>
>
2024-10-09
Khoan búa không khí tuần hoàn ngược (RC-DTH) là một phương pháp nhanh chóng và tiết kiệm chi phí để khoan đá cứng. Vì mũi khoan RC không khí là trái tim để hệ thống khoan búa hơi RC-DTH hình thành vòng tuần hoàn ngược, nên mũi khoan RC đường kính lớn được thiết kế sáng tạo và tối ưu hóa về mặt số lượng đối với khả năng hút. Kết quả cho thấy việc tăng góc nâng vòi hút và góc lệch có thể cải thiện khả năng hút của mũi khoan. Hiệu suất của mũi khoan đạt đến trạng thái tối ưu khi tốc độ dòng khí khoảng 1,205 kg/s, sau đó nó thể hiện xu hướng biến đổi ngược khi tốc độ dòng khí khối tăng lên. Đường kính tối ưu của vòi hút đối với mũi khoan được nghiên cứu trong nghiên cứu này là 20 mm. Mũi khoan RC có đường kính ngoài 665 mm và búa hơi RC-DTH có đường kính ngoài 400 mm đã được sản xuất và tiến hành thử nghiệm thực địa. Kết quả thử nghiệm hiện trường cho thấy tỷ lệ xuyên thấu khi sử dụng phương pháp khoan búa hơi RC-DTH cao hơn gấp đôi so với phương pháp khoan quay thông thường. Phương pháp khoan này tạo ra tiềm năng lớn cho việc khoan đá cứng đường kính lớn được áp dụng ở các phần trên của lỗ khoan trên mức hình thành hồ chứa tiềm năng để khoan dầu khí trên đất liền, khoan địa nhiệt và các hoạt động khoan mỏ có liên quan.
1 GIỚI THIỆU
Khoan búa hơi xuống lỗ (DTH) được coi là một trong những phương pháp khoan hiệu quả nhất để khoan đá cứng.1-3 Trong khoan búa hơi DTH, các lỗ thẳng hơn và chi phí trên mỗi mét thấp đạt được nhờ tác động gõ thường xuyên và tải trọng tác động cao ở các mũi khoan.4, 5 Thời gian tiếp xúc của các mũi khoan với sự hình thành đá thường là khoảng 2% tổng thời gian vận hành, dẫn đến trọng lượng tức thời trên mũi khoan (WOB) cao hơn, mặc dù WOB trung bình được duy trì ở mức thấp hơn.6-8 Nó cũng cho thấy tiềm năng cho các mục đích khoan địa chấn (SWD) và đặc trưng cho các điều kiện khoan.9, 10 Ngoài những điều này, so với các phương pháp khoan bùn thông thường, sử dụng không khí do chất lỏng tuần hoàn dẫn đến tốc độ xuyên qua (ROP) cao hơn do áp suất lỗ đáy hình vành khuyên thấp.11 Hơn nữa, việc khoan các thành tạo tiềm năng sử dụng áp lực lỗ đáy hình vành khuyên thấp hơn áp lực lỗ rỗng của hệ tầng có thể loại bỏ hư hỏng thành hệ có thể ảnh hưởng đến hoạt động tiếp theo -trong sản xuất.11 Do những ưu điểm nêu trên, máy khoan búa khí DTH đã được sử dụng rộng rãi trong khai thác mỏ và cũng đã mở rộng sang hoạt động khoan dầu khí do ngày càng có nhiều hồ chứa dầu khí nằm dưới các thành tạo đá cứng.
Búa khí tuần hoàn ngược (RC-DTH) là một công cụ khoan búa DTH cải tiến được điều khiển bằng không khí.12 Khác với hệ thống búa hơi DTH thông thường, mũi khoan có cấu trúc được thiết kế đặc biệt là bộ phận chính của RC- Hệ thống búa hơi DTH và các ống khoan vách kép tạo nên các đường vận chuyển cho cả khí nén và các mũi khoan cắt.13 Trong quá trình khoan, khí nén được bơm vào vòng khuyên của các ống vách kép và dẫn động búa khí RC-DTH để thực hiện các cú va đập tần số cao tác động lên mũi khoan tuần hoàn ngược (RC) nơi hình thành tuần hoàn ngược.14 Một đặc điểm nổi bật của phương pháp khoan này là sự kết hợp giữa khoan đập với kỹ thuật khoan RC khí.
Thông thường, trong quá trình khoan tuần hoàn không khí trực tiếp, khí nén được đưa vào đáy lỗ khoan thông qua đường giữa của ống khoan, sau đó khí thải đưa các mũi khoan ra khỏi lỗ khoan thông qua không gian hình khuyên được tạo thành bởi ống khoan và thành lỗ.15 Trong khi đó, khi khoan RC khí, khí nén đi vào không gian hình khuyên của ống khoan vách kép thông qua khớp xoay vách kép; Khí thải mang theo các mũi khoan quay trở lại bề mặt thông qua đường tâm của các ống khoan bên trong thay vì không gian hình khuyên được hình thành bởi ống khoan bên ngoài và thành lỗ khoan. Như được hiển thị trong Hình 1, diện tích mặt cắt ngang của đoạn trung tâm (vòng tròn màu vàng b) của hệ thống khoan RC khí nhỏ hơn nhiều so với diện tích mặt cắt ngang của hình vành khuyên (hình annulus a màu xanh lá cây). Theo yêu cầu về thể tích tối thiểu để khoan không khí, người ta tin rằng tốc độ di chuyển tối thiểu của không khí (điều kiện tiêu chuẩn) là khoảng 15,2 m/s để đáp ứng việc vận chuyển các mảnh khoan. Nghiên cứu do Sharma và Chowdhry16 thực hiện cũng chỉ ra rằng chỉ giữ không khí với tốc độ di chuyển hợp lý mới có thể vận chuyển các mũi khoan một cách hiệu quả. Việc khoan RC trên không rõ ràng là dễ dàng hơn nhiều để đạt được tốc độ di chuyển ngưỡng vì các mũi khoan mang không khí di chuyển trong lối đi trung tâm thay vì khoảng không gian hình khuyên giữa cọc khoan và tường lỗ khoan.17-20 Do đó, mức tiêu thụ không khí thấp và do đó khả năng khoan Khoan lỗ đường kính lớn là một lợi thế khác biệt của máy khoan RC trên không, giúp giảm đáng kể chi phí doa và thời gian vận hành. Ngoài ra, do không khí và các mảnh khoan thoát ra từ ống xả có thể được dẫn trực tiếp vào bộ phận cắt và thu bụi đặt xa vị trí khoan, môi trường vận hành được cải thiện và không khí không có dầu, do đó cản trở công nhân khoan và thiết bị khỏi mối đe dọa của bụi khoan.14, 21
Hình 1
Sơ đồ phương pháp khoan tuần hoàn ngược không khí
Trong hệ thống khoan búa khí RC-DTH, mũi khoan RC là bộ phận quan trọng hình thành nên sự tuần hoàn ngược không khí. Hầu hết các nỗ lực trước đây về khoan búa hơi RC-DTH đều tập trung vào hiệu suất của mũi khoan tuần hoàn ngược nhằm đạt được thiết kế tốt hơn để nâng cao khả năng tuần hoàn ngược. Những nỗ lực tiêu biểu bao gồm mũi khoan RC có vòi hút đặt trên sườn; hiệu suất kiểm soát bụi của mũi khoan RC được Luo và cộng sự nghiên cứu; phân tích hiệu suất của mũi khoan RC có bộ tạo xoáy; và mũi khoan RC có vòi phun đa âm thanh.14, 20, 22, 23 Đường kính của các mũi khoan RC được nghiên cứu trong nghiên cứu trước đây nằm trong khoảng từ 80 đến 200 mm. Việc đánh giá tiềm năng ứng dụng và phân tích hiệu suất của mũi khoan RC có đường kính lớn (hơn 300 mm) về cơ bản vẫn chưa được khám phá. Để cải thiện khả năng RC của mũi khoan có đường kính lớn, ảnh hưởng của các thông số vòi hút đến hiệu suất của mũi khoan đã được nghiên cứu tính toán và thử nghiệm hiện trường đã được tiến hành để xác nhận tính khả thi của nó.
2 MÔ TẢ MŨI KHOAN RC
Hình 2 cho thấy sơ đồ cấu trúc của mũi khoan RC. Khí nén đi vào đường dẫn trung tâm của dụng cụ khoan thông qua các vòi hút và vòi phun xả. Không khí đi vào các vòi hút, tại đây nó tạo thành các tia có tốc độ dòng chảy cao; một số không khí lân cận sẽ bị cuốn vào các tia phun do hiệu ứng bơm phản lực, dẫn đến một vùng áp suất âm ở vùng lân cận các tia phun. Sự chênh lệch áp suất giữa đáy lỗ khoan và vùng áp suất âm bên trong đường dẫn trung tâm có thể tạo ra lực nâng tác dụng lên không khí và khoan các phần cắt bên dưới. Trong khi đó, không khí trộn với các mũi khoan được hút liên tục vào đường dẫn trung tâm của dụng cụ khoan với sự trợ giúp của các luồng phản lực phát ra từ vòi phun xả, quét các mũi khoan vào đường dẫn trung tâm. Khả năng hút này có tầm quan trọng đặc biệt trong việc đánh giá hiệu suất của mũi khoan RC và có thể được biểu thị bằng tỷ lệ giữa tốc độ dòng khối của không khí cuốn vào không gian hình khuyên giữa ống khoan và thành lỗ khoan và tổng tốc độ dòng khối đầu vào. .
Hình 2
Sơ đồ cấu trúc của mũi khoan tuần hoàn ngược không khí đường kính lớn
3 PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN
3.1 Miền tính toán và lưới
Mũi khoan tuần hoàn ngược có đường kính ngoài 665 mm đã được nghiên cứu. Kích thước mũi khoan này phù hợp với búa hơi RC-DTH có đường kính ngoài 400 mm. Các miền tính toán được thiết lập bằng phần mềm Altair HyperWorks. Một miền tính toán dạng lưới điển hình được thể hiện trên Hình 3. Các miền tính toán chủ yếu bao gồm năm phần, bao gồm các vòi hút, các vòi xả, khoảng không gian hình khuyên giữa thành trong và thành ngoài của mũi khoan, không gian hình khuyên được hình thành bởi mũi khoan và lỗ khoan. tường và lối đi chính giữa của dụng cụ khoan. Tất cả các miền tính toán được chia lưới bằng các lưới không có cấu trúc tứ diện do hình dạng phức tạp của các miền. Ba mật độ ô lưới được sử dụng để phân tích độ nhạy lưới của các mô hình mũi khoan. Kết quả ở Bảng 1 cho thấy mức chênh lệch tối đa là <5%. Các lưới trung bình được sử dụng trong tính toán của chúng tôi để cân bằng chi phí thời gian và độ chính xác của mô hình.
Hình 3
Mô hình lưới điển hình của trường dòng chảy bên trong của mũi khoan tuần hoàn ngược và các loại điều kiện biên
| Lưới | Số lượng tế bào | Tốc độ dòng khối cuốn theo (kg/s) |
| Lưới mịn | 4 870 311 | 0,41897 |
| Lưới trung bình | 3 010 521 | 0,42015 |
| Lưới thô | 1 546 375 | 0,43732 |
| % Sự khác biệt | 4.4 |
Bảng 1. Phân tích độ nhạy lưới cho các miền tính toán
3.2 Phương trình chủ đạo và điều kiện biên
Các luồng không khí bên trong được coi là tuân theo các nguyên tắc bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng. Phương trình điều chỉnh tổng quát là [24]:
trong đó ϕ biểu thị biến phụ thuộc, u biểu thị vectơ vận tốc, Γ biểu thị hệ số khuếch tán và S là thuật ngữ nguồn chung.
Như được hiển thị trong Hình 3, cửa hút gió được xác định là điều kiện biên Mass_flow_inlet. Tốc độ dòng thể tích của dụng cụ búa hơi RC-DTH (đường kính 400 mm) thay đổi từ 30 đến 92 m3/phút (điều kiện tiêu chuẩn), tương ứng với tốc độ dòng khối từ 0,6025 đến 1,848 kg/s. Đầu ra của đường trung tâm và đầu ra của hình khuyên giữa thành lỗ khoan và dụng cụ khoan được mở thông với khí quyển. Do đó, hai đầu ra này được xác định là điều kiện biên của Pressure_outlet và áp suất đo được đặt thành 0. Các ranh giới khác của miền tính toán được đặt là điều kiện biên của tường cố định không trượt.
Các phương trình bảo toàn động lượng và liên tục cũng như phương trình bảo toàn năng lượng đã được giải bằng Ansys Fluent. Các phương trình Navier-Stokes cho dòng có thể nén cùng với các mô hình nhiễu loạn thích hợp đã được áp dụng để dự đoán luồng không khí bên trong. Mô phỏng dòng chảy được thực hiện bằng bộ giải dựa trên mật độ 3D. Theo cách tiếp cận này, các phương trình Navier-Stokes chủ đạo được giải tuần tự bằng các phương pháp lặp cho đến khi các giá trị xác định đáp ứng sự hội tụ. Để xử lý sự kết hợp giữa vận tốc và áp suất, sơ đồ thuật toán phương trình liên kết áp suất bán ẩn (SIMPLE), liên kết các phương trình liên tục và động lượng với phương trình áp suất, đã được áp dụng do độ chính xác đáng kể và dễ dàng đáp ứng sự hội tụ. Ngoài ra, mô hình hỗn loạn k-ε tiêu chuẩn dựa trên các phương trình vận chuyển mô hình đã được sử dụng. Các số hạng đối lưu, xét về động năng hỗn loạn và tốc độ tiêu tán hỗn loạn được tính bằng phép rời rạc ngược gió bậc hai, trong khi các số hạng khuếch tán được giải bằng sai phân trung tâm.
4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN
Hình 4 cho thấy sự thay đổi áp suất tĩnh trên đường tâm của đường tâm. Áp suất tĩnh gần đầu ra của vòi hút theo hướng tia thấp hơn đáng kể so với áp suất tĩnh ở đáy lỗ khoan. Áp suất chênh lệch đạt tới 20 kpa, tạo ra một lực nâng riêng biệt giúp bơm các mảnh khoan ra khỏi đáy lỗ khoan một cách hiệu quả. Để hình thành tuần hoàn ngược hiệu quả, cấu trúc của vòi hút phải được thiết kế đặc biệt. Do đó, 14 miền tính toán với các thông số vòi hút khác nhau đã được thiết lập và nghiên cứu. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đầu vào, đường kính, góc nâng và góc lệch của vòi hút đến khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan RC đã được nghiên cứu. Hình 5 cho thấy đường viền vận tốc điển hình của mũi khoan RC. Theo quan sát, khi khí nén đi vào đường dẫn trung tâm, xuất hiện một số xoáy ở gần đầu ra của vòi hút và đáy lỗ khoan. Các xoáy hình thành ở vùng lân cận đầu ra của vòi hút làm tăng diện tích vùng áp suất thấp, tuy nhiên, các xoáy này cũng gây lãng phí động năng của các tia phun ra từ vòi hút, làm suy yếu tác dụng cuốn hút của các tia. , và chắc chắn sẽ cản trở các mũi khoan đi qua lối đi giữa. Trong khi các dòng xoáy được điều khiển bởi các vòi phun chảy ra khỏi các vòi phun xả ở đáy lỗ khoan có thể khuấy động các mũi khoan và giúp nâng chúng vào lối đi chính giữa.
Hình 4
Phân bố áp suất tĩnh điển hình trên đường tâm của đoạn tâm mũi khoan
Hình 5
Đường viền vận tốc điển hình của trường dòng chảy bên trong mũi khoan
4.1 Ảnh hưởng của lưu lượng khối không khí đầu vào đến khả năng hút
Tốc độ dòng khí đầu vào là thông số duy nhất có thể được điều chỉnh khi sản xuất dụng cụ khoan. Hơn nữa, do búa hơi DTH được lắp ở đầu mũi khoan RC nên tốc độ dòng khí đi qua mũi khoan thay đổi theo thời gian. Nói chung, tốc độ dòng khí được điều chỉnh do chuyển động của piston của búa hơi DTH. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đầu vào đến khả năng hút của mũi khoan có thể cung cấp một số hướng dẫn cho quá trình khoan. Hình 6 cho thấy ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đầu vào đến khả năng tuần hoàn ngược. Trong nhóm mô phỏng này, một số thông số cấu trúc của vòi hút đã được đưa ra, bao gồm góc nâng 60°, đường kính vòi hút 18 mm và góc lệch 15°. Ngoài ra, các vòi hút được phân bố đối xứng và theo chu vi trên tường lối đi ở giữa và số lượng vòi hút đều là sáu. Lưu lượng khối khí hút từ không gian hình khuyên giữa ống khoan và thành lỗ khoan tăng khi tốc độ khối khí đầu vào tăng và đạt cực đại khi lưu lượng khối khí đầu vào là 1,205 kg/s, sau đó tốc độ khối khí hút là 1,205 kg/s. khối lượng từ hình khuyên được hình thành bởi các ống khoan và thành lỗ khoan giảm nhanh khi tốc độ dòng khối không khí đầu vào tăng lên. Khi tốc độ dòng khối không khí đầu vào <1,205 kg/s, việc tăng tốc độ dòng khối không khí đầu vào của không khí đầu vào có thể cải thiện tốc độ phun của luồng không khí từ vòi hút, điều này có thể cải thiện tốc độ dòng khối không khí được hút. Trong khi đó, diện tích mặt cắt ngang của đoạn tâm mũi khoan bị hạn chế, lượng không khí đưa vào quá nhiều sẽ làm tăng sức cản của luồng không khí, từ đó làm suy yếu khả năng hút của mũi khoan. Theo quan sát, khả năng hút (tỷ lệ giữa tốc độ dòng khí được hút và lượng khí đầu vào) giảm khi tốc độ dòng khí đầu vào tăng. Điều này có thể là do khả năng nén của không khí nên tiêu tốn nhiều năng lượng hơn cho việc nén không khí.
Hình 6
Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đầu vào đến khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan
4.2 Ảnh hưởng của đường kính miệng hút đến khả năng hút
Không khí đầu vào có hai đường dẫn để xả ra từ không gian hình khuyên của ống khoan vách kép, vòi hút và vòi xả. Khi cho trước tốc độ dòng khối không khí đầu vào, tỷ số giữa tốc độ dòng khối không khí tại vòi hút và vòi phun xả tăng khi đường kính vòi hút tăng. Khả năng hút của mũi khoan RC sẽ tăng lên khi tốc độ phun được duy trì ở mức nhất định. Hình 7 cho thấy ảnh hưởng của đường kính vòi hút đến khả năng tuần hoàn ngược. Trong nhóm mô phỏng này, một số thông số cấu trúc của vòi hút đã được đưa ra, bao gồm góc nâng 60°, góc lệch 15° và tốc độ lưu lượng khối không khí đầu vào 70 m3/phút. Khi đường kính đầu hút <20 mm, việc tăng đường kính đầu hút giúp tăng cường khả năng hút của mũi khoan. Khi đường kính lớn hơn 20 mm, khả năng hút của mũi khoan bị yếu đi đáng kể. Động lượng của các tia khí thoát ra từ vòi hút có tác dụng chủ yếu đến khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan. Khi đường kính vòi hút lớn hơn 20 mm, biên độ giảm dần của tốc độ phun chiếm ưu thế so với biên độ tăng của lưu lượng khối tại các vòi hút, từ đó làm suy yếu khả năng hút của mũi khoan.
Hình 7
Ảnh hưởng của đường kính vòi hút đến khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan
4.3 Ảnh hưởng của góc cao đầu hút đến khả năng hút
Góc nâng của vòi hút được xác định là góc giữa mặt cắt ngang của đường tâm và đường tâm của vòi hút. Hình 8 chỉ ra rằng việc tăng góc nâng có thể cải thiện khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan. Dòng tia phản lực từ các vòi hút sẽ cản trở lẫn nhau đối với tất cả các vòi hút nghiêng trên thành mũi khoan. Những va chạm giữa các tia này sẽ dẫn đến việc tiêu thụ năng lượng và làm giảm động lượng dọc trục của dòng tia, do đó làm suy giảm khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan. Sự giao thoa giữa các dòng tia càng mạnh khi góc nâng của vòi hút nhỏ hơn.
Hình 8
Ảnh hưởng của góc nâng vòi hút đến khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan
4.4 Ảnh hưởng của góc lệch vòi hút đến khả năng tuần hoàn ngược
Góc lệch của các vòi hút là góc giữa hình chiếu của đường tâm của một vòi hút trên mặt cắt ngang của lối đi giữa và hướng bình thường của tường lối đi ở giữa tại đầu ra của vòi hút. Hình 9 thể hiện ảnh hưởng của góc lệch vòi hút đến khả năng hút, khi góc lệch của vòi hút tăng lên thì khả năng hút của mũi khoan tăng lên đáng kể. Luồng khí từ các vòi hút có góc lệch có thể tạo thành dòng xoáy ở đường dẫn trung tâm, giúp cải thiện khả năng hút của mũi khoan. Hơn nữa, các tia bị lệch có thể triệt tiêu sự giao thoa giữa chúng. Tuy nhiên, giá trị tối đa của góc lệch bị giới hạn bởi đường kính mũi khoan và không thể tăng vô hạn.
Hình 9
Ảnh hưởng của góc lệch đầu hút đến khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan
5 THỬ NGHIỆM LĨNH VỰC
Để xác minh tỷ lệ xuyên thấu bằng cách sử dụng búa hơi RC-DTH trong hệ tầng đá cứng, mũi khoan có đường kính ngoài 665 mm và búa hơi RC-DTH có đường kính ngoài 400 mm (RC-DTH 400) đã được sử dụng. được sản xuất. Kết quả mô phỏng cho thấy các giá trị tối ưu của các thông số vòi hút cho mũi khoan RC có đường kính ngoài 665 mm bao gồm đường kính vòi hút, góc nâng và góc lệch lần lượt là 20 mm, 60° và 20°. Tuy nhiên, thông số vòi hút quá lớn sẽ làm suy yếu độ bền của mũi khoan. Sáu vòi hút có đường kính 18 mm, góc nâng 45° và góc lệch 10° cuối cùng đã được chọn để đảm bảo tuổi thọ của mũi khoan. Cấu trúc thiết kế của búa hơi RC-DTH và hình ảnh chụp nguyên mẫu được sản xuất của dụng cụ búa hơi RC-DTH được thể hiện trên Hình 10. Khi búa hơi RC-DTH hoạt động, chuyển động của piston có thể được chia thành thành hai giai đoạn: giai đoạn quay lại và giai đoạn hành trình, và mỗi giai đoạn trải qua các giai đoạn nạp khí, giãn nở không khí, nén khí và xả khí. Áp suất không khí danh nghĩa và tốc độ dòng khí danh nghĩa của RC-DTH400 lần lượt là 1,8 MPa và 92 m3/phút; tần số va chạm danh định và vận tốc va đập của piston lần lượt là 14,35 Hz và 8,01 m/s. Các linh kiện phụ kiện khác bao gồm ống khoan hai vách có đường kính ngoài 140 mm, kelly hai vách, khớp xoay hai vách cũng được sản xuất.
Hình 10
Cấu trúc thiết kế và hình ảnh của dụng cụ búa hơi tuần hoàn ngược
Địa điểm thử nghiệm thực địa nằm ở Phật Sơn, Quảng Đông, Trung Quốc. Thành tạo khu vực thí nghiệm gồm đất rời dày 3,99 m, bột kết sét phong hóa dày 17 m và bột kết sét đỏ không phong hóa nằm dưới lớp bột kết sét phong hóa. Lớp đất rời và lớp bột kết sét phong hóa có thể dễ dàng khoan bằng phương pháp khoan quay thông thường. Tuy nhiên, tốc độ khoan trong bột kết sét đỏ chưa phong hóa tương đối thấp, có thể đạt <2 m/h. Và xỉ chìm rất khó làm sạch.
Để thực hiện thử nghiệm khoan búa hơi RC-DTH, lớp đất rời và lớp bột kết sét phong hóa được khoan bằng phương pháp khoan quay thông thường. Sau đó, hệ thống khoan búa hơi RC-DTH được sử dụng để khoan thành hệ bột kết sét đỏ không bị phong hóa. Sơ đồ bố trí của hệ thống thử nghiệm hiện trường được thể hiện trong Hình 11. Một máy nén khí do Atlas Copco sản xuất với lưu lượng không khí tối đa là 34 m3/phút và áp suất không khí danh nghĩa là 30 bar, và một máy nén khí do Ingersoll Rand sản xuất với thể tích không khí tối đa lưu lượng 25,5 m3/phút và áp suất không khí danh nghĩa là 24 bar, được sử dụng để cung cấp khí nén. Một chất bôi trơn được sử dụng để bôi trơn piston. Giàn khoan quay SD20E do Công ty TNHH Tập đoàn Liugong Quảng Tây sản xuất được sử dụng để cung cấp lực quay và WOB trong quá trình khoan.
Hình 11
Bố trí hệ thống thí nghiệm hiện trường
Hai lỗ khoan thử nghiệm đã được khoan, độ sâu tối đa của lỗ khoan là 50,8 m. Tốc độ xuyên tối đa là 6,0 m/h đã được quan sát thấy trong quá trình khoan và tốc độ xuyên trung bình là 4,5 m/h trong điều kiện tốc độ dòng khí và áp suất không khí dưới giá trị danh nghĩa. Các thử nghiệm hiện trường cho thấy mũi khoan RC có thể đạt điều kiện tuần hoàn ngược tốt mặc dù các thông số vòi hút không phải là tối ưu. Không phát hiện thấy xỉ chìm trong quá trình xả lỗ khoan. Như thể hiện trong Hình 12, có rất ít không khí và bụi thoát ra từ không gian hình khuyên của dụng cụ khoan và thành lỗ khoan. Các cành giâm khoan trở lại bề mặt hầu hết là các hạt có kích thước từ trung bình đến lớn. Hơn nữa, không tìm thấy xỉ chìm trong quá trình xả lỗ khoan và các mũi khoan có thể liên tục quay trở lại bề mặt. Có thể kết luận rằng hệ thống khoan búa hơi RC-DTH đang trong tình trạng hoạt động tốt và thể hiện hiệu suất vượt trội khi khoan lỗ khoan đường kính lớn.
Hình 12
Hình ảnh khảo sát thực địa. A, tuần hoàn ngược hình thành trong quá trình khoan; B, khoan cắt cành; C, quá trình xúc rửa lỗ khoan; D, miệng ống xả có dòng phun
6 KẾT LUẬN
Để cải thiện tỷ lệ xuyên thấu và đạt được các hoạt động khoan thân thiện với môi trường, phương pháp khoan búa khí RC-DTH đã được đề xuất để khoan các thành tạo cứng phía trên phía trên khả năng hình thành vỉa chứa. Mũi khoan RC là bộ phận quan trọng của hệ thống khoan búa hơi RC-DTH để thực hiện tuần hoàn ngược, một nghiên cứu tham số trên mũi khoan RC có đường kính 665 mm đã được thực hiện. Kết quả cho thấy việc tăng góc nâng và góc lệch của vòi hút có thể cải thiện khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan. Khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan đạt mức tối đa khi tốc độ dòng khối không khí đầu vào là 1,205 kg/s, sau đó nó sẽ giảm đi khi tăng tốc độ dòng khối không khí đầu vào. Mũi khoan có đường kính ngoài 665 mm và búa hơi RC-DTH có đường kính ngoài 400 mm đã được sản xuất và tiến hành thử nghiệm tại hiện trường. Kết quả thử nghiệm hiện trường cho thấy khả năng tuần hoàn ngược của mũi khoan RC đường kính lớn được thiết kế là tốt và tốc độ xuyên tối đa trong thử nghiệm hiện trường là 6,0 m/h, điều này có thể giảm đáng kể thời gian và chi phí vận hành khoan.
LỜI CẢM ƠN
Công trình này được tài trợ bởi Chương trình phát triển nghiên cứu trọng điểm cấp nhà nước của Trung Quốc (Số tài trợ 2016YFC0801402 và 2016YFC0801404), Dự án lớn về khoa học và công nghệ quốc gia của Trung Quốc (Số tài trợ 2016ZX05043005), Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc (Số tài trợ 51674050) ). Chúng tôi xin cảm ơn những người đánh giá ẩn danh vì những lời khuyên đặc biệt của họ.
Liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào
