反循環鑽探

鑽探沖洗液自孔口經鑽桿與孔壁間，或雙壁鑽桿的內外管之間的環狀空間向下行，到達孔底後又從鑽桿或雙壁鑽桿內管上返到地表的一種相反方向循環方式的鑽探和取樣技術。沖洗液介質可以是水、泥漿或空氣。

反循環鑽探，按形成反循環液流在鑽桿內上升的動力和方式，可分為三種類型：泵吸反循環鑽探、氣舉（空氣）反循環鑽探、射流反循環鑽探。

基本介紹

• 中文名：反循環鑽探
• 外文名：reverse circulation drilling
• 開始時間：20世紀40年代
• 學科：岩土鑽掘工程學
• 分類：泵吸、氣舉、射流反循環鑽探
• 沖洗液介質：水、泥漿、空氣

簡介

20世紀40～50年代，反循環鑽探技術開始在荷蘭、德國興起，很快推廣到世界各地，並相繼出現了多種形式的反循環鑽探技術。初期的反循環鑽探只能採取岩礦屑。近年來在地質鑽探中套用反循探環鑽技術已能成功地連續採取岩（礦）心。反循環鑽探時，由於沖洗介質在鑽桿中心孔內以高速度上升,故排出鑽屑的能力強,鑽屑粒徑大，鑽屑在孔底的重複破碎少，能大幅度提高鑽探效率，特別是在大口徑鑽探中效果明顯。

反循環鑽探示意圖

分類

泵吸反循環鑽探

利用砂石泵（離心泵的一種）的抽吸作用，在鑽桿內形成負壓，在大氣壓力作用下，循環液從泥漿池流入井口，經循環間隙流向井底，與井底破碎的岩粉混合在一起，被吸入鑽桿內腔，上升至地面，經排出管、砂石泵進入沉澱池，沉澱後的循環液繼續進入井內，形成反循環鑽進。

泵吸反循環鑽進之前，井內水位以上的鑽桿內沒有循環液，因此在啟動砂石泵之前，必須設法使井內水位以上的鑽桿、管內充滿循環液。一種方法是在上部管內安裝一真空泵，使砂石泵吸水口至井內水位以上的鑽桿、管路內產生負壓，從而使鑽桿內的水位提高，最後使循環液充滿整個砂石泵的吸水管路。另一種方法是安裝一台注水泵（離心泵），向砂石泵吸水管路注水，吸水管路充滿循環液後再啟動砂石泵。泵吸反循環鑽進所用循環液一般為清水，在易坍塌地層亦可用泥漿。為防止井壁坍塌，井內液面要高於地下靜水位2m。泵吸反循環所用的砂石泵，其流量為240~500m³/h,有效吸水壓力為6x10⁴~7x10⁴Pa。

泵吸反循環鑽進效率隨孔深的增加而下降，在井深50m以內，效率較高，稱高效工作區段。當井深超過70m後，雖也能工作，但效率已很低，因此50~70m稱為經濟工作區段。

泵吸反循環鑽進中，一個重要的問題是選擇和確定鑽桿內循環液的上升速度。影響循環液上升速度的因素主要由以下幾點：循環液中岩屑的含量，一般推薦循環液中岩屑含量不超過8%~10%；鑽桿內壁表面應光滑、平整，不應有收縮、台階等情況，避免循環液流動過程過大的摩擦損失和渦流損失；井壁與鑽桿之間的環狀間隙的循環液下降流速不能過大，以防止循環液衝垮井壁，推薦循環液下降流速為0.01~0.03m/s。鑽桿內腔斷面與井孔斷面之比推薦1/100。

氣舉反循環鑽探

氣舉反循環的工作原理是將壓縮空氣通過供氣管路送至井下的氣水混合室，並使壓縮空氣與鑽桿內的循環液混合，從而形成密度比鑽桿外液體密度小的混合液柱。混合液在管內外壓差的作用下，沿鑽桿內腔上升經排渣管排至沉澱池，經沉澱後的循環液以自流方式連續不斷地流入井內環狀間隙，形成反循環。

當系統達到平衡時，可用如下公式：

（L_w+H）γ_h=hγ_x+L_wγ_xy

其中

H--混合室下入井內的深度；

h--混合室至排渣管中心的高度；

L_w--尾管長度；

γ_h--沖洗液重度；

γ_x---雙壁鑽桿內腔固、氣、水三相平均重度；

γ_xy--尾管內固、液兩相平均重度。

若不考慮各種阻力、慣性力，要使整個系統循環運動，則必須是：

（L_w+H）γ_{h >}hγ_x+L_wγ_xy。

氣舉反循環鑽探技術套用

氣舉反循環連續取樣鑽探主要套用於固體礦產資源勘探，特別是一些特殊礦種和鬆散、破碎地層。如第三、四系礫岩型金礦或賦存在構造破碎帶、蝕變帶的金礦床，普通岩心鑽探方法取心難，鑽進中易人為造成礦物貧化或富集，使地質資料失真。高嶺土、鋁土礦則遇水膨脹，岩礦心易受泥漿污染。採用空氣反循環連續取樣鑽探可以保證地質資料準確，且效率高。空氣反循環連續取樣鑽探亦可在水文水井、工程施工等領域套用。

循環介質先從雙壁鑽桿的內外管環隙或鑽孔環狀空間泵入(流入)孔底鑽頭處，然後從鑽桿的中心通道(或雙壁鑽桿內管的中心通道)返回地表，完成洗井功能。

1、沖洗介質上返通道斷面小，流速快，對岩屑(包括可被地質部門利用的岩樣)的攜帶能力強，孔底重複破碎現象大大減小，洗井效果好;

2、洗井介質對孔壁的沖刷小，有利於鑽孔穩定，減少埋鑽、斷鑽桿等孔內事故;

3、沖洗介質對鑽頭的冷卻效果好，鑽速快、鑽頭使用壽命長;

4、可實現邊鑽進，邊取樣，可隨時了解到所鑽地層情況。岩礦心採取率高，代表性強，方便地質編錄和地層的真實描述;

5、以空氣作為循環介質時，可實現節水鑽進，在乾旱、缺水地區施工優勢更加突出。