钻探工艺技术

钻探工艺技术1、硬质合金钻进工艺硬质合金钻进是指利用镶焊在钻头体上的硬质合金作为破碎岩石的工具的钻进方法，适合钻进中等硬度以下的岩层。硬质合金钻头类型较多，主要采用的钻头类型为直镶大八角硬质合金平面钻头，钻头直径分别为Φ130和Φ110。该类型钻头优点是适应钻进中硬及中硬以下地层。在钻进地表以下第四系地层和部分强风化基岩破碎带时效果较好，经济俭省。2、金刚石钻进工艺小口径金刚石钻进是目前钻进方法中效率较高的一种钻进方法。它具有钻进效率高、钻孔质量好、劳动强度低、孔内事故少、钻探成本低及应用范围广等优点，适宜在中硬及硬岩以上岩层采用。矿田地层主要为泥质砂岩、变质砂岩、花岗斑岩和花岗岩等。根据地质情况，选用的金刚石钻头以人造孕镶金刚石钻头为主，分别为Φ110单管钻头、Φ91单管钻头、Φ91双管钻头、Φ75双管钻头，钻头金刚石含量为100%，胎体硬度在HRC30～40左右。配套使用单、双管聚晶金刚石扩孔器。钻头使用时严格按照排队原则使用，并强调与钻具合理配合：如钻杆直径、扩孔器外径、卡簧内径等。钻进时注意选择钻进规程参数和泥浆性能参数，并采取有效的防震减震措施，提高钻头寿命。矿区采用的钻进规程参数详细情况如表2-5。采用的金刚石钻进规程参数表表2-5钻头直径mm参数1109175备注钻压（kg）700～1000600～850400～800转速（r/min）250～517355～517415～765冲洗液量（L/min）50～8035～6035～52进行金刚石钻进操作，应特别注意以下几点：一是起下钻注意防止磕碰钻头；二是必须保持孔内干净；三是保持孔径规矩，减少钻头扩孔磨损；四是采取防震减震措施；五是防止岩心堵塞；六是注意控制钻进参数，防止烧钻；七是每次起钻后，要仔细检查钻头情况和岩心状况。3、液动冲击回转金刚石钻进工艺液动冲击回转金刚石钻进工艺是在冲击回转钻进工艺基础上结合金刚石钻进工艺发展起来的新工艺。在以冲洗液作循环介质的金刚石钻进方法的钻具上加一具液动锤（液动冲击器），即构成一套液动冲击回转金刚石钻具。钻头在钻机主轴压力和回转器驱动下，在获得对岩石回转切削能量的同时，也把液动锤的冲击能传递到岩石中，使岩石承受冲击和回转切削双重破碎。液动冲击回转金刚石钻进工艺与常规金刚石回转钻进相比，该工艺在钻具结构、钻进参数等方面有所不同。要求金刚石钻头胎体要耐冲蚀，胎体对岩石适应性要宽，硬度宜在HRC35～40之间，内外出刃要有保证，金刚石粒度一般60～80目；钻头通水面积要大，水口要多，一般Φ75钻头可采用8～10个水口；钻头唇面形状：6～7级完整岩石可采用平底形，7～10级硬、脆、碎地层采用圆弧形，9～12级岩石及易斜地层采用多阶梯形。钻压要保证钻头与岩石严密接触，以便高效率地传递应力波，一般Φ75钻头钻压适宜3～4ｋＮ，转速也应适度下降，冲洗液量以液动锤耗量为主，本次施工选用Φ65的液动冲击锤，工作冲洗液量在80～120Ｌ/min之间调整。该工艺比常规金刚石回转钻进方法效率高、质量好、孔内事故少、钻探成本低。通过现场比较，钻进76毫米的钻孔，比普通金刚石钻进机械钻速增长40～80%，回次长度增加30～50%，综合效率提高30～50%。存在主要的问题：一是液动锤工作压力较高，功率较大，对泥浆泵的机械性能要求较高；二是要求严格控制泥浆的固相含量，泥浆固相含量过高，冲击锤的磨损过快。泥浆工艺技术大多数泥浆是由粘土、水和化学处理剂组成。目前泥浆主要有两种基本类型：即水基泥浆和油基泥浆。根据矿区的地质条件，主要采用水基泥浆，选用了钙基膨润土泥浆和聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆。1、钙质膨润土泥浆钙质膨润土泥浆的配置：选用山东高阳5号钙基膨润土作为泥浆配置材料，泥浆中膨润土的掺量一般为10~15%。现场进行纯碱处理，按最佳分散性法确定加碱量，一般为膨润土重量的5~8%。钙质膨润土泥浆主要用于开孔段钻进，至相对稳定性地层。该孔段地质情况为第四纪覆盖和强风化、中风化基岩，主要特性是地层较破碎、夹层多、稳定性差、泥浆漏失量大。采用钙质膨润土泥浆能较好通过该地层。施工成本相对较低，效果较好。为提高泥浆的防漏性和钻进减震，使用钙质膨润土泥浆时配合使用润滑膏。润滑膏配置方法很多。现场选用的配方为：黑机油60%；松香30%，沥青5～8%，石蜡2～5%。其中松香提高油的粘度；沥青为表面活性剂，提高油的亲金属性。配置方法是将黑机油烧开，依次加入松香粉、沥青和石蜡，不断搅拌至各种原料溶合既成。使用方法是下钻时涂抹在钻杆上。使用润滑膏污染钻具，操作较麻烦，但其成本低、配制方便、原料易解决，使用效果较好，野外使用有一定的价值。2、聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆聚丙烯酰胺低固相泥浆种类和配方较多。根据具体情况，现场施工主要采用了聚丙烯酰胺——聚丙烯腈泥浆（双聚泥浆）。这种泥浆的主要处理剂是部分水解PAM（写作PHP），分子量在250*104以上，水解度30%左右，起选择性絮凝和护壁防塌作用，用水解聚丙烯腈（写作HPAN）作为降失水剂。这种泥浆不用分散型处理剂，泥浆粘度低，流动性好，有较好的护壁和除砂作用，失水量中等，并能取到一定的防震效果，适用于一般相对稳定性和低度漏失性地层钻进。钻探施工时，进入弱漏失性地层，下入套管后换用。现场采用的几种配方如下表（表2-6）。聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆表2-6编号泥浆配方备注粘土Na2CO3（占土量）PHPHPAN%%ppmppm125500256100100356350150现场采用的泥浆控制黏度20～30s，失水量5～10%，比重1.10～1.15。