深孔鉆探方法與深孔鉆探的技術(shù)問題

隨著國(guó)內(nèi)外地質(zhì)勘查技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆探效率、鉆進(jìn)深度的要求不斷深入，深孔鉆進(jìn)的技術(shù)問題也成為擺在我們面前的新課題。
小探以膠東地區(qū)黃金地質(zhì)勘查為例，給大家溫習(xí)一下深孔鉆探的鉆進(jìn)方法。
咳咳，講重點(diǎn)啦，別走神~。
一、鉆孔結(jié)構(gòu)
深孔鉆進(jìn)采用金剛石繩索取心工藝,三徑成孔,即以ф91口徑開孔,下入ф89孔口管后,以ф76S工藝鉆進(jìn)通過破碎帶及斷層泥,再下入ф73套管后換徑,最后以ф59S口徑鉆進(jìn)至終孔。

二、金剛石鉆頭與擴(kuò)孔器
在招平斷裂帶深孔鉆進(jìn)中，由于地層破碎、坍塌、斷層泥縮徑,造成環(huán)狀間隙小、流速大、泵壓損耗大、液流不暢、泵壓偏高或蹩泵,導(dǎo)致無法正常鉆進(jìn)；且在下入和起拔超深套管時(shí)，易造成下入不到位,起拔時(shí)易拉斷等問題。

在實(shí)際工作中,我們采用加大外徑的鉆頭和擴(kuò)孔器的方法：鉆頭外徑由原來的ф75增加到ф76，擴(kuò)孔器外徑由原來的ф75.5增加到ф76.5。

三、鉆壓
影響鉆頭部位壓力(F4)的因素比較多,主要是鉆機(jī)液壓系統(tǒng)壓力(F),鉆桿自重(F1),沖洗液對(duì)鉆具的浮力(F2),沖洗液對(duì)鉆具的上頂力(F3)。它們之間的關(guān)系是:F=F2 +F3+F4 -F1 (F正值為加壓,負(fù)值為減壓)
① F1 =mL式中：m—每米鉆桿的重量，ф71鉆桿為79.8N/m，ф56鉆桿為61.6N/m；L—孔深，m；
② F2 =F1/7.85
③ 帶有一定壓強(qiáng)的沖洗液對(duì)孔內(nèi)管材上頂力主要作用在小于鉆桿內(nèi)徑的上部接手和水接頭處，其作用面積為鉆頭內(nèi)徑。
F3=PnS
式中：Pn—泵壓，MPa;
S—鉆頭內(nèi)徑面積，m2。1MPa泵壓的上頂力：ф76為1886N；ф59為1018N；

④F4 =PmA式中：Pm—推薦的單位壓力,MPa；鉆進(jìn)中硬巖層Pm值取7；硬巖取9；堅(jiān)硬巖層取10；

A—鉆頭工作唇面與巖石的接觸面積(為鉆頭環(huán)狀面積的3/4)，m2使用XY-44鉆機(jī)時(shí)ф76口徑鉆進(jìn)時(shí)

P(為負(fù))=0.1202Pn+0.1268Pm-0.0044L

P(為正)=0.16Pn+0.1687Pm-0.0059L

ф59口徑鉆進(jìn)時(shí)

P(為負(fù))=0.1699Pn+0.0864Pm-0.0034L

P(為正)=0.0864Pn+0.1152Pm-0.0046L

P—鉆機(jī)壓力表壓力，MPa；

Pn—沖洗液對(duì)鉆桿的上頂力MPa；

Pm—地層硬度系數(shù)，

L—鉆孔深度，m；通過公式計(jì)算,鉆進(jìn)完整地層時(shí)，用ф76S口徑加、減壓的臨界孔深在310～340m之間；ф59S在290～320m之間。

四、深孔鉆進(jìn)參數(shù)

1、泵量

鉆孔泵量要保證孔底巖粉排出和鉆頭充分冷卻。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),排出孔底巖粉所需要的泵量必須完全滿足冷卻鉆頭的要求。
我們以有效排出巖粉作為確定泵量的依據(jù)。沖洗液上返的流速必須大于重量最大的巖屑在沖洗液中的沉降速度。
根據(jù)理論值，克服金剛石鉆進(jìn)產(chǎn)生巖屑的沉降，沖洗液上返流速應(yīng)大于0.8m/s。鉆孔越深、鉆進(jìn)速度越快，上返流速應(yīng)適當(dāng)加大。

當(dāng)復(fù)雜地層出現(xiàn)超徑時(shí)，由于流速降低，巖粉顆粒在超徑處懸浮沉積，停泵后易出現(xiàn)夾埋事故，因此應(yīng)適當(dāng)加大泵量，保證巖粉排出；同時(shí)考慮到泵量對(duì)孔壁的沖刷和對(duì)鉆頭胎體沖蝕的影響，選擇不宜過大。

2 轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速是影響金剛石鉆進(jìn)效率的主要因素，在大多數(shù)硬巖中機(jī)械鉆速(進(jìn)尺速度)隨金剛石轉(zhuǎn)速的增大而增大，單位進(jìn)尺金剛石耗量實(shí)際上并不增加。

影響轉(zhuǎn)速的因素主要有:

管材的強(qiáng)度，鉆孔的深度，沖冼液的潤(rùn)滑性能和護(hù)壁效果，巖層的破碎程度和孔壁的穩(wěn)定程度。

由于摩擦阻力，破碎巖石所消耗的功主要反映在電流上，受鉆桿強(qiáng)度，設(shè)備能力的限制，電流必須控制在80安培以下，如果超過80安培必須降低轉(zhuǎn)速來調(diào)整。

(1)巖石性質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響：

中硬完整巖層宜采用高轉(zhuǎn)速。在裂隙發(fā)育巖層，軟硬不均勻巖層中鉆進(jìn)，鉆頭振動(dòng)大,磨損嚴(yán)重，應(yīng)視其程度，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。在軟巖中鉆進(jìn)，為了保證冷卻和排粉效果，需限制鉆速，往往在限制鉆速的同時(shí)限制轉(zhuǎn)速。

(2)鉆孔深度對(duì)轉(zhuǎn)速的影響：
鉆孔越深，受力情況越復(fù)雜，鉆具重量越大，回轉(zhuǎn)時(shí)所消耗的功率也越大，所以轉(zhuǎn)速受功率及鉆具的限制，要相應(yīng)降低。

3 鉆進(jìn)操作

(1) 深孔鉆進(jìn)鉆桿承受扭矩和拉力大為防止鉆進(jìn)中脫扣、跑鉆、斷鉆，嚴(yán)禁把絲扣磨損嚴(yán)重、彎曲、裂紋的鉆桿鉆具下入孔內(nèi)；

深孔鉆進(jìn)鉆桿接頭多，要在絲扣上涂抹絲扣油(自制絲扣油的配方為：石墨粉∶黃油∶廢機(jī)油=1∶2∶0.2)，以防止鉆桿絲扣處漏失沖洗液，致使鉆頭胎體不能有效冷卻而造成燒鉆，同時(shí)可減輕絲扣磨損，降低擰卸時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(2) 上下鉆時(shí)要嚴(yán)防跑鉆，深孔上下鉆起重量大，跑鉆后沖擊力更大，會(huì)造成鉆桿墩鼓、鉆頭墩裂。

發(fā)生跑鉆時(shí)，應(yīng)將鉆具提出孔外檢查，嚴(yán)禁在孔內(nèi)對(duì)接繼續(xù)鉆進(jìn)。控制合理的起下鉆速度，操作升降機(jī)要平穩(wěn)，盡量減小慣性力效應(yīng)，避免和減少激動(dòng)壓力和抽吸作用，防止坍塌。

(3) 鉆進(jìn)時(shí)要隨時(shí)調(diào)整沖洗液性能，鉆進(jìn)前后多沖孔，保持孔內(nèi)清潔。

(4) 操作中每個(gè)回次的前后要仔細(xì)稱重，避免脫扣、斷鉆時(shí)的判斷失誤，造成事故的復(fù)雜化。
每個(gè)回次前后準(zhǔn)確丈量機(jī)上余尺，保證出現(xiàn)事故時(shí)事故位置清楚。

(5) 時(shí)刻注意孔內(nèi)返水、泵壓、電流變化及異常聲響，防止斷鉆、燒鉆。

(6) 鉆進(jìn)合車時(shí)，由于深孔摩擦阻力大，鉆頭要離開孔底，緩慢輕合離合器，待轉(zhuǎn)速接近選定速度時(shí)，鉆頭再接觸孔底正常鉆進(jìn)，避免瞬間扭矩過大使鉆桿折斷。

(7) 穿過主斷層時(shí)，及時(shí)更換新鉆具，鉆具上部選用幾根新鉆桿，防止疲勞斷裂，預(yù)防復(fù)雜事故的發(fā)生。
孔內(nèi)漏失不返水時(shí)，要在鉆桿上涂抹潤(rùn)滑脂，降低回轉(zhuǎn)阻力和鉆桿磨損。

(8) 在鉆進(jìn)復(fù)雜地層時(shí)，如出現(xiàn)機(jī)故或其它停待時(shí)間，應(yīng)將孔內(nèi)鉆具提出，或提離復(fù)雜孔段。

5、超深套管的下入與起拔

招平斷裂破碎帶厚度大，穿過后還要鉆進(jìn)較長(zhǎng)孔段才能通過礦層終孔。

鉆進(jìn)時(shí)鉆桿要對(duì)孔壁碰撞敲擊，單純依靠沖洗液護(hù)壁，很難保證孔壁長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定和鉆進(jìn)需要，套管隔離是最穩(wěn)固的辦法。

下入ф73套管時(shí)，在套管底部擰接合金鉆頭或薄壁金剛石鉆頭,外徑不大于75mm；合金鉆頭鋼體外徑與套管接手相同,底出刃3mm,外出刃1mm，無內(nèi)出刃；薄壁金剛石鉆頭胎體厚度為6mm，內(nèi)徑為ф61，水口8個(gè)。

套管絲扣為ф68.3×66.7×60、螺距為6mm的方扣，套管之間用中接手連接。遇到探頭石或斷層時(shí)，可掃孔至孔底。
在套管上涂抹黃油保證潤(rùn)滑，減小起拔時(shí)的阻力。ф73套管頂端與ф89套管上部接觸處纏繞20cm寬、直徑4mm的麻繩,并在ф73套管頂部套上皮   墊，皮墊與ф89套管頂端接觸,避免巖粉沉淀到ф89和ф73套管間的環(huán)狀間隙，夾死ф73套管，造成起拔困難。