在复杂的地下工程中，大颗粒砾石层长期以来一直是施工团队面临的一大挑战。这类地质层颗粒大、渗透性强、稳定性差，采用传统钻进技术往往效率低、成本高，甚至无法满足项目要求。然而，随着技术的进步，潜孔锤 (DTH) 已成为一种高效可靠的钻进工具。其独特的冲击机制和高效的岩屑排出性能使其非常适合钻进大颗粒砾石层，为复杂地质条件提供了高效的解决方案。
那么，DTH 冲击器究竟是如何在如此困难的地层中高效钻孔的呢？
大颗粒卵石层的挑战
大颗粒卵石层由粗糙且分布不均匀的卵石组成，带来了一些特殊的挑战：
粒径大：过大的卵石会增加破碎和穿透地层的难度。
高渗透性：鹅卵石之间的缝隙很容易让水渗透，带来额外的不确定性。
稳定性差：结构松散，易发生层位位移、坍塌，影响安全。
面对这些挑战，旋转钻井、冲击钻井等传统钻井方法往往效率低、成本高，甚至无法完成钻井任务，因此寻找高效可靠的钻井技术已刻不容缓。
DTH冲击器的工作原理
DTH 冲击器是一种由压缩空气驱动的气动凿岩工具。高压空气通过钻机的气阀进入冲击器，并沿着钻杆向下流动。气流由阀门系统进行分配：一条路径将空气引导至孔底以冲出岩屑，另一条路径则驱动冲击器内的活塞。活塞以高频冲击力冲击钻头，从而破碎岩石。同时，空气或钻井液会清除岩屑并冷却工具，从而实现连续高效的钻孔。
大颗粒卵石层的优势
1. 高冲击碎片
潜孔锤可直接对岩石或卵石施加高频冲击，有效破碎大颗粒。与旋转钻进相比，潜孔锤在破碎坚硬、超大尺寸骨料方面更为有效。
2. 强大的岩屑排放能力
DTH 冲击器使用压缩空气作为冲洗介质，可有效清除孔中的碎屑。这对于渗透性强且易塌陷的地层尤为重要，因为清洁不当可能导致卡管或钻孔偏斜。
3.适应性强
潜孔锤可通过调节冲击频率、转速和气压进行调整，以适应不同的岩石尺寸和硬度。这种灵活性确保了其在变化多端的地质条件下始终如一的性能。
潜孔锤在大颗粒卵石层中的应用
钻孔前准备
地质调查：收集有关鹅卵石分布、厚度、大小和硬度的详细数据，以指导设备选择和参数设置。
设备选型：根据地质勘察结果，选择合适型号的潜孔锤及配套设备，如空压机、钻杆、钻头等。
参数设置：根据砾石层特点，合理设置钻压、转速、气压、供气量等参数，保证钻孔过程的高效和安全。
钻井过程控制
低速启动：以低速开始钻孔，逐渐增加压力和转速，以避免突然冲击造成卡钻或偏斜。
实时监控：指派专人严密监控钻柱下沉及孔内岩屑排除情况，发现异常情况及时调整参数或采取其他措施。
适应性调整：遇到大直径卵石或坚硬砾石时，应调整钻头转速和钻孔尺度，避免强行推进，造成设备损坏或孔内事故。
井眼清洁和套管支撑
清洁钻孔颈：保持钻孔颈无积聚的岩屑，以维持安全高效的工作场所。
套管推进：钻井时使用套管支撑井壁，防止坍塌，确保井眼完整性。
高效钻井的关键因素
1.优化钻井参数
钻压：控制钻压是确保钻头与岩层紧密接触的关键。在大颗粒砾石层中，钻压需要根据实际地质情况进行调整，通常保持在60-80 kN左右。但具体数值需根据现场情况灵活调整，以确保钻头高效作业，避免反冲。
旋转速度：在坚硬的卵石层中使用较低的速度（15-20 rpm）以减少钻头磨损并避免工具脱离。
气压：根据钻头类型和地层硬度，通常设定为 0.8–1.0 MPa。
风量：风量必须足够大，以确保将孔内的碎石、岩屑吹落至地面。风量一般在8-12m³/min之间，具体数值根据孔深、碎石量调整。
2. 采用随钻套管技术
该技术可使套管与钻井同时推进，实现单程完井并防止壁面坍塌——这对于松散卵石层的稳定性至关重要。
3.实时策略调整
钻井策略必须适应实时情况。例如，在极其坚硬的地段，应降低进给压力和转速，以避免刀具卡住或钻孔偏差。持续的监督至关重要。
4. 注重岩屑清除和钻孔支护
岩屑清除是钻井过程中不可或缺的环节。潜孔锤产生的压缩空气不仅用于驱动钻头破碎卵石，还作为冲洗介质，将破碎的岩屑从孔内清除并堆积在孔口。因此，需要安排专人及时清理孔口岩屑，确保施工现场安全高效。同时，应注意采取护壁措施，例如使用套管护壁，以防止塌孔等不良情况发生。
结论
潜孔锤凭借其强大的冲击力、可调的参数和高效的岩屑清除能力，在钻穿大颗粒卵石层方面表现出色。它不仅能提高钻进速度、降低运营成本，还能提升安全性和钻孔质量。随着潜孔锤技术的不断发展和应用范围的扩大，它将在克服复杂地质挑战和推进地下工程建设方面发挥更大的作用。
