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迴圈方式的鑽探和取樣技術。沖洗液介質可以是水、泥漿或空氣。

  20世紀40~50年代,反迴圈鑽探技術開始在荷蘭、德國興起,很快推廣到世界各地,並相繼出現瞭多種形式的反迴圈鑽探技術。初期的反迴圈鑽探隻能採取巖礦屑。近年來在地質鑽探中應用反循探環鑽技術已能成功地連續採取巖(礦)心。反迴圈鑽探時,由於沖沖洗介質在鉆桿中心孔內以高速度上升,故排出鉆屑的能力強,鉆屑粒徑大,鉆屑在孔底的重復破碎少,能大幅度提高鉆探效率,特別是在大口徑鉆探中效果明顯。反循環鉆探技術主要有以下幾種:

  泵吸反循環 主要工作機械是一臺砂石泵,當砂石泵工作時吸入口壓力低於大氣壓力,其最大值稱為砂石泵的真空度。孔內循環介質在大氣壓作用下產生如圖1所示的循環方式。其驅動沖洗介質流動的壓力稱為驅動壓力,該壓力等於泵的真空度,因此要求所用砂石泵要有較高的真空度。砂石泵啟動時要用真空泵或灌註泵先排出砂石泵及管路內的空氣才能啟動工作。

  射流反循環 工作時由工作泵輸來的高壓液體經過射流泵的噴嘴形成高速射流,使射流泵的吸入口形成低於大氣壓的低壓區,孔內沖洗液在大氣壓力作用下被抽吸入射流泵。其循環方式和原理與泵吸反循環相似。對於泵吸反循環和射流反循環,當砂石泵和射流泵位於地表時,其驅動壓力相當於泵的真空度,不可能大於1個大氣壓,故隻適用於淺孔反循環鉆探。這兩種反循環設施均能設計成正反循兩用,以便用來排除管道堵塞及適應不同地層鉆探工藝的需要。

  氣舉反循環 壓縮空氣經輸氣通道進入混合室與鉆孔沖洗液混合,在混合室上部鉆桿內產生比重較小的氣水混合流,而混合室以上鉆桿外沖洗液由於沒有摻入空氣,因此比重較大,這樣內外水柱由於比重不同而產生壓力差,在此壓力差作用下沖洗液按圖2箭頭所示方式循環。其驅動壓力隨混合室沉沒深度增加而增加,沉沒深度不大時,排出巖屑效率不高,沉沒深度小於15米時工作不正常,故氣舉反循環常與其他循環方式組合使用。當采用高壓空氣壓縮機時可使沉沒深度增加,從而使驅動壓力增大,因此可以鉆較深的孔。

  “壓送法”反循環 “壓送法”是將沖洗液壓入鉆桿與套管之間或雙壁鉆桿內外管之間的環狀空間,而從鉆桿中心孔返回孔口的循環方式,此時要密封鉆桿與套管間的環狀空間,或減小雙壁鉆桿與孔壁間環狀空間的截面積,增加循環介質在此通過的阻力,或用設置導向罩等方法來迫使沖洗液從鉆桿中心孔上返。在以空氣為沖洗介質時常采用這類方法。

  孔底局部反循環 這種反循環是將上述射流反循環原理應用於孔底取心鉆具,目的在於提高巖心采取率。取心鉆具以上部分仍為正循環。

  反循環連續取心 這是將孔底切割斷的巖心靠鉆孔沖洗液以反循環方式輸送至地表,這種取心方法是在鉆探過程中連續進行的,不需要停鉆和提出鉆具,使鉆速大幅度提高。目前主要應用於軟的或中硬地層,特別在漏失鉆孔沖洗液的地層或不穩定地層中鉆探時更有效。

  

參考書目

武漢地質學院主編:《鉆探工藝學》(上冊),地質出版社,北京,1980。