金刚石绳索取芯钻进在煤田地质勘探中的应用_绳索取芯金刚石钻探

2020-02-27 其他范文下载本文

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金刚石绳索取芯钻进在煤田地质勘探中的应用

金钢石绳索取芯钻进具有钻进效率高、岩（矿）芯采取质量好、劳动强度低、单位进尺成本低等诸多优点。因此，在煤田地质勘探中得到了广泛的推广与应用。我队于八十年代中期曾引进金刚石绳索取芯钻进工艺。分别在多个矿区共施工钻孔26个，完成钻探工作量11000余米。与同期同一矿区采用普通工法施工的68个钻孔相比较，普工法钻进钻月效率由的217米/月提高到288米/月。岩（矿）芯采取率由83%提高到97%。特、甲级孔率由45%提高到82%。体现出了显著的技术先进性和质量可靠性。近年来，随着地勘基金项目和地方煤炭资源勘察工作的需要，地质钻探工作量正日益增多。为获取较好的地质效果和经济、技术效益。我队在原有钻探工作的基础上，着重发展了以金钢石绳索取芯钻进工艺为主的施工技术研究和施工队伍建设。

煤田地质勘探主要施工地层为沉积岩层。岩性复杂多变，尤其在进入煤系地层后，水敏性地层及松软破碎岩层多，且软硬互层频繁，给金刚石绳索取芯钻进带来许多不利影响。因此，在金刚石绳索取芯钻进中，认真进行钻孔结构设计，有效选择钻井液类型和配方，合理采用钻进参数和操作规程，是保证金刚石绳索取芯钻进在煤田地质勘探中顺利进行的一项极为重要的工作。

一、钻孔结构设计

根据地层剖面和深度不同，设计合理的钻孔结构，是实施金刚石绳索取芯钻进的基本条件之一。

在钻孔结构设计中，如开孔地层为坚硬致密的较完整岩层，通常只需设计下入一层技术套管，套管长度视地层变化确定。如开孔地层为表土层或风化破碎层，尤其当深度为大于600米以上的中、深钻孔时，由于施工周期长，地层稳定性差，除下入技术套管外，还需设计下入2~3层护壁套管，以满足钻孔施工的需要。

技术套管是钻孔结构设计中的一项不可或缺的重要内容，而套管管径的选择与绳索取芯钻进也有着密切的关联。一般宜选择较正常钻进钻具大一级口径的套管做为技术套管。下入技术套管的目的，除为保持孔壁稳定，防止井孔坍塌掉块外，同时还起着如下作用：

1、有效排除岩粉。通过技术套管来改善钻孔孔径的尺寸要素，保持钻井液上返速度，使其在整个流程中大体不变。

2、减小钻杆与孔壁间的间隙，提高钻具的对中性和稳定性，预防钻孔弯曲和钻具折断。对千米以上的超深钻孔，为防止钻孔深部遇到复杂地层。一般还可设计在钻孔上部采用大一级口径钻具钻进。当遇到复杂层后，则将大一级口径钻具留在孔内作为套管使用，再改用小一级口径钻具钻进至终孔。

技术套管宜采用左旋螺纹连接。连接后要求保持套管内平。以避免上、下钻具时碰撞钻头。套管应下在完整坚硬的岩盘上。如设计有多层护壁套管，则需在各层套管间采取有效的密封固定措施，以防止杂物掉入套管间隙内。

二、钻井液的选择

钻井液是绳索取芯钻进工艺的核心。尤其在煤田地质勘探中，它需要解决两个问题。一是如何安全通过遇水敏性地层。二是绳钻的结构特点—内外环状间隙很小而引起的一系列孔内问题。这两个问题相互影响，造成了比其它钻进方法更为复杂的“复杂地层钻进”。因此，对其性能要求较普通钻井液更高。绳索取芯钻井液要求具备以下功能：

1、固相含量低，能防止钻杆内结泥皮而影响内管总成的投放与打捞。

2、有较好的润滑性能，能减小回转钻柱的阻力。

3、有良好的流变性，能提高钻速，有效排除岩粉。

4、有低的失水量，形成的泥皮薄而坚韧，能有效抑制水敏地层吸水膨胀。我们目前施工所在矿区，地表出露多为灰岩，并且需穿过王藩里，下老山两段含煤地层，钻孔深度大（一般为900米~1200米），见煤层数多，岩层软硬互层频繁。因此，在钻井液的选型上，除需满足绳钻本身所固有的结构特点外，尤其需要具有良好的护壁和抗水敏性能。在以往工作的基础上，我们经过对各种钻井液配方的反复试验和技术比对。最终选型了一种以NV-1型人工钠土为基料，以PHP、CMC和KHM为添加剂的低固相钻井液配方。该配方钻井液性能参数为：比重：1.05~1.08、粘度：20~25秒、失水量：8~10毫升/30分、泥皮厚度：小于0.5毫米、PH值：8.0~9.0。较好的满足了该矿区绳索取芯钻进需要。

三、提高煤芯采取率措施

绳索取芯钻具结构中，其内管总成本身设计有单动、岩芯堵塞报警，内管扶正等装置，并且内管底部还装有卡簧和卡簧座。因此，对保证岩（矿）芯采取率提供了有效的技术保证。但在实际使用中，如操作不当或参数不合理，仍会对岩（矿）芯的采取带来一定影响。煤层钻进中尤其如此。为确保煤芯采取率和采取质量。我们采取了以下措施：

1、薄煤层钻进

要求在一个回次内将煤层及顶、底板全部穿透，穿过煤层后，在底板中钻进0.1~0.2米应即时打捞内管。防止打薄煤层和钻进时间过长对煤芯结构造成了破坏。

2、厚煤层钻进

a、进入煤层顶板后，及时调整钻井液性能，主要将粘度提高到25秒以上，便其能有效排除岩粉，保持孔底清洁。

b、顶板岩芯必须采取干净。如发现有脱落岩芯，必须将其处理干净后方可进行煤层钻进。

c、煤层钻进回次进尺控制在1.5米左右，并且保持钻进参数始终均匀一致，不可随意提动钻具。

d、认真检查卡簧自由内径与钻头内径是否匹配，切忌不可在使用旧钻头时换用新卡簧。在粉煤层中钻进，可采用底喷式、侧喷式以及内管超前式或内管压入式钻头钻进。

四、“打滑”地层及软硬互层中钻进措施

对于压入硬度大于450kg/mm2，抗压强度大于1500 kg/cm2,研磨性小于15mg，岩石颗粒为细粒的花岗岩，隐晶石英岩等坚硬岩石。在绳索取芯钻进中，机械钻速和回次进尺都很低，俗称“打滑地层”。在该类岩层中钻进应采取如下措施以提高钻效：

1、优先选用热压或孕锒式剧齿形、齿轮形或阶梯状金刚石钻头，以减少底唇面积，有利于创造体积破碎岩石的条件。

2、金刚石胎体浓度不宜过高，一般以不超过75%为宜。胎体硬度选择为HRC25~30，并选用优质级的天然孕锒料或高强度的人造孕锒料。有利于金刚石颗粒的出露。

3、调整钻进参数。增大钻压并适度降低转速和泵量，借助孔底岩粉加速胎体磨损。软硬互层中钻进，如操做不当，极易造成钻孔偏斜或钻具折断。因此，必须认真做好以下几点工作：