工程施工/岩芯钻钻具损坏原因分析及改进措施
工程施工/岩芯钻钻具损坏原因分析及改进措施
单位：中国xx集团公司xxxx有限分公司
一、摘要：
二、关键字：
岩芯钻 钻具 损坏 材料成本
三、项目介绍：
马来西亚HUME项目位于马来西亚怡保市GOPENG镇，该项目主要地层为粉质砂土层及下伏石灰岩。因施工需求，在灌注桩施工前，对桩基进行勘探，以取得地质资料。因此，项目部引进岩芯钻机进行钻进取芯分析。
该项目的施工范围内覆盖层为15-30米不等，高含砂松散地质。勘探取芯采用直径89毫米套管，套管底部加合金钻头穿过覆盖层座入基岩，然后用直径76毫米三管钻具取芯。施工用水为积水坑清水和孔口反水沉淀后再循环相结合。孔口反水进入沉淀池由潜水泵取出后供给3SNS灌浆泵，由3SNS泵为钻进提供冲洗冷却用水。3SNS灌浆泵是三柱塞往复式高压灌浆泵，可变量，设有高速挡和低速挡。理论设计排量为100L/min时，压力可达10MPa。
四、钻具介绍：
本次施工所采用的钻具为马来西亚生产的三管钻具。三管钻具是取芯的专用钻具，中管和内管为自由旋转式设计，在钻具转动时，中管和内管(内管为两个半圆管合成)在岩芯的反作用力下，保持稳定不动，从而避免岩芯的磨损。冲洗液则由钻具外管和中管之间送往钻头处，冲洗岩粉并冷却钻头。钻头的设计是厚壁式金刚石钻头。在每一个水口中，垂直向上预留圆形孔，孔的直径为3mm，连通在中管与外管之间，此孔为冲洗液出口。钻头和卡簧座之间的2mm缝隙是冲洗液的另一出口。此设计避免了冲洗液直接冲刷岩芯，同时又可以冷却钻头并带出岩粉。在钻具的中管内，配有密封活塞。活塞的上端采用空心轴连接至钻具的异径接头，连接口配有单向阀丝堵，保证在下钻及钻进时，此段水路不进杂物。活塞的下端为两片半圆组合式内管，取出岩芯时，须卸掉单向阀丝堵，然后连接配套接头，以3SNS泵提供高压水，即可推动密封活塞，将内管及岩芯从中管内取出。打开内管后，可见排列整齐的岩芯。岩芯的裂隙走向、夹层等纹路相当的完整，给地质描述提供详细准确的资料。
整套钻具的成本在一万马币以上，由于施工过程中接连出现钻具损坏的情况，损坏均为中管和内管成槽型凹陷，致使岩芯不能进入内管，岩芯全部磨损，中管和内管 废。给地质描述带来极大的困难，当前段长地质勘探失去意义。
见下图照片:
五、钻具损坏原因分析：
1沉淀池内潜水泵下设位置不合适，由于工人缺少经验，也是对地层了解不足，水泵被放置在沉淀池的中下部位，大量的砂堆积沉淀后，已经上升至水泵进水口位置，所以致使水中含砂，然后经3sns泵送入三管钻具内时大颗粒砂堆积后足以堵塞出水口，造成钻头出水不畅，泵送压力急剧上升，在钻具外管和中管之间施压。钻具中管直径60mm，长2.5米。1mpa＝10kg/c㎡即：6×3.1416×250＝4712.4c㎡，4712.4×10÷1000＝47.12T。
钻具中管和内管在1mpa压力下整体受力为47.12顿。在水口堵塞时压力成倍上升，中管和内管达到压力承受极限时成槽型塌陷，使中管和内管 废。通常水口堵塞发生在刚刚下钻至孔底时，此时钻具内没有岩芯，如果有岩芯支撑时就不会塌陷，但是一样会变形，造成活塞和内管无法从中管内取出。
2:套管坐入基岩后，管内含砂量大，操作手不熟悉地层，按照以往的经验操作，使三管钻具下钻时直接进入了砂层，砂子堵塞了钻头出水口，致使三管钻具出水不畅，泵送压力上升，中管和内管塌陷损坏。
3：高压灌浆泵没有设置高压安全阀或溢流阀，发生水路堵塞时，压力会急剧上升，因没有释放出口，必然会造成设备损坏。
六、针对以上问题分析，改进措施如下：
1:取消孔口反水再循环，直接排掉不再使用。从而避免了砂子从水源进入钻具内。
2:3sns泵出水口增加三通，安装球阀调节水量和压力，在泵送压力急剧上升时作为泄压出口，释放高压，避免损坏钻具。
3:适当调节3sns泵离合器，满足工作压力即可，压力上升时负荷增加，离合器滑转，以此降低输出压力，避免损坏钻具。
4:操作手下钻时要准确判断砂层位置，避免直接把钻具放入砂层，临近砂层时，悬空先送水再继续往下放，待冲洗干净后再添加钻杆继续下放，反复冲洗，直至孔底，避免孔内砂子进入钻具堵塞钻头出水口。
5：高压灌浆泵增加电接点自动控制压力表，调整高压断电触点为正常施工的工作压力，超出压力范围后，压力表触点动作，切断灌浆泵交流接触器，3sns灌浆泵断电。以此保护设备，提高工作效率。
七、结语：
因此，在岩芯钻取芯施工过程中，要根据地层情况进行钻具使用，同时注意控制孔内送水及地层情况，避免类似损坏事件发生。所谓经验就是经历过错误之后得到的正确的方式方法。每一次施工遇到的地质结构不可能完全相同，所以并不能依靠以往的经验来判断当前的情况。需要有求新的精神以及务实稳妥的态度来处理所有工作。在提高施工进度的同时，尽可能降低成本。
欢迎大神们交流探讨，分享经验，共同提高！
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