冲击回转钻进中压力表的重要作用

在应用冲击回转钻进方法过程中，一些施工单位往往无视压力表的存在，而这种疏忽造成的损失却往往相当惨重，有时甚至会从根本上否定冲击回转方法的可行性、高效性。从科研、施工等方面结合一些极为复杂条件下冲击回转钻进实例，列出一些与压力表异常值相关典型事故及原因，来阐明压力表在冲击回转钻进中的重要作用。

众所周知:在冲击回转钻进过程中，冲击器往往潜入孔中，其应用过程中所出现的许多事故尤其是地下事故只能通过间接的方法来进行判断，如声音、压力表等。而在这些间接的方法中，压力表占有极其重要地位。一般来说，潜孔锤正常工作时，压力表读数在一定的范围内波动。压力表值突然上升或突然下降、压力表值异常偏高或偏低，可推断出冲击回转钻进系统的某一个环节在地下、地表出现故障或地层出现变化。另外，不安装压力表、不更换已失效压力表更是不可取的。

1.压力表值突然升高

压力表值急剧上升可能是由于高能循环介质通道严重受阻所致。但其造成的原因不同，反映的情况不同。

1.1泵量调节不当

吉林大学探工研究所研制的大功率射流式冲击器在进行实验时，为了测泵压及背压分别安装有泵压表及背压表。实验中，由于柴油机档速给得太大，导致大排量水泵泵量突然增大，高压水在来不及撕世的情况下’使得压力表读数急剧上升，高压胶管爆裂。

1.2控制阀阀门调节不当

同样在上述试验中，由于大排量水泵已开始工作，而控制阀(调节背压大小)阀门处于关闭状态，阀门在高压水的作用下发生断裂，重重地猛击在循环池壁上。

1.3地层含水

在甘肃某工程中采用GQ-200型贯通式潜孔锤钻水井孔。当含水层被钻穿时，高能介质一时无法排出导致压力表读数升高。

1.4温度过低

在?引松入长”因喉工程(爆破孔工程)中施工是在水下、极低温(-38Q、坚硬且夹有富含泥砂破碎带、裂隙节理发育、多孔的地层中进行。潜孔锤内部进水后，水在低温作用下凝固，将潜孔锤内部配气座、缸套等上的小孔堵死，从而造成压力表值突然升高。

1.5地层破碎、易坍塌

同样在上述工程中，破碎带中的泥砂及小颗粒岩屑由于种种原因，也会流入潜孔锤内各零部件的小孔中，因颗粒在孔截面所处的位置不同，其流速也必然不同，由伯努利原理可知其所受压力也不同。于是，靠近孔壁的颗粒在压力的作用下附于孔壁，使得原本光滑的孔壁变得粗糙，从而加速了颗粒进行附壁。最后，砂粒越积越多，直到小孔完全被堵死，导致压力表读数急剧上升。

另外，在河南某金矿进行勘探孔施工时，所用潜孔锤为GQ-100型贯通式潜孔锤。压力表读数在其钻进过程中急剧上升，究其原因是由于地层极为破碎，钻头中心孔发生堵塞，而导致压力表读数升高。

1.6遇潮湿地层

用GQ-200型贯能式潜孔锤钻水井孔，当钻至干地层与含水层的过渡层-潮湿地段时，产生的岩屑在内通道形成泥饼，附于通道壁，堵塞中心通道，于是排渣越来越少，直至完全被堵死，造成风压异常性突然升高，其附壁机理同前所述。

1.7埋钻所致

(1)操作不当。停止钻进时，不能立即停止向潜孔锤供风，以免由于突然停气而使尚未排出孔口外的岩屑落至孔底，将钻头埋住(有时卡钻），造成高能介质通道严重不畅，压力表读数急剧上升。

⑵地层中节理、裂隙、气孔发育。由于地层内串气，水气串通，上返流速低，于是孔口只返风或只能将部分岩粉携到孔外，而大量的岩粉被吹入裂隙中，同时大颗粒的岩屑因流速过低而不能被吹到孔外，停风后回於，导致卡钻或埋钻，阻塞风道。

(3)破碎带存在。当潜孔锤钻穿破碎带后继续钻进时，破碎带中的泥砂、碎块在潜孔锤高频振动的作用下，掉落至孔底，造成埋钻。高压气体无法排出，也会导致压力表读数的升高。

总之，压力表读数急剧升高可能是由于人为因素造成的，也有可能是由于地层因素造成的。其本质原因是由于风路、水路严重受阻所致。不畅之处可能在胶管、水接头、冲击器内部、也有可能位于钻头等处。

2.压力表值突然降低

压力表值突然下降是由于管路、钻具、或冲击器严重泄漏臓。

2.1胶管破裂

在施工过程中，有些施工单位为了节省成本，购买耐压值严重不够胶管。而该胶管工作一段时间后，在压气的作用上爆裂，导致稳压罐中的高压气体直接从爆裂处排至大气。

2.2钻杆折断

某工程在使用FGC-15A型潜孔锤进行大直径钻孔时，钻具在扭转力及冲击力的反作用力的作用下，在钻杆与潜孔锤联接处发生断裂，从而导致压力表急剧下降。

2.3潜孔锤外壁断裂

潜孔锤在钻进时，尤其是非贯通式潜孔锤(全面破碎的潜孔锤)在破碎易坍塌地层中进行钻进时，由于卡钻，使得潜孔锤外壁磨损严重加剧，变得越来越薄，最后在扭转力的作用下发生断裂，整个冲击器中零部件全部掉入孔底，使得高能介质直接由断裂处排对地表。

2.4潜孔锤活塞断裂

潜孔锤内部活塞在交变力波的作用下发生疲劳断裂，断裂面发生错位，压气直接从中心孔排至孔底，导致压力表读数急剧下降。

总之压力表读数突然降低是由于严重发生泄漏所造成。它可能是由于风管严重破损而致，也有可能是由于钻杆、潜孔锤断裂所致。

3.压力表读数偏高

一般而言，潜孔锤风压越高，对钻进越有利(前提是活塞不能超过其极限速度）。此处的压力表读数偏高，是由于异常情况下引起的读数偏高

（1）孔深加大。在液动冲击回转钻进或气动冲击回转水下钻进时，随着孔深加大，液柱压力必然会不断增加，背压增加，地表压力表读数也不断上升，当增加到某一压力时，导致潜孔锤无法正常工作。

（2）涌水量增加，水位升高。当钻穿含水层时，涌水量增加，同样液柱压力、背压不断增加，最终导致压力表读数偏高。

（3）遇潮湿段地层。具体表现为孔口或胶管出渣口(反循环）只返风不排粉，对于全面破碎的正循环气动冲击回转钻进而言，岩屑聚集于钻杆壁上，随着转动形成泥环，阻塞(正循环)排屑通道，从而使风压升高对于贯通式反循环气动冲击回转钻进而言，岩屑极易附壁于中心通道或出渣胶管，发生堵塞时，压力越升越高，有时甚至将胶管涨裂。

（4）卡埋钻所致。卡钻是指有岩屑等卡在潜孔锤外壁与孔壁之间或卡在钻杆与孔壁之间的环状间隙中。岩屑或岩石碎块的存在，堵塞了风道，导致压力表值升高。可能原因如下：

①波碎带存在。破碎带中的碎块掉入孔中，造成卡钻；

②钻进规程参数不当。当钻进规程参数不合适时，岩屑过大，上返过程中发生错位，导致卡钻；

活塞内部某些零部件因泥沙，顺被堵也会导致压力升高。

冷收缩不均、在钻具自重、油压作用下钻具发生变形，改变内部间隙参数，某些零部件被卡死都会导致压力表读数升高。

供气管路及钻杆必须保持清洁畅通，否则也会导致压力表读数不必要的偏高。

4.压力表读数偏低

冲击器在低于规定的工作风压条件下勉强工作时，其冲击功、冲击频率都将会降低，因而不能有效地破碎岩石和有效地将破碎下来的岩渣及时排出孔外，使钻速急剧下降，钻头磨损加剧，钻进成本大大提高，所以尽可能使工作风压接近规定风压上限，以期收到最好的钻进效果。

（1）高压胶管出现破损。风管出现破损可能是由于高压胶管自身质量存在问题，也有可能是由于施工单位因节省成本等原因而选用了抗压强度不够的胶管，这些都会导致风压偏低。解决的方法是重新更换耐压强度高的胶管，否则一旦选错，不仅浪费胶管，更重要的是，潜孔锤因得不到额定风压、风量导致钻速急剧下降，成本大幅度提高。

（2）钻杆发生泄漏。钻杆母接头在频繁冲击力、扭转力的作用下，不可避免地发生变形，最终导致高能介质在该处发生泄漏。具体表现在钻杆与钻杆、钻杆与潜孔锤、钻杆与水笼头联接处。

（3）空压机自身提供的风压风量不足。

（4）沿程损失过大。沿程损失过大与管径、管长、管道本身相对粗造度有关。

（5）在使用双壁钻杆或三通道钻杆时，由于技术上的原因，一般钻工很难做到不发生任何泄漏，有时甚至造成高能介质短路，最终导致压力表读数偏低。

（6）冷收缩所致。活塞、配气杆、内缸等因气温过低不均匀收缩，导致其内部配合尺寸过大产生泄漏，压力表读数偏低。

（7）过度磨损。潜孔锤内部活动件频繁往复运动，其表面不可避免地磨损，造成与其配合件之间间隙增大，也会产生泄漏。

5.不安装压力表或压力表失效

5.1不安装压力表

在“引松入长”水下爆破孔施工过程中，综合考虑地质条件、工程概况、甲乙方单位的现有条件等，在理论及实践上合理选用气动冲击回转钻进方法具有可行性。而最初实际并非如此。究其主要原因，孔口附近没有安装有压力表，无法知道潜孔锤的给进风压。安装压力表后，发现潜孔锤给进风压远低于正常工作风压(空压机提供风压大于潜孔锤的正常工作风压），而风压过低的原因是由于沿程损失过大(风路长、风管直径小)所造成。于是采取相应措施，极大地提高钻速。然而从最初提出采用冲击回转施工方案到最终使用该方法，走过一段“弯路”，造成一些浪费。

5.2压力表失效

在黑龙江某工程中，选用冲击回转钻进方法钻孔，所用钻机为BTGJ-2型钻机。使用过程中，BTGJ-2型钻机油压表由于种种原因其灵敏度大大降低，致使实际给进压力远大于油压表油压，结果造成翻机事故。

另外，压力表是空压机安全工作的保证，一旦压力表超过额定风压，空压机自动排气。

当几台空压机产生的高压气体共储于一储气罐时，储气缸也必须安装压力表，一旦其内部压力接近储气罐的额定压力时，马上排气。

还有，压力表对钻水井孔显得尤为重要。当将冲击回转钻具下放到几百米深的有水孔时，给气一段时间后潜孔锤并不工作，此时并非钻进系统出现故障，而是背压太大的缘故。从压力表上可以看到压力表憋得相当高，直到某一上限。其后，压力表值才开始下降，达到某一下限后，便开始正常工作。

从上述不难看出，压力表在冲击回转钻进中的作用是多方面的。从某种意义而言，压力表是冲击回转钻进的眼睛，任何无视压力表存在行为是错误的。

6.结束语

压力表是冲击回转钻进中极为重要的仪表，尤其是在复杂地层中钻进时，其值异常是出现事故的征兆或地层出现变化的信号。希望此文能引起用户对压力表足够重视。