头沉入深度浅，吸水时产生漩涡，吸入了空气。应针对不同情况设法排除。工作泵正常供水是射流泵正常工作的必要条件。如工作泵供水正常，可先试用一下正循环：打开蝶阀，将闸阀逐步关闭，当孔口返水时，说明循环管路无堵塞或堵塞已被冲开。在循环管路无堵塞的情况下，再打开闸阀关闭蝶形阀，系统实现反循环。反循环正常后，开动钻机回转并给进。当大量钻碴涌进钻杆内上升时，射流泵吸入阻力增加，水量会减小。因此，司钻要随时注意水量变化，如发现水量明显减小，应减缓进尺速度或停止进尺，必要时稍提升钻具，等水量恢复正常后再进尺。随着孔深的增加，循环系统的各项阻力随之增加，水量会逐

32、步减小一些，这是正常现象。射流反循环特有的固障:一是工作泵吸水笼头被杂物堵塞，二是喷嘴被堵塞。这两个固障是密切联系的。之所以要在工作泵的吸水管端装上吸水笼头，是为了防止比喷嘴出口直径大的钻屑或杂物进入射流泵而堵塞喷嘴。而装上吸水笼头后，吸水笼头又易被杂物堵塞，影响射流泵的正常工作。因此，及时清除泥浆池里杂物，增大沉淀池容积；吸水笼头附近及时清砂清泥是保证射流泵正常工作的关键。五、气举反循环五、气举反循环1、工作原理气举反循环是利用气举泵的工作原理实现冲洗液反循环的，如图6-26。压缩空气通过供气管路（可以是专门的风管，也可以是双壁钻杆的外环空间，图示为后者)送至孔内气水混合室，在这里压气膨胀、

33、液气混合，形成一种密度小于液体的液气混合物，并在钻杆内外重度差和压气动量的联合作用下，沿钻杆内孔上升，带动孔内的冲洗液和岩屑一起向上流动，形成空气、冲洗液和岩屑混和的三相流.图6-26气举反循环工作原理示意图 1-钻头；2-钻杆；3-混合器；4-双壁钻杆；5-转盘；6-气水龙头；7-风管;8-空气压机；9-沉淀池三相流流往地面沉淀池，空气逸散，钻碴沉淀，冲洗液流回钻孔。由上述气举反循环的原理可知，气举反循环形成的前提条件是：混合器沉入水下一定深度，在钻杆内外形成足够大的反向压力差。如图6-26所示，设孔内冲洗液面与孔口持平，混合器沉入水下深度为ho，钻杆内三相流的重度为m，钻杆外液柱重度为a，

34、作用于混合器液面上的内外液柱压力差P为（不考虑排碴胶管的虹吸作用）：P=r0h0-m(h0+h1)=(a-m)h0-mh1正是这个压力差，再加上高速喷出并迅速膨胀的压气动量的作用，驱动钻孔内的液体，沿外环空间向下流动，尾管内的岩屑和冲洗液、混合器以上的三相混合物沿钻杆内孔上升，并克服循环过程中的各种阻力损失，形成连续的反循环。这些阻力损失包括：冲洗液沿外环空间流动的沿程阻力损失；两相流、三相流沿钻杆内流动的沿程阻力损失；冲洗液、钻屑流经钻头底部并进入钻头吸碴口的局部阻力损失；尾管部分即混合器以下部分由于内外重度不同而引起的压差；液体和混合流的动能增量。从压差公式可以看出：在冲洗液重度0和升液高

35、度h1一定的情况下，增大混合器的沉没深度，降低三相流的重度（通过增大压风量），将会提高驱动气举反循环的压力差。因此，混合器的沉没深度，送往孔内的空气流量和压力，是影响气举反循环钻进能力和钻进效率的重要参数。2气举反循环参数的选择与计算(1)混合器的沉没深度。通常使用沉没系数的概念，用表示：式中：h1升液高度（m);h0混合器沉没深度（m),010hhh沉没系数00时才有可能形成反循环，若泥浆相对密度为1.1，气液混合物的相对密度为0.4-0.6(气举反循环按0.6计算），要使P0，则必须ho l.2h1，也就是0.55时气举反循环才能工作。若水笼头弯管最高点距钻孔液面的高度为6m，则混合器必须

36、沉没7.2m以上才能开始气举反循环，因此必须用其他方法开孔。(2)空气压力。考虑到供气管道的压力损失，空气压力P应按下式计算：式中：a孔内泥浆重度(kN/m3);ho混合器沉没深度（m);P供气管道压力损失，一般取0.05-0.1MPa.当空压机的空气压力P已定，也可由上式反算混合器的最大允许沉没深度。phpa10000(3)压气量。压气量指的是空压机的供气能力（m3/min)。压气量的大小影响杆内三相流的重度m，从而影响驱动气举反循环的压力差。压气量与泥浆上返量有关，泥浆上返速度一定时，泥浆上返量又与钻杆内径有关。因此，可根据钻杆内径按表5-10选择空压机风量。(4)尾管长度L。从混合器至钻

37、头吸水口处的长度称为尾管长度，钻杆内外重度差引起的压力损失，以及泥浆和钻碴两相流的沿程阻力损失都与尾管长度L成正比。因此，尾管长度是影响气举反循环钻进的一个重要参数，尾管过长将会降低排碴效率甚至破坏气举反循环。实践经验证明，尾管长度应与混合器沉没深度保持适当关系，并以L(2-3)h。为宜，其极限值为Lmax=4h0。这样，空压机的额定压力确定后，混合器容许的最大沉没深度和使用该空压机所能钻进的极限孔深Hmax也就可大致确定，即：Hmaxh0+4ho=5ho由此可见，要提高钻进深度，就必须增大混合器的沉没深度，空压机的压力也要相应增大。3气举反循环的送风方式气举反循环的供气方式有如图5-30三种

38、，即并列式、环隙式和中心式。(1)并列式（外供风式），即通过与钻杆并列的输气管供气，结构非常简单，但钻杆之间一般用法兰盘联接，装拆较费事。目前桩孔施工气举反循环大多采用这种供风方式。图6-29是江苏沛县农机厂生产的JH-300,FX-360型钻机采用的外供风式钻杆，比较典型。钻杆用A10号钢273-1216无缝钢管制成，其外壁设1-2根风管，风管及钻杆均焊在两端的法兰盘上。两根钻杆之间用法兰盘联接，中间须用橡皮垫圈密封，防止漏气漏水，如图6-30。在一侧的法兰盘上有凹槽，以环氧树脂粘合，另一侧法兰盘上无凹槽也无橡胶圈。橡胶圈粘合后凸出法兰盘顶面2-3mm。图6-29外供风式钻杆1-外风管;2-

39、钻杆图6-30法兰盘胶垫圈示意1-钻杆；2-法兰盘；3-螺拴孔；4-风管；5-橡胶圈（2）环隙式即使用双壁钻杆（参考前图），沿双壁钻杆内外管之间的环状间隙供气，钻杆使用锥形螺纹连接，拆装方便，辅助时间少。但双壁钻杆的结构较复杂，成本高，非常重。因此，为降低钻杆质量和成本，双壁钻杆直径不宜太大，限制了它在大口径桩孔施工中的应用。目前勘探技术研究所与上海探矿机械厂生产的SHB-114/70和SHB-127/87两套气举反循环双壁杆钻杆，主要用于水井的气举反循环钻进。上述两种供气方式在施工深孔时的一个共同缺点是：随着钻孔深度的不断延深，混合器的沉没深度增加，空压机的压力也相应升高。当压力接近空压机的

40、额定压力时，必须将混合器提出孔口，增加尾管长度以减小混合器的沉没深度。这一操作称为“倒风管”，为此要升降数十米钻具，增加辅助时间。且倒一次风管后，混合器的沉没比大大减小，也降低了反循环的排碴效率。但对于桩孔施工而言，由于孔深相对较浅，一般的钻孔在选用常用的空压机时，不用“倒风管”空压机的额定压力就能适用孔深的要求，即使要“倒风管”工作量也很小。（3）中心式（宜称为悬挂风管式），供气的中心管通过水笼头悬置于钻杆中心，不随钻杆回转。这样，管路简单，也便于向上提起，以保持适当的沉没深度。但中心风管，占据钻杆一定截面积，大直径钻碴无法排出，还容易造成堵塞故障，故目前只应用于小颗粒地层钻进。4气举反循环

41、回转钻进特点气举反循环与回转钻进相结合，即为气举反循环回转钻进，其钻进工艺基本上与泵吸反循环回转钻进类似。这种钻进方法的突出优点是：只要由高压空压机提供高压空气，就能钻进较深的孔,此外，气举反循环的管路平直，加上较大的驱动压力，故管路不易堵塞，即使堵塞了，也易于排除。带有岩屑的三相流不流经任何工作机械,设备磨损小。在循环管路、特别是地面上的管路，各处压力都大于一个大气压，故不会像泵吸和射流泵安在地表的射流反循环那样，因管路局部密封不严、漏气而使冲洗液循环中断或不正常，也不会发生气蚀。由于以上原因，气举反循环工作比较可靠、故障较小、纯钻时间利用率较高；而且液流上返速度高，能排出大粒径岩屑，重复破

42、碎少：其钻进效率也较高。气举反循环的缺点是：不能用它来开孔钻进，浅孔段时效率较低，因此只有较深的桩孔施工才用气举反循环钻进。六、反循环回转钻进常用钻头1锥形三翼钻头 图图6-31锥形三翼钻头锥形三翼钻头I.芯管芯管;2.翼板翼板;3.齿板齿板;4.超前小钻头超前小钻头钻头的三个翼板底边呈锥形，便于钻碴向中心吸碴口运动，开有较大吸碴口的双翼超前小钻头，不仅可减小主翼片的切削阻力，又为孔底聚碴创造有利条件，同时，吸碴口上边高出主翼板边，使吸碴口不易被堵塞。吸碴口直径一般稍小于钻杆内径，以免大钻屑堵塞钻杆；也可将吸碴口开大一些，然后用20以上的钢筋焊成网格状，限制特大颗粒进入钻杆，同时，吸碴口更不容

43、易被堵。翼板上沿一定角度布置切削齿板（即刀体），不同翼板上齿板交错排列，齿板上镶焊硬质合金片，为直接切削碎岩刀具。齿板可以焊接在翼板上，也可用螺栓固定在翼板上。锥形三翼钻头结构简单、回转稳定、聚碴作用好，适用于土层、砂层、砂砾层，是大口径反循环桩孔施工中最广泛采用的一种钻头。国内大多数施工单位多自己设计加工钻头，其结构大致相同：仅结构参数上有区别。为增加钻头刚度，常在翼板之前加焊辐板或拉筋。表6-11列出了这种钻头的基本尺寸和齿数，供参考。钻头直径D(mm)钻头高度H(mm)齿数（个）6107629001000101612001270150016001800200022002400250026

44、002800300032008501000110016001600165017001730176018201价019301990202020502150219022806810111114161718212427303233363942 表6-11锥形三翼钻头规格还有一种可调式三翼钻头，如图6-32，在三个主翼板上各装置一个活动的副翼板。工作时，可根据需要，沿主翼板滑动槽作径向滑移，以调节钻头直径这种钻头用在有多种孔径的工地可以减小钻头数，降低钻头成本。表6-12列举了这种可调式三翼钻头的规格国内一些施工单位常在一般的三翼钻头上加焊一圈钢板环带，即为单环式锥形三翼钻头（又称单腰带式锥形三翼钻头

45、），见图6-33，圆坏的下端面及其外侧面还可以嵌焊若干组硬质合金切削具。圆环的作用有三：连接各冀板，增加钻头的整体性和刚度；导向，提高钻头工作稳定性；修圆钻孔。图图632可调式三翼钻头可调式三翼钻头 1.固定翼板固定翼板;2.可调翼板可调翼板;3-芯管芯管 AA 图图6-33单环式三翼钻头单环式三翼钻头 1.小两翼钻头；小两翼钻头；2.硬合金片硬合金片;3.翼板翼板.4.导向板；导向板；5.钻杆钻杆14钻头最大直径Dl(mm)钻头最小直径DZ(mm)钻头高度H(mm)齿数（个）13001500200026003000320010001200150020003600280016501730187

46、0205021902280172027364245 表6-12可调式三翼钻头规格2筒式捞石钻头图6-34为一种适用于砂砾、卵石层反循环钻进的钻头。图图6-34筒式捞石钻头筒式捞石钻头1.法兰盘；法兰盘；2.钻杆；钻杆；3.挡石棚；挡石棚；4.筒体；筒体；5.活动棚；活动棚；6.销轴；销轴；7.固定棚固定棚钻头呈筒形，底唇面切制呈锯齿状，（齿刃部还可喷敷碳化钨粉末）。靠近唇面，沿钻筒内壁镶焊固定棚，在上面以销轴装置动棚，活动棚只能绕销轴向上摆动，而不能向下摆动。钻进时，被钻头齿刃松动的小砂砾将在冲洗液抽吸力和钻头压力作用下，沿活动棚间隙进入筒内上升，进入钻杆下吸碴口而排往地面；大块卵砾石则推开活

47、动棚进入筒内。其后为活动棚所阻挡，不会掉落。在钻碴口下面加焊一个挡石棚，将超径卵石挡在筒内而不致堵塞钻杆吸碴口。积存在筒内的卵砾石最后随钻头一起提至地面。3牙轮钻头对于硬岩层及非均质地层，宜用牙轮钻头钻进。图537为某生产单位配备泵吸反循环钻进用的双吸口牙轮钻头，该钻头使用国内HP9 系列牙轮钻头拼装。本体为168 150mm的无缝钢管，与850 30mm圆形刀盘焊成一体，刀盘中心焊接一个整体的9 三牙轮钻头，刀盘外侧焊接6个单牙轮（为边刀），在中心钻头与外侧牙轮之间，对称焊接6个单牙轮（为正刀）。中心牙轮超前单牙轮7080mm。刀盘上对称地开两个直径150mm的吸碴口，吸碴口以146mm导管与168mm中心管连通，并呈45o角。图图635双吸口牙轮、滚刀钻头双吸口牙轮、滚刀钻头1超前三牙钻头；超前三牙钻头；2吸碴口；吸碴口；3中心管；中心管；4导管导管;5正刀正刀牙轮；牙轮；6边刀牙轮；边刀牙轮；7刀盘刀盘作业：1.叙述反循环中冲洗液的循环过程。2.反循环的三种循环方式分别是什么？各有什么特点？