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深孔岩心钻探中孔壁稳定性与设备问题

时间:2018-04-16 来源:中国高新区 作者:陈古健 本文字数:2380字

      摘要:在深孔岩心钻探过程中, 由于其孔深增加, 这也使钻孔难度和钻进成本也会随之增加, 因此在深孔岩心钻探过程中, 对于钻探技术人员和施工人员具有较高的要求。在具体钻探过程中, 不仅要注意孔壁稳定性, 同时还要掌握深孔岩心钻探时设备的具体应用技术, 确保钻探工作的有序开展。

  关键词:深孔岩心钻探; 孔壁稳定性; 设备; 钻探技术;

  相较于普遍岩心钻探, 深孔岩心钻探难度更大, 在钻探开始之前, 需要科学对应力、孔隙压力、坍塌压力及破裂压力进行预测, 并采用适宜的钻探技术, 以此来确保深孔钻探的高效、安全进行, 并实现钻探成本的最小化。

  1 深孔岩心钻探中孔壁稳定性问题分析

  在具体钻探时, 导致孔壁坍塌及孔径稳定性变化的因素较多, 如地质体基本构造、应力变化、实体给予的实际压力等都会影响孔壁的稳定性。因此在钻探过程中增加孔壁稳定性要先对地层孔隙压力进行分析, 即通过在钻探前查阅相关资料, 依据相应的关系和计算方法来预测出地层孔隙压力。也可以在钻进结束后对测井资料进行评估计算, 以此来确定相关的孔隙压力。通过对地层孔隙压力确定后, 则要想办法克服地层破裂压力, 即要研究地层破裂情况并得到地层破裂的压力值。由于地层破裂的方向与最小水平有效应力有关, 裂缝的延伸方向与最小水平有效应力垂直, 因此对地层破裂压力值的研究相对容易一些。明确具体的压力值后, 即采取相应的方法来保证孔壁的稳定性, 有效的减少或是避免深孔岩心钻探过程中坍塌及孔壁发生裂纹、开口等情况的发生。

  2 钻探过程中的设备问题分析

  深孔岩心钻探过程中钻探设备直接关系到钻孔的质量管和钻进的速度。根据具体的地质情况来选择与之相适应的施工设备, 则会有效的提高施工的进度。目前在深孔岩心钻探中立轴式钻孔机应用范围较广, 成本相对较低, 便于携带, 具有较好的实用性。但这种钻机成功率较低, 而且工作过程中会产生较大的作用力, 当地层结构不稳定时会导致严重的安全事故发生。我国现已使用的传统钻探设备已无法满足深孔岩心钻探的需要。在当前深孔岩心钻探过程中, 钻探设备可以采用全液压动力头钻机, 对于钻探过程中对钻进深度具有更高要求时, 则宜使用转盘及高速顶驱相结合的驱动方式, 这样钻头钻速较高, 有利于完成深孔岩心钻探任务。钻塔架设高度要精心计算, 通常情况下深孔岩心钻塔高度宜保持45m左右。

  2.1 全液压动力头钻机的应用

  当前我国现行的全液压动力头钻机应用技术与国外先进技术之间还存在一定的差距, 因此在实践应用过程中要不断对技术进行改进和优化, 以此来提高全液压动力头钻机的应用效率。因此在对钻机的结构布局进行改时, 增加孔口的有效空间, 提高操作面板的人性化水平。动力配置要进行改时, 降低其实际能耗, 主卷扬机要具备自由落体功能。在钻柱下降过程要水刹车设施要给予有效配合, 以上来降低动力负荷。钻进过程中要采取安全防护措施, 避免出现坠落及夹伤等事故。对于钻机动力头自重较大的情况, 可以适当的对动力头的基本机量进行优化, 避免出现钻杆螺纹受损的情况。在钻机油管路的适当位置处安装报警设备, 全程对其运行情况进行动态化监控, 避免出现漏油问题。

  2.2 泥浆泵的应用

  相较于普通钻机的泥浆泵, 深孔岩心钻机泥浆泵泵压较高。由于深孔岩心钻机钻孔直径较小, 钻杆较细, 在钻进过程中遇到火成岩或是变质岩等地质结构时钻孔会产生较大的自然弯曲度。特别是斜孔钻孔施工过程中, 更需要对开孔方位角和钻塔进行合理选择。泥浆泵具体应用过程中, 要针对斜孔钻孔工艺来科学选择泥浆泵的参数。近年来深孔钻探技术的发展, 也使泥浆泵从全液压动力头钻机中分离出来, 成为单独的动力配置。

  2.3 钻杆柱

  在深孔岩心钻探过程中, 需要在钻探开始之前要严格检查绳索取芯钻杆的强度。由于在具体钻探过程中, 钻杆壁厚薄情况、强度等因素会导致取芯钻探结果存在较大的差异。因此需要对取芯钻杆进行分类, 这样在具体钻探时可以根据需要来选择适应类型的钻杆。具体钻杆柱的选择要基于钻杆管体、接头材质、螺纹形态、管壁厚薄及连接强度等多种因素, 确保选择的合理性。在钻探施工过程中, 下钻过程中上扣预紧扭矩相对要大一些, 钻进过程中采用人工方式来进行钻杆拧卸, 由于劳动强度较大, 可以加大液压吊钳方式的推广, 以此来保证预紧扭矩, 降低劳动强度。

  3 最常用的岩心钻探技术

  3.1 反循环连续取岩心钻探技术

  反循环连续取心钻探技术是目前最为先进的地质岩心钻探技术。针对于这种情况我国应用还较少。近年来国外一些企业进驻我国市场, 这些企业具有较为先进的钻探技术, 虽然与我们当前发展钻探技术的目的不同, 但能够为我们提供更多的学习机会, 以此来推动我国目的岩心钻探技术的发展。

  3.2 绳索取心钻探技术

  绳索取心钻探技术最实用的岩心钻探技术, 其发展已有几十年的时间, 虽然在钻探成本和效率上都达不到反循环连续取岩心钻探技术的水平, 但利用绳索取心钻探技术取得的标本更便于研究人员分析。反循环连续取岩心钻探技术与绳索取心钻探技术是当前全世界钻探行业最普及的两大钻探技术。因此, 我国在未来发展规划中, 应该将这两大技术结合起来, 提高钻探效率, 使得我国矿产资源可以得到充分利用。

  另外, 在实际钻探过程中还有一些技术也有效的促进了我国地质勘察事业的发展。特别是我国成功研制的液动潜孔锤, 其具有较好的稳定性和能源利用率。锤钻闭环控制系统的研制成功, 更是为我国岩心钻探技术的进一步发展打下了坚实的基础。

  4 结语

  通过深孔钻探来获取岩矿样品实物, 为了确保取芯的成功率, 则需要进一步对深孔岩心钻探技术进行改进, 以此来推动我国钻探事业的快速发展, 为我国矿产资源的开发利用提供可靠的技术手段。

  参考文献

  [1]孙建华, 周红军, 王汉宝, 等.深孔岩心钻探装备配置应用技术趋势分析[J].探矿工程岩土钻掘工程, 2011 (05) .
  [2]吴棣华.关于深孔岩心钻探的若干情况和看法[J].地质与勘探, 2010 (02) .
  [3]张培丰.深孔岩心钻探问题探讨[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2011 (08) .

    陈古健.关于深孔岩心钻探中相关问题的探讨[J].中国高新区,2018(08):201.
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