钻探新技术与新工艺介绍

钻探新技术、新工艺介绍

一、金刚石取心跟管钻进技术

二、不提钻换钻头技术

三、潜孔锤取心跟管钻进技术

四、喷反钻具取心技术

一、金刚石取心跟管钻进技术

项目提出的背景：

覆盖层钻探是主要的技术难题，特别是孔壁的坍塌问题。

“九五”国家科技攻关项目：高坝工程快速勘测“钻探新技术开发和应用”。

专题：“冲击式金刚石取心跟管钻进技术研究”。（国电三等奖）

（一）概述

1、作用：

实现在钻进过程中跟进套管，即：不提钻下套管

2、适应地层：

该套钻具适用于河床砂卵砾石层、冰积、滑坡等堆积层、第四系覆盖层和断层破碎带等钻进困难的复杂地层。能够有效地预防孔壁坍塌、掉块、冲洗液漏失等孔内事故。

（二）复杂地层分类:

1、坍塌掉块的地层:砂卵砾石层、堆积体、松散土层、缩径的地层等。

2、冲洗液漏失的地层:裂隙发育的地层,有洞、孔、地下暗河等的地层。（三）造成复杂钻孔的因素

1、地质因素: 岩石的性质、地质构造运动、风化作用、地下水作用等。

2、技术因素(外界因素): 过快的起下钻、过大的钻进压力、冲洗液的性能调节不好、钻孔结构不合理等。孔内事故造成坍塌、埋钻、断钻等。

（四）下套管方法

1、常规下套管法

2、放炮下套管法

3、管鞋钻头下套管法

4、潜孔锤下套管法

5、绳索取心下套管法

6、双回转器下套管法等

下套管的方法

传统下套管方式：

钻进至预定孔深后，将孔内钻杆钻具提至地表，方可向孔内下入套管。

问题：

①钻进过程中，钻孔是裸露的，没有套管护壁。

②下套管困难或根本无法下入孔内，因为孔壁裸露太久，已坍塌。

跟管钻进法：

边钻进，边下套管；套管随着钻进而跟进。

①同步连续跟进：套管跟进与钻进完全同步。现今空气潜孔锤跟管钻进

就是属于这一类。

②间隙跟进：每钻进数米后，停止钻进，然后将套管延伸数米。冲击式

金刚石跟管钻进技术属于这种。

同径跟管钻进（简称跟管钻进）：

它是通过采用跟管钻具在套管下部钻进，钻孔直径略大于套管，套管靠其重力作用自动向孔底延伸。它可以实现长孔段跟管，适用范围也广，是研究得最多的一种跟管钻进方法。

在金刚石取心跟管技术中，目前只能做到间隙跟管。

套管扩孔跟管：

它属于传统下套管的方式，只是套管下端的管鞋可以破碎岩石，从而实现套管的延伸。因跟管长度受管鞋的寿命制约，现很少使用。

锤击跟管（放炮锤击跟管）：

它属于间隙跟管钻进。直接把套管下入孔中，换径采用小一级别的钻具钻进2—5米，然后在孔底放炮将套管下部岩石振松，再用吊锤打击套管，强力使套管延伸。这种方法在水电勘察工程中经常使用，但存在诸多缺陷：①具有炸坏套管的可能；②套管容易在锤击时变形；③同一级别套管难以实现长孔段跟管。④带有一定的盲目性，容易造成孔内事故。⑤在扫孔辅助工序中需要消耗大量的泥浆和其它材料，增加不必要的钻探成本。

（五）下套管的目的

①孔口管

②止水（隔离地表水，防止其侵入地下）

③防漏、防渗

④防止孔内事故（如隔离溶洞，预防断钻杆）

⑤防坍塌（目的可以是单一的，也可以同时包含几种）

（六）套管脱扣的预防和判断

1、要避免使用弯曲钻杆。

2、该跟管钻具的工艺要求套管处于悬空状态，所以预防套管脱扣非常重

要。

3、采用合理的钻进规程参数。

4、尽可能采用反扣连接的套管。

采用反扣套管进行跟管钻进,钻杆回转(正转)产生的颤动作用不仅消除了套管脱扣可能性,而且还具有拧紧套管的能力。这是跟管钻进技术预防套管脱扣的最好技术措施。

套管脱扣的预防和判断

1、正扣套管回扣的预防

每钻进4-6回次或每次跟管时，借用短钻杆将套管直接下到孔底，合上立轴并采用极限低转速拧紧孔内套管柱，然后将套管提到孔口夹紧，恢复正常钻进。

2、套管脱扣的判断

钻进时，一旦发现孔内出现异常响声或蹩车现象，应及时提钻和检查钻具磨损情况，如扩孔钻头的上部锥面出现磨损，表明孔内套管脱离，应立即进行处理。

（七）结构原理

1、钻具特点:在套管下面扩孔钻进，有收敛功能

2、冲击式金刚石取心跟管钻具由张敛式跟管钻具、液动冲击器和金刚石

取心钻具三部分组成

①跟管钻具

②液动冲击器

③金刚石取心钻具

金刚石取心跟管钻进技术

1、钻具结构原理：

2、动力传递问题

3、水路问题

4、张开和收缩方式

5、副钻头尺寸

6、套管固定等

7、其他

（八）应用效果

1、金刚石取心跟管钻具设计合理、组配科学。

2、与常规跟管法比较，可大幅度减少孔内事故，降低材料消耗，提高钻进效率。

3、简化钻孔结构。

4、为处理预想不到的孔内事故提供了条件。

5、岩心采取率高和取心质量好。

6、操作简单、易于掌握，易于推广应用。

⏹φ108/φ89（简称φ108，以套管直径命名）

⏹φ89/φ73（简称φ89）

二、不提钻换钻头技术（具有时代意义的技术）

（一）概述

不提钻换钻头钻进技术：通过使用专用钻具，不提升钻杆，就可以更换孔底钻头。

不提钻换钻头钻具

1、与绳索钻具的区别:

2、与取心跟管钻具的区别:

（二）BH系列不提钻换钻头技术

BH系列不提钻换钻头钻具是我国于八十年代研制成功的一套钻具，曾获部成果一等奖，国家发明三等奖。它借助同径绳索取心的钻杆、打捞器和绞车钢绳，在每个取心回次，都利用绳索将孔内主副钻头提升至地面，从而进行观察或更换，实现不提升钻杆就能更换钻头的目的。

不提钻换钻头技术背景

BH系列辉煌在八十年代。1986-1987年，有近百台BH－75钻具在投入使