1、第三節第三節 反循環成孔技術反循環成孔技術一、反循環的特點及類型一、反循環的特點及類型反循環鉆進是指循環介質從鉆桿與孔壁的環狀間隙進入鉆孔，再從鉆桿內返回孔口的一種鉆井工藝。在大口徑正循環鉆進中，由于鉆具與孔壁的環狀空間斷面尺寸大，泥漿泵的泵量有限，泥漿上返速度很低，因此，鉆屑在孔底必須充分破碎后才能被排出。這會帶來三個問題，一是充分破碎鉆屑要消耗較多的能量和時間，影響鉆進效率并加快了鉆頭磨損；二是細小鉆屑很難通過振動篩或泥漿沉淀池加以清除，泥漿處理難度大，目前在城市施工大部分是將濃漿用槽車外運，拉至郊外場地排放，在市區施工往往離排放場地幾十公里，白天市內交通繁忙，很難外運，只有夜間運輸；三是

2、在泥漿上返速度不大的情況下，只有增大泥漿粘度和密度才有利于上返鉆屑，這也會在井壁形成厚的泥皮，增大清孔工作量，影響樁的承載力。采用反循環鉆進，泥漿上返速度一般可達23.5m/s,所以，可以排出粒徑很大的鉆屑，而且排出速度很高。在一般正循環鉆進比較困難的卵礫石層，只要卵礫石能從鉆桿內順利通過，就可不經破碎而直接排出孔口。實現反循環的方法可分為兩大類：一是直接壓送法，二是抽吸法。直接壓送法有兩種實施方案：其一封閉孔口處鉆桿與護筒之間的環狀間隙，從孔口向這個環狀間隙中壓送循環液，循環液到達孔底后從鉆桿內上返。這種方法所用設備簡單，但它只適用于非漏失層或漏失量很少的地層，或用于套管有效封閉漏失層之后。

3、其二，使用雙壁鉆桿，從地面沿雙壁鉆桿之間的環狀間隙壓入沖洗介質，沖洗介質到達孔底后從內管中上返。后一種方法，要使用專用鉆具，但對地層的適應性較好，也不需封閉孔口，故已在地質勘探工作中用于水力反循環連續取芯鉆進，在砂礦勘探中用于空氣反循環中心取樣鉆進。不過，由于大直徑的雙壁鉆桿較笨重，因而這種方法在樁孔施工中很少應用。抽吸法，是利用離心泵、氣舉泵或射流泵從循環管路的終端（出口）或中段某處，形成負壓和反向壓差，并由此產生抽吸力，從鉆桿中心通孔抽吸循環介質，形成沖洗介質的連續反循環。依形成負壓方法、設備的不同，通常把抽吸法反循環分為泵吸反循環、氣舉反循環和射泵吸反循環、氣舉反循環和射流反循環三種類型

4、流反循環三種類型。這些反循環方法，由于工藝和設備均較簡單，已在大口徑鉆孔施工中得到廣泛應用。二、反循環鉆進的流體力學基礎二、反循環鉆進的流體力學基礎要深入了解研究反循環鉆進，正確地進行參數的設計計算，掌握好鉆井工藝，就必須對反循環鉆進中涉及的流體力學基本問題有一個了解。這個問題日益受到人們的重視，研究工作亦有不少進展，但由于反循環系統涉及的問題比較復雜。例如，氣舉反循環就是一個氣、固、液三相流問題，而且因素多變，目前雖有一些理論解釋與計算公式，但還不能說這一問題已較好解決，還有待于進一步的研究與探索。三、泵吸反循環回轉鉆進三、泵吸反循環回轉鉆進1.1.泵吸反循環工作原理泵吸反循環工作原理泵吸反

5、循環的關鍵設備是砂石泵，砂石泵的吸入口與膠管、水籠頭上面彎管及整個鉆桿柱相連，砂石泵的排出管口對著沉淀池。泵吸反循環就是利用砂石泵將鉆桿柱內帶有鉆屑的泥漿抽到沉淀池，沉淀后的泥漿經泥漿槽以自流的方式或經循環箱或以其他方式再流回鉆孔，從而實現泥漿的反循環。如圖6-19所示。 圖6-19 泵吸反循環示意圖1轉盤；2鉆桿；3鉆頭；4沉淀池；5水龍頭排硫管；6砂石泵。砂石泵一般為離心式泵。一般說來，離心泵葉片數目越多，泵效率越高，但通道直徑越小。砂石泵為了增大通道直徑，一般為二個葉片，效率在5060左右。表示砂石泵性能的主要參數有：流量Q、全揚程H,吸程Hs,自由通道直徑d。鉆孔工作對砂石泵的要求是吸

6、程要足夠大，一般吸程要保證在7m以上，因為沒有足夠的吸程，就不能打比較深的孔，同時工效也會較低對揚程要求不高，因為沉淀池距泵很近。2 2砂石泵的啟動方式砂石泵的啟動方式由于砂石泵一般為離心式泵，且安裝在地表，在泥漿還沒有開始反循環之前，砂石泵吸入管路中的膠管、水籠頭及彎管、主動鉆桿均為空氣所充滿，離心泵抽吸空氣的能力非常有限，要啟動砂石泵形成反循環，就必須先排除砂石泵吸入管路中的空氣，有兩種排氣方法：真空泵排氣和灌注泵排氣。(1)真空泵啟動砂石泵。我國生產的QZ3型、QZ200型鉆機采用了真空泵啟動砂石泵的方法。QZ200型鉆機泵吸反循環系統如圖6-20所示。圖6-20 QZ-200型鉆機泵吸

7、反循環系統1砂石泵；2沉淀池；3真空包；4真空泵；5氣水分離器，6吸氣管線；7轉盤；8鉆具。真空泵的吸氣管與真空包相連，真空包的吸氣管經過一段透明塑料管后分別接到砂石泵泵殼最上端和水龍頭彎管頂部。用真空泵啟動砂石泵的過程：砂石泵出口處安裝一蝶形閥，關閉蝶形閥即封住砂石泵的出口。啟動真空泵，打開吸氣管線上所有閥門，將砂石泵吸入管路中的空氣抽出。隨著空氣被抽出，砂石泵吸入管路中的真空度增大，在外界大氣壓的作用下，泥漿在主動鉆桿內不斷上升。當泥漿注滿泵體時，塑料透明管中就有泥漿通過，馬上關閉小閥門A；當塑料透明管中再次有泥漿通過時，說明泵體及整個吸入管路中的空氣已全部排除，應迅速關閉閥門B，立即啟動

8、砂石泵。砂石泵轉動平穩后，打開砂石泵出口蝶形閥，實現反循環，然后再關閉真空泵。利用真空泵抽真空啟動砂石泵，要求砂石泵及其吸入管線系統密封可靠，否則往往啟動無效(2)灌注泵啟動砂石泵。上海探礦機械廠生產的GPS15型鉆機的砂石泵就是利用3PN泥漿泵作為灌注泵來啟動的。圖6-21為GPS-15型鉆機使用的灌注泵啟動砂石泵的三泵反循環系統，它是目前國內廣泛使用的泵吸反循環裝置。所謂三泵，即砂石泵(6吋）、泥漿泵(3PN型）和清水泵（1 BA- 6型）。 圖6-21 GPS-15型鉆機“三泵”反循環系統 1-電動機；2-聯軸器；3-傳動軸；4-離合器； 5-清水泵；6-泥漿泵；7-砂石泵；8-彎管；

9、9-彎管閥門；10-排碴閥門；11-吸碴管； 12-吸水管； 13-排碴管如圖所示，電動機輸出如圖所示，電動機輸出動力通過傳動軸（動力通過傳動軸（3 3）、）、離合器（離合器（4 4） ( (兩個聯動）兩個聯動）以及三角皮帶分別帶動以及三角皮帶分別帶動上述三個泵。泥漿泵上述三個泵。泥漿泵(6(6）與砂石泵與砂石泵(7)(7)之間用彎管之間用彎管(8)(8)連接，打開閥門連接，打開閥門(9)(9)，兩泵即互相連通。啟動兩泵即互相連通。啟動砂石泵之前，利用清水砂石泵之前，利用清水泵泵(5(5) )向泥漿泵內灌水，向泥漿泵內灌水，灌滿后立即啟動泥漿泵，灌滿后立即啟動泥漿泵，并打開彎管閥門并打開彎管閥

10、門( (9)9)，關，關閉排碴閥門閉排碴閥門( (10)10)，泥漿，泥漿泵向砂右泵及其吸水管泵向砂右泵及其吸水管線灌注泥漿。線灌注泥漿。灌注泵的流量較大，強大的泥漿流將砂石泵吸入管路中的空氣從孔底排出。灌注泵工作一段時間后，啟動砂石泵，待其運轉正常后打開排碴閥門，關閉彎管閥門即可實現反循環。清水泵排出的清水除灌注泥漿泵外，還以膠管引向泥漿泵和砂石泵軸端密封盒內，起強制潤滑和密封作用（利用壓力清水阻止泥漿向外滲漏和空氣進入泵內）。砂石泵的結構如圖6-22所示。 圖圖6-22 砂石泵砂石泵1吸入管；吸入管；2泵殼；泵殼；3葉輪；葉輪；4密封壓蓋；密封壓蓋；5軸；軸；6軸承座；軸承座；7皮帶輪；皮

11、帶輪；8底座。底座。當只開動灌注泵且關閉排碴閥門時，系統實現正循環。由此可見該系統正、反循環的轉換非常方便，若反循環管路堵塞了，可用正循環沖堵。利用灌注泵注水啟動，當孔較深時，滯留在鉆桿中的空氣不易沖凈，對砂石泵的啟動有些不利，常需要增長灌注時間3 3泵吸反循環有關參數選擇泵吸反循環有關參數選擇（1）鉆桿長度。在泵吸反循環管路中，壓力最低點在水籠頭上的彎管頂部，為使該處的壓力不小于泥漿的汽化壓力，泵吸反循環一般采用較短的鉆桿和主動鉆桿（一般為3m）；當孔較深時至少還要配備一節1.5m長的短鉆桿。（2）鉆桿內泥漿上返流速。鉆桿內泥漿上返流速必須大于鉆屑在鉆桿內的沉降速度。鉆孔直徑大，鉆桿內徑大，

12、上升的鉆屑顆粒亦大，則流速ua宜選大一些，反之，則應小一點。流速ua高，則鉆進速度可以提高，鉆桿柱內外重度差所形成的壓差hl減小，但沿程及局部阻力損失增大。總結國內外施工實踐經驗，一般認為，鉆桿內泥漿上返流速以2-4m/s為宜，最低可采用1.5m/s。(3）鉆桿內徑。鉆桿內徑大，鉆進過程中的各種壓力損失都可減小，可增大反循環鉆進所能達到的鉆孔深度；同時鉆桿內徑大，上返的鉆屑顆粒也大，且不易產生管道堵塞，從而鉆進速度也可提高。但鉆桿直徑太大，當鉆桿內泥漿上返流速一定時，增大了泥漿的泵量和鉆桿外環隙中的泥漿流速，對孔壁沖刷作用也大。一般可選dD/10，且d 100mm，具體選擇時要保證鉆桿外環隙中

13、的泥漿流速在0.020.04m/s,最大不超過0.16m/s。（4）砂石泵流量Q式中：d鉆桿內徑（m）；ua鉆桿內泥漿上返流速(m/s) 。砂石泵出廠時標定的流量是指抽吸清水的流量。實際施工時，砂石泵抽吸的是含有大量鉆屑的泥漿，故實際流量小于其標定的額定流量。因此，按上式選擇砂石泵時，要視沖洗液類型乘以一個大于1的系數，其泵量才能滿足實際施工需要。4.4.泵吸反循環回轉鉆進工藝泵吸反循環回轉鉆進工藝(1)砂石泵啟動后，應待形成正常反循環，才能開動鉆機慢速回轉，下放鉆頭至孔底。開始鉆進時，應先輕壓慢轉至鉆頭正常工作后，逐漸增大轉速，調整鉆壓，以不造成鉆頭吸水口堵塞為限度。(2)鉆進中應認真細心觀

14、察進尺情況和砂石泵的排水出碴情況；排量減小或出水中含鉆碴量太多時，應控制給進速度，防止因循環液密度太大或管道堵塞而中斷反循環。(3)鉆進參數應根據不同的地層情況、樁孔直徑，并獲得砂石泵的合理排量和經濟鉆速來加以選擇和調整。鉆進參數和鉆速的選擇可參考表5-8,(4)在砂礫、砂卵、卵礫石層中鉆進時，為防止鉆碴過多，卵礫石堵塞管道，可采用間斷給進，間斷回轉的方法來控制鉆速。(5)加接鉆桿時，應先停止進尺，將鉆具提離孔底lOOmm左右，維持沖洗液循環12min，以清洗孔底，并將管道內的鉆碴攜出排凈，然后停泵加接鉆桿。(6)鉆進時如孔內出現坍孔、涌砂等異常情況，應立即將鉆具提離孔底控制泵量，保持沖洗液循

15、環，吸除坍落物和涌砂，同時，向孔內輸送性能符合要求的泥漿，保持水頭壓力以抑制繼續涌砂和垮孔；恢復鉆進后，控制泵排量不宜過大，避免吸垮孔壁。(7)鉆孔達到要求孔深停鉆后，鉆具提離孔底5080mm，維護沖洗液正常反循環清孔，直到符合清孔標準為止。起鉆時應注意操作輕穩，防止鉆頭拖刮孔壁，并向孔內補入適量沖洗液，穩定孔內水頭高度，防止坍孔。(8)施工中常見的故障的處理方法可參考表6-9。地層地層 鉆進參數鉆進參數和鉆速和鉆速鉆壓鉆壓(kN)(kN)轉速轉速(t/min)(t/min)砂石泵砂石泵排量排量(ml/h)(ml/h)鉆速鉆速(m/h)(m/h)粘土層、硬粘土層、硬土層土層10-2510-25

16、 30-5030-50 1801804-64-6砂土層砂土層5-155-1520-4020-40 160-180160-180 6-106-10砂層、砂礫層、砂層、砂礫層、砂卵石層砂卵石層3-103-1020-4020-40 160-180160-180 8-128-12中硬以下基巖、中硬以下基巖、風化基巖風化基巖20-4020-40 10-3010-30 140-160140-160 0.5-10.5-1表表6-8 泵吸反循環回轉鉆進推薦參數和鉆速泵吸反循環回轉鉆進推薦參數和鉆速注本表鉆進參數以GPS-15型鉆機為例；砂石層排量要考慮孔徑大小和地層情況靈活選擇調整，要保證沖洗液在鉆桿內和外環

17、間隙中的流速符合規定要求。樁孔直徑較大時，鉆壓宜選用上限，轉速宜選下限，獲得下限鉆速；樁孔直徑較小時，鉆壓宜選用下限，轉速宜選用上限，獲得上限鉆速。表69 泵吸反循環常見故障的處理方法序序號號故障現象故障現象故故障障原因原因處理（排除）方法處理（排除）方法1 1真空泵啟動真空泵啟動時，系統真時，系統真空度達不到空度達不到要求要求1 1.啟動啟動時間不夠時間不夠2.2.氣水氣水分離器中分離器中未未 加加足清水足清水3.3.管路管路系統系統漏漏，密密 封封不好不好4.4.真空泵真空泵機械故障機械故障5 5.操作操作方法不當方法不當1 1.適當適當延長啟動時間但不宜超延長啟動時間但不宜超過過10分鐘

18、分鐘2.2.向向氣水分離器中加足清水氣水分離器中加足清水3.3.檢修管路系統尤其是砂檢修管路系統尤其是砂石泵塞線和水龍頭處石泵塞線和水龍頭處4.4.檢修檢修或更換真空泵或更換真空泵5 5.按按正確操作方法操作正確操作方法操作2 2真空泵啟動真空泵啟動時，真空度時，真空度達到要達到要求但不吸求但不吸水，或吸水水，或吸水而啟動砂石而啟動砂石泵時不上水泵時不上水1.1.真空真空管路或循環管路或循環管路被堵管路被堵2 2.鉆頭鉆頭水口被堵住水口被堵住3.3.水籠頭水籠頭彎管最高彎管最高點過高點過高1.1.檢修管路，注意檢查真空檢修管路，注意檢查真空管路上的閥是否打開管路上的閥是否打開2 2.將將鉆頭提

19、離孔底，并沖堵鉆頭提離孔底，并沖堵3.3.水籠頭水籠頭彎管最高點離鉆孔彎管最高點離鉆孔液面之間的距離降到液面之間的距離降到6. 5m以以下下3 3灌注泵灌注泵啟動時啟動時管道管道阻阻力力,孔口孔口不返水不返水1 1.管路管路系統被系統被堵堵塞塞物堵死物堵死2.2.鉆頭鉆頭水口被水口被埋住埋住1.1.清理管路系統堵塞清理管路系統堵塞物物2 2.把把鉆具提離孔底，用鉆具提離孔底，用正循環沖堵正循環沖堵4 4砂石泵砂石泵啟動正啟動正常循環常循環后后,循環循環突然中突然中斷或逐斷或逐漸中斷漸中斷1.1.管路系統漏管路系統漏氣氣2 2.管路管路突然被堵突然被堵3.3.鉆頭鉆頭水口被水口被堵堵4 4.吸水

20、吸水膠管內層膠管內層脫膠損壞脫膠損壞1.1.檢修檢修管路管路,緊緊固砂石固砂石泵塞線壓蓋或水龍頭壓泵塞線壓蓋或水龍頭壓蓋蓋2 2.沖沖堵管路堵管路3.3.清除鉆頭水口堵塞清除鉆頭水口堵塞物物4.4.更換吸水膠管更換吸水膠管續表6-9續表6-95 5在粘土層在粘土層中鉆進中鉆進時時,進尺緩慢進尺緩慢，甚至不進甚至不進尺尺1 1.鉆頭鉆頭有缺陷有缺陷2.2.鉆頭泥包鉆頭泥包或糊或糊鉆鉆3 3.鉆進鉆進參數不合參數不合理理1 1.檢修鉆頭檢修鉆頭,必要必要時重新時重新設計鉆頭（更換鉆頭）設計鉆頭（更換鉆頭）2.2.清除清除泥泥包包,調整調整沖洗液沖洗液的密度、的密度、粘度粘度,適當適當增大增大泵量或

21、向孔內投入適量泵量或向孔內投入適量砂石砂石,解除解除泥包糊鉆泥包糊鉆3 3.調整調整鉆進參數鉆進參數6 6在基巖中在基巖中鉆進鉆進時，時，進尺進尺很慢很慢甚至甚至不進不進尺尺1.1.巖石較硬鉆巖石較硬鉆壓不夠壓不夠2.2.鉆頭切削具鉆頭切削具崩崩落落、鉆頭鉆頭有缺有缺陷陷或或損壞損壞1 1.加大加大鉆壓（可用加重鉆壓（可用加重塊）調整鉆進參數塊）調整鉆進參數2.2.修復修復鉆頭或更換鉆頭鉆頭或更換鉆頭續表6-97 7在 砂 層 、在 砂 層 、砂 礫 層 或砂 礫 層 或卵 石 層 中卵 石 層 中鉆 進 時 ，鉆 進 時 ，有 時 循 環有 時 循 環突 然 中 斷突 然 中 斷或 流 量

22、突或 流 量 突然 減 小 ，然 減 小 ，鉆 頭 在 孔鉆 頭 在 孔內 跳 動 厲內 跳 動 厲害害1.1.進尺過快，進尺過快，管路被砂石堵管路被砂石堵死死2.2.沖洗液的密沖洗液的密度過大度過大3.3.管路被石頭管路被石頭堵死堵死4.4.沖洗液中鉆沖洗液中鉆碴含量過大碴含量過大5.5.孔底有較大孔底有較大的活動卵礫石的活動卵礫石1.1.控制鉆進速度控制鉆進速度2.2.立即稍提升鉆具，調立即稍提升鉆具，調整沖洗液密度至符合要整沖洗液密度至符合要求求3.3.起閉砂石泵出水閥，起閉砂石泵出水閥，以造成管路內較大的瞬以造成管路內較大的瞬間力波動，或用正循環間力波動，或用正循環沖堵。如無效則應起鉆

23、沖堵。如無效則應起鉆予以清除予以清除4.4.降低鉆速，加大排量，降低鉆速，加大排量，及時清碴及時清碴5.5.起鉆、用專用工具清起鉆、用專用工具清除大塊卵礫石除大塊卵礫石續表6-98 8塌孔塌孔1.1.地層地層松，松，水頭水頭壓力壓力不夠不夠2.2.孔內漏孔內漏失，水位失，水位下降下降3.3.操作不操作不當當4.4.泵量過泵量過大（松散大（松散層）層）1.1.向孔內補充足夠向孔內補充足夠泥漿，加大泥漿密泥漿，加大泥漿密度或抬高水頭高度度或抬高水頭高度或下長護筒或下長護筒2.2.向漏水層投泥球向漏水層投泥球堵漏堵漏3.3.注意操作，升降注意操作，升降鉆具應平穩鉆具應平穩4.4.調整泵量，減少調整泵

24、量，減少抽吸抽吸四、射流反循環回轉鉆進四、射流反循環回轉鉆進1 1工作原理工作原理射流反循環是用射流泵來驅動循環液流動的，因此，在了解射流反循環之前有必要先了解一下射流泵的構造及工作原理。射流泵的構造如圖5-25所示。在泵吸反循環中，可用射流泵作為真空泵來啟動砂石泵；當用泥漿泵作動力源進行抽吸射流反循環鉆進時，射流泵能抽吸空氣，不象砂石泵那樣需要啟動裝置。圖圖6-23中心射流泵示意圖中心射流泵示意圖1噴嘴；噴嘴；2吸入室；吸入室；3喉管喉管4一擴壓管；一擴壓管；5供水管；供水管；6吸入管口；吸入管口；7排出管。排出管。射流泵工作時，由供水管來的高射流泵工作時，由供水管來的高壓工作流體經過噴嘴（

25、壓工作流體經過噴嘴（1)1)進入吸進入吸入室（入室（2)2)后，速度增高，壓力降后，速度增高，壓力降低，形成高速射流。高速射流對低，形成高速射流。高速射流對其周圍的介質有卷吸作用，可帶其周圍的介質有卷吸作用，可帶著其周圍的介質一起向前運動；著其周圍的介質一起向前運動；吸入室（吸入室（2)2)中的流體介質被高速中的流體介質被高速射流帶走后，吸入室中的壓力減射流帶走后，吸入室中的壓力減小形成一定的真空度，從而使引小形成一定的真空度，從而使引射流體通過吸入管（射流體通過吸入管（6)6)不斷地被不斷地被吸入吸入室，又不斷地被高速射吸入吸入室，又不斷地被高速射流帶走，形成一個連續的抽吸過流帶走，形成一個

26、連續的抽吸過程。工作流體和引射流體在喉管程。工作流體和引射流體在喉管（3)3)內進行動量和能量交換達到內進行動量和能量交換達到充分混合。混合流體經擴壓管充分混合。混合流體經擴壓管（4 4），速度降低，壓力增大，），速度降低，壓力增大，把大部分動能轉化為壓力能通過把大部分動能轉化為壓力能通過排出管（排出管（7 7）排出。）排出。射流泵在反循環系統中，有三種常見的安裝形式，如圖5-27。裝置a靠射流泵的揚程來驅動泥漿循環，驅動壓力可超過一個大氣壓，但管路比較復雜，高壓水流經路程長，沿程壓力損失大。裝置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，但不可能超過一個大氣壓；在同樣的條件下，裝

27、置b中的射流泵吸入壓力比裝置c中的高，對射流泵較為有利。對于大口徑工程基樁孔鉆進，鉆孔一般不太深，三種裝置中選擇裝置b較好。射流反循環的優點是結構簡單，射流泵無運動部件，工作可靠，作業率高，機件磨損后易于更換，整個系統中鉆屑所經的管路通暢。缺點是射流泵的機械效率在25以下，消耗功率較大。裝置a是把射流泵放在井底鉆頭上部，裝置b是把射流泵放在地表，裝置c是把射流泵放在水龍頭旁。2 2用用6SPS6SPS正反循環兩用射流泵進行射正反循環兩用射流泵進行射流反循環鉆進流反循環鉆進6SPS射流泵是中國地質大學（北京）研制的專利產品，它采用的是射流泵安裝在地表，（圖6-24b)的射流反循環鉆進工藝。射流泵

28、的結構示意圖如圖6-25。(1)射流泵的主要特點和技術參數。6SPS射流泵的主要特點：體積小、質量小、抽吸力強，并集正、反、無循環三種功能于一身，且三種功能的轉換只需操作兩個閥，極為方便。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 當閘閥(9)開啟，蝶閥(8)關閉時，工作泵的高壓液流經噴嘴(4)高速噴出，吸入室（5)中產生負壓，經引射管（2)和連接到鉆桿水籠頭上的膠管（1)抽吸孔底流體和鉆碴，此時為射流反循環。當同時打開蝶閥及閘閥，則由工作泵來的工作液流經擴壓管(10）和排出管排入泥漿池或泥漿凈化設備，此時孔內泥漿不循環。如打開蝶閥，關閉閘閥，由工作泵來的工作流體絕大部分經蝶閥進入喉管、引射管、

29、射流泵吸水膠管、水籠頭及鉆桿流至井底，然后由鉆桿與井壁間環狀空間返回井口此時則形成正循環。-射流泵射流泵;-軸封潤滑油缸；軸封潤滑油缸；-工作泵；工作泵；-吸水膠管；吸水膠管；吸水籠頭。吸水籠頭。1-射流泵吸水膠管射流泵吸水膠管;2-引射管引射管; 3-泵體；泵體；4-噴嘴；噴嘴；5-吸入室；吸入室；6-三通；三通；7-喉管；喉管；8-蝶閥；蝶閥；9-閘閘閥閥;10-擴壓管擴壓管正循環在大口徑反循環鉆進中常用于排除鉆桿吸入口的堵卡，或鉆進一些易于坍塌不適宜用反循環鉆進的地層，如流砂層。6SPS射流泵主要技術參數：用于反循環時：真空度9. 5m水柱；引射流量225-100m3/h，配用鉆桿內徑1

30、50mm。用于正循環時：最大泵壓0. 6MPa(60m水柱）；最大泵量180m3/h。外形尺寸1885X1332X860（長X寬X高）mm（不包括排出管）；質量1100kg；功率37-45kW,(2)射流反循環回轉鉆進工藝。射流泵安裝在地表的射流反循環回轉鉆進的施工工藝與泵吸反循環回轉鉆進基本相同。因此，這里著重介紹射流泵的使用及注意事項，其他問題不再重復。泵的安裝高度應盡可能低，泵軸線距泥漿池液面高度不大于0.5m為宜。如射流泵組長時間不運轉，工作泵（離心泵）內無水，啟動前打開閘閥及蝶閥，通過排出管向泵內灌水，同時打開工作泵泵體上的小閘閥放氣，待工作泵及其吸水膠管空氣排凈后，關閉小閘閥，啟動

31、工作泵。如工作泵供水不正常，原因可能是：工作泵內滯留空氣未排凈；吸水籠頭被雜物堵塞或被沉淀下來的鉆碴埋沒；吸水籠頭沉入深度淺，吸水時產生漩渦，吸入了空氣。應針對不同情況設法排除。工作泵正常供水是射流泵正常工作的必要條件。如工作泵供水正常，可先試用一下正循環：打開蝶閥，將閘閥逐步關閉，當孔口返水時，說明循環管路無堵塞或堵塞已被沖開。在循環管路無堵塞的情況下，再打開閘閥關閉蝶形閥，系統實現反循環。反循環正常后，開動鉆機回轉并給進。當大量鉆碴涌進鉆桿內上升時，射流泵吸入阻力增加，水量會減小。因此，司鉆要隨時注意水量變化，如發現水量明顯減小，應減緩進尺速度或停止進尺，必要時稍提升鉆具，等水量恢復正常后

32、再進尺。隨著孔深的增加，循環系統的各項阻力隨之增加，水量會逐步減小一些，這是正常現象。射流反循環特有的固障:一是工作泵吸水籠頭被雜物堵塞，二是噴嘴被堵塞。這兩個固障是密切聯系的。之所以要在工作泵的吸水管端裝上吸水籠頭，是為了防止比噴嘴出口直徑大的鉆屑或雜物進入射流泵而堵塞噴嘴。而裝上吸水籠頭后，吸水籠頭又易被雜物堵塞，影響射流泵的正常工作。因此，及時清除泥漿池里雜物，增大沉淀池容積；吸水籠頭附近及時清砂清泥是保證射流泵正常工作的關鍵。五、氣舉反循環五、氣舉反循環1、工作原理氣舉反循環是利用氣舉泵的工作原理實現沖洗液反循環的，如圖6-26。壓縮空氣通過供氣管路（可以是專門的風管，也可以是雙壁鉆桿

33、的外環空間，圖示為后者)送至孔內氣水混合室，在這里壓氣膨脹、液氣混合，形成一種密度小于液體的液氣混合物，并在鉆桿內外重度差和壓氣動量的聯合作用下，沿鉆桿內孔上升，帶動孔內的沖洗液和巖屑一起向上流動，形成空氣、沖洗液和巖屑混和的三相流.圖6-26氣舉反循環工作原理示意圖 1-鉆頭；2-鉆桿；3-混合器；4-雙壁鉆桿；5-轉盤；6-氣水龍頭；7-風管;8-空氣壓機；9-沉淀池三相流流往地面沉淀池，空氣逸散，鉆碴沉淀，沖洗液流回鉆孔。由上述氣舉反循環的原理可知，氣舉反循環形成的前提條件是：混合器沉入水下一定深度，在鉆桿內外形成足夠大的反向壓力差。如圖6-26所示，設孔內沖洗液面與孔口持平，混合器沉入

34、水下深度為ho，鉆桿內三相流的重度為m，鉆桿外液柱重度為a，作用于混合器液面上的內外液柱壓力差P為（不考慮排碴膠管的虹吸作用）：P =r0h0-m(h0+h1 ) = (a-m)h0-mh1正是這個壓力差，再加上高速噴出并迅速膨脹的壓氣動量的作用，驅動鉆孔內的液體，沿外環空間向下流動，尾管內的巖屑和沖洗液、混合器以上的三相混合物沿鉆桿內孔上升，并克服循環過程中的各種阻力損失，形成連續的反循環。這些阻力損失包括：沖洗液沿外環空間流動的沿程阻力損失；兩相流、三相流沿鉆桿內流動的沿程阻力損失；沖洗液、鉆屑流經鉆頭底部并進入鉆頭吸碴口的局部阻力損失；尾管部分即混合器以下部分由于內外重度不同而引起的壓差

35、；液體和混合流的動能增量。從壓差公式可以看出：在沖洗液重度0和升液高度h1一定的情況下，增大混合器的沉沒深度，降低三相流的重度（通過增大壓風量），將會提高驅動氣舉反循環的壓力差。因此，混合器的沉沒深度，送往孔內的空氣流量和壓力，是影響氣舉反循環鉆進能力和鉆進效率的重要參數。2氣舉反循環參數的選擇與計算(1)混合器的沉沒深度。通常使用沉沒系數的概念，用表示：式中：h1升液高度（m);h0混合器沉沒深度（m),010hhh沉沒系數00時才有可能形成反循環，若泥漿相對密度為1. 1，氣液混合物的相對密度為0.4-0.6(氣舉反循環按0.6計算），要使P0，則必須ho l. 2h1，也就是0. 55時

36、氣舉反循環才能工作。若水籠頭彎管最高點距鉆孔液面的高度為6m，則混合器必須沉沒7. 2m以上才能開始氣舉反循環，因此必須用其他方法開孔。(2)空氣壓力。考慮到供氣管道的壓力損失，空氣壓力P應按下式計算：式中：a孔內泥漿重度(kN/m3) ; ho混合器沉沒深度（m); P供氣管道壓力損失，一般取0. 05-0. 1MPa.當空壓機的空氣壓力P已定，也可由上式反算混合器的最大允許沉沒深度。phpa10000(3)壓氣量。壓氣量指的是空壓機的供氣能力（m3/min)。壓氣量的大小影響桿內三相流的重度m，從而影響驅動氣舉反循環的壓力差。壓氣量與泥漿上返量有關，泥漿上返速度一定時，泥漿上返量又與鉆桿內

37、徑有關。因此，可根據鉆桿內徑按表5-10選擇空壓機風量。(4)尾管長度L。從混合器至鉆頭吸水口處的長度稱為尾管長度，鉆桿內外重度差引起的壓力損失，以及泥漿和鉆碴兩相流的沿程阻力損失都與尾管長度L成正比。因此，尾管長度是影響氣舉反循環鉆進的一個重要參數，尾管過長將會降低排碴效率甚至破壞氣舉反循環。實踐經驗證明，尾管長度應與混合器沉沒深度保持適當關系，并以L(2-3)h。為宜，其極限值為Lmax = 4h0。這樣，空壓機的額定壓力確定后，混合器容許的最大沉沒深度和使用該空壓機所能鉆進的極限孔深Hmax也就可大致確定，即： Hmaxh0+ 4ho= 5ho由此可見，要提高鉆進深度，就必須增大混合器的

38、沉沒深度，空壓機的壓力也要相應增大。3氣舉反循環的送風方式氣舉反循環的供氣方式有如圖5-30三種，即并列式、環隙式和中心式。(1)并列式（外供風式），即通過與鉆桿并列的輸氣管供氣，結構非常簡單，但鉆桿之間一般用法蘭盤聯接，裝拆較費事。目前樁孔施工氣舉反循環大多采用這種供風方式。圖6-29是江蘇沛縣農機廠生產的JH-300,FX-360型鉆機采用的外供風式鉆桿，比較典型。鉆桿用A10號鋼273-1216無縫鋼管制成，其外壁設1-2根風管，風管及鉆桿均焊在兩端的法蘭盤上。兩根鉆桿之間用法蘭盤聯接，中間須用橡皮墊圈密封，防止漏氣漏水，如圖6-30。在一側的法蘭盤上有凹槽，以環氧樹脂粘合，另一側法蘭盤

39、上無凹槽也無橡膠圈。橡膠圈粘合后凸出法蘭盤頂面2-3mm。 圖6-29外供風式鉆桿1-外風管;2-鉆桿圖6-30法蘭盤膠墊圈示意1-鉆桿；2-法蘭盤；3-螺拴孔；4-風管；5-橡膠圈（2）環隙式即使用雙壁鉆桿（參考前圖），沿雙壁鉆桿內外管之間的環狀間隙供氣，鉆桿使用錐形螺紋連接，拆裝方便，輔助時間少。但雙壁鉆桿的結構較復雜，成本高，非常重。因此，為降低鉆桿質量和成本，雙壁鉆桿直徑不宜太大，限制了它在大口徑樁孔施工中的應用。目前勘探技術研究所與上海探礦機械廠生產的SHB-114/70和SHB-127/87兩套氣舉反循環雙壁桿鉆桿，主要用于水井的氣舉反循環鉆進。上述兩種供氣方式在施工深孔時的一個共

40、同缺點是：隨著鉆孔深度的不斷延深，混合器的沉沒深度增加，空壓機的壓力也相應升高。當壓力接近空壓機的額定壓力時，必須將混合器提出孔口，增加尾管長度以減小混合器的沉沒深度。這一操作稱為“倒風管”，為此要升降數十米鉆具，增加輔助時間。且倒一次風管后，混合器的沉沒比大大減小，也降低了反循環的排碴效率。但對于樁孔施工而言，由于孔深相對較淺，一般的鉆孔在選用常用的空壓機時，不用“倒風管”空壓機的額定壓力就能適用孔深的要求，即使要“倒風管”工作量也很小。（3）中心式（宜稱為懸掛風管式），供氣的中心管通過水籠頭懸置于鉆桿中心，不隨鉆桿回轉。這樣，管路簡單，也便于向上提起，以保持適當的沉沒深度。但中心風管，占據

41、鉆桿一定截面積，大直徑鉆碴無法排出，還容易造成堵塞故障，故目前只應用于小顆粒地層鉆進。4氣舉反循環回轉鉆進特點氣舉反循環與回轉鉆進相結合，即為氣舉反循環回轉鉆進，其鉆進工藝基本上與泵吸反循環回轉鉆進類似。這種鉆進方法的突出優點是：只要由高壓空壓機提供高壓空氣，就能鉆進較深的孔,此外，氣舉反循環的管路平直，加上較大的驅動壓力，故管路不易堵塞，即使堵塞了，也易于排除。帶有巖屑的三相流不流經任何工作機械,設備磨損小。在循環管路、特別是地面上的管路，各處壓力都大于一個大氣壓，故不會像泵吸和射流泵安在地表的射流反循環那樣，因管路局部密封不嚴、漏氣而使沖洗液循環中斷或不正常，也不會發生氣蝕。由于以上原因，

42、氣舉反循環工作比較可靠、故障較小、純鉆時間利用率較高；而且液流上返速度高，能排出大粒徑巖屑，重復破碎少：其鉆進效率也較高。氣舉反循環的缺點是：不能用它來開孔鉆進，淺孔段時效率較低，因此只有較深的樁孔施工才用氣舉反循環鉆進。六、反循環回轉鉆進常用鉆頭1錐形三翼鉆頭 圖圖6-31錐形三翼鉆頭錐形三翼鉆頭I.芯管芯管;2.翼板翼板;3.齒板齒板;4.超前小鉆頭超前小鉆頭鉆頭的三個翼板底邊呈錐形，便于鉆碴向中心吸碴口運動，開有較大吸碴口的雙翼超前小鉆頭，不僅可減小主翼片的切削阻力，又為孔底聚碴創造有利條件，同時，吸碴口上邊高出主翼板邊，使吸碴口不易被堵塞。吸碴口直徑一般稍小于鉆桿內徑，以免大鉆屑堵塞鉆桿；也可將吸碴口開大一些，然后用20以上的鋼筋焊成網格狀，限制特大顆粒進入鉆桿，同時，吸碴口更不容易被堵。翼板上沿一定角度布置切削齒板（即刀體），不同翼板上齒板交錯排列，齒板上鑲焊硬質合金片，為直接切削碎巖刀具。齒板可以焊接在翼板上，也可用螺栓固定在翼板上。錐形三翼鉆頭結構簡單、回轉穩定、聚碴作用好，適用于土層、砂層、砂礫層，是大口徑反循環樁孔施工中最廣泛采用的一種鉆頭。國內大多數施工單位多自己設計加工鉆頭，其結構大致相同：僅結構參數上有區別。為增加鉆頭剛度，常在翼板之前加焊輻板或拉筋。表6-11列出了這種鉆頭的基本尺寸和齒數，供參考。鉆頭直徑D (m