[科普中国]-反循环钻进

反循环钻进指的是使冲洗介质由钻具与孔壁之间的环状空间流向孔底，携带岩屑再由钻具内孔返回地表的钻进方法。与这种循环方式相反的传统循环方式称为正循环。

介绍正循环时，冲洗介质在孔底的流动方向与岩心进入岩心管的方向相反，易冲毁并带走一部分破碎的岩心。反循环则与之相反，能起到保护岩心，提高岩心采取率的作用。在钻大直径钻孔时，钻杆外壁与孔壁之间的环状空间断面很大，采用正循环，冲洗介质上返速度很低，很难将岩屑排除干净;而反循环时，冲洗介质由钻杆内返回，流速较高，携带岩屑的能力也较强，甚至可将直径为100mm左右的卵石带出钻孔。此外，与正循环比较，反循环还具有四个优点，①孔底干净，避免岩屑二次破碎，可提高钻效;②驱动冲洗介质循环所需的泵压较小;③孔壁容易维护，特别是使用双壁管反循环钻进，可减少冲洗介质漏失;④钻进松软岩(土)层能大幅度降低钻探成本。

地质钻探中常用一种孔底局部反循环钻进。实质上它是正循环与反循环的结合，即使用专门的钻具，在粗径钻具以上进行正循环，只在粗径钻具部位采用反循环。这种方法可以收到反循环提高岩心采取率的效果，而使用的设备又比全孔反循环简单。在生产中被广泛用于松散、破碎岩 (土) 层的钻进。1

种类目前生产中应用的反循环钻进方法很多，有：泵吸反循环、射流反循环、气举反循环、中心采样反循环和水力输送岩心反循环等。

泵吸反循环将砂石泵的进水口通过软管与钻杆上端的水龙头相连，砂石泵工作时，在其进水口形成负压，而孔口钻杆外面的冲洗介质则处在大气压的作用下，产生的压力差使冲洗介质反循环流动。由泵排出的冲洗介质经除砂和沉淀后以自流方式补入孔内。试验表明，在孔深小于45m时，用泵吸反循环钻进效率较高。随着孔深的增大，泵的排量逐渐减小，钻进效率也随之下降。在孔深超过70m后，虽然也能工作，但效率很低。因此，这种方法适用于钻进直径很大而深度较小的水井或各种工程基桩钻孔。

射流反循环又称喷射反循环，与泵吸反循环不同之处是，它利用高能流体经过安装在循环管路中的带喷嘴和扩散器的射流泵(或喷射元件)所造成的负压来使冲洗介质反循环流动。射流泵所需的高能流体由高扬程离心泵或往复泵供给。这种反循环也适用于钻进浅孔。但在岩心钻探中，常用一种喷射式反循环钻具(简称喷反钻具)进行孔底局部反循环钻进。此时，喷射元件装在岩心管上端，可在较深钻孔中使用。

气举反循环又称压气反循环，所用钻具分上、下两部分，上部为双壁钻杆，下部为单壁钻杆 (又称尾管)，其间用气—水混合器(气举接头)相连。压缩空气不断地通过双壁钻杆内、外管之间的环状通道送至气-水混合器，使空气与钻杆内的冲洗液混合，形成相对密度较小的混气液柱，与钻杆外面的液柱之间产生压力差，在此压力差的作用下形成反循环，使内钻杆中的混气液体携带岩屑排出孔外。混气液中的气泡在上升过程中由于外界压力逐渐减小而不断膨胀，使混气液上升的速度越来越快 (压缩空气的膨胀功转化为液体的动能)。这种方法在开孔阶段不能使用，必须待气-水混合器下入一定深度(一般孔深超过25m)，整个管路内、外液柱产生足够的压力差，才能形成反循环。只要空气压缩机的压力足够，这种方法的适用孔深不限。

反循环连续取心钻进国外称CSR法 (Center-Sample Recovery)。该方法用压缩空气或空气泡沫流体作为循环介质，通过双壁钻杆内、外管之间的环状间隙，将冲洗介质送入孔底，再由内管返回地面。所用钻具的连接方式是，气-水龙头—双壁钻杆—专用接头—牙轮钻头或潜孔锤。其中，气-水龙头有两个通道，一为进气通道，一为排出通道。专用接头有导流接头和交叉通道接头两种，导流接头的作用是，将在内、外管间环状间隙中循环的冲洗介质，导向钻头与孔壁间的环状间隙，经孔底后沿牙轮钻头中心孔上返进入中心通道。交叉通道接头可使循环的冲洗介质先在孔底进行局部正循环冲洗孔底后再变为反循环排除岩屑，牙轮钻头和潜孔锤都可采用。这种方法，可以实现边钻进，边冲洗钻孔，边采样的“三边一体化”连续钻探，改变了传统的钻进和采样截然分开的生产流程，在中硬以上岩层中钻进，可使钻探效率大幅度提高，成本显著下降。

水力输送岩心反循环这种方法与CSR法相似，不同之处在于，①循环冲洗介质为清水或泥浆;②采取的样品不只是岩屑，还可以是岩心(在完整岩层);③除使用双壁钻杆外，在比较稳定的不漏水岩层中，还可采用单壁钻杆，使钻具结构简化(此时需配备孔口密封装置); ④主要用于钻进中硬以下的岩层。2

优点(l)钻进效率高；

(2)取样及时且采取率高，有利于准 确判断地层；

(3)在含水层中钻进时，可避免泥浆对孔 壁的堵塞，能保持地层原有的自然渗透率，反循环钻进 可使用硬质合金、金刚石、牙轮和刮刀钻头等各种不同 碎岩工具，可用于回转钻进、冲击钻进和冲击回转钻进 等各种碎岩方法的循环冲洗钻进，其冲洗介质可以是 清水、泥浆或空气。可钻进垂直孔、倾斜孔或水平孔，可钻进各类地层。

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学