绳索取芯施工技术
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绳索取芯钻探施工技术武孟元(河北省水利工程局河北石家庄 050021)[摘要]介绍了绳索取芯钻探工艺钻具的结构,并对钻进规程的各种具体参数及报信机构的使用进行了分析,总结了绳索取芯钻探技术的主要优越性及在堆渣层中的应用。
[关键词] 绳索取芯;钻进参数;优越性;堆渣层灌浆绳索取芯钻进是一种先进的岩芯钻探工艺。
它采用大直径的钻杆,在钻具里面套装一根取芯管,在钻进过程中,岩芯缓慢地装在取芯管内。
当回次进尺终了,岩芯装满取芯管时,采用带绳索的打捞器,从钻杆中把取芯管提出,提取岩芯后,又从钻杆中把取芯管放到孔底,继续钻进。
绳索取芯与普通钻进取芯相比,具有控制钻孔偏斜度、提高钻进效率、降低工程成本、提高岩芯采取率、减少孔内事故等优点;尤其在钻穿复杂地层方面,有着其它施工技术无可比拟的优点,因而被广泛应用。
1 绳索取芯钻具简介绳索取芯整套钻具分为双管部分和打捞器两大部分。
1.1 双管部分双管部分包括外管总成和内管总成。
1.1.1 打捞机构当捞取岩芯时,打捞器上的打捞钩抓住捞矛头,将取芯管提出孔外。
1.1.2 弹卡机构内管总成进入外管总成后,实现弹卡自锁,防止由于振动等原因使弹卡并拢而导致内管总成上窜。
1.1.3 悬挂机构当内管总成到位后,悬挂环座落在座环上,保证卡簧座与钻头内台阶之间有一定间隙,以便外管单动灵活。
1.1.4 到位报信机构内管总成到达预定位置时,地面上水泵压力表的读数突然变化,可以调整水量开始钻进。
1.1.5 岩芯满管或堵塞报信机构岩芯满管或堵塞时,导致地面上水泵压力表读数升高,起到报警作用。
1.1.6 调节机构调节内管总成中卡簧座与钻头内台阶之间的间隙,保证其间隙量为2-3mm。
1.1.7 缓冲机构卡取岩芯时,起缓冲作用来保护内管和卡簧座。
1.1.8 单动机构分离内管和外管,实现钻具外管单动,内管相对外管静止。
1.1.9 容纳与卡取岩芯机构容纳和卡取岩芯。
1.1.10 扶正机构扶正内管,使卡簧座对正钻头内孔,以便岩芯顺利地进入内管,减少岩芯磨损,提高岩芯采取率。
绳索取心技术在岩土钻探施工中的应用在对绳索取心技术实际施工应用范围进行简单归纳后,结合自我多年实际工作经验,对复杂破碎地层的绳索取心钻进施工技术要点进行详细分析研究。
最后对绳索取心技术在工程应用中的优势效果进行认真总结。
标签:绳索取心技术;复杂破碎地层;钻探1绳索取心技术的实际应用范围在我国,绳索取心钻探技术的发展较晚,与一些先进的发达国家相比,绳索取心钻探的综合效率和使用寿命存在差异。
然而,在众多钻探专家学者的不懈努力下,我国绳索取心钻探技术取得了很大的进步。
绳索取心钻探技术已广泛应用于岩矿勘探,工程地质勘探,水文水资源工程地质勘查等实际工程中。
目前,我国绳索平均月效率可达600m~1000m,平均工作效率可达7m/h~10m/h。
在正常情况下,钻杆的综合使用寿命超过20000m。
然而,大量国内钻探的实际施工经验表明,使用绳索取心钻探技术后,并非所有钻探项目都能获得满意的效果。
在岩石的钻探中,应该综合考虑钻探条件,比如钻孔深度,钻头质量水平和绳索取心钻具及辅助设备等因素。
根据现场条件以及投资成本,合理选择钻探技术。
绳索取心技术,从理论上讲适合各种岩层条件,应用范围比较广泛。
绳索取心技术适合于4级~9级岩层,钻探效率及质量、安全都有一定的保障。
但是,就我国目前的钻探施工技术水平来说,不建议采用绳索取心技术进行10级~12级凿岩施工。
特别是当岩层是非常坚硬的岩层,如果采用绳索取心技术,密度大,颗粒细小,在上述岩层条件下,钻头打滑,钻速效率也相对较低,不能充分发挥绳索取心钻孔技术的优势,造成钻探效率、质量下降。
2绳索取钻井时的施工要点2.1浅层风化岩土的地层其绳索取心钻进时施工的要点浅层强风化以及全风化岩土的地层其绳索取心的钻进钻探施工过程当中,应该首先要与钻探所在实际的位置相结合,选配出与该地层适合的润滑泥浆对其钻孔的孔壁实行相关的支护完善,而且发挥到将钻具润滑的作用;再选取和该类风化岩的土地层适合的钻头设备,在确保钻探综合的施工质量不变的前提之下,使得钻孔钻进的速率得到有效的提升;运用实际的施工当中极易进行操作短小钻具;于浅层的风化岩层之上实行其钻进取心工作的时候,不要太过着急,应该依照钻进工作相关的施工操作流程以及现场施工的组织设计需要,依据平稳可靠稳健的钻进原则,确保全部钻探施工的过程高质量、高效率的进行下去。
绳索取芯钻探技术书籍
绳索取芯钻探技术是一种利用绳索传递力量和整体钻具坠重的钻探方法,它可以在不需要大型钻探设备的情况下进行地层勘探。
这种技术适用于一些特殊情况,例如山区、高海拔地区或者是需要在狭小空间内进行勘探的场景。
在进行绳索取芯钻探之前,需要先了解所需钻探的目标区域的地质情况。
同时,还需要准备一些必要的工具和设备,例如钻探机、钻头、销钉、钩子等。
在这一过程中,安全措施也是十分重要的。
在开始钻井之前,需要先将钻头与一根绳索相连,然后通过配合使用销钉和钩子等工具,将整个钻探设备牢牢固定在绳索上。
接下来,通过拉紧绳索,可以让钻头开始钻进地下。
一旦钻头到达了目标深度,就可以将其拉出,并通过特殊的设备将取得的地下样本带上来,供进一步分析和研究使用。
虽然绳索取芯钻探技术可以在一些特殊情况下发挥很大用处,但是相较于传统的钻探设备,其存在一些不足之处。
例如,在控制钻头进出速度、控制钻头下穿方向等方面,都需要更多的练习和技巧的积累。
同时,该技术也存在一定的危险性,如果在钻探过程中出现任何差错或者是安全措施没做好等情况,都有可能导致严重的伤害甚至是事故
的发生。
总之,绳索取芯钻探技术是一种十分实用的地层勘探方法,但是在使用过程中需要注意安全问题,并且还需要在练习和实践中逐渐掌握钻探技巧,方能更好地运用该技术进行勘探工作。
一、钻进参数的选择1、钻压绳索取心钻头的底唇面积比普通金刚石钻头的底唇面积大(约比普通金刚石取心钻头大1/4)。
所需钻压相应增大25%。
2、转速可以按普通金刚石钻头钻进的圆周速度(表镶钻头0.5~2m/s;孕镶钻头1.5~m/s)计算转速,但需考虑钻孔深度。
3、泵量由于绳索取心钻具环状间隙小,钻头底唇面积大,所以按钻头底唇单位面积上冲洗液消耗量计算泵量,比普通金刚石钻进的泵量略大。
二、钻进工艺过程绳索取心钻进的基本工艺过程:地表组配钻具-检查卡簧、卡簧座和钻头内径的配合-下钻(内管总成可以不随钻具下入)-送水冲孔-投入内管总成-钻进-卡断岩心-下入打捞器打捞内管总成-提出内管总成、取岩心-检查内管总成-从钻杆内孔中投入(或下入)内管总成-继续钻进-……钻进工艺过程中应注意以下几点:1、当岩心充满岩心管或岩心堵塞时,应立即打捞岩心。
使用装有堵塞报警机构的钻具钻进时,当岩心堵塞或岩心充满后,泵压骤然上升。
2、将钻具提离孔底一小段距离,卡断岩心,拧开机上钻杆,钻机退离孔口。
3、从孔口钻杆中放入打捞器。
打捞器在冲洗液中下降速度约为1.5~2m/s。
由此,可根据孔深估算打捞器到达孔底的时间。
一般在1000m孔深范围内,可听到打捞器到底的轻微撞击声。
4、当打捞器到达孔底,可缓慢地提动钢丝绳。
若因提动钢丝绳而造成冲洗液由钻杆中溢出时,说明打捞可能成功,否则需再次下放打捞器。
5、若打捞成功,则用绳索将内管提出,否则应提钻处理。
6、内管提出后,应缓慢放下摆平,以免将调节螺杆墩弯。
7、当从所取岩心中判明外管和钻杆内无岩心时,将另一套备用岩心管从孔口下人钻杆内。
此时可开动钻机缓慢转动并开泵冲送,加快内管下降速度及防止在钻杆中卡塞。
8、在干孔中,不能直接把内管投入钻杆中,应采用打捞器送入,或在钻杆柱内注入冲洗液,然后迅速将内管投入。
9、通过钻具到底报信机构的显示或根据下降时间判断确认内管已经到位时,慢慢开始扫孔钻进。
10、在易斜岩层中钻进时要注意防斜。
云南某煤矿勘探绳索取芯钻进技术探讨从施工设备、施工工艺、事故预防等几个角度对地处川、滇、黔三省边界某煤矿使用绳索取芯钻进施工过程中存在的一些问题进行分析探讨,希望对同类煤矿有所借鉴和参考。
标签:煤矿勘探;绳索取芯;钻进工艺位于川、滇、黔三省边界的某煤矿,地势地形复杂,岩层构造复杂。
施工煤层漏失、坍塌较为普遍发生。
煤层是煤炭钻探的目的层,由于煤炭自身具有疏松、酥脆、微裂隙发育的特点,坍塌事故发生很普遍。
通过使用比较先进的钻探机械和使用科学合理的技术,解决了地质复杂,结构不稳定等难题,取芯钻进取得很大改善。
1 钻进工艺1.1 设备安装与开孔钻进要根据工作规范要求自觉执行。
首先安装钻探设备要注意严丝合缝,确保天轮滑车、立轴以及孔口三点一线。
开孔钻具的选择第一要直,要同心度好。
打孔钻进的时候应该轻压、慢转、勤提动,钻具缓慢延长,使钻具满眼,达到正常钻进。
钻孔时根据不同岩层情况,不断转换直径,将套管下入。
孔斜的测量要在下套管前进行,为了防止歪斜换径的时候要加以导正。
1.2 钻头的选择选择钻头唇面形狀的时候要根据岩层性质来选择。
中等硬度的岩层匹配锯齿钻头,这种钻头能够很好地与孔底接触,钻头轴向压力得提高;在比较坚硬的岩层中,应该选用粒状钻头或者是单边钻头,通过增强钻压来提高切入深度进而减少崩齿;在松软的岩层之中应该选用圆弧、平底钻头,这样能较好地与孔底相吻合,保持良好稳定性。
1.3 选择钻进参数通常情况下,钻头的最开始的压力是2kN以内,正常压力为7~10kN。
坚硬的岩层转速为500~800r/min,破碎岩层中的速度为300~400r/min,浅孔稳定岩层可以是1000r/min以上。
泥浆泵的泵量通畅控制在45~78L/min之间,泵压保持在3MPa以内。
岩层比较完整的时候,在冲洗液润滑性能允许的情况下可以提高转速,钻进压力可以保持在15~20kN之间。
1.4 选择冲洗液我们在考虑到本地区的地质条件较为特殊以及绳索取芯钻进特点的基础上,无固相冲洗液和低固相防塌泥浆。
绳索取芯在山区施工的孔斜规律及防治措施绳索取芯是指在山区施工时,为了加固施工孔壁的稳定性,通常会在孔中注入水泥砂浆或人造灌浆材料,形成一个固定的芯心。
这种方法可以有效地防止山区施工中孔壁塌方或者土方滑坡的发生,确保施工的安全和稳定性。
绳索取芯的孔斜规律是指在进行绳索取芯施工时,孔的倾斜程度与孔的深度之间的关系。
在山区施工中,由于土质松软或者坚硬度不均匀,施工孔一般会有一定的倾斜程度。
这种倾斜程度是根据施工孔的深度来确定的,一般情况下,孔越深,倾斜程度就越大。
这是因为在施工孔较浅的情况下,施工孔的土体支护能力相对较强,倾斜程度相对较小。
而在施工孔较深的情况下,施工孔的土体支护能力相对较弱,倾斜程度相对较大。
为了确保绳索取芯施工的安全,需要采取一系列的防治措施。
首先,施工前需要进行详细的地质勘察和分析,了解山区的地质情况,包括土壤的性质、岩石的类型等。
通过对地质情况的了解,可以选择合适的取芯方法和施工孔的倾斜角度。
同时,也可以根据地质情况选择合适的取芯设备和材料。
其次,需要进行合理的施工孔设计和布置。
孔的位置和布置应该符合工程的要求,避免在山体稳定性较差的区域进行施工。
施工孔的直径和深度应该根据地质情况和工程要求进行确定,同时要注意施工孔的倾斜程度,避免过大倾斜导致孔壁的不稳定。
在施工过程中,需要合理选择取芯设备和材料,并严格按照施工要求进行操作。
同时需要进行施工孔的监测,及时发现和处理孔壁塌方或者土方滑坡等安全隐患。
在施工孔中注入砂浆或人造灌浆材料时,需要确保注浆的均匀性和密实性,避免注浆不足或者过多导致孔壁的不稳定。
最后,在施工完成后,需要进行施工孔的巩固和监测。
可以采取添加钢筋或纤维增强材料等措施,增强孔壁的稳定性。
同时要进行定期的孔壁监测,及时发现和处理孔壁塌方或者土方滑坡等安全隐患。
如果发现孔壁出现问题,要及时采取相应的修复措施,确保施工孔的安全和稳定。
水文地质勘查孔钻探中绳索取芯钻进工艺的应用分析摘要:绳索取芯钻进工艺有助于降低劳动强度,提升岩矿芯采取率,降低孔斜,对于钻杆、钻头等工具的消耗较少,整体经济效益较高,可将其运用到水文地质勘查孔钻探工作中。
本文结合具体项目,分析了绳索取芯钻进工艺的应用要点,以此来为该工艺的实践应用提供参考思路。
关键词:水文地质勘查钻探;绳索取芯钻进工艺;应用要点水文地质钻探是当前水文地质勘探、普查工作中常用的技术手段,主要是为了获取地下水文地质信息,在物探与测绘工作的基础上,针对含水层的厚度、构造、层次、岩性、水温、水质等进行勘查。
水文地质勘探孔具有垂直度要求严苛、岩屑排出量较大、钻孔直径偏大的特点,同时施工地层极易发生破碎、漏失以及坍塌等情况,必须选择钻孔质量与效率都比较高的钻进工艺。
现对绳索取芯钻进工艺在水文地质勘查孔钻探中的应用情况展开研究。
1项目概况袁店一井煤矿2021-观1孔终孔深度为1351.76m,终孔层位为奥灰,需在三隔以下完成取芯任务,获取煤层煤样,针对奥灰层进行抽水试验并完成取样,下入套管同时进行隔离止水。
钻孔结构一开:孔深0~270.13m,孔径为Φ250mm,下置Φ177.8×8.05mm套管;二开:孔深0~1189.81m,孔径为Φ152mm,下置Φ127×6.50mm套管;三开:奥灰段,孔径为Φ94mm裸孔。
2水文地质勘查孔钻探中绳索取芯钻进技术参数分析2.1钻压面对强研磨性、软硬互层、破碎松散、产状陡立等地层,节理发育岩石或者遭遇钻孔超径、弯曲等情况后,需适当进行减轻钻压。
经过初磨的断钻头,仅通过正常钻研即可保持高钻速。
钻进期间,金刚石因被磨钝,其钻速降低后,需以平稳的方式提高钻压[1]。
绳索取芯钻头的钻压略大于双管钻头,本孔钻压控制在10KN到12KN之间。
2.2钻速面对产状陡立易斜地层、软硬互层、裂隙破碎地层以及坚硬弱研磨性地层时,需要将转速降低;在软岩层中进行钻进作业时,需要对转速进行限制。
论采矿绳索取芯钻进工艺技术摘要:坑道钻探是指为了地质、工程、安全、采矿等目的而在矿山坑道中进行的一种特殊钻探技术。
该钻进技术,在钻进的同时有探测的内容,并因钻孔口径较小,区别于矿井下使用反井钻机等施工溜煤眼、通风孔等大口径工程孔的施工。
对采矿绳索取心钻进工艺进行简要的分析。
关键词:采矿;绳索;取心;钻进;工艺中图分类号:td43文献标识码: a 文章编号:1前言绳索取芯钻进是一种先进的岩芯钻探工艺。
它采用大直径的钻杆,在钻具里面套装一根取芯管,在钻进过程中,岩芯缓慢地装在取芯管内。
当回次进尺终了,岩芯装满取芯管时,采用带绳索的打捞器,从钻杆中把取芯管提出,提取岩芯后,又从钻杆中把取芯管放到孔底,继续钻进。
绳索取芯与普通钻进取芯相比,具有可控制钻孔偏斜度、提高钻进效率、降低工程成本、提高岩芯采取率、减少孔内事故等优点;尤其在钻穿复杂地层方面,有着其它取芯技术无可比拟的优点,因而被广泛应用。
坑道钻探是指为了地质、工程、安全、采矿等目的而在矿山坑道中进行的一种特殊钻探技术。
该钻进技术,在钻进的同时有探测的内容,并因钻孔口径较小,区别于矿井下使用反井钻机等施工溜煤眼、通风孔等大口径工程孔的施工。
1 绳索取心的特点绳索取心钻进应用于矿井坑道钻探,在我国是最近几年的事,并初步获得了成效,显示了其优越性:减少升降次数,增加纯钻进时间,提高钻进效率。
纯钻进时间可提高45%左右。
由于钻杆与孔壁间隙均匀一致,因此易于排除岩粉,改善了孔内安全条件,有利于钻穿复杂地层。
由于绳索取心器采用单动装置,有利于保持岩(煤)心的原状,从而提高了岩(煤)心采取率。
钻杆与孔径级配合理,容易掌握钻孔垂直度,钻孔偏斜小。
采用绳索取心钻杆稳定组合钻具,可提高钻孔精度,防止钻孔偏斜。
2 绳索取心钻具的结构在坑道内施工倾角为0°~50°的水平孔、次水平孔或者仰角孔时,绳索取心器的内管总成和打捞器都必须用泵压送到位,因此内管总成和打捞器都设置了泵压送机构,该机构具有泵压送时本身液流通道自动关闭,钻进与打捞内管总成时,本身液流通道自动打开的性能。
绳索取芯钻探在复杂地层矿区施工技术措施彭步涛(福建省121 煤田地质勘探队,福建龙岩364021 )摘要:该文主要论述了绳钻技术在复杂地层煤田勘探矿区中研究应用情况及取得的效果,即从钻孔结构冲洗液技术、护壁堵漏技术、钻具配套及硬岩钻进等方面进行了有效的探索和应用,对类似矿区施工具有较强的实践性和指导意义。
主题词:绳索取芯钻探技术; 施工措施; 含煤矿区复杂地层“科学技术是第一生产力”。
这是邓小平理论对马克思主义科技理论的重要贡献,在这一理论的指导下,我国的科学技术水平出现蓬勃发展的局面。
作为煤田地质勘探专业队伍的福建省121 煤田地质勘探队,从上个世纪八十年代中期为加快勘探步伐,缩短勘探周期,依靠科技进步,积极推广应用绳索取芯金刚石钻进技术(以下简称绳钻技术);经过二十多年的努力和探索,使绳钻技术不断完善,钻进效率和勘探质量明显提高。
二十二年来累计完成钻探进尺48.4 万米,在闽、云、贵、川等省份探明煤炭储量50 余亿吨,为当地的经济建设做出突出贡献。
通过多年对该技术的研究和应用,使福建省121 队的钻探技术竞争力不断提高,绳钻技术应用水平达到国内领先。
1 含煤田地层的基本特点煤田勘探施工的主要区域分布在福建、云南、贵州、四川等省份。
福建煤田地质主要勘探对象见三叠纪童子岩组,童子岩组之上由翠屏山组所覆盖,为非煤系地层,主要岩层见泥岩、粉沙岩、细粉砂岩和中粒沙岩。
云、贵、川主要含煤地层为二叠系上统龙潭组,主要岩性以粉砂岩、细砂岩、泥质砂岩、粉质泥岩为主,而覆盖其上部的三叠系个旧、永宁镇组以灰岩为主。
福建省121 队煤田勘探矿区按钻探施工技术要求,有如下几个特点:(1 )钻孔漏失严重为主要特点。
特别是永宁镇组、个旧组中的石灰岩溶洞发育,溶洞最大达20 米。
童子岩组的风化带和断层破碎带也是主要漏失区,属裂隙裂缝性,有时也出现小溶洞,并有地下水活动。
另外,由于绳钻工艺环空间隙小,泵压损失大,常使地层失去平衡以致诱发漏失。
(2 )孔壁坍塌也是绳钻工艺施工中常见现象,坍塌常出现在断层破碎带中。
另外,在厚煤层中(特别见粉煤层)钻进,由于钻孔护壁不稳定,上下钻具操作不当也易引起煤层坍塌,这种现象在各勘探区都经常遇到。
(3 )硬岩“打滑”地层,在翠屏山底部约40m ,属硅质胶结的石英砂岩。
同时,含有少量的隧石,岩石硬度在X 级以上。
采用一般金刚石钻头钻进其效果差,钻效低,新钻头投入使用后很快被磨钝而打滑不进尺。
(4 )煤系中煤层多,一般钻孔都可见煤层十几层,煤层有块煤、粉煤两种。
粉煤取芯难度大,若操作不当往往造成采取率达不到要求致使钻孔质量降级。
(5 )岩层倾角变化大,软硬互层频繁,属易斜地层。
(6 )龙潭组中部分泥岩遇水膨胀,钻进中发生缩径现象,对泥浆性能要求高。
总之,煤田地质工作条件的特点综合反映了南方各省普遍出现的“硬、脆、碎、漏、塌、斜、胀”的复杂面貌,直接影响钻探效率和钻孔质量的提高。
2 绳钻施工技术的研究和应用2.1 对钻孔结构的设计和选择钻孔结构设计和选择正确与否,直接影响钻探效率的提高和施工成本的降低,该项工作对钻孔的顺利施工影响极大。
因此,根据客观条件选择合理的钻孔结构是保证绳索取芯钻进正常进行的重要条件,可以减少重复扩孔和起下技术套管的程序和时间,从而提高钻进效率。
(1) 对构造简单、开孔为煤系地层且钻孔较浅、岩石较完整的矿区,一般选用2-3 级钻孔结构,下1-2 层技术套管。
如一开φ 110 、二开φ 95 、三开φ 77为常用的钻孔结构。
(2) 对上部较复杂、无煤系开孔的钻孔、或存在灰岩溶洞的矿区,一般选用4-5 级钻孔结构,利用技术套管将上部复杂地层隔离后,再使用S75 钻具完成煤系地层的施工;即一开φ 130 或更大、二开φ 110 、三开φ 95 、四开φ 77 终孔,为常用的钻孔结构。
(见表1 )表 1 云南老厂矿区钻孔实际成孔结构一览表由此可见,选择合理的钻孔结构,充分发挥技术套管对上部复杂地层的隔离作用,见顺利完成钻孔施工重要保障。
2.2 冲洗液的研究和应用冲洗液是钻探的血液,是保证绳钻技术能否顺利应用的关键技术。
针对煤田地质情况,研制出既符合绳钻开高转要求的“三低一好”(低粘度、低切力、低密度、润滑性好),又能满足不同地层护壁要求的各类冲洗液,经过多年的研究和探索,已形成系列:(1) 无固相冲洗液。
与清水相比,具有较好的携带和悬浮岩屑的能力,且能在井壁上形成薄的吸附膜,具有一定的护壁能力,有较好的润滑和减阻作用。
由于现场配制简单、成本低、钻进时效高等特点,深受一线职工欢迎。
该类型的冲洗液主要应用于无煤系地层或条件较好的煤系地层。
常用的无固相冲洗液有:聚丙烯酰胺(PHP )无固相冲洗液、田菁胶(TG-1 )型无固相冲洗液、MY 型无固相冲洗液等。
无固相冲洗液适当加入钾离子(k+)可提高其护壁能力。
(2) 低固相冲洗液。
以优质钠膨润土为基本造浆材料, 以添加一定量的泥浆处理剂调整冲洗液性能达到即能满足绳钻开高转数的需要,又能达到护壁的目的。
如以(3-5 )% 人工钠土配成基浆,添加硝基铁钾、磺化沥青(DLSAS )、广谱护壁剂(PGS )、润滑剂等制成的优质低固相冲洗液,适应于破碎带、泥岩、煤层等遇水膨胀、坍塌水敏性地层。
(3) 实例应用福建省121 队2000 年106 钻机在四川攀枝花矿区施工2 个孔,累计见可采煤层46 层,煤层厚度达65.46m ,由于冲洗液类型选择合理,性能稳定,没有出现坍塌现象,保证钻孔的顺利施工,使绳钻的优越性得到充分发挥,取得较好的经济技术效果。
(见表 2 、表 3 )表 2 冲洗液类型的选择及性能表 3 钻探施工主要经济技术指标从以上可以看出,在冲洗液类型选择方面,一般情况下无煤系地层选用无固相冲洗液,即可以降低生产成本,又可提高钻进时效;在煤系地层,选用低固相冲洗液可实现安全顺利施工。
2.3 适当增大钻头外径适当增大钻头外径,对钻探施工是非常有利的。
根据龙永煤田的实际情况,先后两次增加钻头外径,由φ 75 到φ 76 到φ 77 (扩孔器外径随之加大),直径加大后一是有利于排除岩屑,减少冲刷,有利于孔壁稳定;二是可保证经过改扣的φ 89 套管能够继续作为技术套管;三是增径后有利于减少冲洗液的漏失;四是有利于减轻泥浆泵的负荷。
见表 4 。
表 4 增径后泵压变化情况表2.4 护壁、堵漏技术的研究和应用(1) 充分发挥技术套管的隔离作用,将上部复杂地层隔离,为下部施工创造条件。
如云南老厂矿区上部被永宁镇组、个旧组灰岩所覆盖,该矿区“十山九空,孔孔有硐”,用技术套管将上部灰岩隔离是解决涌、漏水最有效的措施(见表 1 ),该措施适应于灰岩溶洞、采空区、钻孔超径、缩径、涌水量大严重坍塌的钻孔。
(2) 对于渗透性漏失的地层(漏失量小3.5m /h )采用综合惰性材料灌孔压堵可取得较好的效果。
该办法的堵漏原理是:选用一定粒度的惰性材料与“ 801 ” 堵漏剂、浓泥浆按一定比例配成堵漏浆液。
待内管总成打捞起来后,将堵漏浆液倒入绳钻杆内,对上立轴,用水泵将堵漏浆液一部分压到漏失通道,一部分顺环空间隙返到孔口,以达到堵漏的目的,该堵漏措施在龙永煤田效果明显。
应用情况如下:①龙永煤田东中矿区6-7 号孔在孔深258.50-269.57m 孔段为裂隙漏失,漏失量2.1m3 /h, 水位为48m ,经采用“ 801 ”堵漏剂3kg + 锯末5kg + 稠泥浆配成堵漏浆液,从绳钻杆内灌入,在开泵压送后,漏失量减少到0.9m3 /h 。
②东中矿区6-8 号孔在孔深172.10-174.46m 段为裂隙漏层,漏失量达3.1m3 /h ,采用“ 801 ” 堵漏剂3kg + 综合惰性材料5kg + 浓泥浆配成堵漏浆液,从绳钻杆内灌入,漏失量减少到0.4m3 /h 。
③培丰矿区8-2 号孔在孔深575.50-587.40m 漏失不返水,水位216m ,采用DTR 堵漏剂100kg + 花生壳25kg + 泥浆0.5m3配制堵漏浆液,泵入后静压4:30h ,扫孔后返水正常。
④富岭矿区5-1 号孔孔深128.50m 处出现漏水,漏失量达2.5m3 /h 采用高吸水树脂(PAN-Km )堵漏剂5kg + 浓泥浆配成堵漏浆液,从绳钻杆内灌入用泵压堵,先后灌压 3 次,漏失量分别减少到0.9m3 /h 、0.3m3 /h 和0.01m3 /h ,达到预期目的。
可以看出,采用综合惰性堵漏剂材料进行灌孔堵漏效果明显,由于该方法材料来源广、成本低、操作简单,是施工现场最常用的办法之一。
(3) 其他堵漏护孔方法当遇裂隙较发育、地下水活动历害、灌孔堵漏效果不明显时,也可采用水泥封孔护壁堵漏、改性沥青球堵漏、粘弹性材料堵漏、化学浆液堵漏等方法,也取得一定的效果。
2.5 完善绳钻钻具配套技术多年的实践证明:在客观条件复杂的情况下,单一的绳索取芯钻具无法满足多级钻孔结构施工的需要,为提高钻进效率,减少辅助时间,机台应用s95 、s75 双套钻具比应用单一的s75 钻具施工效果要好得多。
使用方法是:采用s95 钻具钻穿复杂地层下入φ 89 套管后,换用s75 钻具完成终孔,如东中矿区双套钻具配套使用前后情况对比,见表 5 :表 5 东中矿区增配s95 钻具前后经济技术指标对比2.6 硬岩石的治理措施(1) 应用绳索取芯液动冲击回转钻进技术是对付岩石的有效手段。
福建省121 队先后应用MTZ77S 型、S75C 型、S95C 型液动冲击回转钻具在“打滑”硬岩钻进与普通绳钻相比,时效提高77%-162% 。
福建地质八队在紫金山矿区采用普通冲击回转钻进技术,工程量达到29134m ,比回转钻进小时效率提高40%, 台月效提高127% 。
(2) 选用弱包镶防“打滑”金刚石钻头钻进,其基本原理是金刚石钻头胎体磨损比普通钻头快,不容易使钻头胎体抛光打滑,使工作中的金刚石颗粒处于克取状态。
该钻头与普通金刚石钻头比时效成倍提高,虽然钻头寿命短(10-15 )m/ 个,但从整体效益评价是可行的。
(3) 投砂钻进法。
将内管打捞后向孔内投入适量坚硬的碎石子,将“打滑”后的孕镶钻头胎体进行磨损,露出金刚石颗粒进行钻进,达到提高时效的目的; 但采用该方法其钻进参数与正常钻进有所不同,钻头压力提高约20% ,转数降低100-200rpm, 才能达到比较好的效果,该方法也是较常用的。
3 取得的成效福建煤田地质局在推广应用绳钻技术的二十多年来,依靠科技进步,开展技术创新,对该技术的应用进行了积极的探索和研究,先后完成7 项Ⅱ类科研项目,13 项Ⅲ类科技成果,近30 项小改小革。
其中《绳索取芯金刚石钻进技术在煤田勘探中的推广与应用》获中国煤炭工业协会科技进步三等奖,《福建煤田钻孔护壁与堵漏的研究》获探查三次煤田勘探科技进步一等奖,《钻探设备典型检修工艺研究》、《双面施焊内外一次成型等离子焊》填补了国内技术空白。