钻具中方保是啥
钻具中方保是钻杆内部涂层，这种涂层主要用于钻探工程中钻杆内的保护和防腐。涂层材料可以是聚酰胺类、环氧树脂类等，涂层的具体种类和用途因行业和需求而异。
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钻探主要设备的维护保养知识
(一)典型(回转)钻机的维护保养
1.典型钻机的日常维护
钻机的维护与保养包括日保养、周保养与月保养。
(1)日保养(班保养)
1)经常保持钻机外表面清洁,有油污时应立即擦拭干净。
2)检查所有外露螺栓、螺母、保险销等是否牢固可靠。
3)检查变速箱、液压系统油箱的油面位置,按要求加注润滑油或润滑脂。
4)消除在本班内发生的其他故障。
(2)周保养
周保养是在班保养的基础上,增加以下内容:
1)检查与调整摩擦离合片的间隙,三角皮带轮的松紧程度。
2)清除抱闸及卷扬机上的脏东西,同时进行必要的调整。
3)按要求对各部位加注润滑油或润滑脂。
(3)月保养
月保养是在周保养的基础上,增加以下内容:
1)清洗液压油箱内的过滤器,检查油液是否变质,必要时更换新油。
2)擦洗干净活塞杆、导向杆上的污物,并对其表面涂油。
3)检查变速箱、拧管机等部件的润滑油是否变质或污染,必要时更换新油。
4)检查卷扬机、离合器是否工作正常,如有损坏和损伤,应进行修理和更换。
5)检查各部件操纵机构是否灵活可靠,并进行紧固或修理。
6)对所有应加润滑油或润滑脂的部位,加足润滑油或润滑脂。
7)若钻机长期不用时,各表露部分应涂以润滑油或润滑脂,并用帆布盖好。
2.钢丝绳的日常维护
为延长钢丝绳的使用寿命,在使用钢丝绳时,应注意以下事项:
1)应根据提升钻具需要的最大负荷量及卷筒、滑轮直径,选择合适的钢丝绳直径、股数、扭拧方向及临界抗拉强度,使用时不得超过钢丝绳允许的载荷量。
2)钢丝绳中心有油浸的麻心(也有用金属丝的)。在负荷下,麻心中的油被挤压出润滑钢丝绳与滑轮槽,并减小了与卷筒产生的摩擦,但使用时仍需定期给钢丝绳注油,并清除污垢。
3)钢丝绳应一股靠一股紧密、平整地缠绕在卷筒上,当钢丝绳在卷筒上缠绕数层时,尤应注意正确缠绕,以防止钢丝绳在卷筒上缠绕时互相咬挤,造成钢丝折断,降低钢丝绳的紧固性。
4)在卷筒上缠绕的钢丝绳备用圈数不得少于3～5圈。
5)滑车轮槽(包括天车、游动滑车)的宽窄,应适合钢丝绳的直径尺寸,一般滑车轮槽应大于钢丝绳直径1～3mm,如果滑车轮槽过窄,特别是V形窄槽,会使钢丝绳与轮槽壁的摩擦增大,甚至卡住钢丝绳,同时钢丝绳在负荷下,处于过窄的轮槽内,将改变其截面而成压扁状,降低钢丝绳的紧固性。
6)当截断钢丝绳时,为了避免钢丝股的松乱,应预先用软钢丝将钢丝绳两头系紧后再行截断,软钢丝的长度应相当于钢丝绳直径的7～8倍。
7)每月至少对钢丝绳详细检查一次,并清除滑轮面上的硬化油垢,检查中如发现有损断的钢丝,应用钳子将其突出的顶部截断,当钢丝损坏过多时,则不得继续使用。
8)当解下缠绕在卷筒上的钢丝绳时,必须刹住卷筒,使钢丝绳成为拉直状态,否则将会使钢丝绳成为松乱的无法控制的环圈,而发生打成结子及折断绳股现象,降低钢丝绳的使用年限。
9)为防止钢丝绳生锈,应经常保持其清洁并定期涂抹特制无水分的防锈油、钢丝绳油等浓矿物油。钢丝绳在使用时,每隔一定时期涂一次油,在保存时最少每6个月涂1次油。
(二)典型辅助设备的维护保养
1.泥浆泵保养
(1)班保养
1)检查各缸进排水阀缸盖螺栓紧固情况,并按要求上紧。
2)检查拉杆连接及密封情况,如有泄漏时应即时进行密封,使之不泄漏。
3)清除莲蓬头处的堵塞杂物,使之吸水通畅。
4)保持泵外表面清洁,如有污物时应及时擦洗干净。
5)检查曲轴箱内机油液面,不足时及时添加。
6)检查皮带松紧度,将皮带张紧。
(2)周保养
1)检查各缸进、排水阀件,如有磨损时应及时予以更换。
2)检查活塞(或柱塞密封圈或皮碗)的磨损情况,必要时予以更换。
3)检查离合器工作情况,必要时予以调整或更换。
4)检查导杆、拉杆、十字头连接情况,并按要求进行紧固。
(3)月保养
1)检查连杆轴瓦的配合情况,并按要求进行调整。
2)检查曲轴瓦的工作情况,并进行间隙调整。
3)检查缸套磨损情况,必要时更换新缸套。
4)检查变速箱及曲轴箱内机油有无变质或受污,必要时更换新机油。
2.柴油机保养
对柴油机进行维护保养的目的,在于使柴油机经常处于良好的工作状态,防止故障的发生,延长其使用寿命。对设备进行维护保养是一种带强制性的预防措施,不论设备有没有毛病,都应该按规定的保养时间按期进行例行保养。
柴油机维护保养,包括日常保养和定期保养。在地质钻探工作中,由于工作的连续性,对柴油机仍可按班、周、月进行维护保养。
(1)班保养
1)检查曲轴箱内机油平面及柴油箱内的燃油面,不足时按要求进行添加。
2)检查机体螺栓及其他紧固螺栓、螺母等是否紧固可靠。
3)消除“三漏”(即漏油、漏水及漏气)现象。
4)保持柴油机外表面整洁,有油污时应及时擦洗干净。
5)时常观察柴油机冷却水循环情况,避免断水造成机温过高而发生故障。
6)消除在本班内发生的其他故障。
(2)周保养
1)清洗空气滤清器及燃油滤清器,必要时进行更换。
2)检查电瓶的电压及电液的密度,电液密度应保持在1.28～1.29g/cm3之间,不足时按要求进行添加蒸馏水。
3)检查水箱风扇及充电发电机传动皮带的松紧程度并进行调整。
4)检查充电线路调节器及仪表工作情况,有故障时及时排除。
(3)月保养
1)检查调整气门间隙,必要时进行研磨。
2)检查调整喷油嘴的喷油压力及雾化状态,必要时进行清洗或调整。
3)检查连杆螺栓、曲轴螺栓和气缸头螺母以及其他紧固件的紧固情况,并按要求重新紧固。
4)清洗燃油箱及。
请高手告诉我钻井钻具的组合
钻头和钻铤之间-双母接头，连接钻头和钻铤
不同尺寸钻铤和钻杆连接-转换接头（配合接头），连接不同扣形钻具
钻杆和方钻杆之间是两个接头，一个是转换接头，一个是保护接头（因为要经常卸扣上扣，使用一段时间后更换）
金刚石钻进用钻具的组成
金刚石回转钻进所用的钻具可以分为两大类，即单层岩心管（简称单管）钻具和双层岩心管（简称双管）钻具。它们由钻头、扩孔器、岩心管、异径接头及钻杆等组成（图10-1）。两类钻具，在外形上没有更多的区别。
1.单层岩心管钻具的组成
单层岩心管钻具由钻头、卡簧、扩孔器、岩心管组成，在岩心管的上部要接装异径接头和钻杆（图10-2a）。在钻头的唇部和内、外侧，镶有碎岩材料———金刚石，用以在钻进中破碎岩石；卡簧用于在取心时卡断并夹紧岩心以防脱落；扩孔器的外侧，也同样镶焊有金刚石，而且其外径略大于钻头的外径，用以修正孔壁，从而保证孔壁的质量（光洁、均匀、不缩径）并对钻具进行扶正；岩心管用以收容岩心和保护岩心。
2.双层岩心管钻具的组成
在钻进中，为了更好地保护岩心以提高取心质量，在钻具的组成上，采用两层不同规格的岩心管，同心安装在异径接头上图10-2b）。外管主要用以推动钻头与扩孔器以钻碎孔底岩石和修整孔壁，内管则用以保护和收容岩心。安装后内、外管壁间所留的间隙，作为钻井液流入孔底的通道，避免了钻井液直接冲刷岩心，从而提高了取心质量。
图10-1 金刚石钻进钻具组成
双管钻具的卡簧，安装在卡簧座的凹槽内，卡簧座通过短截管与内管插装在一起，因为内管体积小、壁薄，所以不以螺纹连接，以增大内管强度。
由于安装形式的不同，双层岩心管钻具又可以分为：双动双管钻具和单动双管钻具。
（1）双动双管钻具：此种钻具的组成，因其异径接头是一个简单的只有两组螺纹的整体，所以在钻进过程中，其所连接的内、外岩心管，则是随异径接头一起进行同样旋转的，故称为双动双管钻具。这种钻具在使用时，只能起到防止钻井液直接冲刷岩心管内岩心的作用，而因内、外管同步转动，对管内岩心的震动及相互研磨等是不利于取心的因素。
（2）单动双管钻具：这种钻具的特点是，在异径接头与内管连接的部位，增加了心轴与推力轴承等零件。钻进时，由于推力轴承的作用，内管不随外管一起转动，故称单动双管钻具。此种钻具在使用中的优点是，既可防止钻井液对岩心的直接冲刷，又可因为内管保持不转而避免岩心受震和相互磨损，更有效地提高取心质量。特别是在松软的岩层中钻进时，其护心效果更为明显。
图图10-2 单层、双层岩心管
满眼钻具组合
4.2.1 钻具组合特点
满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的稳定器及一些外径较大的钻铤构成。根据用纵横弯曲法对多稳定器钻具组合的力学分析结果可知：稳定器与井壁的间隙对钻头侧向力影响甚大。满眼钻具的稳定器外径要尽量接近井眼尺寸，“以满保直”。其防斜原理有二：一是由于满眼钻具比光钻铤的刚度大，并能填满井眼，在大钻压下不易弯曲，保持钻具在井内居中，减小钻头的偏斜角，从而减小和因钻柱弯曲产生的增斜力；二是在地层横向力的作用下，稳定器能支撑在井壁上，钻头的横向移动，同时能在钻头处产生一个抵抗地层力的纠斜力。为了发挥满眼钻具的防斜作用，钻具上至少要有三个稳定器，如图4.3所示。
4.2.2 钻具组合力学性质
满眼钻具在不同致斜地层中，其受力情况略有差异。
当钻具在垂直或接近垂直的井眼中工作时，它的作用是保持井眼沿着铅直方向钻进，如图4.4（a）所示。上稳定器能抵消由于其上钻具弯曲所产生的横向力，使其下钻具居中。中稳定器能抵消其上一根钻铤一旦弯曲所产生的横向力，并使其下部钻铤处于井眼中心，它也帮助下稳定器抵消地层横向力。下稳定器的作用自然是抵消地层横向力，钻头的横向移动。
图4.3 满眼钻具组合
当钻遇使井斜增大的地层时，满眼钻具能有力地抵抗地层横向力，减少井斜的变化。在地层横向力的作用下，下扶正器和钻头靠向井壁高的一侧［图4.4（b）］，抵抗地层横向力，钻头的横向移动。同时，地层横向力势必要扭弯其上的短钻铤。由于短钻铤的刚度大，能有力地反抗此地层力的扭弯，这个反力将驱使钻头靠向井眼低的一侧，产生纠斜作用。中稳定器也帮助其下部钻具抵抗地层横向力。同时，在已斜井眼内，钻具还有一个纠斜作用，这是由于上稳定器以上的钻铤由于自重靠在井眼低的一边，并以上稳定器为支点将压力下传，作用于其下一根钻铤有一个弯矩，此弯矩使中稳定器靠向井眼高的一边，再以中稳定器为支点将力下传，使钻头趋向于井眼低的一边，也产生一个纠斜力。
如果井眼已发生偏斜，而地层力又使其趋向于恢复垂直状态，满眼钻具的作用是防止井斜角过快地减小。如图4.4（c）所示，下、中稳定器将抵抗地层横向力，钻头向下侧移动。短钻铤也抵抗弯曲趋势，保持下稳定器趋向井眼高的一边。同时中稳定器以上钻铤所产生的弯矩，也将使中稳定器趋向井眼高的一边，帮助下稳定器抵抗地层横向力。
图4.4 满眼钻具在不同致斜地层中的受力示意图
满眼钻具由于刚性大、“满眼”，致使孔底钻头的侧向力Pa很小，并且钻压大幅变化时对其影响不大。以“Φ216mm钻头+Φ216mm近钻头扩孔器S1+Φ178mm短钻铤+Φ216mm稳定器S2+Φ178mm钻铤+Φ216mm稳定器S3+Φ178mm钻铤”的满眼钻具组合为例，其孔底钻头的侧向力Pa与钻压PB、井斜角以及井身曲率的关系如图4.5所示。
图4.5 满眼钻具组合的力学特性图
从上图中可以看出，钻压对满眼钻具的性能影响不大，在实际应用中，前人研究总结出满眼钻具有以下力学特点：
1）第一稳定器直径减小，可以使钻具力Pa明显下降；该稳定器越靠近钻头，这种影响愈明显；第二稳定器的磨损可以增大钻具组合的增斜倾向。
2）第一跨度长度（第一稳定器中点到钻头底面的距离）增加，可增大钻头上的降斜力。
3）第二跨长度增加，可使钻头上的增斜力增强；即加长短钻铤的长度可增加钻具的增斜倾向。
4）在三个稳定器的基础上加装第四稳定器，可产生较小的负侧向力（降斜趋势），井斜角愈大，则此降斜趋势越明显。加装第五稳定器后，该方面的变化很小。
5）井斜角增大时可增大满眼钻具的降斜趋势。
6）正曲率井身可使满眼钻具增加降斜趋势，负曲率井身可使满眼钻具增加增斜趋势，这是“回弹效应”作用的结果。
4.2.3 钟摆钻具组合应用范围
满眼钻具组合的主要功能是防斜，实践表明其在不易斜或较易斜地层中防斜保直的效果良好，但其纠斜能力不足了其适用性。总的来说，满眼钻具的使用有如下特点：
1）适用于不易斜或较易斜的地层钻进；
2）防斜能力优于纠斜能力，适用于直井段的防斜保直；
3）由于稳定器的直径大小直接影响到钻具组合的性能，因此在强研磨性地层不推荐使用该钻具组合；
4）在钻遇增斜或减斜地层时能有力地控制井斜变化率，使井斜不致过快地增大或减小，不会形成狗腿或键槽等影响井身质量的隐患。
4.2.4 钻进参数对其性能的影响
由满眼钻具组合的力学特性可知，钻压对其防斜性能的影响可以忽略不计，可以通过提高钻压来提高机械钻速，但应注意钻压的提高同样会增加地层的造斜力，当地层造斜力增加到一定程度时，钻孔弯曲，就失去了使用满眼钻具的意义，因此这时对钻压存在一个优选问题。理论上，转速的提高可以增加满眼钻具的“回弹效应”，从而提高钻具的“防斜保直”性能，但该效果有多大还需实践验证。另外，由于该钻具组合的满眼特性，致使泥浆的部分环空间隙狭小，因此使用该钻具时应注意泵压的变化，防止憋泵。
4.2.5 钻具应用于超深井的可能性
满眼钻具的刚性大，可以大钻压、高机械钻速钻进是其可以应用到超深井中的一大优势，但其纠斜能力差又了其在超深井中的应用。总的来说，满眼钻具在超深井中具有不错的应用前景，可以预见其在超深井中应用优劣包括以下几个方面：
1）超深井中，在初始井斜不大的情况下，可以充分利用满眼钻具良好的防斜保直性能，以达到井斜控制的目的；
2）深井中，可以大钻压、高机械钻速钻进是满眼钻具的天然优势，也是最大的优势，可以缩短钻井周期，控制工程成本；
3）若能与纠斜钻具组合使用，则其在超深井中的实用性将更强；
4）在深井研磨性强的地层，应避免使用满眼钻具，稳定器的磨损将直接影响钻井的保直性能；更换稳定器又势必增加提下钻频率，不利于钻井周期和钻进成本的控制；
5）满眼钻具的满眼特性会增大泥浆循环阻力，使泵压升高，当超深井中使用液动孔底动力设备时，应注意满眼钻具稳定器的设计，尽量增大其过流面积，留给动力设备充足的“压能”。
井下动力钻具难点与分析
超深井施工中，特别是在高温高压段和深井段必须使用井下动力钻具进行施工，当前，井下动力钻具主要有：螺杆钻具、液动锤和涡轮钻具3种，其中螺杆钻具和涡轮钻具都属于回转破岩类动力钻具，液动锤则利用冲击进行破岩钻进。超深井中使用井下动力钻具首先应该保证所在工况条件下的适应性和安全性，在此基础上选用合适的动力钻具类别及型号，并结合地层条件、钻头技术开展相应的配套钻井技术研究。即研究深井超深井钻井工具，应该考虑的是如何保证在高温高压下密封可靠、操作简单、使用安全和较长的使用寿命等要求。深井超深井钻井工具的技术开发应从钻井工艺与钻井参数研究，工具结构设计、材料选择、钻具的匹配等方面开展工作。
1.2.1 超深井螺杆钻具面临的难点与分析
我国螺杆钻具依靠引进技术得到了较快的发展，品种规格齐全，除基本上能满足我国的定向、侧钻钻井工艺需要外，还有部分出口。螺杆钻具的优点是：具有低速大扭矩的硬特；过载能力强，操作方便；结构简单，钻具较短，维修方便。缺点是：需定排量工作，有横向振动；对油基钻井液敏感，不适应在高密度钻井液中工作；橡胶定子耐高温性差，不宜于深井作业。超深井作业中螺杆钻具面临的主要问题分述如下：
1）定子橡胶在高温条件下失效变形。普通螺杆钻具的马达总成的定子一般由丁腈橡胶材料制成，其工作温度上限为130℃，在超深井的高温环境中，温度远远超过130℃，一万米深的超深井理论温度高达300℃，定子橡胶在如此的高温环境下将失效而不能工作。
2）超深井螺杆钻具连接螺纹脱扣。随着井深的不断增加，井底的钻井液压力也必然随之增加，高压钻井液对转子施加正向扭矩的同时，转子对定子壳体施加等值的反扭矩，在钻具频繁滞动和复合钻进的情况下，容易造成松扣，尤其在传动轴串轴承蹩卡或完全卡死情况下，脱扣危险加剧；当机械钻速快，井下不清洁，再遇到井斜较大，停转盘接单根前整个钻具积蓄很大的反扭矩，突然释放容易造成螺纹脱扣。
3）马达定子内表面脱胶或掉块。造成定子脱胶或掉块的原因，有厂家制造因素（如挂胶质量、定子壳体内表面设计），用户使用过程中泥浆净化不彻底，混杂了金属等硬物件，井温升高使定子的橡胶老化，钻井液中混入了气体造成气蚀，不合理的钻井操作等。
4）超深井螺杆钻具工作寿命短。由于螺杆钻具处于高温高压恶劣工作环境中，螺杆钻具的传动轴总成、万向轴总成、马达总成和旁通阀总成都很容易出现故障，将大幅度降低螺杆钻具的整体工作寿命。
5）超深井螺杆钻具输出特性不能满足超深孔钻进工艺要求。超深孔钻进过程中可能采用一些特殊的钻进工艺，对螺杆钻具的输出特性可能会提出一些要求，常规螺杆钻具的输出特性一般难以达到要求。
1.2.2 超深井液动锤面临的难点与分析
液动潜孔锤技术具有设备配套简便，钻进时效高、回次进尺长（岩心不易堵塞）、在一定程度减轻孔斜强度的优点。与空气潜孔锤比较可以适应更深的钻井。而我国在此技术的研究与应用方面具国际先进水平。但就目前的水平而言，要用到13000m超深科钻孔的条件下，孔内情况会更复杂，对液动锤强度有更严格的要求，且深孔大围压可能使岩石塑性增加，液动锤冲击碎岩效果可能会减弱。综述液动锤技术还有如下技术难题需要攻关：
1）液动锤的超深井背压适应性需进一步开展研究；
2）要求液动潜孔锤连续稳定工作寿命延长，特别对运动密封副的工作寿命要求提高（尤其是全面钻进状态下）；
3）液动潜孔锤钻具的密封材料需耐250～300℃高温；
4）钻具强度应更加可靠，抗疲劳、抗冲蚀能力要大幅度提高；
5）深孔大围压可能使岩石塑性增加，冲击碎岩效果可能会减弱，液动潜孔锤的冲击能量需要增加，由此将会引起对钻具强度的进一步要求；
6）根据钻孔总体设计，液动锤可能要与螺杆马达、涡轮钻具组合使用，在液动潜孔锤的设计上要考虑钻具直径、工作泵量要与其匹配和一致。
1.2.3 超深井涡轮钻具面临的难点与分析
涡轮钻具的优点是：具有高速大扭矩的软特性，无横向振动，机械钻速高；对油基钻井液不敏感，能适应在高密度的钻井液中工作。特别是全金属的涡轮钻具耐高温，适宜于深井和高温环境下作业，是超深井高温高压工况下钻井的良好工具。超深井施工中涡轮钻具面临的主要难点分述如下：
1）超深井涡轮钻井对泵的能力要求高。深井高密度钻井液条件下钻具循环压耗高，加之涡轮钻具本身压降大，因此，深井使用涡轮钻具对机泵能力要求也较高。由于超深井起下钻时间长，为保证涡轮钻具正常工作，施工前需要综合考虑钻头推荐排量和环空上返流速要求、钻具使用情况和地面设备能力，除必须满足涡轮钻具压降外，需要综合计算立压、循环压耗、钻头压降、涡轮钻具压降的关系，合理选择相关参数，制定详细的施工方案，使用烦琐，使用要求高。
2）涡轮钻具超深井钻井参数优化问题还需进一步研究。涡轮钻具转速与排量成正比，输出扭矩及压降与排量的平方成正比，功率与钻进排量成三次方关系，排量的变化对功率影响较大。钻压或扭矩过大会导致涡轮钻具产生“制动”而无法破岩钻进的现象。
一般情况下，在保证清岩、携岩前提下选择涡轮钻具最大功率时的排量作为钻进排量。涡轮钻具转速为其空转转速一半时，功率最大。在恒定排量下，涡轮钻具的每个转速对应一个钻压值，故可确定出在此情况下的最优钻压值。保证涡轮钻具水力流量和钻压处在这一参数，可保证涡轮钻具在最优状态下工作，如何保证涡轮钻具处在最佳的工作状况，发挥涡轮钻具工作特性最佳的关键问题，目前，对这些关键参数的控制还缺乏研究。
3）涡轮钻具泥浆清洁度的控制方法尚需进一步研究。涡轮钻具有其特殊的设计结构，涡轮叶片之间的过流面积窄小，而且钻井液流经转子和定子时的方向持续变化，因此钻井液的洁净度会对涡轮的工作产生影响。遇过长软质材料会使涡轮叶片与叶片之间、转子与定子之间产生堵塞，造成涡轮工作效率低、功率损失严重及涡轮寿命降低等后果，产生泵压突然升高，造成不必要的起下钻。
4）国内在配合涡轮钻具的钻头研制方面相对滞后，与之相配套的钻头类型是制约该项技术推广的瓶颈之一，特别针对结晶岩的高速涡轮钻具配合孕镶金刚石取心钻头的钻井技术还需进一步研究。
5）另外，针对万米以上井段施工，涡轮钻具直径较小，需要解决：小直径涡轮钻具功率急剧下降的难题；涡轮钻具转速高，扭矩小的难题；关键部件寿命与可靠性，减少维修辅助时间；涡轮钻具配套钻井技术，提高钻进与取心效率。
主要钻具的选择与配置
除钻杆外,主要钻具还包括取心钻具、保直钻具、纠斜钻具、事故打捞工具等,是钻探施工中质量和孔内安全的保障。
(一)取心钻具
取心钻具是地质钻探过程中获取地下岩样的专用机具。常用的取心钻具有:单管取心钻具、双动双管取心钻具、单动双管取心钻具、半合管取心钻具、三重管取心钻具、喷反取心钻具等。应根据所钻地层条件及取心质量要求来合理选择取心钻具(表2-18)。
表2-18 不同地层取心钻具选择参照表
注:表中“√”为可选取心钻具,“*”为单动双管半合管、单动三重管不扰动样取心钻具。
(二)保直钻具
钻进过程中由于受到地层及钻进工艺的影响,钻孔轨迹往往偏离设计轨迹,为了保证钻孔轨迹满足设计要求,需采取一定的保直措施。常用的保直钻具有:钟摆钻具、塔式钻具、满眼钻具、偏重钻具、刚性钻具、钻铤等。地质岩心钻探绳索取心钻进多采用满眼钻具及刚性钻具。另外,在硬岩层中钻进,为了提高效率,现场应配备冲击回转钻具,该钻具对钻孔也具有较好的保直作用。
(三)纠斜钻具
在复杂地层条件下,当钻孔轨迹超差过大,采用常规保直钻具(或设计的受控定向钻孔)无法保证钻孔轨迹满足设计要求时,需进行人工纠斜。常用的纠斜钻具有:偏心楔、连续造斜器、液动螺杆钻造斜机具、涡轮钻造斜机具等。深孔岩心钻探常用的为连续造斜器、液动螺杆钻造斜机具。
(四)事故打捞工具
深孔钻探施工过程中,难免发生孔内事故。钻探现场必须配备常用的事故打捞工具,如不同规格的公母锥、套铣工具、震击器、打捞矛、捞砂筒等。打捞工具应根据钻杆、接头、套管规格及孔径等条件进行合理选择配置。
直孔轨迹控制技术
直孔可以分为垂直孔和斜直孔。垂直孔即顶角为0°的钻孔(实际施工中难以达到),斜直孔指开孔顶角大于5°,且顶角、方位角不变的钻孔。直孔钻进时轨迹控制的主要任务是防斜、稳斜。主要措施是根据地层情况及钻孔自然弯曲规律选择合适的钻具结构与组合、钻进工艺技术参数来达到轨迹控制目的。
(一)垂直孔保直、防斜技术
直孔回转钻进产生钻孔偏斜的充分必要条件是:①钻具在孔底倾倒或弯曲,钻具轴线偏离钻孔轴线;②钻具在孔底倾倒或弯曲的方向基本稳定;③存在偏斜的空间条件。如果钻具在孔底倾倒或弯曲的方向不稳定,则钻具在孔底既产生自转又产生公转,钻头在不同的时间会指向不同方向,结果只产生扩壁作用,使孔径增大,而不导致孔身弯曲;反之,如果钻具在孔底倾倒或弯曲有朝向某一方向的趋势(例如,钻头在孔底接触软硬不均的岩石,孔底反作用力在同一条直线上,使钻具朝一定方向倾倒;或者钻头钻进层理、片理、发育地层,又以锐角穿过层面,孔底破碎成椭圆状,椭圆孔底引导钻具朝椭圆长轴方向钻进),而使钻孔偏斜。如果这时钻具没有倾倒或弯曲余地,钻孔也不会产生偏斜。要使钻具在孔底没有偏倒或弯曲余地,就必须尽量减小钻具与孔壁间隙,并提高钻具的刚性,使钻具回转轴心与钻孔轴线基本一致,从而保持钻孔轨迹呈直线状。这就是“以满保直,以刚保直”防斜钻具的理论根据。常见的刚性满眼钻具有以下几种。
1.大直径保直防斜钻具组合
大直径保直钻具组合形式如图7-16(a)所示:钻头→扶正器→岩心管→扶正器→钻铤(根数按孔底加压值1.5倍重量配置)→扶正器(每根钻铤间需接扶正接头)→钻杆。
扶正器最大外径设计: df=kdz
式中:df为扶正器最大外径;dz为钻头外径;k为系数(一般为1～0.98,岩石完整坚硬时取0.98,岩石破碎较软时取1)。
例如,汶川地震断裂带科学钻探WFSD-3孔大直径取心钻进满眼保直钻具组合为:
1)Φ150mm金刚石复合片取心钻头+Φ140mm半合管钻具(约2.5～4m)+变丝接头+Φ150mm扶正器+Φ121mm钻铤4根(约36m,钻铤间加Φ150mm扶正器)+Φ150扶正器+Φ73mm钻杆。
2)Φ122mm金刚石复合片取心钻头+Φ114mm半合管钻具(约2.5～3m)+变丝接头+Φ122mm扶正器+Φ105mm钻铤6根(约54m,钻铤间加Φ122mm扶正器)+扶正器+Φ73mm钻杆。
2.小直径金刚石钻探保直防斜钻具
如图7-16(b)所示,常规金刚石钻进保直钻具组合形式:金刚石钻头→扩孔器→多扩孔器取心钻具→钻铤→钻杆;绳索取心金刚石钻进保直钻具组合形式:金刚石钻头→扩孔器→多扩孔器取心外管钻具→绳索取心钻杆。
图7-16 满眼刚性保直钻具组合图
(a)大直径钻具;(b)绳索取心钻具;(c)普通金刚石钻具
例如,霍邱铁矿区、金寨沙坪沟钼矿区深孔及科学钻探采用的钻具组合是:
1)常规Φ96mm口径金刚石钻进满眼保直钻具组合:Φ96mm金刚石钻头+Φ96.3mm扩孔器+Φ96mm取心钻具(长4～6m,外管分两段,中间接一个Φ96.3mm扩孔器)+Φ96.3mm扩孔器+变丝接头+Φ89mm钻铤2根(约18m,中间接Φ96mm扶正器)+Φ96mm扶正器+Φ89mm钻铤8根(约64m)+变丝接头+Φ50mm外丝钻杆(或Φ60.3mm外丝钻杆)。
常规Φ76mm口径金刚石钻进满眼保直钻具组合如图7-16(c)所示:Φ76mm金刚石钻头+Φ76.3mm扩孔器+Φ76mm取心钻具(长4～6m,外管分两段,中间接一个Φ76.3mm扩孔器)+Φ76.3mm扩孔器+Φ75mm厚壁扶正器(长8～9m)+变丝接头+Φ50mm外丝钻杆。
2)绳索取心金刚石钻进满眼保直钻具组合:Φ96mm(或Φ76mm)金刚石钻头+Φ96.3mm(或Φ76.3mm)扩孔器+Φ96mm(或Φ76mm)绳索取心钻具(外管长3.5m～4.5m,中间截断,接扩孔器)+Φ96.3mm(或Φ76.3mm)扩孔器+Φ89mm(或71mm)绳索取心钻杆。
上述满眼钻具组合,分别在汶川地震断裂带科学钻探WFSD-3孔和霍邱、寿县、金寨等矿区多个深部地质找矿孔和科学钻探孔(孔深1500～3000m)中应用,在地层自然弯曲不十分强的情况下,均取得了很好的防斜效果,钻孔的孔斜率均能控制在0.5°/100m以内。
3.特殊保直防斜钻具
(1)预应力保直防斜钻具
小口径钻进时用扶正器、钻铤等来对付强造斜地层并不总是有效的,因为它们不能排除下部钻具的弹性弯曲。钻进时,使下部钻具发生弯曲主要是轴压力。利用预应力原理可以提高钻具对因轴压引起弯曲的抗力。如果在组装钻具时对钻具进行预拉伸,使预拉力大于钻进时粗径钻具上的轴压力,则将消除钻具因轴压力引起的弯曲。这时钻孔弯曲只取决于施加在钻头上的倾倒力矩和孔壁间隙所产生的钻具歪倒角(倾倒角),弯曲强度低。
图7-17为小直径预应力防斜钻具的典型结构。钻进前组装岩心钻具时,用压缩内管产生的能量使外管获得拉伸预应力。可用加力管钳和液压千斤顶来压缩内管。在后一种情况下,用拧紧异径接头的办法使内管保持压缩状态。
图7-17 预应力钻具
(a)取心钻进用;(b)无岩心钻进用;
1—异径接头;2—垫圈;3—外管;4—内管;5—钻头接头;6—金刚石钻头;7—扶正器
因内管在外管内没有间隙(取心钻具)或在外管内用扶正器扶正、支承(无岩心钻具),所以虽然内管承受很大轴向压力,但不会弯曲和失稳。给钻具施加预应力的范围是该力不得使承受预应力部件横断面上的应力超过材料的比例极限。有条件情况下,可经过室内的测试获得。
(2)FB型保直防斜钻具
FB型保直防斜钻具由中国地质科学院探矿工艺研究所研制完成。与刚性满眼钻具不同,其设计思路是使钻头上产生一抵消或削弱孔斜的抗斜力——侧向反偏力。该反偏力只有钻进中出现孔斜和有孔斜趋势时才存在,钻孔不斜或没有斜的趋势时就没有反偏力。图7-18为FB型防斜钻具的结构和工作原理图。
该钻具包括导正部分和活动部分。导正部分主要由上、中、下扶正器1、4、6和外壳1、偏心导正套3组成;活动部分主要由双臂球头轴5、岩心管7、扩孔器8、钻头9组成。其中偏心导正套和双臂球头轴是产生反偏力的关键部件。
保直防斜钻具的工作原理:钻进直孔时,钻具导正部分与活动部分同心,与常规钻具一样钻头上无反偏力。钻孔偏斜时,则双臂球头轴以下的钻具与导正部分不同心。在回转钻进过程中,由于钻具导正部分处于直线孔段,要绕原钻孔轴线旋转,而下部钻具要绕偏斜的钻孔轴线旋转,则每回转一周,双臂球头轴的上臂从偏心导正套内孔偏心距大的位置转到偏心距最小的位置时,偏心导正套就会在与钻孔偏斜的相同方向上,给球头轴上臂的上端施加一导正力F。此力通过球头传至球头轴的下臂和钻头,使钻头侧刃以偏力F向钻孔偏斜的反方向克取岩石,力图恢复活动部分与导正部分的同轴性,因而防止了钻孔弯曲(包括顶角与方位弯曲),使钻头基本保持原钻孔方向钻进,起到稳斜作用。
图7-18 FB型保直防斜钻具
(a)结构示意图;(b)工作原理图
1—上扶正器;2—外壳;3—偏心导正套;4—中扶正器;5—双臂球头轴;6—下扶正器;7—岩心管;8—扩孔器;9—钻头
双臂球头轴以下的钻具(l1)越短,作用在钻头上的反偏力F'则越大,l1＞3m时,反偏力明显下降。由于该钻具的反偏力F'不可能很大,因而在造斜力很大的强造斜地层,反偏力不能完全抵消地层造斜力使钻孔仍会产生一定程度的弯曲。
FB保直防斜钻具导正部分扶正器与孔壁间的间隙直接影响其反偏力的形成。间隙过大将使导正部分丧失导正功能。因此该钻具应用于较完整地层。
(3)TSZ型保直防斜塔式绳索取心钻具组合
TSZ型保直防斜塔式绳索取心钻具(图7-19)由安徽省地矿局313地质队设计研制。该钻具由S76mm和S96mm绳索取心钻具组合而成。将S96mm绳索取心外管套在S76mm绳索取心单动双管总成上,使S76mm单动双管钻头超前于S96mm单管钻头0.3m。组合双钻头钻具上接Φ71mm绳索取心钻杆,形成三重管双钻头塔式刚性满眼钻具。钻具总长为9.5m,超前取心钻进口径Φ77mm,扩孔口径为Φ97mm。其特点是超前钻头具有良好的导向作用,粗径钻具跟进扩孔,起到扶正、增大刚性和满眼钻进保直防斜作用;另外,孔内钻柱采用Φ71mm绳索取心钻杆,增大了保直防斜钻具以上的环状间隙,利于减小泥浆环空阻力。
图7-19 TSZ型塔式绳索取心钻具组合
1—Φ77mm钻头;2—Φ77.5mm扩孔器;3—Φ73mm岩心管;4—Φ97mm钻头;5、7、9、10—Φ97.5mm扩孔器;6—Φ89mm岩心管;8—内外管连接接头;11—Φ71mm钻杆
在华南于都—赣县矿集区科学钻探选址预研究NLSD-1孔中同地层条件下的钻进对比试验表明,用常规S76绳索取心钻进的平均孔斜率为5°/100m,而用TSZ型保直防斜塔式绳索取心组合钻具后,孔斜率稳定在0.5°/100m以内,取得了良好的保直防斜效果。
4.直孔保直防斜的其他方法
当钻孔方位角顺时针增大时,可采用反转纠偏,钻孔顶角上漂采用冲击回转钻进改变岩石破碎机理,可有一定防斜效果。
目前,国外已研制出直孔防斜自动垂钻系统,德国率先研制出的VDS自动垂直钻进工具已在超深井钻井计划(KTB)中使用,实现了随钻、随测、随纠,取得了良好的使用效果。国内也在这方面进行了研究与探索。
(二)直孔保直防斜钻进的工艺技术措施
直孔保直防斜钻进除选用合理的钻具组合外,还应重视以下工艺技术措施:
1)确保钻探设备安装质量。钻塔基础要坚实平稳,钻机滑轨不松旷,天车、钻机主轴(或主杆)和钻机轴线(孔口)应在一条直线上。
2)开孔用的粗径钻具要直,其长度应随钻孔的加深逐渐加长,孔口要设导正管,开孔顶角和方位角应符合设计要求。
3)选择合适的钻具级配,控制孔壁间隙,实现满眼钻进。
4)钻孔换径或扩孔时要带扶正器和导向管。
5)采用重量大于所需钻压的钻铤实现孔底加压,使钻杆处于拉伸状态。
6)钻进破碎、松软地层时,应减小泵量,选用底喷式钻头,以免钻孔超径;遇溶洞应采用长岩心管钻进,穿过溶洞后要采取措施隔离(下套管或封水泥)。
7)遇到软硬不均地层,采用锐利钻头、低轴压、高转速钻进。
8)遇到卵砾石地层,尽量采用冲击回转钻进。
(三)斜直孔稳斜与纠斜技术
斜直孔钻进主要用长(6～9m)、刚(高强度厚壁)、满(多个扶正器满眼)钻具实现稳斜钻进。用辅助增斜和减斜钻具组合来控制钻孔的下垂与上漂。
1.增斜钻具
1)缩短岩心管,使之为正常长度的2/3～1/2。
2)增大粗径钻具在孔底的倾斜角,以增加钻孔的弯曲强度。可采用的钻具结构及组合形式有普通塔式增斜钻具及万向节塔式增斜钻具(图7-20)。
图7-20 塔式增斜钻具组合示意图
(a)普通塔式钻具;(b)万向节塔式钻具
施工中普通塔式钻具常采用大一级钻头+短粗径钻具(岩心管长度0.8～2m)+细钻杆(增加钻具柔性)的组合方式。万向节塔式钻具是在普通塔式钻具上接一个万向节,以增大钻具在孔内倾倒角和增斜侧向力。为保证增斜的定向性,还可在万向节上部加接钻铤,使万向节处于钻孔下帮,从而达到钻孔上漂的目的。
2.减斜钻具
针对钻孔上漂的常用减斜(使钻孔下垂)钻具结构如图7-21所示。
1)短岩心管上加钻铤[图7-21(a)],使粗径钻具重心下移利于钻孔下垂。
2)在粗径钻具上面加扶正器[图7-21(b)],改变粗径钻具上端的受力状态,使粗径钻具上端抬起,给钻头一矫正力促使钻孔逐渐下垂。扶正器与岩心管之间的距离应以钻杆半波长的1/2为宜。
3)同径、异径减斜钻具如图7-21(c)、图7-21(d)所示。在上部支撑接头的衬垫作用和下部钻具的自重作用下,使钻具与原孔中心形成一夹角,在钻头上产生一个矫正力,在钻进过程中逐渐减小钻孔顶角。
4)支撑管万向节组合钻具如图7-21(e)所示。比支撑管小一级的岩心管为一短的加重管,通过万向节与支撑管连接,利用重锤原理产生偏斜力,增大钻头克取孔壁下帮的切削力,以达到控制钻孔上漂的目的。
图7-21 减斜钻具结构示意图
(a)长粗径加钻铤组合钻具;(b)带扶正器组合钻具;(c)带支撑接头同径组合钻具;(d)带支撑接头异径组合钻具;(e)支撑管万向节组合钻具
深部钻探金刚石钻进与钻头使用要点
(一)钻杆、钻具要求
1)深孔结构较复杂,应合理组合和级配钻具。钻柱的强度要满足深孔要求,螺纹连接部位密封良好,钻杆拧紧须达到一定的预紧力。
2)弯曲钻杆不得下孔,接头、扩孔器、扶正器、取心钻具和钻头连接应有良好的同心度,取心钻具内外管应同轴,且单动灵活可靠。
3)钻进易斜地层应配稳定接头或扶正器;扩孔钻进需带导向装置。
(二)提下钻要求
1)操作人员对孔内情况要做到心中有数,提下钻通过换径、纠斜、活石处应放慢速度。每次下钻,下到距孔底1m左右时送水冲孔,待孔口返水后轻压慢转扫孔到底,正常后方可按要求参数钻进。
2)下钻遇阻不得猛冲硬蹾,可用人工缓慢回转钻具,无效时立即提钻处理;上提有劲时严禁猛拉钻具,应将钻具下放一定距离,人工回转缓慢上提,若上提无效应接上机上钻杆送泥浆冲孔,边回转边提升或采用其他办法处理。
3)复杂地层提钻时,要求向孔内回灌泥浆,以保持孔内压力平衡。
(三)钻进要求
1)操作者应集中精力认真观察钻速、孔内返水量、泵压及电流表或其他参数仪表值的变化,发现异常,及时处理。
2)采用立轴式钻机倒杆时,应先减压再停车,用升降机拉紧钻具(不得提离孔底),倒杆后先在小于正常钻压条件下平稳开车,再逐渐调至正常钻压。正常钻进时不得随意提动钻具。发现岩心堵塞,处理无效时,应及时提钻。
3)岩层由硬变软进尺过快时,应减小钻压;由软变硬钻速变慢时,不得任意增大钻压,以免损坏钻头或造成孔斜,在非均质岩层中钻进应控制钻速。
4)地层变化时,要及时调整冲洗液性能指标。保持孔壁稳定及孔底清洁,孔底岩粉厚度超过0.5m时,要采取措施。
5)冲击回转钻进可适当降低钻压和转速,泵量必须满足冲击器工作要求。
6)绳索取心钻进的内管总成未到底,严禁空管钻进。
(四)取心要求
不同地层取心措施及要求详见第四章。深孔钻进采取岩心时,应严格按操作规程作业,先停止回转,停泵,缓慢将钻头提离孔底0.3～0.5m,使卡簧抱紧岩心,再缓慢开车扭断岩心方可起钻。不允许上下活动钻具或猛提钻具取心。孔内残留岩心较长或中途岩心脱落时,应专门下钻扫岩心及捞取。
(五)金刚石钻头使用要求
1)根据设计孔深,按钻头和扩孔器外径尺寸由大到小排序,轮换使用。扩孔器外径应比钻头外径大0.3～0.5mm,卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～0.5mm,应在上一回次岩心上套试,以不脱落、不卡死为宜。
2)新钻头到孔底后应进行“初磨”,即以正常钻压的1/3左右、100r/min左右慢转钻进10min,再采用正常参数钻进。不宜用新钻头扫孔和清除残留岩心。
3)为避免钻头非正常损坏应保持孔底清洁,当发现有硬质合金、胎块、金属块、脱落岩心及掉块时,应及时清除;换径后应用锥形钻头修整换径台阶。
4)钻头出现以下情况,不得下入孔内:
①表镶钻头内径磨耗0.2mm以上,孕镶钻头内外尺寸磨耗0.4mm以上;
②表镶钻头出刃超过金刚石颗粒直径1/3,有少数金刚石脱落,挤裂或剪碎;
③钻头水口、水槽高度严重磨损和变化明显,胎体有裂纹、掉块及微烧或严重冲蚀;
④钻头体变形,螺纹损坏。
钻孔桩的质量有哪些，引起的原因是什么，监控的措施有哪些
质量问题主要有：缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等。
钻孔灌注桩质量通病的成因及其预防措施：
1 钻孔灌注桩常见的质量通病
钻孔灌注桩在承受垂直荷载压力的时候，以桩顶位置所受的压力最大，下部承受的压力相对较小。但钻孔灌注桩的成桩工艺与实际受力状况相反，往往是上部混凝土的强度低，中下段混凝土的强度高，若不严格控制，容易出现桩上段强度达不到质量要求的情况。除此之外，还容易出现缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等质量缺陷,造成桩基承载力的下降,影响到工程结构的安全。
2 影响成桩质量的原因分析
2. 1 影响桩身上部强度的原因分析
(1) 按照施工规范的规定，钻孔后要彻底清除孔底的淤泥，但在实际施工过程中，很难将淤泥彻底清除，于是在浇灌第一斗混凝土进行封底施工时，孔底沉积的淤泥必然混入混凝土中。由于用导管灌注的水下混凝土是从下往上顶升的，先灌入的混凝土顶升于孔的上面，这样就容易出现桩上段强度较低的现象。
(2) 浇灌混凝土时，若导管插入混凝土之内过深，浇注速度又较快，则容易在孔体深部沉积较多的骨料，加上振捣过程所造成的混凝土的离析，也容易导致桩体上部强度较低的质量问题。
(3)埋设护筒的周围土不密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞引起质量问题。
桩基施工质量加以控制。
1、成孔质量的控制
成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，其质量如控制得不好，则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身质量和造成桩承载力下降。因此，在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。
1.1.采取隔孔施工程序。
钻孔混凝土灌注桩和打入桩不同，打人桩是将周围土体挤开，桩身具有很高的强度，土体对桩产生被动土压力。钻孔混凝土灌注桩则是先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。
1.2.确保桩身成孔垂直精度
这是灌注桩顺利施工的一个重要条件，否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求，应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施，并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜超声波测试。
1.3.确保桩位、桩顶标高和成孔深度。
在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。
虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当，或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此，在提出钻具后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻探小，就要重新下钻杆复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题，因其最大收缩率达1．2％，为提高测绳的测量精度，在使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常复核。
为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象，除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据不同土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降，在软粘土钻进最快0．2m／min左右，在细粉砂层钻进都是O．015m／min左右，两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。
1.4.钢筋笼制作质量和吊放
钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋吊笼放后是暂时固定在钻架底梁上的，因此，吊环长度是根据底梁标高的变化而改变，所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因，如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。
1.5.灌注水下混凝土前泥浆的制备和第二次清孔
清孔的主要目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清干净，这就是泥浆的排渣和清孔作用。从泥浆在混凝土钻孔桩施工中的护壁和清孔作用，我们可以看出，泥浆的制备和清孔是确保钻子L桩工程质量的关键环节。因此，对于施工规范中泥浆的控制指标：粘度测定17—20min；含砂率不大于6％；胶体率不小于90％等在钻孔灌注桩施工过程中必须严格控制，不能就地取材，而要专门采取泥浆制备，选用高塑性粘土或膨润土，拌制泥浆必须根据施工机械、工艺及穿越土层进行．配合比设计。
灌注桩成孔至设计标高，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，直到孔口返浆比重持续小于1。10—1．20，测得孔底沉渣厚度小于50mm，即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管。沉放导管时检查导管的连接是否牢固和密实，以防止漏气漏浆而影响灌注。由于孔内原土泥浆在吊放钢筋笼和沉放导管这段时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部，最终不能被混凝土冲击反起而成为永久性沉渣，从而影响桩基工程的质量。因此，必须在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求后，应立即进行水下混凝土的灌注工作。
2、成桩质量的控制
2.1.为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告)，如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料(如水泥、砂、石、水质)，严禁用于混凝土灌注桩。
钻探主要设备的维护保养知识
(一)典型(回转)钻机的维护保养
1.典型钻机的日常维护
钻机的维护与保养包括日保养、周保养与月保养。
(1)日保养(班保养)
1)经常保持钻机外表面清洁,有油污时应立即擦拭干净。
2)检查所有外露螺栓、螺母、保险销等是否牢固可靠。
3)检查变速箱、液压系统油箱的油面位置,按要求加注润滑油或润滑脂。
4)消除在本班内发生的其他故障。
(2)周保养
周保养是在班保养的基础上,增加以下内容:
1)检查与调整摩擦离合片的间隙,三角皮带轮的松紧程度。
2)清除抱闸及卷扬机上的脏东西,同时进行必要的调整。
3)按要求对各部位加注润滑油或润滑脂。
(3)月保养
月保养是在周保养的基础上,增加以下内容:
1)清洗液压油箱内的过滤器,检查油液是否变质,必要时更换新油。
2)擦洗干净活塞杆、导向杆上的污物,并对其表面涂油。
3)检查变速箱、拧管机等部件的润滑油是否变质或污染,必要时更换新油。
4)检查卷扬机、离合器是否工作正常,如有损坏和损伤,应进行修理和更换。
5)检查各部件操纵机构是否灵活可靠,并进行紧固或修理。
6)对所有应加润滑油或润滑脂的部位,加足润滑油或润滑脂。
7)若钻机长期不用时,各表露部分应涂以润滑油或润滑脂,并用帆布盖好。
2.钢丝绳的日常维护
为延长钢丝绳的使用寿命,在使用钢丝绳时,应注意以下事项:
1)应根据提升钻具需要的最大负荷量及卷筒、滑轮直径,选择合适的钢丝绳直径、股数、扭拧方向及临界抗拉强度,使用时不得超过钢丝绳允许的载荷量。
2)钢丝绳中心有油浸的麻心(也有用金属丝的)。在负荷下,麻心中的油被挤压出润滑钢丝绳与滑轮槽,并减小了与卷筒产生的摩擦,但使用时仍需定期给钢丝绳注油,并清除污垢。
3)钢丝绳应一股靠一股紧密、平整地缠绕在卷筒上,当钢丝绳在卷筒上缠绕数层时,尤应注意正确缠绕,以防止钢丝绳在卷筒上缠绕时互相咬挤,造成钢丝折断,降低钢丝绳的紧固性。
4)在卷筒上缠绕的钢丝绳备用圈数不得少于3～5圈。
5)滑车轮槽(包括天车、游动滑车)的宽窄,应适合钢丝绳的直径尺寸,一般滑车轮槽应大于钢丝绳直径1～3mm,如果滑车轮槽过窄,特别是V形窄槽,会使钢丝绳与轮槽壁的摩擦增大,甚至卡住钢丝绳,同时钢丝绳在负荷下,处于过窄的轮槽内,将改变其截面而成压扁状,降低钢丝绳的紧固性。
6)当截断钢丝绳时,为了避免钢丝股的松乱,应预先用软钢丝将钢丝绳两头系紧后再行截断,软钢丝的长度应相当于钢丝绳直径的7～8倍。
7)每月至少对钢丝绳详细检查一次,并清除滑轮面上的硬化油垢,检查中如发现有损断的钢丝,应用钳子将其突出的顶部截断,当钢丝损坏过多时,则不得继续使用。
8)当解下缠绕在卷筒上的钢丝绳时,必须刹住卷筒,使钢丝绳成为拉直状态,否则将会使钢丝绳成为松乱的无法控制的环圈,而发生打成结子及折断绳股现象,降低钢丝绳的使用年限。
9)为防止钢丝绳生锈,应经常保持其清洁并定期涂抹特制无水分的防锈油、钢丝绳油等浓矿物油。钢丝绳在使用时,每隔一定时期涂一次油,在保存时最少每6个月涂1次油。
(二)典型辅助设备的维护保养
1.泥浆泵保养
(1)班保养
1)检查各缸进排水阀缸盖螺栓紧固情况,并按要求上紧。
2)检查拉杆连接及密封情况,如有泄漏时应即时进行密封,使之不泄漏。
3)清除莲蓬头处的堵塞杂物,使之吸水通畅。
4)保持泵外表面清洁,如有污物时应及时擦洗干净。
5)检查曲轴箱内机油液面,不足时及时添加。
6)检查皮带松紧度,将皮带张紧。
(2)周保养
1)检查各缸进、排水阀件,如有磨损时应及时予以更换。
2)检查活塞(或柱塞密封圈或皮碗)的磨损情况,必要时予以更换。
3)检查离合器工作情况,必要时予以调整或更换。
4)检查导杆、拉杆、十字头连接情况,并按要求进行紧固。
(3)月保养
1)检查连杆轴瓦的配合情况,并按要求进行调整。
2)检查曲轴瓦的工作情况,并进行间隙调整。
3)检查缸套磨损情况,必要时更换新缸套。
4)检查变速箱及曲轴箱内机油有无变质或受污,必要时更换新机油。
2.柴油机保养
对柴油机进行维护保养的目的,在于使柴油机经常处于良好的工作状态,防止故障的发生,延长其使用寿命。对设备进行维护保养是一种带强制性的预防措施,不论设备有没有毛病,都应该按规定的保养时间按期进行例行保养。
柴油机维护保养,包括日常保养和定期保养。在地质钻探工作中,由于工作的连续性,对柴油机仍可按班、周、月进行维护保养。
(1)班保养
1)检查曲轴箱内机油平面及柴油箱内的燃油面,不足时按要求进行添加。
2)检查机体螺栓及其他紧固螺栓、螺母等是否紧固可靠。
3)消除“三漏”(即漏油、漏水及漏气)现象。
4)保持柴油机外表面整洁,有油污时应及时擦洗干净。
5)时常观察柴油机冷却水循环情况,避免断水造成机温过高而发生故障。
6)消除在本班内发生的其他故障。
(2)周保养
1)清洗空气滤清器及燃油滤清器,必要时进行更换。
2)检查电瓶的电压及电液的密度,电液密度应保持在1.28～1.29g/cm3之间,不足时按要求进行添加蒸馏水。
3)检查水箱风扇及充电发电机传动皮带的松紧程度并进行调整。
4)检查充电线路调节器及仪表工作情况,有故障时及时排除。
(3)月保养
1)检查调整气门间隙,必要时进行研磨。
2)检查调整喷油嘴的喷油压力及雾化状态,必要时进行清洗或调整。
3)检查连杆螺栓、曲轴螺栓和气缸头螺母以及其他紧固件的紧固情况,并按要求重新紧固。
4)清洗燃油箱及。
请高手告诉我钻井钻具的组合
钻头和钻铤之间-双母接头，连接钻头和钻铤
不同尺寸钻铤和钻杆连接-转换接头（配合接头），连接不同扣形钻具
钻杆和方钻杆之间是两个接头，一个是转换接头，一个是保护接头（因为要经常卸扣上扣，使用一段时间后更换）
金刚石钻进用钻具的组成
金刚石回转钻进所用的钻具可以分为两大类，即单层岩心管（简称单管）钻具和双层岩心管（简称双管）钻具。它们由钻头、扩孔器、岩心管、异径接头及钻杆等组成（图10-1）。两类钻具，在外形上没有更多的区别。
1.单层岩心管钻具的组成
单层岩心管钻具由钻头、卡簧、扩孔器、岩心管组成，在岩心管的上部要接装异径接头和钻杆（图10-2a）。在钻头的唇部和内、外侧，镶有碎岩材料———金刚石，用以在钻进中破碎岩石；卡簧用于在取心时卡断并夹紧岩心以防脱落；扩孔器的外侧，也同样镶焊有金刚石，而且其外径略大于钻头的外径，用以修正孔壁，从而保证孔壁的质量（光洁、均匀、不缩径）并对钻具进行扶正；岩心管用以收容岩心和保护岩心。
2.双层岩心管钻具的组成
在钻进中，为了更好地保护岩心以提高取心质量，在钻具的组成上，采用两层不同规格的岩心管，同心安装在异径接头上图10-2b）。外管主要用以推动钻头与扩孔器以钻碎孔底岩石和修整孔壁，内管则用以保护和收容岩心。安装后内、外管壁间所留的间隙，作为钻井液流入孔底的通道，避免了钻井液直接冲刷岩心，从而提高了取心质量。
图10-1 金刚石钻进钻具组成
双管钻具的卡簧，安装在卡簧座的凹槽内，卡簧座通过短截管与内管插装在一起，因为内管体积小、壁薄，所以不以螺纹连接，以增大内管强度。
由于安装形式的不同，双层岩心管钻具又可以分为：双动双管钻具和单动双管钻具。
（1）双动双管钻具：此种钻具的组成，因其异径接头是一个简单的只有两组螺纹的整体，所以在钻进过程中，其所连接的内、外岩心管，则是随异径接头一起进行同样旋转的，故称为双动双管钻具。这种钻具在使用时，只能起到防止钻井液直接冲刷岩心管内岩心的作用，而因内、外管同步转动，对管内岩心的震动及相互研磨等是不利于取心的因素。
（2）单动双管钻具：这种钻具的特点是，在异径接头与内管连接的部位，增加了心轴与推力轴承等零件。钻进时，由于推力轴承的作用，内管不随外管一起转动，故称单动双管钻具。此种钻具在使用中的优点是，既可防止钻井液对岩心的直接冲刷，又可因为内管保持不转而避免岩心受震和相互磨损，更有效地提高取心质量。特别是在松软的岩层中钻进时，其护心效果更为明显。
图图10-2 单层、双层岩心管
满眼钻具组合
4.2.1 钻具组合特点
满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的稳定器及一些外径较大的钻铤构成。根据用纵横弯曲法对多稳定器钻具组合的力学分析结果可知：稳定器与井壁的间隙对钻头侧向力影响甚大。满眼钻具的稳定器外径要尽量接近井眼尺寸，“以满保直”。其防斜原理有二：一是由于满眼钻具比光钻铤的刚度大，并能填满井眼，在大钻压下不易弯曲，保持钻具在井内居中，减小钻头的偏斜角，从而减小和因钻柱弯曲产生的增斜力；二是在地层横向力的作用下，稳定器能支撑在井壁上，钻头的横向移动，同时能在钻头处产生一个抵抗地层力的纠斜力。为了发挥满眼钻具的防斜作用，钻具上至少要有三个稳定器，如图4.3所示。
4.2.2 钻具组合力学性质
满眼钻具在不同致斜地层中，其受力情况略有差异。
当钻具在垂直或接近垂直的井眼中工作时，它的作用是保持井眼沿着铅直方向钻进，如图4.4（a）所示。上稳定器能抵消由于其上钻具弯曲所产生的横向力，使其下钻具居中。中稳定器能抵消其上一根钻铤一旦弯曲所产生的横向力，并使其下部钻铤处于井眼中心，它也帮助下稳定器抵消地层横向力。下稳定器的作用自然是抵消地层横向力，钻头的横向移动。
图4.3 满眼钻具组合
当钻遇使井斜增大的地层时，满眼钻具能有力地抵抗地层横向力，减少井斜的变化。在地层横向力的作用下，下扶正器和钻头靠向井壁高的一侧［图4.4（b）］，抵抗地层横向力，钻头的横向移动。同时，地层横向力势必要扭弯其上的短钻铤。由于短钻铤的刚度大，能有力地反抗此地层力的扭弯，这个反力将驱使钻头靠向井眼低的一侧，产生纠斜作用。中稳定器也帮助其下部钻具抵抗地层横向力。同时，在已斜井眼内，钻具还有一个纠斜作用，这是由于上稳定器以上的钻铤由于自重靠在井眼低的一边，并以上稳定器为支点将压力下传，作用于其下一根钻铤有一个弯矩，此弯矩使中稳定器靠向井眼高的一边，再以中稳定器为支点将力下传，使钻头趋向于井眼低的一边，也产生一个纠斜力。
如果井眼已发生偏斜，而地层力又使其趋向于恢复垂直状态，满眼钻具的作用是防止井斜角过快地减小。如图4.4（c）所示，下、中稳定器将抵抗地层横向力，钻头向下侧移动。短钻铤也抵抗弯曲趋势，保持下稳定器趋向井眼高的一边。同时中稳定器以上钻铤所产生的弯矩，也将使中稳定器趋向井眼高的一边，帮助下稳定器抵抗地层横向力。
图4.4 满眼钻具在不同致斜地层中的受力示意图
满眼钻具由于刚性大、“满眼”，致使孔底钻头的侧向力Pa很小，并且钻压大幅变化时对其影响不大。以“Φ216mm钻头+Φ216mm近钻头扩孔器S1+Φ178mm短钻铤+Φ216mm稳定器S2+Φ178mm钻铤+Φ216mm稳定器S3+Φ178mm钻铤”的满眼钻具组合为例，其孔底钻头的侧向力Pa与钻压PB、井斜角以及井身曲率的关系如图4.5所示。
图4.5 满眼钻具组合的力学特性图
从上图中可以看出，钻压对满眼钻具的性能影响不大，在实际应用中，前人研究总结出满眼钻具有以下力学特点：
1）第一稳定器直径减小，可以使钻具力Pa明显下降；该稳定器越靠近钻头，这种影响愈明显；第二稳定器的磨损可以增大钻具组合的增斜倾向。
2）第一跨度长度（第一稳定器中点到钻头底面的距离）增加，可增大钻头上的降斜力。
3）第二跨长度增加，可使钻头上的增斜力增强；即加长短钻铤的长度可增加钻具的增斜倾向。
4）在三个稳定器的基础上加装第四稳定器，可产生较小的负侧向力（降斜趋势），井斜角愈大，则此降斜趋势越明显。加装第五稳定器后，该方面的变化很小。
5）井斜角增大时可增大满眼钻具的降斜趋势。
6）正曲率井身可使满眼钻具增加降斜趋势，负曲率井身可使满眼钻具增加增斜趋势，这是“回弹效应”作用的结果。
4.2.3 钟摆钻具组合应用范围
满眼钻具组合的主要功能是防斜，实践表明其在不易斜或较易斜地层中防斜保直的效果良好，但其纠斜能力不足了其适用性。总的来说，满眼钻具的使用有如下特点：
1）适用于不易斜或较易斜的地层钻进；
2）防斜能力优于纠斜能力，适用于直井段的防斜保直；
3）由于稳定器的直径大小直接影响到钻具组合的性能，因此在强研磨性地层不推荐使用该钻具组合；
4）在钻遇增斜或减斜地层时能有力地控制井斜变化率，使井斜不致过快地增大或减小，不会形成狗腿或键槽等影响井身质量的隐患。
4.2.4 钻进参数对其性能的影响
由满眼钻具组合的力学特性可知，钻压对其防斜性能的影响可以忽略不计，可以通过提高钻压来提高机械钻速，但应注意钻压的提高同样会增加地层的造斜力，当地层造斜力增加到一定程度时，钻孔弯曲，就失去了使用满眼钻具的意义，因此这时对钻压存在一个优选问题。理论上，转速的提高可以增加满眼钻具的“回弹效应”，从而提高钻具的“防斜保直”性能，但该效果有多大还需实践验证。另外，由于该钻具组合的满眼特性，致使泥浆的部分环空间隙狭小，因此使用该钻具时应注意泵压的变化，防止憋泵。
4.2.5 钻具应用于超深井的可能性
满眼钻具的刚性大，可以大钻压、高机械钻速钻进是其可以应用到超深井中的一大优势，但其纠斜能力差又了其在超深井中的应用。总的来说，满眼钻具在超深井中具有不错的应用前景，可以预见其在超深井中应用优劣包括以下几个方面：
1）超深井中，在初始井斜不大的情况下，可以充分利用满眼钻具良好的防斜保直性能，以达到井斜控制的目的；
2）深井中，可以大钻压、高机械钻速钻进是满眼钻具的天然优势，也是最大的优势，可以缩短钻井周期，控制工程成本；
3）若能与纠斜钻具组合使用，则其在超深井中的实用性将更强；
4）在深井研磨性强的地层，应避免使用满眼钻具，稳定器的磨损将直接影响钻井的保直性能；更换稳定器又势必增加提下钻频率，不利于钻井周期和钻进成本的控制；
5）满眼钻具的满眼特性会增大泥浆循环阻力，使泵压升高，当超深井中使用液动孔底动力设备时，应注意满眼钻具稳定器的设计，尽量增大其过流面积，留给动力设备充足的“压能”。
井下动力钻具难点与分析
超深井施工中，特别是在高温高压段和深井段必须使用井下动力钻具进行施工，当前，井下动力钻具主要有：螺杆钻具、液动锤和涡轮钻具3种，其中螺杆钻具和涡轮钻具都属于回转破岩类动力钻具，液动锤则利用冲击进行破岩钻进。超深井中使用井下动力钻具首先应该保证所在工况条件下的适应性和安全性，在此基础上选用合适的动力钻具类别及型号，并结合地层条件、钻头技术开展相应的配套钻井技术研究。即研究深井超深井钻井工具，应该考虑的是如何保证在高温高压下密封可靠、操作简单、使用安全和较长的使用寿命等要求。深井超深井钻井工具的技术开发应从钻井工艺与钻井参数研究，工具结构设计、材料选择、钻具的匹配等方面开展工作。
1.2.1 超深井螺杆钻具面临的难点与分析
我国螺杆钻具依靠引进技术得到了较快的发展，品种规格齐全，除基本上能满足我国的定向、侧钻钻井工艺需要外，还有部分出口。螺杆钻具的优点是：具有低速大扭矩的硬特；过载能力强，操作方便；结构简单，钻具较短，维修方便。缺点是：需定排量工作，有横向振动；对油基钻井液敏感，不适应在高密度钻井液中工作；橡胶定子耐高温性差，不宜于深井作业。超深井作业中螺杆钻具面临的主要问题分述如下：
1）定子橡胶在高温条件下失效变形。普通螺杆钻具的马达总成的定子一般由丁腈橡胶材料制成，其工作温度上限为130℃，在超深井的高温环境中，温度远远超过130℃，一万米深的超深井理论温度高达300℃，定子橡胶在如此的高温环境下将失效而不能工作。
2）超深井螺杆钻具连接螺纹脱扣。随着井深的不断增加，井底的钻井液压力也必然随之增加，高压钻井液对转子施加正向扭矩的同时，转子对定子壳体施加等值的反扭矩，在钻具频繁滞动和复合钻进的情况下，容易造成松扣，尤其在传动轴串轴承蹩卡或完全卡死情况下，脱扣危险加剧；当机械钻速快，井下不清洁，再遇到井斜较大，停转盘接单根前整个钻具积蓄很大的反扭矩，突然释放容易造成螺纹脱扣。
3）马达定子内表面脱胶或掉块。造成定子脱胶或掉块的原因，有厂家制造因素（如挂胶质量、定子壳体内表面设计），用户使用过程中泥浆净化不彻底，混杂了金属等硬物件，井温升高使定子的橡胶老化，钻井液中混入了气体造成气蚀，不合理的钻井操作等。
4）超深井螺杆钻具工作寿命短。由于螺杆钻具处于高温高压恶劣工作环境中，螺杆钻具的传动轴总成、万向轴总成、马达总成和旁通阀总成都很容易出现故障，将大幅度降低螺杆钻具的整体工作寿命。
5）超深井螺杆钻具输出特性不能满足超深孔钻进工艺要求。超深孔钻进过程中可能采用一些特殊的钻进工艺，对螺杆钻具的输出特性可能会提出一些要求，常规螺杆钻具的输出特性一般难以达到要求。
1.2.2 超深井液动锤面临的难点与分析
液动潜孔锤技术具有设备配套简便，钻进时效高、回次进尺长（岩心不易堵塞）、在一定程度减轻孔斜强度的优点。与空气潜孔锤比较可以适应更深的钻井。而我国在此技术的研究与应用方面具国际先进水平。但就目前的水平而言，要用到13000m超深科钻孔的条件下，孔内情况会更复杂，对液动锤强度有更严格的要求，且深孔大围压可能使岩石塑性增加，液动锤冲击碎岩效果可能会减弱。综述液动锤技术还有如下技术难题需要攻关：
1）液动锤的超深井背压适应性需进一步开展研究；
2）要求液动潜孔锤连续稳定工作寿命延长，特别对运动密封副的工作寿命要求提高（尤其是全面钻进状态下）；
3）液动潜孔锤钻具的密封材料需耐250～300℃高温；
4）钻具强度应更加可靠，抗疲劳、抗冲蚀能力要大幅度提高；
5）深孔大围压可能使岩石塑性增加，冲击碎岩效果可能会减弱，液动潜孔锤的冲击能量需要增加，由此将会引起对钻具强度的进一步要求；
6）根据钻孔总体设计，液动锤可能要与螺杆马达、涡轮钻具组合使用，在液动潜孔锤的设计上要考虑钻具直径、工作泵量要与其匹配和一致。
1.2.3 超深井涡轮钻具面临的难点与分析
涡轮钻具的优点是：具有高速大扭矩的软特性，无横向振动，机械钻速高；对油基钻井液不敏感，能适应在高密度的钻井液中工作。特别是全金属的涡轮钻具耐高温，适宜于深井和高温环境下作业，是超深井高温高压工况下钻井的良好工具。超深井施工中涡轮钻具面临的主要难点分述如下：
1）超深井涡轮钻井对泵的能力要求高。深井高密度钻井液条件下钻具循环压耗高，加之涡轮钻具本身压降大，因此，深井使用涡轮钻具对机泵能力要求也较高。由于超深井起下钻时间长，为保证涡轮钻具正常工作，施工前需要综合考虑钻头推荐排量和环空上返流速要求、钻具使用情况和地面设备能力，除必须满足涡轮钻具压降外，需要综合计算立压、循环压耗、钻头压降、涡轮钻具压降的关系，合理选择相关参数，制定详细的施工方案，使用烦琐，使用要求高。
2）涡轮钻具超深井钻井参数优化问题还需进一步研究。涡轮钻具转速与排量成正比，输出扭矩及压降与排量的平方成正比，功率与钻进排量成三次方关系，排量的变化对功率影响较大。钻压或扭矩过大会导致涡轮钻具产生“制动”而无法破岩钻进的现象。
一般情况下，在保证清岩、携岩前提下选择涡轮钻具最大功率时的排量作为钻进排量。涡轮钻具转速为其空转转速一半时，功率最大。在恒定排量下，涡轮钻具的每个转速对应一个钻压值，故可确定出在此情况下的最优钻压值。保证涡轮钻具水力流量和钻压处在这一参数，可保证涡轮钻具在最优状态下工作，如何保证涡轮钻具处在最佳的工作状况，发挥涡轮钻具工作特性最佳的关键问题，目前，对这些关键参数的控制还缺乏研究。
3）涡轮钻具泥浆清洁度的控制方法尚需进一步研究。涡轮钻具有其特殊的设计结构，涡轮叶片之间的过流面积窄小，而且钻井液流经转子和定子时的方向持续变化，因此钻井液的洁净度会对涡轮的工作产生影响。遇过长软质材料会使涡轮叶片与叶片之间、转子与定子之间产生堵塞，造成涡轮工作效率低、功率损失严重及涡轮寿命降低等后果，产生泵压突然升高，造成不必要的起下钻。
4）国内在配合涡轮钻具的钻头研制方面相对滞后，与之相配套的钻头类型是制约该项技术推广的瓶颈之一，特别针对结晶岩的高速涡轮钻具配合孕镶金刚石取心钻头的钻井技术还需进一步研究。
5）另外，针对万米以上井段施工，涡轮钻具直径较小，需要解决：小直径涡轮钻具功率急剧下降的难题；涡轮钻具转速高，扭矩小的难题；关键部件寿命与可靠性，减少维修辅助时间；涡轮钻具配套钻井技术，提高钻进与取心效率。
主要钻具的选择与配置
除钻杆外,主要钻具还包括取心钻具、保直钻具、纠斜钻具、事故打捞工具等,是钻探施工中质量和孔内安全的保障。
(一)取心钻具
取心钻具是地质钻探过程中获取地下岩样的专用机具。常用的取心钻具有:单管取心钻具、双动双管取心钻具、单动双管取心钻具、半合管取心钻具、三重管取心钻具、喷反取心钻具等。应根据所钻地层条件及取心质量要求来合理选择取心钻具(表2-18)。
表2-18 不同地层取心钻具选择参照表
注:表中“√”为可选取心钻具,“*”为单动双管半合管、单动三重管不扰动样取心钻具。
(二)保直钻具
钻进过程中由于受到地层及钻进工艺的影响,钻孔轨迹往往偏离设计轨迹,为了保证钻孔轨迹满足设计要求,需采取一定的保直措施。常用的保直钻具有:钟摆钻具、塔式钻具、满眼钻具、偏重钻具、刚性钻具、钻铤等。地质岩心钻探绳索取心钻进多采用满眼钻具及刚性钻具。另外,在硬岩层中钻进,为了提高效率,现场应配备冲击回转钻具,该钻具对钻孔也具有较好的保直作用。
(三)纠斜钻具
在复杂地层条件下,当钻孔轨迹超差过大,采用常规保直钻具(或设计的受控定向钻孔)无法保证钻孔轨迹满足设计要求时,需进行人工纠斜。常用的纠斜钻具有:偏心楔、连续造斜器、液动螺杆钻造斜机具、涡轮钻造斜机具等。深孔岩心钻探常用的为连续造斜器、液动螺杆钻造斜机具。
(四)事故打捞工具
深孔钻探施工过程中,难免发生孔内事故。钻探现场必须配备常用的事故打捞工具,如不同规格的公母锥、套铣工具、震击器、打捞矛、捞砂筒等。打捞工具应根据钻杆、接头、套管规格及孔径等条件进行合理选择配置。
直孔轨迹控制技术
直孔可以分为垂直孔和斜直孔。垂直孔即顶角为0°的钻孔(实际施工中难以达到),斜直孔指开孔顶角大于5°,且顶角、方位角不变的钻孔。直孔钻进时轨迹控制的主要任务是防斜、稳斜。主要措施是根据地层情况及钻孔自然弯曲规律选择合适的钻具结构与组合、钻进工艺技术参数来达到轨迹控制目的。
(一)垂直孔保直、防斜技术
直孔回转钻进产生钻孔偏斜的充分必要条件是:①钻具在孔底倾倒或弯曲,钻具轴线偏离钻孔轴线;②钻具在孔底倾倒或弯曲的方向基本稳定;③存在偏斜的空间条件。如果钻具在孔底倾倒或弯曲的方向不稳定,则钻具在孔底既产生自转又产生公转,钻头在不同的时间会指向不同方向,结果只产生扩壁作用,使孔径增大,而不导致孔身弯曲;反之,如果钻具在孔底倾倒或弯曲有朝向某一方向的趋势(例如,钻头在孔底接触软硬不均的岩石,孔底反作用力在同一条直线上,使钻具朝一定方向倾倒;或者钻头钻进层理、片理、发育地层,又以锐角穿过层面,孔底破碎成椭圆状,椭圆孔底引导钻具朝椭圆长轴方向钻进),而使钻孔偏斜。如果这时钻具没有倾倒或弯曲余地,钻孔也不会产生偏斜。要使钻具在孔底没有偏倒或弯曲余地,就必须尽量减小钻具与孔壁间隙,并提高钻具的刚性,使钻具回转轴心与钻孔轴线基本一致,从而保持钻孔轨迹呈直线状。这就是“以满保直,以刚保直”防斜钻具的理论根据。常见的刚性满眼钻具有以下几种。
1.大直径保直防斜钻具组合
大直径保直钻具组合形式如图7-16(a)所示:钻头→扶正器→岩心管→扶正器→钻铤(根数按孔底加压值1.5倍重量配置)→扶正器(每根钻铤间需接扶正接头)→钻杆。
扶正器最大外径设计: df=kdz
式中:df为扶正器最大外径;dz为钻头外径;k为系数(一般为1～0.98,岩石完整坚硬时取0.98,岩石破碎较软时取1)。
例如,汶川地震断裂带科学钻探WFSD-3孔大直径取心钻进满眼保直钻具组合为:
1)Φ150mm金刚石复合片取心钻头+Φ140mm半合管钻具(约2.5～4m)+变丝接头+Φ150mm扶正器+Φ121mm钻铤4根(约36m,钻铤间加Φ150mm扶正器)+Φ150扶正器+Φ73mm钻杆。
2)Φ122mm金刚石复合片取心钻头+Φ114mm半合管钻具(约2.5～3m)+变丝接头+Φ122mm扶正器+Φ105mm钻铤6根(约54m,钻铤间加Φ122mm扶正器)+扶正器+Φ73mm钻杆。
2.小直径金刚石钻探保直防斜钻具
如图7-16(b)所示,常规金刚石钻进保直钻具组合形式:金刚石钻头→扩孔器→多扩孔器取心钻具→钻铤→钻杆;绳索取心金刚石钻进保直钻具组合形式:金刚石钻头→扩孔器→多扩孔器取心外管钻具→绳索取心钻杆。
图7-16 满眼刚性保直钻具组合图
(a)大直径钻具;(b)绳索取心钻具;(c)普通金刚石钻具
例如,霍邱铁矿区、金寨沙坪沟钼矿区深孔及科学钻探采用的钻具组合是:
1)常规Φ96mm口径金刚石钻进满眼保直钻具组合:Φ96mm金刚石钻头+Φ96.3mm扩孔器+Φ96mm取心钻具(长4～6m,外管分两段,中间接一个Φ96.3mm扩孔器)+Φ96.3mm扩孔器+变丝接头+Φ89mm钻铤2根(约18m,中间接Φ96mm扶正器)+Φ96mm扶正器+Φ89mm钻铤8根(约64m)+变丝接头+Φ50mm外丝钻杆(或Φ60.3mm外丝钻杆)。
常规Φ76mm口径金刚石钻进满眼保直钻具组合如图7-16(c)所示:Φ76mm金刚石钻头+Φ76.3mm扩孔器+Φ76mm取心钻具(长4～6m,外管分两段,中间接一个Φ76.3mm扩孔器)+Φ76.3mm扩孔器+Φ75mm厚壁扶正器(长8～9m)+变丝接头+Φ50mm外丝钻杆。
2)绳索取心金刚石钻进满眼保直钻具组合:Φ96mm(或Φ76mm)金刚石钻头+Φ96.3mm(或Φ76.3mm)扩孔器+Φ96mm(或Φ76mm)绳索取心钻具(外管长3.5m～4.5m,中间截断,接扩孔器)+Φ96.3mm(或Φ76.3mm)扩孔器+Φ89mm(或71mm)绳索取心钻杆。
上述满眼钻具组合,分别在汶川地震断裂带科学钻探WFSD-3孔和霍邱、寿县、金寨等矿区多个深部地质找矿孔和科学钻探孔(孔深1500～3000m)中应用,在地层自然弯曲不十分强的情况下,均取得了很好的防斜效果,钻孔的孔斜率均能控制在0.5°/100m以内。
3.特殊保直防斜钻具
(1)预应力保直防斜钻具
小口径钻进时用扶正器、钻铤等来对付强造斜地层并不总是有效的,因为它们不能排除下部钻具的弹性弯曲。钻进时,使下部钻具发生弯曲主要是轴压力。利用预应力原理可以提高钻具对因轴压引起弯曲的抗力。如果在组装钻具时对钻具进行预拉伸,使预拉力大于钻进时粗径钻具上的轴压力,则将消除钻具因轴压力引起的弯曲。这时钻孔弯曲只取决于施加在钻头上的倾倒力矩和孔壁间隙所产生的钻具歪倒角(倾倒角),弯曲强度低。
图7-17为小直径预应力防斜钻具的典型结构。钻进前组装岩心钻具时,用压缩内管产生的能量使外管获得拉伸预应力。可用加力管钳和液压千斤顶来压缩内管。在后一种情况下,用拧紧异径接头的办法使内管保持压缩状态。
图7-17 预应力钻具
(a)取心钻进用;(b)无岩心钻进用;
1—异径接头;2—垫圈;3—外管;4—内管;5—钻头接头;6—金刚石钻头;7—扶正器
因内管在外管内没有间隙(取心钻具)或在外管内用扶正器扶正、支承(无岩心钻具),所以虽然内管承受很大轴向压力,但不会弯曲和失稳。给钻具施加预应力的范围是该力不得使承受预应力部件横断面上的应力超过材料的比例极限。有条件情况下,可经过室内的测试获得。
(2)FB型保直防斜钻具
FB型保直防斜钻具由中国地质科学院探矿工艺研究所研制完成。与刚性满眼钻具不同,其设计思路是使钻头上产生一抵消或削弱孔斜的抗斜力——侧向反偏力。该反偏力只有钻进中出现孔斜和有孔斜趋势时才存在,钻孔不斜或没有斜的趋势时就没有反偏力。图7-18为FB型防斜钻具的结构和工作原理图。
该钻具包括导正部分和活动部分。导正部分主要由上、中、下扶正器1、4、6和外壳1、偏心导正套3组成;活动部分主要由双臂球头轴5、岩心管7、扩孔器8、钻头9组成。其中偏心导正套和双臂球头轴是产生反偏力的关键部件。
保直防斜钻具的工作原理:钻进直孔时,钻具导正部分与活动部分同心,与常规钻具一样钻头上无反偏力。钻孔偏斜时,则双臂球头轴以下的钻具与导正部分不同心。在回转钻进过程中,由于钻具导正部分处于直线孔段,要绕原钻孔轴线旋转,而下部钻具要绕偏斜的钻孔轴线旋转,则每回转一周,双臂球头轴的上臂从偏心导正套内孔偏心距大的位置转到偏心距最小的位置时,偏心导正套就会在与钻孔偏斜的相同方向上,给球头轴上臂的上端施加一导正力F。此力通过球头传至球头轴的下臂和钻头,使钻头侧刃以偏力F向钻孔偏斜的反方向克取岩石,力图恢复活动部分与导正部分的同轴性,因而防止了钻孔弯曲(包括顶角与方位弯曲),使钻头基本保持原钻孔方向钻进,起到稳斜作用。
图7-18 FB型保直防斜钻具
(a)结构示意图;(b)工作原理图
1—上扶正器;2—外壳;3—偏心导正套;4—中扶正器;5—双臂球头轴;6—下扶正器;7—岩心管;8—扩孔器;9—钻头
双臂球头轴以下的钻具(l1)越短,作用在钻头上的反偏力F'则越大,l1＞3m时,反偏力明显下降。由于该钻具的反偏力F'不可能很大,因而在造斜力很大的强造斜地层,反偏力不能完全抵消地层造斜力使钻孔仍会产生一定程度的弯曲。
FB保直防斜钻具导正部分扶正器与孔壁间的间隙直接影响其反偏力的形成。间隙过大将使导正部分丧失导正功能。因此该钻具应用于较完整地层。
(3)TSZ型保直防斜塔式绳索取心钻具组合
TSZ型保直防斜塔式绳索取心钻具(图7-19)由安徽省地矿局313地质队设计研制。该钻具由S76mm和S96mm绳索取心钻具组合而成。将S96mm绳索取心外管套在S76mm绳索取心单动双管总成上,使S76mm单动双管钻头超前于S96mm单管钻头0.3m。组合双钻头钻具上接Φ71mm绳索取心钻杆,形成三重管双钻头塔式刚性满眼钻具。钻具总长为9.5m,超前取心钻进口径Φ77mm,扩孔口径为Φ97mm。其特点是超前钻头具有良好的导向作用,粗径钻具跟进扩孔,起到扶正、增大刚性和满眼钻进保直防斜作用;另外,孔内钻柱采用Φ71mm绳索取心钻杆,增大了保直防斜钻具以上的环状间隙,利于减小泥浆环空阻力。
图7-19 TSZ型塔式绳索取心钻具组合
1—Φ77mm钻头;2—Φ77.5mm扩孔器;3—Φ73mm岩心管;4—Φ97mm钻头;5、7、9、10—Φ97.5mm扩孔器;6—Φ89mm岩心管;8—内外管连接接头;11—Φ71mm钻杆
在华南于都—赣县矿集区科学钻探选址预研究NLSD-1孔中同地层条件下的钻进对比试验表明,用常规S76绳索取心钻进的平均孔斜率为5°/100m,而用TSZ型保直防斜塔式绳索取心组合钻具后,孔斜率稳定在0.5°/100m以内,取得了良好的保直防斜效果。
4.直孔保直防斜的其他方法
当钻孔方位角顺时针增大时,可采用反转纠偏,钻孔顶角上漂采用冲击回转钻进改变岩石破碎机理,可有一定防斜效果。
目前,国外已研制出直孔防斜自动垂钻系统,德国率先研制出的VDS自动垂直钻进工具已在超深井钻井计划(KTB)中使用,实现了随钻、随测、随纠,取得了良好的使用效果。国内也在这方面进行了研究与探索。
(二)直孔保直防斜钻进的工艺技术措施
直孔保直防斜钻进除选用合理的钻具组合外,还应重视以下工艺技术措施:
1)确保钻探设备安装质量。钻塔基础要坚实平稳,钻机滑轨不松旷,天车、钻机主轴(或主杆)和钻机轴线(孔口)应在一条直线上。
2)开孔用的粗径钻具要直,其长度应随钻孔的加深逐渐加长,孔口要设导正管,开孔顶角和方位角应符合设计要求。
3)选择合适的钻具级配,控制孔壁间隙,实现满眼钻进。
4)钻孔换径或扩孔时要带扶正器和导向管。
5)采用重量大于所需钻压的钻铤实现孔底加压,使钻杆处于拉伸状态。
6)钻进破碎、松软地层时,应减小泵量,选用底喷式钻头,以免钻孔超径;遇溶洞应采用长岩心管钻进,穿过溶洞后要采取措施隔离(下套管或封水泥)。
7)遇到软硬不均地层,采用锐利钻头、低轴压、高转速钻进。
8)遇到卵砾石地层,尽量采用冲击回转钻进。
(三)斜直孔稳斜与纠斜技术
斜直孔钻进主要用长(6～9m)、刚(高强度厚壁)、满(多个扶正器满眼)钻具实现稳斜钻进。用辅助增斜和减斜钻具组合来控制钻孔的下垂与上漂。
1.增斜钻具
1)缩短岩心管,使之为正常长度的2/3～1/2。
2)增大粗径钻具在孔底的倾斜角,以增加钻孔的弯曲强度。可采用的钻具结构及组合形式有普通塔式增斜钻具及万向节塔式增斜钻具(图7-20)。
图7-20 塔式增斜钻具组合示意图
(a)普通塔式钻具;(b)万向节塔式钻具
施工中普通塔式钻具常采用大一级钻头+短粗径钻具(岩心管长度0.8～2m)+细钻杆(增加钻具柔性)的组合方式。万向节塔式钻具是在普通塔式钻具上接一个万向节,以增大钻具在孔内倾倒角和增斜侧向力。为保证增斜的定向性,还可在万向节上部加接钻铤,使万向节处于钻孔下帮,从而达到钻孔上漂的目的。
2.减斜钻具
针对钻孔上漂的常用减斜(使钻孔下垂)钻具结构如图7-21所示。
1)短岩心管上加钻铤[图7-21(a)],使粗径钻具重心下移利于钻孔下垂。
2)在粗径钻具上面加扶正器[图7-21(b)],改变粗径钻具上端的受力状态,使粗径钻具上端抬起,给钻头一矫正力促使钻孔逐渐下垂。扶正器与岩心管之间的距离应以钻杆半波长的1/2为宜。
3)同径、异径减斜钻具如图7-21(c)、图7-21(d)所示。在上部支撑接头的衬垫作用和下部钻具的自重作用下,使钻具与原孔中心形成一夹角,在钻头上产生一个矫正力,在钻进过程中逐渐减小钻孔顶角。
4)支撑管万向节组合钻具如图7-21(e)所示。比支撑管小一级的岩心管为一短的加重管,通过万向节与支撑管连接,利用重锤原理产生偏斜力,增大钻头克取孔壁下帮的切削力,以达到控制钻孔上漂的目的。
图7-21 减斜钻具结构示意图
(a)长粗径加钻铤组合钻具;(b)带扶正器组合钻具;(c)带支撑接头同径组合钻具;(d)带支撑接头异径组合钻具;(e)支撑管万向节组合钻具
钻柱与钻具组合设计
（一）钻柱设计
钻柱是指方钻杆至钻头之间的钻具管串的总称。
1）钻柱设计原则：满足抗拉强度、抗挤强度等要求，保证钻柱安全工作。尽量减轻钻柱重量，在现有抗负荷能力下钻更深的井。
2）钻柱尺寸选择：钻柱尺寸的选择首先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力，同时，还应考虑地质条件、井身结构、钻具供应以及防斜措施等。
3）钻铤长度的确定：保证在最大钻压时钻杆不承受压缩载荷，即中性点始终处在钻铤上。钻铤长度可由相关经验公式计算确定。
4）钻杆柱强度设计：钻杆柱的设计主要考虑抗拉强度来设计，按照抗拉强度确定其可下深度。
（二）钻具组合设计
钻井中常用的钻具组合包括稳斜钻具、防斜钻具、造斜钻具、增斜钻具、几何导向钻井系统和地质导向钻井系统等（王建学等，2006）。
钻具组合设计原则：能有效地控制井斜全角变化率及井斜角，保证井身质量；钻头工作的稳定性高，能施加较大钻压，有利于提高钻速；为了起下钻顺利并降低成本，在可能的条件下钻具组合尽量简化。
（1）稳斜钻具
稳斜钻具的作用是使井眼轨迹沿着当前井底切线方向，保持井斜角和方位角不变钻进。采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具组合的刚性，控制下部钻具组合在外力作用下的变形达到稳定井斜和方位的效果。
常用的稳斜钻具组合是：钻头＋钻头稳定器＋短钻铤＋稳定器＋单根钻铤＋稳定器＋钻铤＋钻杆。
（2）降斜和防斜钻具
降斜钻具用于定向井中以及直径纠斜时降低井眼轨道的井斜角。防斜钻具用于直井中抑制和防止井斜的产生。
降斜和防斜钻具一般采用钟摆钻具组合，利用钻具自身重力产生的钟摆力实现降斜，根据设计井眼轨道要求和井斜角大小，设计钻头与稳定器之间的距离，便可改变钟摆力的大小。
（3）造斜钻具和增斜钻具
造斜钻具用于从直井段沿一定方向钻出斜井段。增斜钻具用于增加斜井段待钻部分的井斜角。常用的造斜钻具组合为弯接头＋井下动力钻具、各种弯外壳井下动力钻具。
普通的增斜钻具是指转盘钻增斜钻具，利用杠杆原理，采用双稳定器或三稳定器设计，近钻头足尺寸稳定器作为支点，根据钻铤的刚性和增斜率大小设计第二个稳定器和钻头之间的距离。
（4）地质导向钻井系统
地质导向钻井系统由钻头、导向马达、无线随钻测井仪、无线随钻测斜仪和地面计算机系统组成，特点是不需要起下钻就可以连续完成造斜、增斜、降斜、扭方位、稳斜等钻进方式，并且可以随时测得地层参数，及时修改地质设计和井眼轨迹。
地质导向钻井是一项国际前沿的钻井技术，对保护油气层，提高钻井成功率、降低作业风险，提高钻井效率和降低钻井成本均具有显著的效果。
深部钻探金刚石钻进与钻头使用要点
(一)钻杆、钻具要求
1)深孔结构较复杂,应合理组合和级配钻具。钻柱的强度要满足深孔要求,螺纹连接部位密封良好,钻杆拧紧须达到一定的预紧力。
2)弯曲钻杆不得下孔,接头、扩孔器、扶正器、取心钻具和钻头连接应有良好的同心度,取心钻具内外管应同轴,且单动灵活可靠。
3)钻进易斜地层应配稳定接头或扶正器;扩孔钻进需带导向装置。
(二)提下钻要求
1)操作人员对孔内情况要做到心中有数,提下钻通过换径、纠斜、活石处应放慢速度。每次下钻,下到距孔底1m左右时送水冲孔,待孔口返水后轻压慢转扫孔到底,正常后方可按要求参数钻进。
2)下钻遇阻不得猛冲硬蹾,可用人工缓慢回转钻具,无效时立即提钻处理;上提有劲时严禁猛拉钻具,应将钻具下放一定距离,人工回转缓慢上提,若上提无效应接上机上钻杆送泥浆冲孔,边回转边提升或采用其他办法处理。
3)复杂地层提钻时,要求向孔内回灌泥浆,以保持孔内压力平衡。
(三)钻进要求
1)操作者应集中精力认真观察钻速、孔内返水量、泵压及电流表或其他参数仪表值的变化,发现异常,及时处理。
2)采用立轴式钻机倒杆时,应先减压再停车,用升降机拉紧钻具(不得提离孔底),倒杆后先在小于正常钻压条件下平稳开车,再逐渐调至正常钻压。正常钻进时不得随意提动钻具。发现岩心堵塞,处理无效时,应及时提钻。
3)岩层由硬变软进尺过快时,应减小钻压;由软变硬钻速变慢时,不得任意增大钻压,以免损坏钻头或造成孔斜,在非均质岩层中钻进应控制钻速。
4)地层变化时,要及时调整冲洗液性能指标。保持孔壁稳定及孔底清洁,孔底岩粉厚度超过0.5m时,要采取措施。
5)冲击回转钻进可适当降低钻压和转速,泵量必须满足冲击器工作要求。
6)绳索取心钻进的内管总成未到底,严禁空管钻进。
(四)取心要求
不同地层取心措施及要求详见第四章。深孔钻进采取岩心时,应严格按操作规程作业,先停止回转,停泵,缓慢将钻头提离孔底0.3～0.5m,使卡簧抱紧岩心,再缓慢开车扭断岩心方可起钻。不允许上下活动钻具或猛提钻具取心。孔内残留岩心较长或中途岩心脱落时,应专门下钻扫岩心及捞取。
(五)金刚石钻头使用要求
1)根据设计孔深,按钻头和扩孔器外径尺寸由大到小排序,轮换使用。扩孔器外径应比钻头外径大0.3～0.5mm,卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～0.5mm,应在上一回次岩心上套试,以不脱落、不卡死为宜。
2)新钻头到孔底后应进行“初磨”,即以正常钻压的1/3左右、100r/min左右慢转钻进10min,再采用正常参数钻进。不宜用新钻头扫孔和清除残留岩心。
3)为避免钻头非正常损坏应保持孔底清洁,当发现有硬质合金、胎块、金属块、脱落岩心及掉块时,应及时清除;换径后应用锥形钻头修整换径台阶。
4)钻头出现以下情况,不得下入孔内:
①表镶钻头内径磨耗0.2mm以上,孕镶钻头内外尺寸磨耗0.4mm以上;
②表镶钻头出刃超过金刚石颗粒直径1/3,有少数金刚石脱落,挤裂或剪碎;
③钻头水口、水槽高度严重磨损和变化明显,胎体有裂纹、掉块及微烧或严重冲蚀;
④钻头体变形,螺纹损坏。
钻孔桩的质量有哪些，引起的原因是什么，监控的措施有哪些
质量问题主要有：缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等。
钻孔灌注桩质量通病的成因及其预防措施：
1 钻孔灌注桩常见的质量通病
钻孔灌注桩在承受垂直荷载压力的时候，以桩顶位置所受的压力最大，下部承受的压力相对较小。但钻孔灌注桩的成桩工艺与实际受力状况相反，往往是上部混凝土的强度低，中下段混凝土的强度高，若不严格控制，容易出现桩上段强度达不到质量要求的情况。除此之外，还容易出现缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等质量缺陷,造成桩基承载力的下降,影响到工程结构的安全。
2 影响成桩质量的原因分析
2. 1 影响桩身上部强度的原因分析
(1) 按照施工规范的规定，钻孔后要彻底清除孔底的淤泥，但在实际施工过程中，很难将淤泥彻底清除，于是在浇灌第一斗混凝土进行封底施工时，孔底沉积的淤泥必然混入混凝土中。由于用导管灌注的水下混凝土是从下往上顶升的，先灌入的混凝土顶升于孔的上面，这样就容易出现桩上段强度较低的现象。
(2) 浇灌混凝土时，若导管插入混凝土之内过深，浇注速度又较快，则容易在孔体深部沉积较多的骨料，加上振捣过程所造成的混凝土的离析，也容易导致桩体上部强度较低的质量问题。
(3)埋设护筒的周围土不密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞引起质量问题。
桩基施工质量加以控制。
1、成孔质量的控制
成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，其质量如控制得不好，则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身质量和造成桩承载力下降。因此，在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。
1.1.采取隔孔施工程序。
钻孔混凝土灌注桩和打入桩不同，打人桩是将周围土体挤开，桩身具有很高的强度，土体对桩产生被动土压力。钻孔混凝土灌注桩则是先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。
1.2.确保桩身成孔垂直精度
这是灌注桩顺利施工的一个重要条件，否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求，应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施，并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜超声波测试。
1.3.确保桩位、桩顶标高和成孔深度。
在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。
虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当，或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此，在提出钻具后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻探小，就要重新下钻杆复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题，因其最大收缩率达1．2％，为提高测绳的测量精度，在使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常复核。
为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象，除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据不同土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降，在软粘土钻进最快0．2m／min左右，在细粉砂层钻进都是O．015m／min左右，两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。
1.4.钢筋笼制作质量和吊放
钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋吊笼放后是暂时固定在钻架底梁上的，因此，吊环长度是根据底梁标高的变化而改变，所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因，如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。
1.5.灌注水下混凝土前泥浆的制备和第二次清孔
清孔的主要目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清干净，这就是泥浆的排渣和清孔作用。从泥浆在混凝土钻孔桩施工中的护壁和清孔作用，我们可以看出，泥浆的制备和清孔是确保钻子L桩工程质量的关键环节。因此，对于施工规范中泥浆的控制指标：粘度测定17—20min；含砂率不大于6％；胶体率不小于90％等在钻孔灌注桩施工过程中必须严格控制，不能就地取材，而要专门采取泥浆制备，选用高塑性粘土或膨润土，拌制泥浆必须根据施工机械、工艺及穿越土层进行．配合比设计。
灌注桩成孔至设计标高，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，直到孔口返浆比重持续小于1。10—1．20，测得孔底沉渣厚度小于50mm，即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管。沉放导管时检查导管的连接是否牢固和密实，以防止漏气漏浆而影响灌注。由于孔内原土泥浆在吊放钢筋笼和沉放导管这段时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部，最终不能被混凝土冲击反起而成为永久性沉渣，从而影响桩基工程的质量。因此，必须在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求后，应立即进行水下混凝土的灌注工作。
2、成桩质量的控制
2.1.为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告)，如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料(如水泥、砂、石、水质)，严禁用于混凝土灌注桩。
