复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究
大深度复杂地层绳索取心钻探技术
2008年8月地质装备大深度复杂地层绳索取心钻探技术孙建华(中国地质科学院勘探技术研究所 河北廊坊 065000)1 概述自2002年始,勘探所在国土资源部、中国地质调查局科技主管部门的支持下,以国土资源大调查的实施为契机,在已有绳索取心技术成果的基础上经过不断改进研究,成功开发了适合深孔和复杂地层钻探的SQ系列高强度绳索取心钻具。
SQ系列高强度绳索取心钻杆首次采用了薄壁钻杆内外镦粗技术。
同时,通过优化接头螺纹参数,改进钻杆接头热处理和表面处理工艺,完善钻具结构等措施,使绳索取心钻杆强度提高40%以上,使用寿命明显增加,国产材质的绳索取心钻杆应用深度接近2000m。
绳索取心钻具的冲洗液过流阻力大幅降低,在地质条件复杂的深孔勘探区试验示范,取得良好应用效果。
2008年,勘探所承担了国家863计划《大深度地质钻探关键技术和装备的研究与开发》项目,其中大深度高强度绳索取心钻杆研制子课题在地调局科技主管部门领导和专家的支持下已经启动和实施。
子课题在继承国内以往研究成果的基础上,重点研究开发了2000～2500m深度钻孔应用的高强度绳索取心钻杆。
目前在高钢级无缝管材(调质状态交货)、螺纹副及接头硬化处理、摩擦焊接工艺、非对称梯形螺纹及负角防脱扣螺纹优化设计、螺纹精密仿形梳刀加工等方面与中国地质大学、无锡希姆莱斯石油专用管制造有限公司、德国VM钢管公司等单位联合开展了研究工作,并取得重要进展。
2 复杂地层深孔绳索取心钻探技术研究211 钻杆接头螺纹副优化分析绳索取心钻杆在钻孔内承受非常复杂的载荷。
通常钻杆本体的刚性和强度远大于接头螺纹,钻杆失效破坏主要发生在接头上。
根据项目组的抽样调查,在中深钻孔钻杆接头失效导致的孔内事故占孔内钻具事故的90%以上。
因此,研究绳索取心钻杆接头螺纹失效机理,提高其联接强度具有重要意义。
钻杆接头螺纹副优化受到钻探界的广泛关注。
多年来,一些学者从理论角度研究了钻柱的联接强度。
石油钻探研究人员通常将螺纹联接“简化”为绳索绕滚子运动模型,应用挠性件摩擦理论研究载荷分布规律,可得到螺纹锥度、螺纹距、螺纹牙的相对弹性系数对载荷分布规律的影响关系。
钻探工程中的复杂地层钻进技术分析
钻探工程中的复杂地层钻进技术分析新疆维吾尔自治区阿克苏地区阿克苏市 843100摘要：为了满足水文、矿产等诸多方面的需求，地质钻探已然成为一门炙手可热的重要行业。
但在实际钻探生产过程中，总会因为复杂地层而引发各种孔内事故。
不仅影响钻探工程进度，还影响了矿芯采取率。
因此，本文主要从复杂地层的成因入手，深入分析钻进技术的应用策略，并对措施成果进行小结，以供参考。
关键词：钻探工程；复杂地层；钻进技术引言在复杂地层中进行钻进工作始终是小口径岩心钻探的技术难题。
复杂地层从护壁角度来讲，指的是对钻进工作具有阻碍作用的所有特殊岩性的地层。
复杂地层包括胶结不良地层、遇水膨胀性地层、软硬互层、松散地层、溶蚀性地层以及由于地质运动导致的裂隙、破碎、断裂性地层。
在这些复杂地层中进行钻进容易导致漏失、涌水、掉块、坍塌等情况，若如处理失当，还会导致钻进困难甚至施工事故。
1、应用钻进技术过程遇到的问题及其原因分析（1）风化作用下形成的复杂地层：松散的孔隙地层（如流砂层、砂砾石层等）或者风化裂隙发育地层，钻探过程中遇到这种类型的地层，很容易出现孔壁垮塌、超孔超径、涌砂等状况。
（2）地质运动导致的复杂地层：岩层在形成过程中在不同地质运动（若挤压、沉积、溶蚀等）的作用下，形成像碎石带、松散层等复杂情况。
钻进工程中若遇到构造裂隙或成岩裂隙等因素形成的断层、节理发育地层，就会导致井壁掉块、坍塌、漏水等情况。
（3）地层本身的矿物岩石组成造成的复杂地层：由于地层本身存在着储油、气、水的封闭型的背斜构造，或者逆掩断层封闭构造，会给钻探施工带来极大的工作难度。
一旦出现问题将会出现井喷等一系列不良后果。
（4）岩性自身导致的复杂地层：由于岩浆活动或放射性矿物相关的地层，都属于高温地层，当地热井或超深井遇到这类地层时，泥浆处理剂将会失效，导致地层不稳定，带来的危害也是可想而知的。
因此，在钻进施工过程中，若不能及时处理很容易出现掉钻、埋钻等情况。
（5）溶蚀作用导致的复杂地层：地下水主要通过水化与溶解对岩石进行破坏。
水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用
2024年2月地质装备水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用李振风(湖南省矿产资源调查所,湖南郴州 423000)摘 要:宝山矿区地质构造较复杂,存在多个断裂破碎带,地层软硬互层交替,炭质页岩厚度大,遇水膨胀,钻孔缩径严重,钻进过程中易发生粘附卡钻㊁坍塌及埋钻等事故,属于典型的水敏性地层㊂针对该类地层在钻进过程中出现的这些问题,通过优化钻孔结构㊁合理钻具级配,采用金刚石绳索取心钻进工艺和低固相钻井液护壁技术,适当控制回次进尺长度和回次进尺时间等措施,保证了钻孔孔壁的稳定性及工程安全,有效地解决了水敏性地层钻进中出现的问题,加快了施工进度,取得了较好的钻进效果,使项目得以顺利完成㊂本次钻探施工完成了钻探进尺9500余米,达到了地质找矿目的,取得了较好的经济和社会效益㊂此外,希望适用于该矿区的钻进工艺方法对其他相似水敏性复杂地层的钻探施工具有一定的参考意义㊂关键词:水敏性地层;低固相冲洗液;粘附卡钻;钻进工艺;钻具组合中图分类号:P 634.4 文献标识码:B 文章编号:1009282X (2024)01004306R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f d e e p h o l e w i r e l i n e c o r e d r i l l i n g t e c h n o l o g yi n w a t e r -s e n s i t i v e c o m pl e x f o r m a t i o n s L I Z h e n f e n gH u n a n P r o v i n c i a l I n s t i t u t e o f M i n e r a l R e s o u r c e s I n v e s t i ga t i o n C h e n z h o u 423000 H u n a n C h i n a Ab s t r ac t T h e g e o l o g i c a l s t r u c t u r e i n B a o s h a n m i n i n g a r e a i s r e l a t i v e l y c o m p l e x w i t h m u l t i p l e f r a c t u r ed z o ne s a n d a l t e r n a t i n gl a y e r s o f s o f t a n d h a r d s t r a t a T h e t h i c k n e s s o f t h e c a r b o n a c e o u s s h a l e i s l a r g e a n d i t e x p a n d s w h e n e n c o u n t e r i n g wa t e r c a u -s i n g s e r i o u sb o r e h o l e s h r i n k a g e D u r i n g d r i l l i n g ac c ide n t s s u c h a s s t i c k i n g c o l l a p s i n g a n d b u r y i n g a r e p r o n e t o o c c u r m a k i n gi t a t y p i c a l w a t e r s e n s i t i v e f o r m a t i o n I n v i e w o f t h e s e p r o b l e m s t h a t o c c u r r e d d u r i n g t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s i n t h i s t y pe of f o r m a t i o n m e a s u r e s s u c h a s o p t i m i z i ng th e d ri l l i n g s t r u c t u r e r e a s o n a b l e d r i l l i n g t o o l g r a d i n g u s i n g di a m o n d w i r e l i n e c o r e d r i l l i n g t e c h n o l o g y a n d l o w s o l i d -p h a s e d r i l l i n g f l u i d w a l l p r o t e c t i o n t e c h n o l o g y a p p r o p r i a t e l y c o n t r o l l i n g t h e l e n g t h a n d t i m e o f t h e s f o o t a g e p e r r o u n d t r i p e t c w e r e t a k e n t o e n s u r e t h e s t a b i l i t y a n d e n g i n e e r i n g s a f e t y o f t h e d r i l l i n g ho l e w a l l t h e p r o b -l e m s i n t h e d r i l l i n g o f w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n s a r e e f f e c t i v e l y s o l v e d t h e c o n s t r u c t i o n p r o gr e s s i s a c c e l e r a t e d a n d t h e g o o d d r i l l i n g e f f e c t i s o b t a i n e d s o t h a t t h e p r o j e c t c a n b e s u c c e s s f u l l y c o m p l e t e d M o r e t h a n 9 500m o f d r i l l i n g w a s c o m pl e t e d i n t h i s d r i l l i n g p r o j e c t a n d t h e p u r p o s e o f g e o l o g i c a l p r o s p e c t i n g w a s a c h i e v e d w i t h g o o d e c o n o m i c a n d s o c i a l b e n e f i t s I n a d d i t i o n i t i s h o p e d t h a t t h e d r i l l i n g m e t h o d a p p l i c a b l e t o t h i s m i n i n g a r e a w i l l h a v e c e r t a i n r e f e r e n c e s i g n i f i c a n c e f o r t h e d r i l l i n g i n o t h e r s i m i l a r c o m pl e x w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n s K e yw o r d s w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n l o w s o l i d -p h a s e f l u s h i n g f l u i d s t i c k i n g o f t o o l d r i l l i n g t e c h n o l o g y b o t t o m h o l e a s s e m -b l yB H A 收稿日期:20231120基金项目:金属危机矿山接替资源勘查立项(编号:200643043);中国地质调查局地质调查项目(编号:1212011085372) 作者简介:李振风(1986-),男,工程师,从事地质勘探行业钻探施工技术与管理工作,E -m a i l :578724928@q q.c o m ㊂0 引言水敏性地层即溶胀分散地层或水化剥落地层,遇水极易膨胀缩径,造成冲洗液增稠,钻头泥包,继而引起孔壁表面剥落,崩解或垮塌超径㊂本次钻探勘查施工的宝山矿区地质构造较复杂㊂该矿区钻遇地层有两个特点:一是第四纪表土层较厚,并且较松散,有的孔位堆积和回填物较厚,坍塌㊁掉块严重;二是炭质页岩厚度大,遇水膨胀,钻孔缩径严重㊂该矿34李振风:水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用第25卷第1期区存在多个断裂破碎带,地层软硬交替互层,钻进过程中易发生坍塌㊁埋钻等事故,属于典型的水敏性地层㊂因此,在钻孔施工过程中,孔壁的稳定性和冲洗液的性能指标是影响钻孔施工效率和钻孔质量的重要因素,也是本次钻探施工研究的重点与难点[1-5]㊂1工程概况1.1项目概况湖南省桂阳县宝山铅锌银矿边深部地质勘查工作于2020年9月起,至2021年9月止㊂该项目在实施过程中,基本按照 湖南省桂阳县宝山铅锌银矿边深部地质勘查实施方案 执行,但在实施过程中根据见矿效果及时调整了部分方案㊂主要实物工作量完成情况本次勘查工作主要由湖南省矿产资源调查所完成,宝山矿负责施工坑道和测量工作㊂2020~ 2021年完成的主要工作量有:竣工钻孔22个,共计9560m,主要为坑内钻探,少量地表钻探㊂1.2区域地质概况宝山矿田位于坪宝复式向斜的北端,区内地层比较发育,构造复杂,燕山期小岩体多,矿产资源丰富,地球物理㊁地球化学场特征显著,具长期地质发展历史㊂区域内岩石可钻性级别为4~7级,中等研磨性,岩石破碎㊁水敏性强㊂区内以坚硬至半坚硬的白云岩㊁白云质灰岩及炭质灰岩综合体为主,其次为半坚硬的泥质灰岩及中层状灰岩综合体,岩体完整性及稳固性较好,破碎带稳固性较差㊂灰岩㊁白云岩等碳酸盐岩岩溶化较弱,围岩蚀变以矽卡岩化为主,蚀变围岩硬度加大,但风化后强度显著降低㊂矿山内风化层较厚,一般达30~40m,最厚可达50~ 60m,风化岩石稳固性差㊂2项目施工情况2.1钻孔工程质量要求钻孔设计要求必须严格遵守‘地质岩心钻探规程“(D Z/T0227 2010),开孔采用146m m口径,终孔口径为75m m;钻孔终孔原则为钻穿矿体底板5.00~8.00m㊂钻孔终孔后用水泥全孔严实封孔,孔口标注标记㊂2.2主要施工难点分析据以往地质资料分析,该孔上部为泥质灰岩㊁炭质页岩地层,成岩性较差;下部为白云岩㊁石灰岩且软硬互层,岩性较致密,钻头适应性差,钻进效率低,且局部有溶洞,断层发育,易引起孔内钻井液漏失[6-7]㊂由于岩心采取率要求高,需采用绳索取心钻进工艺;但由于地层因素,岩心破碎㊁取心难度大,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故㊂施工地层炭质页岩水敏性强,钻进过程中井壁易失水缩径㊁坍塌,对冲洗液的抑制性和失水性等性能指标要求高[8]㊂该项目钻探工作量大㊁施工难度高㊁工期紧,对项目部的施工组织能力与技术保障要求也是不小的挑战㊂3钻孔施工工艺研究现以该项目施工的代表性钻孔K Z17402为例,进行钻孔施工工艺的具体阐述㊂3.1施工设备投入情况根据地质设计及技术要求等情况,设备选型㊁配套上把握 先进㊁适用㊁合理 的原则㊂考虑到该项目的任务为300~1200m以浅的钻孔,有斜孔也有水文孔,为确保按时完成任务,项目拟投入岩心钻机4台套(其中1台套为备用钻机),主要钻探设备情况见表1:表1主要钻探设备T a b l e1M a i n d r i l l i n g e q u i p m e n t设备名称型号规格数量额定功率/k W生产能力/m 立轴钻机X Y-6B1台套552000立轴钻机X Y-4T3台套301000柴油发电机组Y C D6Q23H82101台套120柴油发电机组Y C4D140-D313台套90钻塔S G X181副钻塔S G X133副泥浆泵B W-3201台25泥浆泵B W-2503台15绞车S J20004台5.52000 3.2钻孔结构及钻进施工情况分析该孔根据宝山矿区内岩石性质(岩石研磨性在弱~中硬之间),依据矿山地质设计的钻孔深度和终孔孔径,并结合自身设备能力与钻进工艺方法等综合考虑来设计钻孔结构㊂开孔采用直径150m m合金钻头或电镀金刚石钻头开孔,钻穿基岩一定深度后下直径146m m套管作井口管并用橡胶皮封堵好井口;换绳索P Q122m m绳索取心钻进300.00m,采心提钻,并下入直径114m m套管后换H Q96m m绳索取心钻进900.00m,下入直径89m m套管换N Q76m m绳索取心钻进至终孔㊂442024年2月地质装备钻孔一开钻进0.00~36.00m ㊂直径150m m 普通金刚石取心钻进,穿过4.50m 表层黏土后钻见灰岩,钻至36.00m 时,由于表土与岩层界面钻井液漏失严重,钻进困难,下入直径146m m 套管,用水泥固定井口,封闭井口,防止掉块㊁溢流㊂钻孔二开钻进36.00~235.00m ㊂采用P Q122m m 绳索取心继续钻进,钻至235.00m 时,由于灰岩裂隙发育,孔内漏水严重,下入直径114m m 套管㊂钻孔三开钻进235.00~850.00m ㊂下入直径114m m 套管后,采用H Q 96m m 绳索取心继续钻进㊂由于施工区域灰岩㊁炭质页岩遇水膨胀发育,该孔在300.00m ㊁600.00m ㊁700.00m ㊁900.00m 附近均出现不同程度的卡钻㊁井壁掉块㊁憋车㊁钻井冲洗液漏失等情况㊂钻至850.36m 后,孔内情况复杂,卡钻严重,钻机严重憋车,出现停车现象㊂考虑到孔内复杂情况,经研究下入直径89m m 套管㊂钻孔四开钻进850.00~1165.00m ㊂下入直径89m m 套管,最后采用N Q 76m m 绳索取心钻进至井深1165.00m 终孔㊂钻孔结构见图1㊂图1 钻孔结构示意图F i g .1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f d r i l l i n g ho l e s t r u c t u r e 3.3 钻具组合及钻头选用情况分析考虑到宝山矿区全孔段地层复杂,水敏性岩层发育,为保证钻孔在钻进过程中安全与稳定,顺利完成钻孔的施工,该孔采用绳索取心钻进工艺㊂选用薄壁孕镶绳索取心钻头及对应扩孔器㊂鉴于岩层情况,选择胎体硬度H R C 30~35,金刚石浓度25%,金刚石粒度46~60目,也可根据地层情况调整胎体硬度及选择金刚石目数㊂如存在地层情况复杂,取心难度大等情况,可采用Q 3系列底喷钻头,使用半合管钻进㊂3.4 钻进技术参数分析钻进技术参数的选择是保证钻孔质量的关键,为确保钻孔6项质量指标,根据以下原则进行钻进参数选择:正常钻进时,应在机械能力㊁钻具管材强度允许的前提下,尽可能提高转速;在孔深㊁钻孔弯曲㊁超径的情况下或钻进强研磨性㊁破碎岩层时,钻压应适当降低;钻进过程中随着硬质合金㊁金刚石的磨钝,适当增大钻压;转速较高㊁岩石研磨性较强㊁岩石颗粒较粗时,选用较大泵量,反之则泵量应减小[9-12]㊂本次钻探施工采用的钻进技术参数如表2所示,并根据实际施工条件作出相应调整㊂表2 钻进技术参数选择T a b l e 2 D r i l l i n g pa r a m e t e r s e l e c t i o n 井段/m 井径/m m钻压/k N转速/(r ㊃m i n -1)泵量/(L ㊃m i n-1)0.00~36.0015012~1630~150150~25036.00~235.0012216~18230~48080~100235.00~850.009617~20350~50090~130850.00~1165.007610~18260~48080~1403.5 冲洗液现场配制与选择应用根据现场地质条件㊁钻进方法㊁钻孔深度和工程技术要求,正确选择使用润滑性能和排粉效果好的冲洗液㊂该孔现场配置钻井冲洗液的主要材料为:膨润土㊁纤维素㊁植物胶㊁P A N ㊁P A M ㊁C M C ㊁纯碱㊁腐殖酸钾㊁润滑剂等㊂配浆步骤如下:先加水,将土粉重量5%~8%的纯碱加到搅拌机内,再加膨润土粉搅拌均匀,静置24h 钠化后加入处理剂㊂用检测仪器测定新浆性能,合格后方可使用㊂若需加入几种处理剂,应按照先加分子量小的无机化学材料,再加有机高分子化学材料㊂3.5.1 冲洗液的选择钻进完整㊁孔壁稳定的地层,采用清水加聚合物的无固相冲洗液㊂钻进较完整㊁有轻度坍塌的地层,采用低固相有胶结性的优质泥浆㊂钻进未胶结或胶结很差的松散覆盖层时,在穿过覆盖层后下入套管护壁㊂钻进破碎㊁裂隙发育㊁掉块㊁坍塌或有不同程度的漏失地层,采用不同的优质泥浆做冲洗液;轻微漏失时可用增粘泥浆或堵漏泥浆,严重漏失时先进行54李振风:水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用第25卷 第1期堵漏,然后再进行钻进㊂3.5.2 冲洗液的应用表土覆盖层为第四纪层,钻探施工冲洗液首先为泥浆,钻入完整基岩,下好套管后,再换低固相泥浆㊂遇到岩石破碎㊁孔壁坍塌时使用植物胶 腐植酸钾低固相的冲洗液,随孔深增加添加适量润滑剂或乳化剂;在中深孔施工中,为减轻钻进过程中的摩擦阻力及提高冲洗液携带岩粉能力,采用H P A N -H P A M 不分散低固相冲洗液㊂如遇到破碎带㊁小裂隙,采取灌注水泥浆封堵护壁;遇到井壁坍塌㊁缩径时,使用防塌剂或超重泥浆作冲洗液,控制井壁失水量来保护井壁;遇到大的断层或溶洞时,只有通过下套管来把它彻底隔离,然后换径继续向下施工㊂4 钻遇问题及解决措施矿区岩层水敏性发育,岩石破碎,取心难度大,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故,严重影响了钻探施工的进度,给安全高效绿色施工带来极大的挑战㊂通过对矿区地层情况分析和对岩性的初步识别判断,并结合钻孔施工所遇的具体问题,采取如下解决措施:(1)调整泥浆性能㊂矿区覆盖层较厚,一开钻进时采用单管取心工艺,起下钻时间多,辅助时间长㊂且由于岩性松软,黏土质成分较多,泥浆造浆严重,滤失量大,孔内缩径严重,致使钻井效率低,反复扩孔,施工效果不佳㊂针对此种问题,在扩孔时对泥浆性能进行了调整,提高泥浆p H ,循环净化除砂,全井彻底循环更换,降低滤失量及含砂量,提高了钻进效率㊂(2)优化钻孔结构㊂针对钻孔憋泵㊁取心困难等问题,采取优化钻孔结构的措施,增大开孔口径,增加套管程序,同时实际施工中采用超前裸眼钻进优化钻孔结构,为下部孔段留足安全储备口径㊂在复杂地层钻进时可适当增加钻头外径,如采用N Q+1或N Q +2的方式,增大外环状间隙,降低缩径和卡钻风险,也降低了循环压耗㊁憋泵等问题㊂在取心困难的岩层中钻进时应降低转速㊁压力和泵量,应适当控制回次进尺长度和回次进尺时间㊂(3)针对粘附卡钻的现象采取措施㊂加强泥浆的封堵防塌能力,控制滤失量,钻孔上部采用粗分散泥浆护壁,中下部采用低固相冲洗液护壁,确保在孔壁形成薄而韧的优质泥皮㊂严格控制起下钻速度,减轻抽吸作用所造成的孔壁失稳㊂(4)面对矿区钻探施工工作量大㊁难度高㊁工期短等施工挑战,制定完善切实可行的施工保障方案㊂以技术管理为支撑,严格落实安全㊁质量㊁进度㊁环保等各项要求,为项目的安全高效实施奠定坚实的基础㊂5 绿色施工及创新应用针对该项目施工地层及矿区环境特点,从人员㊁机械设备㊁材料㊁方法㊁环保㊁监测6个方面,建立完整的环境保护保障管理体系㊂在该项目实施过程中,加强绿色施工建设,充分分析评估该项目对生态环境可能造成的影响,在钻探施工过程中制定并做好详细的环境保护措施㊂(1)减少对植被㊁土地㊁地下水资源的破坏㊂在满足施工要求的前提下,减少场地占用,保护好不影响施工的树木,影响施工的树木做移栽处理㊂(2)减少施工对环境的污染㊂对钻探施工现场泥浆冲洗液循环系统沟槽做好防渗处理,设置废浆池,废浆静置沉淀后,取回上层浆水重复利用,减少废浆排放,不能利用的废浆委托第三方清运处理,现场做好各滴漏油液收集,减少对环境的污染㊂(3)采用绿色㊁无害㊁环保型低固相冲洗液㊂减少施工中泥浆冲洗液对矿区以及周边环境的影响,钻探施工中所用冲洗液尽量采用低固相冲洗液,遇复杂地层必须使用泥浆时,才可使用泥浆作为冲洗液进行钻进施工,尽量选择不改变土壤性质㊁不伤害植被㊁不破坏水质的泥浆材料㊂6 施工效果与经济分析针对该矿区地层水敏性发育,钻进过程中井壁易失水缩径㊁坍塌,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故等复杂地层钻进难点[13-16],通过优化钻孔结构㊁合理钻具级配,采用金刚石绳索取心钻进工艺和低固相钻井液护壁技术,适当控制回次进尺长度和回次进尺时间,保证了钻孔孔壁的稳定性及工程安全,加快了施工进度,取得了较好的钻进效果㊂在本次坪宝地区宝山矿区钻探施工过程中,由于工艺合理,措施得当,通过科学部署,精细施工,每台钻机台月效率达到450m ,纯钻时间利用率达到80%以上,具体施工进度分析如图2所示㊂经现场验收,钻孔各项质量技术指标均满足地质设计要求,达到了本次地质找矿的目的,并赢得了业主方的好评,取得了较好的经济和社会效益㊂642024年2月地质装备图2 施工进度分析F i g .2 C o n s t r u c t i o n p r o g r e s s a n a l ys i s 7 结语通过本次坪宝地区宝山矿区水敏性复杂地层的钻探施工,积累了以下几点经验体会:(1)在项目施工进场前,应通过现场踏勘㊁查阅矿区以往地质资料等方式了解矿区工程地质㊁水文地质㊁环境地质等资料,全面准确地掌握矿区地质概况与岩层属性等基本情况,从而为现场施工方案的编制与实施提供指导性意见㊂对施工中可能遇到的问题,应采取针对性措施,以利于项目的实施㊂(2)针对项目施工过程中遇到的粘附卡钻㊁埋钻等技术难题,通过加强管理㊁优化钻进工艺等措施进行技术攻关,取得了良好的施工效果㊂同时,在地层条件允许的情况下,通过钻孔结构优化设计和选择合理的钻探设备及施工工艺可有效提高钻探施工效率㊁降低施工劳动强度和节约施工成本,也有利于项目的组织管理㊂(3)该孔钻探施工钻井冲洗液采用不分散低固相泥浆,对钻进中破碎㊁分散㊁水敏性地层具有较强的封堵㊁抑制孔壁坍塌掉块作用,能够满足现场施工的要求㊂该泥浆冲洗液携砂能力强㊁流动性好㊁配制简单㊁维护方便,能有效地保证了钻孔取心质量和施工进度㊂(4)应加强组织管理,钻孔事故主要在于预防,预防主要靠人㊁靠责任心,有了责任心就能减少一些由于责任心不强而造成的孔内事故㊂遇到井内情况不明时,不要忙于进尺,要先把钻具提上来,分析情况,做好预防再进尺㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] 王达,何远信.地质钻探手册[M ].长沙:中南大学出版社,2014.W A N G D a ,H E Y u a n x i n .G e o l o g i c a l d r i l l i n g ha n db o o k [M ].C h a n g s h a :C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y Pr e s s ,2014.[2] 乌效鸣,胡郁乐,贺冰新,等.钻井液与岩土工程浆液[M ].武汉:中国地质大学出版社,2002.W U X i a o m i n g ,H U Y u l e ,H E B i n g x i n ,e t a l .D r i l l i n gf l u i d s a n dg e o t e ch ni c a l s l u r r i e s [M ].W u h a n :C h i n a U -n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s P r e s s ,2002.[3] 胡郁乐,张绍和.钻探事故预防与处理知识问答[M ].长沙:中南大学出版社,2010.74李振风:水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用第25卷 第1期H U Y u l e ,Z H A N G S h a o h e .Q &A o n d r i l l i n ga c c i d e n t p r e v e n t i o n a n d t r e a t m e n t [M ].C h a n gs h a :C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y Pr e s s ,2010.[4] D Z /T 0227 2010,地质岩心钻探规程[S ].D Z /T 0227 2010,G e o l o g i c a l c o r e d r i l l i n g r e g u l a t i o n s [S ].[5] 周伟平.湖南桂阳宝山西部铜矿床地质特征[J ].矿产勘查,2011,2(5):475478.Z H O U W e i p i n g .T h e g e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f c o p-p e 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U L i a n g ,e t a l .D r i l l i n gt e c h n o l o g y f o r c o m p l e x s t r a t a i n S h a n g g o n g Go l d M i n e ,L u o n i n g ,H e n a n P r o v i n c e [J ].E x p l o r a t i o n E n gi -n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n g A n d T u n n i n g),2020,47(3):3843.[15]李鑫淼,李宽,梁健,等.复杂地层取心钻进堵心原因分析及其预防措施[J ].探矿工程(岩土钻掘工程),2018,45(12):1215.L I X i n m i a o ,L I K u a n ,L I A N G J i a n ,e t a l .C o r e ja m -m i n g c a u s e s a n d p r e v e n t i o n i n d r i l l i n g di f f i c u l t f o r m a -t i o n [J ].E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n gA n d T u n n i n g),2018,45(12):1215.[16]吴德军,朱小锋,刘树华,等.松辽盆地松南油页岩地质调查井绳索取心钻进技术[J ].探矿工程(岩土钻掘工程),2020,47(3):4448.W U D e j u n ,Z H U X i a o f e n g,L I U S h u h u a ,e t a l .W i r e -l i n e c o r e d r i l l i n g f o r S o n g n a n o i l s h a l e s u r v e y i n t h e S o n gl i a o B a s i n [J ].E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n gA n d T u n n i n g ),2020,47(3):4448.84。
矿山深孔钻探绳索取芯钻进技术的应用研究
矿山深孔钻探绳索取芯钻进技术的应用研究李军委1，李凤乐2，魏冬哲1（１．内蒙古自治区包头市昆都仑区核工业二〇八大队，内蒙古 鄂尔多斯 ０１０４１０；２．山东省青岛市石大华通科技有限公司，山东 青岛 ２６６４００）摘 要：众所周知，对于矿山开采将要面临的困难数不胜数，岩石、细砂等复杂地貌多见。
随着矿山开采历史的发展，开采技术也在不断革新。
新型工艺层出不穷，本文介绍的这种深孔钻探绳索取芯钻进技术，与往日使用开矿用的金刚石钻具不同，它属于液动冲击回转钻具，无论在工作效率还是精准度方面都比老式金刚钻式工具有明显提高，是一种现实可行的高效、优质且低消耗率的钻进工艺，此种技术的发展对于日后的矿山开采工程的顺利进行具有重要意义。
关键词：矿山开采；岩层状态；深孔钻探绳索取芯钻进技术中图分类号：Ｐ６３４．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）０３－０２８１－２Research on Application of Wire Coring Technology in Mine Deep Hole DrillingLI Jun-wei1,LI Feng-le2,WEI Dong-zhe1（１．Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０８ Ｂｒｉｇａｄｅ ｏｆ Ｋｕｎｄｕｌｕｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｂａｏｔｏｕ Ｃｉｔｙ， Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｒｅｇｉｏｎ，Ｏｒｄｏｓ ０１０４１０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｓｈｉｄａ Ｈｕａｔｏｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６４００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ａｓ ｗｅ ａｌｌ ｋｎｏｗ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｎｕｍｅｒｏｕｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｉｎ ｍｉｎｉｎｇ， ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘ ｌａｎｄｆｏｒｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｒｏｃｋｓ ａｎｄ ｆｉｎｅ ｓａｎｄ ａｒｅ ｃｏｍｍｏｎ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ， ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｌｓｏ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ｉｎｎｏｖａｔｉｎｇ． Ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｍｅｒｇｅｓ ｅｎｄｌｅｓｓｌｙ． Ｔｈｅ ｗｉｒｅ－ｌｉｎｅ ｃｏｒｉｎｇ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｄｉａｍｏｎｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｉｎｉｎｇ． Ｉｔ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｒｙ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｏｏｌ． Ｉｔ ｈａｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｌｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｏｏｌ． Ｉｔ ｉｓ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ， ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， ｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ－ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｍｏｏｔｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．Keywords: ｍｉｎｉｎｇ； ｓｔｒａｔａ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； ｗｉｒｅ－ｌｉｎｅ ｃｏｒｉｎｇ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ我国地大物博，地势复杂，复杂地层是矿山开采时最常遇到也是最为棘手解决的问题。
绳索取芯金刚石钻头在复杂地层中的应用研究
106 /矿业装备 MINING EQUIPMENT绳索取芯金刚石钻头在复杂地层中的应用研究□ 梁振德 桂林金刚石工业有限公司 广西桂林 5411991 复杂煤田地层特点复杂煤田地层主要岩层分布有中粒的砂岩、细粉的砂岩、泥砂岩、粉质砂岩等。
在复杂煤田地层钻探具备几个特点：（1）严重遗失钻孔。
特别是在发育溶洞的石灰岩地质层，溶洞高度可达20 m，在破碎带断层与风化带地层漏失严重，它属于裂缝裂隙带，而且容易有小溶洞存在，并伴有地下水流动。
此外，因为绳钻环境空间小，压力损失较大，常常造成地层平衡无法保持而引发漏失的发生。
（2）经常出现施工时井壁坍塌，坍塌现象主要出现在破碎断层带。
另外厚煤层钻进（尤其是粉煤层），因为钻孔孔壁具有不稳定性，提钻、下钻过程中容易出现坍塌煤层的事故，这在煤炭勘探中经常出现。
（3）硬岩层钻探容易出现“打滑”硬岩层属于硅质石英沙胶结的岩层。
它含有部分隧石，其硬度达到X 级之上，使用普通金刚石的钻头进行施工，效果很差、效率低，钻头使用寿命低。
（4）多煤层地质。
在勘探钻进时，可能遇到十几层的煤层，主要有粉煤层和块煤层。
粉煤层钻进取芯时难度非常大，经常会出现采取不达要求钻孔降级。
（5）岩层的倾角出现变化幅度过大，软层硬层变化频繁，它属于容易出现倾斜的地层。
（6）水膨胀的泥岩层，在勘探作业中容易出现缩径。
总之，复杂煤田地层地质特点主要表现为：胀、斜、塌、漏、碎、脆、硬绳索进行取芯的工艺就是不用提钻，在钻杆内孔捞取所需岩心的技术。
它的主要特点是，煤矿勘探过程需要获取岩心时，钻柱无需全套提升，只需使用钢丝绳与绞车在钻杆内孔放入打捞器，在提取岩心时将内管内的岩心与内管一起提取到地面，取出岩心后将内管再放入钻杆内孔里继续钻探。
本文通过研究复杂条件下煤矿区，也就是破碎的地层、可钻性比较差的岩石以及软硬多层的地质条件，怎样选用钻头才能提高钻头使用寿命以及提高取芯效率，从而为同行业施工提供技术上的借鉴。
复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究
收稿日期:2006-01-06 基金项目:中国地质调查局2003年地质调查实施项目“西部复杂条件下综合钻探技术研究与示范”(编号:20023000066) 作者简介:孙建华(1962-),男(汉族),山东人,中国地质科学院勘探技术研究所教授级高级工程师,探矿工程专业,从事勘探技术研究工作,河北省廊坊市金光道77号,(0316)2096185,sunjianhua@cniet .com 。
复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究孙建华,张永勤,赵海涛,刘秀美(中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊065000)摘 要:研究开发成功的S Q 系列高强度绳索取心钻杆首次采用了薄壁钻杆内镦粗技术。
同时,通过优化接头螺纹参数,改进钻杆接头热处理和表面处理工艺,简化钻具结构等措施,使绳索取心钻杆强度提高40%以上,使用寿命明显增加,钻具冲洗液过流阻力大幅降低。
钻杆可以采用垫叉和扳叉拧卸。
在地质条件复杂的勘探区试验示范,取得了良好的应用效果。
关键词:绳索取心;钻杆镦粗;螺纹优化;复杂地层;示范推广中图分类号:P634.5 文献标识码:A 文章编号:1672-7428(2006)05-0046-05Research on D eep Hole W i re L i n e Core dr illi n g Tech .i n Co m pli ca ted Stra tu m /SUN J ian 2hua,ZHAN G Yong 2qin,ZHAO Hai 2tao,L I U X iu 2m ei (The I nstitute of Exp l orati on Techniques,C AGS,Langfang Hebei 065000,China )Abstract:I nner up setting technol ogy for thin wall drilling p i pes was used in Series S Q high strength wire line drilling p i pes .The strength of drilling p i pes was increased 40%by op ti m izing j oint thread parameters,i m p r oving heat treat m ent and surface treat m ent techniques and si m p lifying structure .The life of the drilling p i pes was obvi ously increased .The p res 2sure dr op thr ough the drilling p i pes was decreased .A good result was gained in comp licated geol ogy conditi ons .Key words:wire line coring;drilling pi pe up setting;tread op ti m izati on;co mplicated stratu m;de monstrati on and popularizati on1 概述我国西部地区地质调查钻探工程钻遇地层复杂,钻探工作量分散,施工区域偏远,钻探施工技术难度很大。
绳索取心钻进技术在煤田勘探超深孔施工中的应用
绳索取心钻进技术在煤田勘探超深孔施工中的应用
绳索取心钻进技术在煤田勘探超深孔施工中的应用
针对孔深超过1 000m时,原有绳钻设备、机具、工艺、技术无法达到钻探施工的要求.特别是施工中因裂隙、溶洞发育,常会发生涌、漏水严重,泥岩缩径,煤层多,粉煤多,易坍塌等情况.为解决该区钻孔施工难题,研究出绳索取心钻进钻具实行三级配套方案,在施工中采用合理的钻孔结构,用套管隔离不稳定地层,在钻进中运用金钢石钻头,在粉煤取心时选择底喷式(侧喷)金刚石钻头,保证泥浆质量等技术措施,并对不同地层条件下的钻进参数、冲洗液配方和钻进方法进行了介绍.通过大河矿区深部勘探应用实例,证明该方法可有效缩短工期,提高经济效益.
作者：王有东 Wang Youdong 作者单位：福建省121煤田地质勘探队,福建,龙岩,364021 刊名：中国煤炭地质英文刊名：COAL GEOLOGY OF CHINA 年，卷(期)：2009 21(4) 分类号：P634.4+3 关键词：深孔施工绳索取心金刚石钻头钻进工艺应用效果大河矿区。
胶东半岛山后矿区复杂地层深孔绳索取心钻探的探索和应用
Ｅｘ ｌ ｒ ｔｏ ｎ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｌ ｉｅ ｌ ｅ Ｃｏ ｉ ｇ Ｄｒ ｌ ｎ ｎ Ｃｏ ｐ ｏ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ａｐ ｌ ｔｏ ｆＤｅ ｐ Ｈｏｅ Ｗ ｒ － ｎ ｒｎ ｉ ｉ ｇ ｉ ｍｐ ｅ ｒ ｔ ｎ ｏ ｈ ｎ ｏ ｉ ｉ ｇ Ａｒ ｃ ｉ ｌ ｌｘ Ｆｏ ｍａ ｉ ｆＳ ａ ｈ ｕ Ｍ ｎ ｎ ． ｏ
￥ ９绳 索 取心 系 列 以后 ， 复 杂 地 层 钻 进 的钻 孔 设 ５ 在 计 中 多 采 用 ０ １ ｍ — ６ ｍ 一 ９ ｍｍ 三 级 成 ９ ｍ ７ ｍ ５
孔， 成功解 决 了穿过 断层 泥 的难 题 。但 随 着 地 质 工
作 的拓 展 ， Ｌ 钻孑 的深 度 和 复 杂程 度 发 生 了很 大 的 变 化， 钻孔 孔 深多 在 ６ ０ｍ 以上 ， 内岩层 破碎程 度加 ０ 孔
貌， 地形 起Βιβλιοθήκη 小 大 ， 山脊 多 呈 浑 圆状 ， 冲沟及 河 谷 宽
阔平 坦 ， 形成 河谷 小平 原 。区 内交通 便 利 ， 州 至 井 莱
莱 的主 十公路 从 矿 区通过 ， 区东 ２ｋ 矿 ｍ有莱 西 至
Ｉ 的 书 １公路 。 １
勘探 矿 种 为金 矿 ， 孔 深 度 在 ５ ０～１ ０ ｌ之 钻 ０ ０ ０Ｉ ｌ
为 ７ ｍ， 径 为 ５ ２ｍ 内 ８ ｍｍ， 变 了 钻 杆 丝 扣 （ 图 改 见 ３ ， 强 了钻 杆 的 薄 弱 环 节 。新 型 镦 粗 钻 杆 的应 ）补
停 钻后 岩屑 沉积 造成 夹钻 事 故。 ｌ是 主裂带 断层 泥 ＾ Ｉ 遇 水膨 胀 而缩径 （ 图 ２ ， 层 泥地 层 的钻 进 主婴 见 ）断 通 过控制 冲洗 液 的失 水 量 来 控 制 断 层 泥 的水 化 膨 胀， 泥浆 配制 不科 学 ， 导致 泥 皮 质 量 差 ， 能 较 好 会
复杂地层中的钻探技术研究
复杂地层中的钻探技术研究摘要随着建筑项目、矿井、铁矿、油田等工程项目的改建、扩建，钻探施工面临的地质条件也变得更为复杂，比如断层破碎带、岩溶地区、海洋湖泊等，很容易在钻进过程中出现卡钻、掉钻、埋钻以及钻孔弯曲等现象。
通过分析影响复杂地层中钻探施工的地层条件、钻探施工工艺以及钻机设备条件等因素，从钻探方法、钻机设备选型、钻孔结构布置等角度出发，研究相应的解决措施，对于提高复杂地层岩心机械钻探施工效率和质量，降低工程成本具有十分重要的现实意义。
关键词复杂地层；钻探技术；解决措施0 引言自改革开放以来，我国的经济总量和科技发展水平都得到了显著的提升，各行各业的发展都进入了一个高速增长的时代，全国各地的城市建设规模在不断扩大，矿产资源消耗量也在不断增加。
因此很多建筑项目、矿井、铁矿、油田等工程在改建扩建的同时，就可能要面临更为复杂的地质条件，比如产状较陡、软硬不均的岩石地层、断层破碎带、岩溶地区、海洋湖泊等，很容易在钻进过程中出现卡钻、掉钻、埋钻以及钻孔弯曲等现象，导致钻孔报废，严重者可能会出现重大的安全事故，因此复杂地层中的钻探施工难度更大，这时就必须加强复杂地层中的钻探技术研究，提出更为合理有效的钻探措施，提高钻探工作的效率，避免安全事故的发生。
1 影响复杂地层钻探施工的主要因素一般来说影响复杂地层钻探机械施工的因素主要包括地层条件、钻探施工工艺以及钻机设备条件等，在钻机钻探过程中如果控制协调不好各种影响因素，很容易导致钻孔弯曲、少钻、漏钻，进而影响对矿体含量、产状的准确评价和判断，或是地层承载力、压缩性等参数有效的评估。
1.1 地层条件复杂地层主要包括各种盐类地层、各种粘土、泥岩、页岩地层、含有流砂、砂砾的地层、断层裂隙发育的地层、岩溶地层、高压油、气、水地层以及高地应力、高温地层，这类地层的岩石或土体强度、硬度、弹塑性、脆性、水溶性和水化性等性质一般都复杂多变，层理、片理发育，地层产状变化较大，极易影响钻机的钻探施工，比如当岩石的层理方向与垂直于层理方向的硬度比较大时，很容易导致钻孔发生大的弯曲，碰到断层破碎带、溶洞时很容易发生卡钻、掉钻以及埋钻现象，碰到卵石地层就可能导致钻机钻进困难，影响施工效率。
深孔绳索取芯钻探技术应对
深孔绳索取芯钻探技术应对探析摘要：本文主要针对深孔绳索取芯钻进在坍塌缩径地层的技术实践进行探讨，供同行参考。
关键词：深孔；绳索取芯钻探；技术应用1 深孔绳索取芯钻进的特点深孔绳索取芯钻进，有如下特点：①孔壁与钻杆环状间隙小，冲洗液上返阻力大，泵压高。
②钻杆柱在孔内受力复杂。
③深孔地层压力平衡问题。
在深孔复杂地层中采用绳索取芯钻进，以上特点尤为突出，其中最难的是坍塌缩径地层的绳索取芯钻进。
2 坍塌缩径地层的成因所谓坍塌缩径地层，是指钻孔孔壁容易坍塌或者容易产生膨胀缩径的地层。
此类岩层，一般强度和硬度低，或呈水溶、水化、水蚀、水敏特性，其弹塑性呈极低或极高状态。
其岩层在形成过程中或形成以后，由于扭转、挤压、风化、沉积、溶蚀等内、外动力地质作用，形成松散层、破碎带、断层、孔隙环境、裂隙环境以及溶隙性环境。
当钻孔进入后，岩层由三维受力变为一维受力状态，岩层特性、钻柱扰动和冲洗液浸泡、冲刷造成钻孔孔壁不稳定，或坍塌或缩径或两者兼而有之。
那么为什么会产生孔壁坍塌缩径呢？孔壁坍塌缩径的作用机理是怎样的？分析原因，包括以下3个方面：①地质因素。
地层自重应力和上覆附加应力、构造应力释放、孔隙毛细水压力或承压水压力、岩层层理或片理构造、岩层松散破碎无胶结成分或胶结成分很少，或者部分水蚀、水化、水溶后呈高粘性。
②工程因素。
起钻抽吸作用及下钻液动压力作用、钻进泵压作用，冲洗液对孔壁的侧压力平衡，冲洗液冲刷作用，钻杆碰撞。
③物理化学因素。
岩层中的湿陷性黄土、粘土质（蒙托石、伊利石、高岭石）等含量重，遇水膨胀缩径；水敏性（如部分辉长岩）、水溶性（如炭质板岩破碎带、蚀变带，石膏）、水化性（如凝灰岩、白云岩）、水蚀性（如煤层）地层遇水膨胀缩径，或者因为水浸泡后强度降低，扰动造成坍塌，坍塌后包钻，经回转扰动而表面呈糊状、浆状、泥状，粘滞性增大，吸水膨胀缩径；冲洗液以及部分矿物质盐对岩层的化学作用，例如矿石中硫化物在浸蚀基准线以下，由于地下水位多次升降对岩层浸蚀，使岩石脆性增大、强度降低。
复杂地层深部找矿钻探技术分析
复杂地层深部找矿钻探技术分析摘要：近年来随着我国科技水平的显著提升，各类工程技术水平同样也实现了创新和进步，其中在我国矿产资源开发领域中钻探施工为重中之重。
因为钻探施工相对隐蔽，孔内情况复杂，特别是在复杂地层的条件之下进行钻探施工的整体施工周期较长，所遇到的各类复杂因素较多。
基于此，本文针对复杂地层深部找矿钻探技术开展分析与讨论，希望不断提高我国深部钻探技术的整体水平和安全效果。
关键词：复杂地层；深部；找矿钻探技术引言：在矿产资源开发领域中，复杂地层相比于浅、中位置的地层在岩心钻探工程方面相差较大，不仅需要配备更加专业配套的钻进设备，同样也要采取高水平的找矿钻探技术，针对孔内以及钻探过程中的各类问题进行及时处理，避免受到其他因素的影响，导致钻探施工质量或安全效果无法保证，因此本文针对复杂地层深部找矿钻探技术开展分析有较强的实践意义和应用价值。
1 绳索取心钻进技术分析在针对复杂地层深部位置开展找矿钻探技术时，可以采用绳索取心钻进技术。
该技术主要指的是，在对复杂地层岩心进行取心钻进期间，当岩心充满岩心管时，可以不必直接提起钻杆支柱，而是将其内部涵盖的通孔作为主要通道并应用绳索以及更加专业化的打捞工具。
将取心钻进过程中，储存在岩心管内的一部分岩心直接提取至地面。
此种绳索取心钻进技术因为不必再一次提起钻杆柱，同时也能极大的减少了找矿钻探技术的开展时间，特别是在起下钻时间方面较之其他类型的技术所用更少。
例如在针对金刚石岩心进行绳索取心钻进时，如果用常规的找矿钻探技术则单独凭借钻孔相关工具的升降，这一环节就已经占据了整个施工生产时间的四成左右，特别是随着钻孔的不断加深，钻头下钻的辅助效果会逐渐增加，受到机械化程度相对较低的影响，使得常规钻进手法劳动强度更大。
因此应用绳索取心钻进技术能够有效提高钻进水平和效率，与此同时也能进一步增加钻进的施工时间，因此针对复杂地层深部位置进行找矿钻探时，可以应用绳索取心钻进技术。
绳索取芯钻探技术浅析
绳索取芯钻探技术浅析摘要：随着科技的进步，在我国的钻探行业中，绳索取芯技术也取得了较大的进步，具有安全系数高，钻探效率高，和能量消耗的优势，其应用范围也更加广泛。
促进了钻探工程工作效率的提高和钻探质量的提升。
关键词：绳索取芯；钻探；技术引言绳索取芯钻探以其少起大钻增加纯钻进时间，提高钻进效率，降低劳动强度的特点，在地质资料收集中起到了重要的作用，并在岩心钻探项目中成为常用的技术。
该技术在钻进较硬岩层（如白云岩、石灰岩），表现出了极佳的效果，具有较高的效率。
如何在复杂的地层条件下有效利用绳索取心钻进技术在钻探施工的实际过程中，结合钻探现场的施工情况，提高钻探效率与钻探质量、安全，具有重要意义。
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。
绳索取芯钻探工艺在复杂地层应用分析肇宇蒙
绳索取芯钻探工艺在复杂地层应用分析肇宇蒙发布时间：2023-05-10T07:13:43.553Z 来源：《科技新时代》2023年5期作者：肇宇蒙[导读] 随着我国经济建设的快速发展，能源需求量日益增加。
为满足国家对油气资源勘探开发的需要，各种类型的钻井工程不断涌现。
特别是深部煤层气、页岩气等非常规天然气的开采已成为当前石油与煤炭行业研究和关注的焦点之一。
新疆煤田地质局综合地质勘查队新疆乌鲁木齐市 830009摘要：随着我国经济建设的快速发展，能源需求量日益增加。
为满足国家对油气资源勘探开发的需要，各种类型的钻井工程不断涌现。
特别是深部煤层气、页岩气等非常规天然气的开采已成为当前石油与煤炭行业研究和关注的焦点之一。
由于这些非常规天然气储集层具有低孔隙度、低压缩性、高含硫化氢等特点，因此其钻进过程中井壁稳定问题显得尤为突出。
传统的泥浆护壁防塌方法存在诸多不足之处，而采用绳索取芯技术则能够有效地解决这一难题。
本文以新疆地区某矿区煤系地层为例，通过理论计算及现场试验，系统地介绍了绳索取芯钻具组合、钻头选型以及钻进参数的确定原则，并针对该地层的特殊性质提出了相应的应对措施，取得了较好的效果。
关键词：绳索取芯；钻探工艺；复杂地层；应用引言：近年来，国内外关于绳索取芯钻探工艺在复杂地层应用方面的研究还比较少，尤其是在煤系地层中的应用更加薄弱。
本课题主要多个方面进行探讨:(1)绳索取芯钻具组合设计，希望能够为今后类似地质条件下的绳索取芯钻探施工提供一定的参考价值。
一、绳索取芯钻探工艺在复杂地层的不足（一）取心质量差由于破碎带或裂隙密集发育，造成岩心采取率低或者根本无法采取到完整的岩心。
由于钻孔弯曲导致岩心长度偏短，使得样品不能完全代表整个地层情况。
当遇到松散易坍塌地层时，岩粉会大量涌入孔内，严重影响了后续的实验室测试工作。
（二）卡埋钻事故多由于地层松散软弱易坍塌，加之冲洗液性能不稳定，致使钻孔容易被埋住甚至掉钻。
深孔复杂地层钻探技术探讨
深孔复杂地层钻探技术探讨【摘要】本文从深孔复杂地层钻进所面对的困境出发，分析了复杂地层深孔钻进的特点，就钻进方法的选择、钻具的优化配置、钻进技术参数及防斜等方面，提出了深孔钻进技术的方法和措施。
【关键词】复杂地层钻探绳索钻孔1 前言钻探在地质找矿起着举足轻重的作用，众所周知黑龙江金厂矿区、河南省的灵宝金矿和钼矿田、甘肃阳山金矿田和宝兴厂金矿田等等的探明，均是利用了大量钻探工程。
现阶段在“攻深找盲、探边摸底”勘查中，钻探更是地质找矿必须依靠的手段。
国内外各方人士通过几十年的理论研究和实践探索，在钻探装备和钻探技术方面有了突飞猛进的发展，钻探的诸多技术难题得到解决。
然随着矿产资源“攻深找盲”战略的发展，深部钻探技术难题不断涌现在钻探人面前。
综合探究，目前深孔钻进面临的难题：一是难钻问题，对于地层硬度高，钻头易打滑，钻进效率低；二是漏失问题，对于硬破碎地层、裂隙地层、溶洞、空穴等；三是取心难，护壁难，对于矿化越好的地层，蚀变程度越高，取心困难大，取心数量不足，同时孔壁易失稳；四是钻进防斜纠斜难，钻孔深、岩性变化大、纠斜工具单一。
这些技术问题将涉及到钻探设备的技术配套、钻孔结构选择、钻具的优化配置、钻头结构参数设计、护壁和堵漏技术、钻进参数选择等一系列技术问题。
另外，对于老矿山和深部采空区（废坑道）的钻进，钻孔护壁堵漏、套管设计、套管支护、维护与起拔等均是遇到的新情况。
2 复杂地层深孔钻进的特点总所周知，随着勘探战略的发展深部探矿是大的趋势，大部分钻孔设计600米以上，少数钻孔深度已超过4000m。
金属矿床主要分为外生金属矿床和内生金属矿床，特别是内生金属矿产受成矿作用及后期地质构造运动的影响，使岩矿层及围岩岩性差异变化大，在深部钻进中常钻遇到大的破碎带、蚀变层及断层泥等，使得孔内情况愈加复杂。
另外，随着岩层埋深的递加，地层压力随之递增【1】，同类岩石的力学性质差异变化也是比较大，钻开后应力释放剧烈，孔内压力平衡控制难度大等。
绳索取芯钻探工艺在复杂地层应用实例
二 、钻孔 结构设计
根 据 地 质 要 求 ， 钻 孔 类 型 为 直 孔 ，设 计 倾 角 ９０。 ，终 － － 径不 小 于 ／／ ＬＬ ７ ｍ 。采 用 浓 度 为 ｌｌ ｍ ５ 、粒 度 为 ０％ ４ ０～６ ０目、胎 体硬 度 ＨＲＣ３ ０～４ ０孕
化 ， 坚 硬 ， 破 碎 ，不 均 质 ， 遇 水 易
牛 。
绳 索 取芯 钻进 工 艺是一 种 不提 钻而 从 钻 杆 内捞 取 岩 芯 的 钻 井 工 艺 。 它 的
米 ，破 碎 ， 遇 水 后 易 掉 块 、坍 塌 ； ②英 安岩 ：ｌ ０～３ ，节 理 裂 ８ ５ ５米
特 点 ，是 在 钻 探 过 程 中提 取 岩 芯 时 不
坍 塌 ；
④英 安岩 ：４ ５ ６ ｌ ～４ ０米 ，节理 裂隙 发育 ，岩 性硬 脆 ，岩体破 碎 ，可钻性 ｌ ｌ
级。
极 好效 果 。以 Ｓ ９ ５ ｍｍ 系列 为例 存在诸 多 不 足 ， 如 ： 钻 杆 易 弯 曲 ， 起 下 内 管 不 畅 甚 至 卡 死 ：安 全 脱 卡 机 构 （ 安
寸 ＼ 外 内 壁 外 外 内 壁 外 内 壁 外 内 壁 接 格 径 径 厚 径 径 径 厚 径 径 厚 径 径 厚 头 由７ ５
由９ ｌ
７ ４ ｌ ７ ５ ５ ２ ７ ５ ９ ３ ５ ６ ５ ｊ ５ ３ ５ ５ ３
① 层 采 用 绳 索 取 芯 钻 进 ，在 穿越 后 至 第 ② 层 较 完 整 段 ， 提 出 内 管 ， 将 ９ ｍｍ 钻 杆柱 及 钻具 留置 在井 内 当作套 ｌ
引 起 打 捞 成 功 率 偏 低 ；钻 头 寿 命 短 ，
辅 助 时 间加 长 等 。 近 年 来 ，随 着 研 究 的 不 断 深 入 ， 技 术 上 不 断 改 进 ，其 相
绳索取芯钻探工艺在复杂地层中的应用
绳索取芯钻探工艺在复杂地层中的应用绳索取芯钻探工艺在复杂地层中的应用1 煤田勘探的钻探工程煤田勘探工程目前主要分布在我国的附件、云南、贵州、四川等地区。
主要的岩层有泥岩、粉砂岩、细粉岩和中粒砂岩。
云南、贵州、四川主要含煤地层是二叠系上统龙潭组，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。
在煤田勘探的钻探工程有以下几个特点：1）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。
2）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，容易导致地层失去平衡以致诱发漏失。
2 绳索取芯工艺在复杂地层中的操作措施绳索取芯钻进是一种先进的岩芯钻探工艺。
自从引进了绳索取芯钻探工艺之后，经过几年的发展，在地质钻探，取得了一些经验，收到了很好的效果，获得了良好的经济效益和社会效益。
复杂地层钻探的问题主要包括：缩径、水、漏水等。
针对复杂地层目前主要有以下几种措施。
1）采用合金与金刚石混合钻进多级成孔方法。
钻孔结构要根据钻孔设计深度和岩层的复杂程度来确定，在某矿区设计深度500米左右的钻孔施工中，开孔口径91毫米，采用合金钻进20米，下入89毫米井口套管，然后换甲绳钻钻至孔深300米左右，当穿越复杂地层后再用60毫米绳钻钻至终孔。
2）使用加大外径钻头。
使用加大外径的钻头，就是为了增大钻具与孔壁的环状间隙，减小孔壁阻力及有效地排出岩粉。
为保证钻头外径加大后钻头底面积不增大，可以适当地增加水口数量。
实践证明，在使用加大钻头之后，泵压会明显降低并保持正常稳定工作。
3）选择优质低固相泥桨钻进，钻进复杂地层，使用优质低固相泥浆至关重要。
探讨深孔坍塌缩径地层绳索取芯钻进的技术实践
探讨深孔坍塌缩径地层绳索取芯钻进的技术实践【摘要】在能源需求日益增长的今天，矿产资源的开发也愈加深入。
作为能源开采的重要一环，钻探技术的好坏会对整个钻探项目带来直接影响，因此要引以为重。
本文就对深孔坍塌缩径地层进行重点研究，并采取相应技术措施，使绳索取芯钻进正常进行，并对其技术实践的操作性及指导意义进行分析。
【关键词】钻探技术；深孔坍塌；绳索取芯钻进1.工程实例某矿区一矿段进行钻探施工，该矿区大部为深孔。
矿区岩石的主要成分包括斜长岩、橄辉岩、纯橄岩及各种辉长岩等，岩石可钻性7～9级，部分10～11级;结合此前的钻探情况，项目工程部决定：尽可能延伸HQ口径深孔部分，为遇见更深部破碎带创造条件。
该矿段施工是钻进坍塌缩径地层的成功典范，其设计孔深1500m，设计倾角90°，实际终孔孔深1719.07m。
2.深孔岩芯钻探概述我们常说的深孔岩芯钻探，主要是指孔深在1000～3000m的小口径岩芯钻探，在钻探工程中，绳索取芯技术已经得到广泛运用,小口径深孔钻探取芯技术大大提高了钻探的效率和质量。
除此之外，在我国，最优化钻探技术还处于实验室阶段，尚未投入实践应用;孔底动力头连续取芯钻探技术的应用也并不广泛，绳索取芯钻探工艺技术是国内深孔小口径岩芯钻探的关键技术，施工以现场经验为主。
下面主要探讨深孔绳索取芯钻进在坍塌缩径地层的应用。
3.深孔绳索取芯钻进的特点通过近些年对深孔绳索取芯钻进技术的应用实践，总结出其如下特点：①孔壁与钻杆环状间隙小，冲洗液上返阻力大，泵压高。
②钻杆柱在孔内受力复杂。
③深孔地层压力平衡问题。
以上都是绳索取芯钻进技术在深孔复杂地层应用中特点的集中体现，其中最难的是坍塌缩径地层的绳索取芯钻进。
4.坍塌缩径地层的成因坍塌缩径地层，是指钻孔孔壁容易坍塌或产生膨胀缩径的地层。
一般来说，这类岩层的强度与硬度都较低，其弹塑性往往呈极低或极高两种极端状态，岩层多伴随水溶、水化、水蚀等特性。
此类岩层的形成，多是受内、外动力地质作用造成的，如形成过程中的挤压、风化、溶蚀、沉积等，导致地基松散层、断层、破碎带、孔隙、裂隙、溶隙等环境的形成。
绳索取芯钻探工艺在复杂地层应用实例
（ 构造 角砾 岩 ： ８ ～ ４ ５ ｍ， 风 化 ， 硬 ， ３ ） ３５ １ 强 坚 破 具 直 至 终 孔 。 表 ２ 碎， 不均 质 ， 水易 坍塌 ； 遇
（ 英安 岩 ： １ ～４ ０ｍ， 理 裂 隙发 育 ， 性 硬 ４ ） ４ ５ ６ 节 岩 脆， 岩体 破碎 ， 可钻 性 Ⅸ级 。
表 １ 绳 索取 芯钻 杆钻 具规 格
钻 头 扩 孔 器 内 岩 芯管
厚
外 岩 芯 管 钻
杆
外 内 壁 外 外 内 壁
径 径 厚 径 径 径
外 内 壁
径 径 厚
７ ４ １ ７ ５ ５ ２ ５ ３ ３ ５ ７ ６ ５ １ ６１ ５ ５ ９ ３ ６ ６ １ ． ７ ６ １ １ ７ ／ ９ ９ ６ １ ９ ７ ６ ３ ８ ７ ５ ５ ７ ７ ５ ８ ７ １ １ ２ ５ ２ １ ５ ８ ７ ． ８ ７ ８ ／ ８
诸 多不 足 ， 如钻杆 易 弯 曲 ， 下 内管不 畅甚 至卡 死 ， 起 安
全 脱卡 机构 （ 安全 绳 ） 于 简 易 ， 捞 机 构不 灵 活 ， 过 打 引
Ｘ Ｙ一４ ４钻 机 ： 力 功 率 ３ Ｗ ， 大 压 力 ７ 动 ７ｋ 最 ０ ｋ 最大 扭 矩 ３ ２ｋ ・ 最 高转速 ９ ０ｒｍｉ， 大 Ｎ， ． Ｎ ｍ， ７ ／ ｎ 最
ｍｍ 钻头 内出刃 ， 其 内胎 体 完 全 损 毁 ， 换 绳 取 钻 待 改
头 继续 钻 进 ， 遇第 ③ 层 软弱 层 时 ， 改换 ￣ ５ ｍｍ 双 管 ７ 双 动绳 索 取芯 钻具 ， 至 到第 ④ 层 ， 用单 动 绳 取 钻 直 采
（ 英安 岩 ： ８ ～３ ５ｍ， 理 裂 隙发 育 ， 性 硬 ２ ） １Ｏ ５ 节 岩
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收稿日期:2006-01-06 基金项目:中国地质调查局2003年地质调查实施项目“西部复杂条件下综合钻探技术研究与示范”(编号:20023000066) 作者简介:孙建华(1962-),男(汉族),山东人,中国地质科学院勘探技术研究所教授级高级工程师,探矿工程专业,从事勘探技术研究工作,河北省廊坊市金光道77号,(0316)2096185,sunjianhua@cniet .com 。
复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究孙建华,张永勤,赵海涛,刘秀美(中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊065000)摘 要:研究开发成功的S Q 系列高强度绳索取心钻杆首次采用了薄壁钻杆内镦粗技术。
同时,通过优化接头螺纹参数,改进钻杆接头热处理和表面处理工艺,简化钻具结构等措施,使绳索取心钻杆强度提高40%以上,使用寿命明显增加,钻具冲洗液过流阻力大幅降低。
钻杆可以采用垫叉和扳叉拧卸。
在地质条件复杂的勘探区试验示范,取得了良好的应用效果。
关键词:绳索取心;钻杆镦粗;螺纹优化;复杂地层;示范推广中图分类号:P634.5 文献标识码:A 文章编号:1672-7428(2006)05-0046-05Research on D eep Hole W i re L i n e Core dr illi n g Tech .i n Co m pli ca ted Stra tu m /SUN J ian 2hua,ZHAN G Yong 2qin,ZHAO Hai 2tao,L I U X iu 2m ei (The I nstitute of Exp l orati on Techniques,C AGS,Langfang Hebei 065000,China )Abstract:I nner up setting technol ogy for thin wall drilling p i pes was used in Series S Q high strength wire line drilling p i pes .The strength of drilling p i pes was increased 40%by op ti m izing j oint thread parameters,i m p r oving heat treat m ent and surface treat m ent techniques and si m p lifying structure .The life of the drilling p i pes was obvi ously increased .The p res 2sure dr op thr ough the drilling p i pes was decreased .A good result was gained in comp licated geol ogy conditi ons .Key words:wire line coring;drilling pi pe up setting;tread op ti m izati on;co mplicated stratu m;de monstrati on and popularizati on1 概述我国西部地区地质调查钻探工程钻遇地层复杂,钻探工作量分散,施工区域偏远,钻探施工技术难度很大。
同时,先进的钻探技术推广应用发展较缓。
目前在同类的地质条件和施工条件下,复杂地层中深孔地质调查钻探施工的质量、效率和进度等综合水平明显落后于历史最好水平。
随着国家经济建设重心逐步向西部转移和国内战略矿产资源供需矛盾日益突出,西部地区成为我国目前地质调查工作的重点区域,该区域的地质调查钻探工程增加。
但是在国土资源大调查工作实施以来,西部地区钻探效率低下,质量难以保证,施工费用大幅度增加等问题,直接影响了地质调查效果,增加了工作成本,延长了地质调查工作周期,给国家地质调查工作造成巨大损失。
因此,通过复杂地层中深孔绳索取心技术的研究示范,力求在技术上取得一定创新和发展,并以创新的钻探技术的集成为突破口,提高我国西部地区地质调查复杂地层中深孔岩心钻探技术水平是非常必要和十分迫切的。
2 复杂地层中深孔绳索取心钻探研究2.1 金刚石绳索取心钻探标准现状研究项目组收集了M I CON 公司绳索取心钻具、A tlasCopco 公司绳索取心钻具、Boart -Longyear 公司绳索取心钻具、M I TS U I &CO.,LT D 公司绳索取心钻具等技术资料,通过科技信息检索、对外交流等方式对国外金刚石绳索取心管材标准的最新进展进行跟踪,并对国外金刚石绳索取心管材和螺纹设计加工采用标准的情况进行了调研。
国家技术监督局1998年发布实施了《金刚石岩心钻探钻具设备》、《金刚石绳索取心钻探钻具设备》,取代《金刚石钻探用无缝钢管》(G B 3423-82)中尺寸系列部分内容。
同时原地质矿产部标准DZ211、DZ212等废止执行。
迄今正式和非正式发布金刚石岩心钻探国际标准有8项,但获多数成员国或组织通过的国际标准仅有4项:I S O 3551《金刚石岩心钻探设备 A 系列》、I S O 3552《金刚石岩心钻探设备 B 系列》、I S O 8866《金刚石岩心钻探设备 C 系列》、I S O 10098《金刚石岩心钻探绳索取心设备 CSSK 系列》,而应用较广的绳索取心钻具标准草案———I S O /DSI 10097《金刚石岩心钻探绳索取心设备 A 系列》未获得国际标准化组织TC82/SC6小组多数成员通过。
印度在许多方面的国情与中国相似,因此项目组专门对印度绳索取心钻探标准进行了调查。
该国绳索取心钻杆已经基本实现国产化,并且质量较好,可以满足地质勘探一般施工要求。
印度最大的钻探管材生产企业I S MT公司(The I ndian Sea m less Metal Tubes L td)目前主要按照国际标准和国外企业标准(如DCDMA标准、瑞典的SI S-74130-I E 标准、英国的BS-4019标准、日本的J I S-G3465标准、美国石油协会AP I标准)生产部分地质勘探用管材及绳索取心钻杆。
印度目前尚无自己的绳索取心钻探技术标准,在I S标准库(印度标准)中尚未检索到绳索取心钻探方面的标准文件。
通过研究比对发现,金刚石钻探的国际标准A、B、C三个系列互不通用。
由于目前资源勘探领域仍处于全球不景气状态,国际间交流明显减少。
同时,由于国家利益和跨国公司权益的干扰以及各国和地区资源勘查应用条件的差别巨大,统一的替代的标准编制过程缓慢,协调工作异常困难。
绳索取心钻杆接头螺纹形式、钻具结构的差别出现明显扩大趋势,如Boart-Longyear公司的防脱扣钻杆螺纹、M I2 CON公司的变锥度钻杆螺纹等产品即证实了这一变化趋势。
当然,国际上钻杆规格系列标准却逐步趋于一致,但是这种一致并非统一于国际标准组织,亦非某些发达国家行业标准,而是市场影响最大的商业公司———美国长年公司的Q系列标准。
因此,研究人员在广泛咨询专家意见和建议后认识上形成共识:项目研究工作在技术路线上,既要依循既有标准,又可以针对具体国情和目前西部地区钻探技术条件,大胆优化。
从另一角度说,技术规范和标准也需要适应现实要求,体现科技进步和“与时俱进”的要求。
2.2 钻杆接头螺纹副优化分析绳索取心钻杆在钻孔内承受非常复杂的载荷。
通常钻杆本体的刚性和强度远大于接头螺纹,钻杆失效破坏主要发生在接头上。
根据项目组的抽样调查,在中深钻孔钻杆接头失效导致的孔内事故占孔内钻具事故的90%以上。
因此,研究绳索取心钻杆接头螺纹失效机理,提高其联接强度具有重要意义。
绳索取心钻杆接头螺纹形式的优化研究成为项目工作的重点之一。
钻杆接头螺纹副优化受到钻探界的广泛关注。
多年来,一些学者从理论角度研究了钻柱的联接强度。
阎铁等将螺纹联接“简化”为绳索绕滚子运动模型,应用挠性件摩擦理论研究载荷分布规律[1]。
张焱等对上述模型进行了改进,并利用一种修正的弹簧模型,分析了螺纹载荷分布规律,得到螺纹锥度、螺纹脂、螺纹牙的相对弹性系数对载荷分布规律的影响关系[2]。
李润方、林腾胶等应用二维接触有限元方法研究了联接螺纹在预紧和工作状态下的接触应力场,这种计算理论严格、运算复杂,不便于工程技术人员掌握[3]。
据此,张焱等提出了一种半解析———有限元方法,在保证求解精确性的前提下,螺纹联接强度的研究计算过程有所简化[4]。
此后,王利等用能考虑螺纹接触边界存在大变形和大滑移条件的有限元程序,对套管螺纹接头滑脱失效影响参数进行了有限元模拟[5]。
模拟结果表明:螺纹锥度大小对滑脱影响很小,材料性能对滑脱影响最大;滑脱的开始位置在接箍的端部。
模拟结果与实际情况相吻合。
因此,得出了套管螺纹接头必须满足结构完整性条件的结论。
此外,2000年西安交通大学习俊通等人根据套管螺纹接头的结构和受载特点,在先期建立的套管接头螺纹旋合接触的有限元分析模型和分析程序的基础上,研究了因加工误差而造成套管接头内、外螺纹螺距不一致时对其载荷传递特性的影响;给出了在内、外螺纹具有不同的螺距配合时,载荷在套管接头各扣螺纹上的分布规律曲线,为设计时合理选择套管接头内、外螺纹的螺距公差提供了依据[6]。
2.3 绳索取心钻杆接头螺纹形式的优化多年来,国外许多公司对钻杆螺纹副连接形式进行了大胆尝试试验。
如美国Boart-Longyear公司绳索取心钻杆“负角度面”防脱扣螺纹及不等高螺纹、美国GRANT TF W公司的变型AP I螺纹、德国M I CON公司的不等锥度螺纹等,这些螺纹形式在钻探施工中已经得到应用。
项目组对国外应用于钻探实践中的各种螺纹形式的技术性(强度、密封性、磨损后强度变化规律等)、可加工性、经济性进行了详细论证研究。
认为,美国长年绳索取心钻杆“负角度面”防脱扣螺纹技术上有一定优势。
但是,考虑到国内绳索取心钻杆常规加工工艺落后,加工精度难以保证等具体因素,对螺纹副扣型的优化采取了更加稳妥的技术路线。
项目组按照实际工况对绳索取心钻杆柱进行受力分析,确定了对绳索取心钻杆进行镦粗,并科学合理调整螺纹副锥度、齿高及公差精度等参数,达到提高联结强度,增加使用可靠性的技术目标。
2.4 中深孔复杂地层用绳索取心钻杆形式2.4.1 钻杆结构的改进方案的制定首先针对西部地区中深孔绳索取心钻进应用中存在的主要技术问题,同时结合我国现有管材材质、机加工精度及热处理水平、钻探设备现状、现场工人操作水平等实际情况,制定技术方案,以提高钻探施工效率,提高深孔及复杂地层应用的可靠性。
据此,项目组在钻杆结构方面进行了以下改进:(1)由于常规绳索取心钻杆断裂部位主要发生在钻杆接头螺纹根部第二扣(公扣占大多数),确定第一方案是通过调整钻杆体及接头螺纹根部厚度、螺纹高度、锥度及长度等参数达到优化目的。