金刚石绳索取芯技术（共5篇）
金刚石绳索取芯技术 篇1
1 工程概况
中国煤炭地质总局第四水文地质队《云南江城地区油钾兼探钻探工程》项目, 设计四个钻孔, 编号为ZK-1、ZK-2、ZK-3和ZK-4, 为直孔, 全孔取芯, 要求岩矿芯直径不小于60mm, 钻孔直径最小为96mm;采取率要求为, 非含盐段80%-90%, 含盐段95%以上。
江城含盐工作区位于思茅凹陷东区南部。本区的四个含盐带内展布着若干面积小、厚度大、富含泥砾岩的盐构造矿床。盐体位于矿区中部次级背斜内, 残存面积3.2km2, 区内见盐深度最浅26 m, 最深901m, 盐层表生淋滤带深度一般26m~60m。钾盐分布于石盐层中, 界限不清, 分布面积2.8km2, 占石盐分布面积的80%。钾矿层KCl品位一般5%~10%, 全区平均8.81%, 含Na Cl 62.14%, 水不溶物23.35%;石盐钾盐矿层含KCl 2.62%, Na Cl 70.64%, 水不溶物22.95%。钾盐层多在石盐层中分段富集成群, 并多富集于厚度大、品位高、夹石少的盐层中、上部。
2 钻遇地层及施工难点
工作区地层自老至新依次为三叠系 (T) 、侏罗系 (J) 、白垩系 (K) 、古近系古新统勐野井组 (E1m) 、古近系始新统等黑组 (E2d) 、新近系 (N) 和第四系 (Q) 。岩性主要为砂岩、泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砾岩、石膏、岩盐等, 局部夹含石英脉, 岩层倾角20°-50°, 岩石可钻性Ⅵ-Ⅶ级, 局部可达Ⅷ-Ⅸ级。该区地层复杂, 资料匮乏, 岩性变化频繁, 已施工的多个钻孔, 地层各不相同, 没有可比性, 每个钻孔的施工都是在摸索中前行。
为了提高盐矿芯采取率, 更好地满足业主的要求, 我们选用了绳索取芯工艺进行钻探施工。
在施工ZK-1孔时遇到了涌水, 我们使用加重钻井液, 由于固相含量大, 钻杆内壁结垢严重, 造成内管受阻, 不能顺利起拔;配制堵漏类钻井液、甚至水泥浆都没能封堵住裂隙;最后下套管, 也未达到目的, 无奈弃孔。
ZK-2孔施工于云南省普洱市江城县宝藏乡西南10km左右, 设计孔深1000m。钻机为HXY-5型钻机, BW250型泥浆泵。为了有效保护盐层, 该孔选用饱和氯化镁钻井液体系。在施工ZK-2孔遇到涌水后, 我们吸取了ZK-1孔的教训, 采用增多钻孔结构级数、灌注水泥浆、加重钻井液、套管隔离和导流等多种措施, 取得了较好的效果。
现以ZK-2孔为例, 详细介绍涌水孔的绳索取芯钻进技术。
3 钻进技术
3.1 优化设计
原设计结构为二级钻孔一级套管, 即:一开用Φ133钻头钻进到基岩, 下入Φ114的表层套管, 然后换用“Ф95+1金刚石取芯钻头+Ф89绳索钻具”一直钻进到终孔。
由于该区地层复杂, 钻探中漏、涌等情况难以预料, 我们在设计钻孔结构时, 增大了开孔口径, 用Φ178取芯管钻进到了33m (进入基岩10m) , 下入Φ168的表层套管, 内附Φ114技术套管。这样将钻孔结构由常规的二级钻孔一级套管增加到四级钻孔三级套管, 在后续的施工中, 视地层复杂程度, 可以依次下入Φ139-Φ114两级套管, 进行隔离。很大程度上提高了应对复杂地层的能力。
3.2 水泥封堵
使用“Ф95+1金刚石钻头+Ф89岩芯管+Ф89绳索钻具”组合, 钻井液比重为1.10, 黏度为28秒。钻进到98m时, 钻井液消耗严重 (由于钻具带动钻井液旋转, 离心力对井壁产生的侧压力大于地层涌水压力, 造成钻井液大量漏失) , 钻具静止时钻孔涌水, 涌水量达1.70m3/h, 井口压力为0.20MPa, 一小时后返出的全是清水。
强行钻进到120m, 岩芯完整, 涌水量和压力没有变化, 说明地层稳定, 没有裂隙, 不再涌水。我们及时使用水泥进行了封堵:
(1) 用P042.5水泥进行封堵:从井口注水泥浆0.5m3, 加3﹪工业盐, 替浆0.30 m3, 替浆压力3MPa。凝固24小时后探水泥面在35m, 扫到孔底, 涌水1.20m3/h, 涌水量有所减小。取出的水泥石接近底部时可见孔洞。
究其原因:井口封闭不严、替浆量小、钻杆与套管内余留的水泥浆太多, 挤进裂隙的有效水泥浆少, 因而导致下部水窜。
(2) 总结经验, 二次注浆:水泥浆1m3, 加3﹪工业盐, 加替浆0.45 m3, 憋压2.5MPa, 停泵, 压力恢复至零。凝固24小时, 水泥面在35m, 扫孔到底, 依然涌水, 涌水量减小, 为0.60m3/h。
探究原因:泥浆泵排量较小, 注浆和替浆时混浆较多。
(3) 三次注浆:先注隔离油塞子 (25kg水泥加50kg柴油) , 再注水泥浆1m3, 按照比重由小到大, 最后替水0.60 m3, 压力忽高忽低, 最后管内余留20m水泥浆。
扫孔, 涌水量减小, 为0.10m3/h。配制饱和氯化镁钻井液, 此时可正常钻进。
3.3 平衡钻进
钻进到168m时, 钻孔再次涌水:涌水达到2.20m3/h, 井口静压0.60 MPa。
加大钻井液比重, 达到1.40时, 可以平衡地层压力, 但是无法正常钻进:固相在内外管之间堵塞, 泵压高;钻杆内壁结垢, 内管上下通行极其困难。我们改用目数更高的重晶石粉 (750目) , 又在钻井液中加入润滑剂等辅助材料, 把转速降低到200转/分钟以下, 有效地避免了钻杆内壁的结垢, 可以顺利地钻进。
3.4 下管隔水
钻进到220m, 涌水增大, 达到3.60m3/h, 井口静压为0.80 MPa。钻进到234m, 孔底岩粉太多, 加不上尺。说明地层已完整, 判断涌水段在168m~230m之间。边捞砂边钻进到241m, 孔底沉沙, 上部掉块, 继续钻进难度很大, 而且非常危险, 所以决定下Φ139mm套管隔离。
绳索钻具壁薄并且刚性强, 脆性大, 故难以承受大扭矩, 所以只能逐级扩大孔径。
首次扩孔, 孔径为Φ133mm, 钻具组合为:
Φ133 PDC全面钻头, +Φ89石油钻杆38m, +Φ89绳索钻杆, +Φ59立轴, 在距钻头9m和18m的Φ89石油钻杆接头上焊肋骨条, 以此作扶正器。
第二步换Φ152牙轮扩孔到241m后, 准备下管:
在第一根套管上焊Φ6mm×250mm钢筋4根, 呈螺旋状, 用以把套管扶正居中, 之后每隔30m焊一组;套管平底不做马蹄;套管丝扣上缠生料带密封;底部50m套管丝扣上点焊, 防止下部钻进时套管倒扣。
下管后, 注水泥浆3吨 (约3.2m3) , 替浆2.4m3, 整个过程泥浆泵无压力显示。用PDC钻头扫到套管底脚, 然后换Φ95+2金刚石钻头钻进。待出套管后, 依然涌水, 但量很小, 为0.2m3/h, 不影响绳索取芯的正常钻进。
分析原因是:水泥浆在套管外上升到涌水层时被涌水稀释, 流进裂隙内或流出地面, 只有涌水层下部即套管底脚有少量水泥起到了一定的封固作用。
3.5 套管导水
下管后钻进到285m时, 钻孔又开始涌水:3m3/h, 井口压力为0.50 MPa。分析原因是:
①套管外水泥环被震松, 上裂隙、下裂隙窜通;②下部地层又开始涌水。
289m, 从井口直接往套管内注浆2.5吨, 此时压力2MPa~4MPa, 替浆2.2 m3, 最高压力达7MPa, 此后不断补水憋压一小时左右。
后绳索取芯钻进时, 涌水为0.5m3/h, 打捞内管时, 涌水为1m3/h~1.5m3/h, 井口静压力是0.7 MPa。
在336m处, 从井里取出的岩芯特破碎, 每个回次只能钻进0.5m~1.5m, 如若再进尺就堵芯, 采取率只有20%。起钻后井口涌水3m3/h, 井口静压力是1MPa。
476m处, 岩心为泥岩, 进尺慢, 速度为1m/2h, 泥浆比重是1.18, 黏度为32秒。BW250泵排量小, 钻头极易被泥包。
进尺到710m, 可见泥岩105m, 通过分析, 涌水层已过, 泥岩隔水性好, 开始测井、扩孔、下管。
管串:木引鞋+套管 (小马蹄, 以免下部钻进起钻时, 钻具挂套管脚) , 套管规格;Φ108mm×4.5mm, 宝钢DZ40;节箍规格:Φ108mm×5.5mm, 内径由Φ97 mm扩大到Φ98 mm, 这样可以让Φ95+1金刚石钻头以及扩孔器通行。
当套管下到孔底, 只对套管底脚进行了封固。这样, 终孔后可以把上部套管起拔出来重复利用, 又能把涌水从套管外导出地面, 有效地避免了涌水层上部地层被封闭后, 把涌水憋回套管再次从管内返水。
处理井口:把Φ108技术套管之外的返水, 要引流出去 (不可进入泥浆池) , 钻井液在循环槽、沉淀池、泥浆池和Φ108套管组成的循环系统之内, 可以循环, 但是与涌水隔离, 其不被破坏。
4 施工效果
三次下管后, 四开钻进时全孔替换成饱和氯化镁钻井液。平均日进尺20m多, 半月后钻进到1000m, 顺利终孔。
本孔没有见到钾盐, 全孔取芯率达到95.6%, 获得了本孔区域完整的地层序列, 孔斜6.8°, 其他各项指标都在要求之内, 完全满足了合同和设计要求。
5 体会
5.1 钻孔涌水的种类及处理思路
5.1.1 溶洞承压水
钻开地下承压水, 只顺着钻孔往上涌, 在地下没有径向流动。
①调整泥浆性能, 使用加重泥浆来压住涌水, 以至于形成过平衡状态, 导致把地层压漏, 在泥浆中加入适当堵漏类材料, 循环几个小时之后, 可堵住;②密封井口, 直接灌注水泥浆, 按照水泥5%的量加盐, 尽可能多地把加盐水泥浆往裂隙中挤压;③先用加重泥浆压住涌水, 然后把钻具下到涌水层之上, 要注入前置液, 最后灌注水泥浆, 这样也能封堵住涌水。
5.1.1 流动承压水
钻到地下承压水层位, 水沿钻孔上涌, 并且沿裂隙径向流动。这时, 很难彻底封堵。如果用大比重泥浆来压住涌水, 同时不开泵循环, 地下河水的径向流动也可以把泥浆置换、稀释, 钻井很快就会上返清水。
大比重水泥浆封堵后, 如果钻井不返水, 钻井底部的水泥柱, 被流水冲蚀, 出现孔洞。钻井到达水泥柱, 涌水量减小, 随着继续钻进, 涌水通道很快又一次被打开, 涌水继续。探究原因:地下河水不断流动, 进入裂隙的水泥浆被稀释、冲走。这种情况下, 用套管隔离、导水、封堵是最有效的办法。
5.2 措施及操作
认真研究涌水的实际情况, 加强对施工细节的操控。从理论上看, 如果停泵, 涌水层以下的泥浆是不会被稀释的, 但是实际情况是涌水层以下相当长距离的泥浆, 继续被稀释、破坏。
5.2.1 平衡钻进
根据测量, 绳索钻具的外径和钻孔的间隙只有2mm-3mm, 内外管两者间隙只有1.5mm-2mm, 卡簧座和钻头的内台阶两者间隙只有3mm-5mm;要求只能使用无固相或低固相钻井液。如果钻井液加重, 固相含量就会增多, 钻具内壁会结垢, 并且会影响过水, 泵压继续升高, 逐渐不能建立循环, 内管不能流畅提拉、下放;此时如果上下钻具和打捞内管, 钻具相对于井筒, 内管相对于钻具就犹如活塞, 形成抽吸, 裂隙水很快涌出, 并且稀释钻井液, 会破坏泥浆性能, 严重导致孔壁坍塌以及孔底沉沙增多等情况。
5.2.2 注浆封堵
根据实际情况, 水泥型号、添加剂种类、灌注的方式和候凝的时间等都要作合理安排, 每次注浆都需要在现场用做配伍试验。注浆的方式可以选择从孔口、下钻具密封孔口、使用加重泥浆压制涌水来从裂隙上部注浆等, 特别是下钻具注浆, 严防把钻具固结。
使用水泥浆把涌水永久性封堵的可能性非常小, 但是注浆后通常可以减小涌水, 可以强行钻进一段。
5.2.3 下管导流
下管导流往往很难彻底把涌水堵住, 而是先隔离、引流, 使其不与钻井液相互混合。
下管深度:云南地层较为复杂, 分层性不明显, 涌水层连续不断, 经常是下管后钻进不久又涌, 在实际施工中, 不可能不断地下管隔离。这样就需要采取顶涌、造浆和水泥封堵等措施, 强行尽可能多地钻进;孔深超过涌水层越多越好, 最好至少100m以上;理论上, 涌水从管外上返的阻力小于绕到管底再从管内上返的阻力, 但是实际情况是, 下管后管内经常还会有少量返水。如ZK-2钻孔孔径为116mm, 最下部的涌水层位于605m, 108mm套管下至710m, 管内还是有少量涌水;
套管与孔径, 套管与孔壁环状间隙越大越好, 可以保证导水通道畅通, 并且导水阻力更小。
5.2.4 固井
如果遇到流动的涌水, 下管也不能保证把涌水封堵住。那么下管后一定要固井, 水泥浆可以返到管外, 超过涌水层之后, 就可以被稀释并带出到地面, 即使进入裂隙水泥浆也被流水冲走, 这样就致使套管底脚很难彻底封固。这种情况下, 千万不可以从井口往管外压注水泥, 以免导水通道堵塞, 使涌水再次返入管内。如ZK-1钻孔时, 涌水层位于590m-624m以及656m-657.50m, 井径122mm, 在孔深732m时, 114mm套管下到深680m处。在114mm套管外, 加装了橡胶伞和168mm井口管密封、配合, 由于套管底脚没有及时去封固, 使涌水从管内返出, 后来采用多种方法, 多次封堵, 均无效, 最终弃孔。
下管以后, 及时下钻具并且密封井口, 或者直接密封井口注浆。注浆憋压至水泥初凝, 再打开井口, 以避免涌水回流把水泥稀释和冲散。
涌水离地表越近, 越难处理。此时, 即使加重泥浆, 由于液柱太短, 有效压力很低, 难以实现平衡钻进。
泥浆中要加入750目以细的重晶石粉, 配以润滑剂等辅助材料, 同时降低转速, 当转速低于150r/min时, 钻杆内壁结垢明显减轻。
根据以上实际与分析表明, 钻孔在钻进过程中, 涌水情况极其复杂。在实际施工中, 需要根据具体情况, 采用相应施工工艺, 认真分析, 精心组织, 探索和研究发生的实际问题, 确保钻探堵漏成功, 使钻探正常施工, 并且取得良好效果。
参考文献
[1]杜晓瑞, 等.钻井工具手册[M].石油出版社, 2000.
[2]王玉春, 等.水文水井钻探[M].新华出版社, 2005.
[3]吴棣华.关于深孔岩心钻探若干情况和看法[J].地质与勘探, 1980, 2.
[4]孙丙伦, 等.复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术探讨与实践[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2008, 5.
[5]王扶志, 等.地质工程钻探工艺与技术[M].长沙:中南大学出版社, 2008.
[6]巫相辉, 董光明.钻井液配制技术及其应用[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2009, 5.
[7]四川省峨眉山四零三建设工程公司.金刚石绳索取心钻进操作规程[S].2005.
[8]周宗奇, 等.SYZX75绳索取心液动锤在破碎地层中的应用[J].中国煤炭地质, 2011, 23 (1) .
金刚石绳索取芯技术 篇2
近年来, 中石油煤层气有限责任公司对韩城区块煤层气资源进行大规模的勘探开发, 陕西省煤田地质局一三一队承担了许多煤层气探井、参数井、生产井的施工任务, 在施工中为了快速准确获取目标煤层的埋深、厚度、煤岩及煤质特征, 割理及裂隙发育程度, 含气量、含气饱和度、等温吸附曲线、渗透率、储层压力、地应力, 煤层顶底板岩石物理力学性质等参数, 优选采用绳索取芯钻进技术。下面就以WLC20#煤层气探井为例, 对煤层气绳索取芯工艺、技术参数、操作注意事项及取得的成果作以介绍。
1 钻井地质简介、目的及取芯质量要求
1.1 钻井地质简介
WLC20#位于陕西省韩城市盘龙乡道口梁村前雨溢组西50m, 在大地构造位置上处在鄂尔多斯盆地东南缘, 浅部构造复杂, 断裂发育, 中深部地层平缓, 断裂较少。设计井深1030m, 钻井海拔高863m。该井钻遇地层自上而下为:第四系 (Q) , 三叠系下统刘家沟组 (T1l) , 二叠系上统石千峰组 (P2s) 、上石盒子组 (P2sh) , 二叠系下统下石盒子组 (P1sh) 、山西组 (P1s) , 石炭系上统太原组 (C3t) , 石炭系中统本溪组 (C2b) , 奥陶系中统马家沟组 (O2m) 。目标煤层为二叠系下统山西组3#煤层和石炭系上统太原组11#煤层。完钻层位, 奥陶系中统马家沟组。
1.2 钻井目的
钻穿11#煤层以下40m完钻, 下套管, 固井;获取目标煤层 (3#、11#煤层) 的煤层埋深、厚度、割理及裂隙发育程度, 含气量、含气饱和度以及煤层顶底板岩石物理力学性质等参数, 为申报煤层气储量提供基本数据。
1.3 取芯质量要求
(1) 取芯层段为3#、11#煤层及直接顶底板各3m, 煤芯采取率≥80%, 岩芯采取率≥90%, 煤岩芯直径≥65mm。 (2) 煤芯从井底提取至井口上提时间不大于T=0.02H (H为煤层井深, 单位m, T为上提时间, 单位min) , 做到煤芯结构清楚, 不污染, 不磨烧变质, 不混入杂质。
2 钻井主要设备及取芯器具
2.1 主要设备
2.2 取芯器具
根据本井取芯要求和取芯井段的地层岩性特点我们选择了由河南平顶山五环实业有限公司生产的WH-B型大口径绳索取芯器。该取芯器在设计上集中了煤田勘探多种取芯工具的优点, 不仅能满足煤层气井对岩煤芯直径和时间的要求, 还能与内通径≥93mm的￠127mm石油钻杆直接连接。
取芯钻头选用￠215.9mm钢体式多阶梯PDC防冲刷钻头。这样取芯和无芯钻进口径相配套, 不需扩井, 取芯和无芯钻进钻杆可相互转换, 大大提高了钻进效率。
钻杆选用内通径≥93mm的￠127mm石油钻杆, 即可采用常规牙轮、PDC无芯钻进, 又可作为绳索取芯钻杆钻进。
3 钻进工艺
3.1 井身结构
一开采用￠311mm牙轮钻头钻穿第四系表层进入稳定基岩20m, 下入￠244.5mm表层套管并固井。
二开采用￠215.9mm钻头钻至完井, 下入￠139.7mm技术套管并固井。
3.2 钻具组合
一开组合:￠311mm牙轮钻头+￠203mm钻铤+￠178mm钻铤+￠159mm钻铤+108mm方钻杆
二开组合:￠215.9mm牙轮钻头+￠178mm钻铤+￠159mm钻铤+￠127mm钻杆+108mm方钻杆
3.3 钻井液
3.3.1 钻井液配置与维护
采用底固相钻井液钻进。主要材料除了纯碱、土粉以外, 还有腐植酸钾、防塌防卡剂、广谱护壁剂和CMC、等。配置钻井液时, 先用预水化浸泡处理土粉, 并充分搅拌。各个班组安排一名钻井液管理员及时测量 (不少于2次) 钻井液性能并做好记录, 根据测试结果及时调整钻井液性能, 并维护好钻井液净化设备保证其正常运转。
3.3.2 钻井液性能指标
漏斗粘度19-22秒, 比重1.02-1.04g/cm3, p H值7-8, 含砂量<2%, 失水量<14ml/30min。
3.4 技术措施及施工作业要求
3.4.1 钻进参数
岩层段:冲洗量900-1200L/min, 钻压40-60k N, 转速60-100r/min;煤层段:冲洗量360-480L/min, 钻压15-30k N, 转速40-60r/min。
3.4.2 操作要求
(1) 下入井内的钻杆须经严格筛选, 仔细检查公母丝扣, 严禁弯曲或严重磨损的入井。入井前, 先确认内径畅通, 且要大于￠93mm, 在下钻前用自制“通径规”通径。 (2) 严格控制下放速度, 以免水眼堵塞。下放时若中途遇阻, 可先冲洗, 少划或不划眼。若不能解决, 可改用牙轮钻头通井划眼至内径畅通。切记匀速钻进, 参数必须维持稳定, 严禁中途停泵、上提方钻杆、钻进中途不能调整钻井液。 (3) 取芯前控制钻速, 起钻试通井一次, 确保井内无落物。 (4) 井内循环压力正常, 井底无沉砂、掉块, 井眼畅通无阻, 方可送入取芯内筒。 (5) 内筒投入经确认到位后方可进行取芯钻进。 (6) 钻到预定进尺后, 停泵, 回转实施割芯。若地层较硬或钻遇煤层夹矸时, 可适当磨芯后, 再割芯。 (7) 卸开方钻杆用绞车钢丝绳将打捞器均匀送下, 距内筒打捞头约50m, 适当放慢下放速度, 以防冲坏内筒。 (8) 上提初期应缓慢, 内筒进入钻杆后可快速上提。 (9) 上提遇卡上下活动无效时, 用脱卡器将内筒脱开丢在钻具内, 将钢丝绳提出, 若无法脱开打捞器时, 拉断打捞器的安全销, 将钢丝绳提出来, 起钻处理。提芯过程应随时往井内灌注钻井液, 以保持井内压力平衡。 (10) 每取芯一个回次, 要对取芯率的高低及其原因进行分析, 确定下回次取芯的工艺参数和技术方案, 确保岩煤芯采取率达到设计要求。
3.4.3 起钻、换钻头操作要求
起钻中严禁强拉, 上卸钻头要注意保护好钻头的切削刃。
3.4.4 井场及人员要求
(1) 井场应设置一块平整、干净的场地, 便于岩煤芯出筒。 (2) 夜间场地灯光能满足取芯作业要求。 (3) 安排一名取芯专业技术人员, 负责工具的调试、检查、维修、保养及参数控制、绳索绞车的操作等技术指导工作。 (4) 取芯作业人员分工明确, 各负其责, 确保安全。
3.5 取芯成果
井深912.23-926.93m孔段, 进取芯钻进17回次尺14.70m。其中煤芯进尺3.7m, 芯长3.40m, 获取率92%, 岩芯进尺11.00m, 芯长10.45m, 获取率95%。
井深966.70-985.55m孔段, 取芯钻进22回次, 进尺18.85m。其中煤芯进尺6.25m, 芯长5.93m, 获取率95%, 岩芯进尺12.6m, 芯长11.70m, 获取率93%。
4 结语
运用绳索取芯施工煤层气井不仅要严格按照操作要求进行作业, 还要熟练掌握绳索器具的结构和工作原理及现场一系列细节工作, 做到勤分析井内情况, 勤检查保养取芯器具的配件, 勤调整钻进参数等, 才能降低成本, 保证质量, 提高绳索取芯钻进效率和经济效益。
摘要：针对煤层气井取芯要求提芯时间短、收获率高、质量好等特点。以韩城煤层气勘探开发项目中的WLC20#为例介绍了煤层气绳索取芯钻井工艺、操作要领及施工成果。
关键词：绳索取芯,煤层气井,钻进工艺,成果
参考文献
[1]袁志坚, 曹伟.大口径绳索取芯器在煤层气参数井的应用[J].中国煤田地质, 2007 (3) :65-66.
[2]刘永彬.多工艺钻进技术在煤层气预探井的应用[A].全国煤炭地质钻探研讨会论文集[C].2007.
金刚石绳索取芯技术 篇3
绳索取芯钻具的型式很多, 规格各异, 但其基本结构大同小异。以S-59型钻具为例, 其结构 (图1) 。整套绳索取芯钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分。双层岩心管部分由外管总成和内管总成组成。
1 情况简介
1.1 取芯工具
大庆探区煤层气井绳索取芯采用S X215-Ⅲ型取芯工具, 岩心外径62mm。取芯钻具组合:φ215.9mm取芯钻头+绳索式取芯工具+127mm钻杆 (最小内径≥82mm) +133.3mm方钻杆。
1.2 施工参数
考虑到煤层疏松, 成柱性差, 采用“四低”取芯参数:即低钻压4t、低转速60r/min、低排量8L/s和低泵压0.1MPa。
1.3 取芯收获率
目前已完成3个盆地5口探井的绳索取芯工作, 如表1所示。
2 问题及处理方法
2.1 取芯钻头寿命短
绳索取芯钻头使用寿命一般在2 0～200m, 我国绳索取芯金刚石钻头的平均寿命不到50m[1]。
2井、3井两口井所钻地层较软, 所用的取芯钻头磨损不太严重。1井、4井、5井所钻地层坚硬, 尤其鸡西盆地砂煤互层发育, 对取芯钻头损耗严重, 出井取芯钻头牙齿不同程度脱落。反应出岩层的坚硬程度很大程度上影响取芯钻头的寿命。所以, 金刚石钻头的选取应考虑地层岩性。岩石可钻性3～6级松软、破碎地层可选用侧喷、底喷和斜底喷钻头;6～9级特别坚硬、研磨性强的打滑地层应选用细粒表镶和孕镶钻头, 同时要摸索合理选用金刚石胎体硬度与适应岩层的钻头。
2.2 钻杆强度低
绳索取芯钻进的最大深度受钻杆强度的制约, 应进行校核。绳索取芯钻进用的钻杆, 不仅可以传递动力, 而且还是输送内管和打捞器的通道。4井钻至1092m, 编号5的钻杆自本体母接箍4.77米处折断;5井钻至1233.26m, 编号53的钻杆自本体公扣折断。分析原因认为:
(1) 地层坚硬, 钻头难以吃入, 跳钻频繁, 使钻杆螺纹产生变形;
(2) 取芯时由于不下钻铤, 靠近底部的钻杆要承受全井管柱的重力及钻压, 使钻杆高负荷;
(3) 钻进中长时间采用相同钻压, 钻杆易产生疲劳。
为适应多功能的要求, 钻杆应具有质优、壁薄和内平连接的特点。为此, 应选用高强度优质管材, 选择合理的连接方式和螺纹类型并重视螺纹连接部位的加工与处理。目前国内钻杆从加工工艺分主要有整体锻造钻杆 (简称整体钻杆) 、镦粗+摩擦焊钻杆 (简称镦焊钻杆) 和单纯摩擦焊钻杆 (简称摩擦焊钻杆) (如表3所示) 。
2.3 冲洗液性能
由于绳索取芯钻具与孔壁之间的环隙较小, 且内管需通过钻杆柱中心下投等原因。因此, 在地层条件许可的情况下, 应尽量采用清水加润滑剂作为冲洗液。如:聚丙烯酰胺冲洗液、水玻璃冲洗液等无固相冲洗液。冲洗液我们采用优质低固相泥浆, 二开以后泡沫钻井液的性能基本达到冲洗液的要求, 节约了成本。性能:1.0～1.05g/cm3、粘度为30～45s、含砂0.3～0.4%失水量3～4ml、固相含量3%～4%、PH值8。泥浆在钻杆外壁形成泥皮, 起润滑作用, 能减小钻进扭矩, 减少钻杆磨损, 对保护钻杆起到非常重要的作用。而固相含量超标的话, 在绳索取芯钻杆内高速旋转容易产生泥皮, 致使内管起下不畅, 不易解决。解决的办法只有提起有泥皮的钻杆和降低转速两种办法, 而这都影响生产效率[2], 所以要严格控制泥浆固相含量。
钻进坍塌掉块不稳定岩层, 密度和粘度相应提高, 漏失地层对绳索取芯钻进影响很大, 无法维持冲洗液循环, 起不到冷却钻头排除岩粉, 保护孔壁、润滑钻具的作用, 从而提不高转速, 处理不当还有可能造成孔内事故。1井在取芯段前后共计漏失4次, 最大漏速达102m3/h, 我们采用了静止堵漏的方法, 在原钻井液基础上, 迅速配置一罐高浓度堵漏浆。加入TRS-DF、TRS-DJ、TRS-DC等堵漏材料, 并加入不同粒径的桥堵材料, 其调整后性能为:密度:1.05g/cm3, 粘度:滴流;重新达到了继续钻进和取芯的要求。
2.4 打捞出的内管缺失岩心或无岩心
从5口探井的取芯情况来看, 4井、5井两口井的取芯收获率分别为7 9.7%和60.25%, 均未达到设计标准;1井81.1%, 刚符合标准 (如表4所示) ;
影响取芯收获率的原因大致总结为两个方面:一是工具原因, 二是地质条件原因。详细如下:
(1) 岩心直径与卡簧不匹配, 造成没有拔断岩心或未卡紧中途脱落;
(2) 弹卡不起作用, 钻进时内管上窜, 形成“单管”钻进;
(3) 内管总成因各种原因下放未到位, 便急于钻进, 形成“单管”钻进;
(4) 岩心松软 (粉煤) 未采取合理结构的钻具和钻进规程等。
从现场个别桶次岩心上来看, 缺心严重, 从取上来的岩心上辨认出是粉煤。众所周知, 粉煤一直是绳索取芯的一个难题, 我们在现有设备基础上, 做了一些工作包括:检查卡簧、弹卡是否磨损失灵;调节卡簧座与钻头内台阶之间间隙<4mm, 尽量使煤样免受冲洗液冲刷;检查是否形成“单管”钻进;将泵压降至最小等措施。调整后下筒岩心收获率有所提高, 但好效果维持不久。通过查阅资料得知, 更换合理结构的 (内管超前、带半合管、用底喷式钻头和带孔底反循环) 钻具有助于提高粉煤取芯收获率, 有待下步研究。值得一提的是, 在投入内管之前, 一定要让钻具在距井底3～5m处循环, 确保井底无落块、沉砂、钻杆内通畅, 方可投入内管。
2.5 内管打捞失败
投入打捞器打捞内管总成, 有时会提拉不动内管, 不得不通过安全脱卡装置使打捞器与内管总成分离或拉断钢丝绳, 最终起钻检修。这种情况发生非常耽误时间, 比如取芯深度接近1000m的话, 起钻、修理工具、下取芯钻具的时间可能会长达一天, 少则数小时。起钻上来得到的岩心由于没能及时装桶, 而失去意义。另外事故使煤层长时间被钻井液浸泡, 受到伤害未知。造成内管打捞失败的原因有:
(1) 内管或卡簧座回扣顶死内管总成, 弹卡不能收拢;
(2) 弹卡弹簧折断或脱出而卡死总成;
(3) 弹簧销脱出卡住内管总成;
(4) 冲洗液固相含量多埋住矛头或卡死内管总成[3]。
一般起钻找出原因后, 都可以解决。值得一提的是, 现场取芯技术人员要对工具的状况了如指掌, 全程监测取芯情况, 工具有问题决不能下井使用, 否则因为工具的原因而频繁起钻, 一来耽误钻井周期, 二来绳索取芯也失去了意义。
2.6 钻进效率低
根据5口探井现场取芯实时记录, 后期又与录井记录进行校对, 求算出取芯钻进平均机械钻速, 见表5。
取芯钻进机械钻速低于正常钻进是正常的, 因为取芯钻头底唇面大于常规PDC或牙轮钻头, 破岩效率低。通过分析及调研总结钻速低的原因如下:
(1) 岩性致密坚硬, 钻头金刚石质量差或胎体性能与岩层不匹配;
(2) 钻头内径过度磨损, 岩心变粗, 进不去卡簧, 形成堵塞;
(3) 卡簧已损坏, 岩心受阻, 内管有损伤、阻碍岩心顺利进入等。
通常我们认为, 岩石的硬度与可钻性是最大的影响因素之一。例如:4井398.32～398.69m取芯段, 取芯进尺0.37m, 耗时01:02 (h:m i n) , 平均机械钻速0.36m/h。但取芯钻头及工具的影响也不容忽视。2井所钻地层比4井所钻地层软, 其1006.02～1006.24m取芯段, 取芯进尺0.22m, 耗时01:09 (h:min) , 平均机械钻速0.19m/h。
处理办法是将内管总成提出并检查卡簧、卡簧座和内管;采用与岩层性能匹配的钻头和钻进规程, 必要时换常规钻进或用带液动锤的绳索取芯钻具。值得一提的是, 在取芯进尺非常缓慢时, 不可盲目加压, 否则可能导致钻杆螺纹变形、粘扣, 漏失冲洗液。可坚持完该段的取芯钻进, 或即刻起钻进行检查处理。
2.7 取芯导致井斜增大
通过观察分析取芯与井斜角的关系, 认为对厚煤层 (超过5m) 进行绳索取芯钻进会导致井斜角增大, 见表6。
从数据中看出, 井斜角的变化范围为0.02°～0.74°。对于地层倾角较小的呼河湖凹陷, 2井的井斜受大段取芯钻进的影响不大;3井69号煤层取芯后0.5°的增斜, 分析是因为取芯进尺速度过快导致。1井所钻地层倾角最大可达25°, 对于厚近10m的59号煤层的取芯钻进, 所增加的0.7°井斜角是不容忽视的。
其原因归纳为:绳索取芯钻头底唇面较大, 钻进所需的压力较大, 且绳索取芯钻杆壁薄, 刚性稍差, 在轴向压力下易弯曲造成孔斜。
(1) 要严格控制钻头压力。取芯钻头的底唇面积比普通钻头大约1/4, 取芯钻进的压力要比正常钻进相应增大25%。
(2) 增加金刚石钻头胎体高度, 用外锥型和阶梯型钻头唇面形式;选择合理的防斜扩孔器和检查悬挂机构中的悬挂环和座环, 保持钻具在孔底的稳定性。
(3) 有人提出可以使用特制大内径的钻铤, 增加底部钻具的重量与强度, 这与使用高强度钻杆应该有着相同的功效。
3 结论
(1) 煤层气探井绳索取芯受地质条件影响很大, 取芯前要根据地质设计和工程设计进行充分准备, 在不能准确掌握地下岩层硬度情况下, 尽量准备两个以上取芯钻头, 有条件还可以使用摩擦焊钻杆。
(2) 取芯技术人员要对取芯工具的状况了如指掌, 工具有问题必须处理好再下井使用, 取芯全程都要监测, 发现问题及时处理, 尽量避免因取芯失败而起钻的情况发生。
(3) 目前掌握的粉煤绳索取芯技术还不多, 有待下步调研和攻关。
摘要：绳索取芯是目前国内煤层气井取芯作业首选的工艺技术, 但由于煤层气井的区块不同, 工艺施工所遇问题也不尽同, 大致包括:取芯钻头寿命短、钻杆强度低、缺芯或无芯、钻进效率低, 由取芯工具引起的诸多问题等。本文意在综合国内一些专家学者的理论与研究成果, 加之大庆探区实际煤层绳索取芯工作经验, 探索下针对该领域的常见问题的处理方法。
关键词：取芯工具,寿命,强度,缺芯,效率低
参考文献
[1]张永勤.金刚石绳索取芯钻进技术的应用现状及地质钻探设备与技术发展现方向[J].2006中国 (上海) 国际地质科技论坛
[2]何远东, 梁明学, 黄林见等.对金刚石绳索取芯钻探工艺的几点认识[J].贵州地质, 2010, 21 (1) :67
绳索取芯钻具的加工工艺改进研究 篇4
绳索取芯钻具发明于1947年, 主要用来对岩心进行钻探。绳索取芯钻进与其他钻进方法相比, 具有生产效率高、地质效果好、劳动强度小及钻探成本低等特点。绳索取芯钻具一般由打捞器和单动双管 (外管总成、内管总成) 两部分构成, 其不仅具有与普通金刚石双管钻具相同的作用, 而且容纳岩心的内管总成能从钻杆柱内进行升降。虽然国内外已经研制出很多种不同结构形式的绳索取芯钻具, 但它们都有如下共同的技术性能:
(1) 内管总成能从钻杆柱内下到外管中的悬挂部位和预定限位以防钻进过程中出现内管上下窜动;
(2) 在钻进过程中, 如果突发岩矿心堵塞, 应及时向地表传送信号, 同时停止钻进, 最后将岩心取出, 以免岩矿心被腐蚀;
(3) 当卡取岩心时, 内管总成的单动部分要能够往下移动一定的距离, 这样可以使卡簧座座在钻头的内台阶上, 因此钻头会将拔断岩心的力传递到外管, 最终保证不损坏薄壁内管;
(4) 为使内管与外管、卡簧座与钻头保持同轴, 外管必须能对内管扶正, 以使岩心顺利地进入卡簧座和内管, 避免岩心堵塞和磨损;
(5) 钻进严重漏失地层或干孔时, 打捞器能把内管安全地送到预定位置, 然后解脱内管, 等等[1,2]。
2 绳索取心钻具的结构原理
绳索取芯钻具具有结构简单、动作可靠、经久耐用的优点, 以下将主要对SC56这种钻具的结构原理进行阐释, 如图1所示[3]。
1-弹卡挡头, 2-捞矛头, 3-回收管, 4-张簧, 5-弹卡室, 6-弹卡, 7-弹卡架, 8-滑动接头, 9-键, 10-弹簧, 11-弹簧套, 12-轴承, 13-轴承座, 14-调节螺母, 15-接头, 16-调节心轴, 17-外管, 18-内管, 19-扩孔器, 20-卡簧, 21-卡簧座, 22-钻头, 23-悬挂环, 24-座环, 25-扶正环
2.1 定位机构
定位机构由1-弹卡挡头、4-张簧、5-弹卡室、6-弹卡等构件组成。挡内管总成在钻杆柱内下放时, 张簧使弹卡向外张开一定角度, 并沿钻杆柱内壁向下滑动, 一旦内管到达外管中的弹卡室部位, 弹卡在张簧的作用下继续向外张开, 使其两翼贴附在弹卡室的内壁上。由于弹卡室内径较大, 而其上端的弹卡挡头内径较小, 并具有两个伸出的拨叉, 所以在钻进过程中, 既可以防止内管向上传动, 又可带动内管总成轴承的上部与外管一起旋转, 以免因相对运动造成弹卡磨损。
2.2 悬挂机构
悬挂机构是由内管总成中的23-悬挂环和外管总成中的24-座环组成。悬挂环的外径稍大于座环的内经 (一般相差0.5-1mm) , 内管总成下放到外管总成中的弹卡室位置时, 悬挂环落在座环上, 使内管总成下端的卡簧座与钻头内台阶保持2-4mm的间隙, 以防止损坏卡簧座和钻头, 并保证内管的单动性能。
2.3 内管保护机构
由8-滑动接头、9-键、10-弹簧等件组成内管保护机构 (缓冲机构) 。采取岩心时, 拔断岩心的力使滑动接头压缩弹簧向下移动, 内管及卡簧座随之下移至钻头内台阶上, 从而拔断岩心的力由钻头传递到外管, 以保护内管不受损坏。
2.4 单动机构
由两付推力轴承构成单动机构, 使内管在钻进时不旋转。
2.5 调节机构
调节机构由14-调节螺母、15-接头、16-调节心轴组成。内外管组装在一起时, 如果卡簧座与钻头内台阶之间的间隙不合适, 则可以通过调节心轴和接头的相互移动进行调节, 满足要求后用调节螺母锁紧, 以防松动。
2.6 扶正机构
外管总成下部的25-扶正环, 用于内管导向, 使内外管保持同轴, 便于岩矿心进入卡簧座和内管。
2.7 打捞机构
打捞机构由内管总成的2-捞矛头、3-回收管和5-打捞钩等组成。捞取岩心时, 链接在钢丝绳下端的打捞器在钻杆柱内下放到内管总成上端的打捞钩抓住捞矛头, 开动绞车提升打捞器, 捞矛头通过弹性销提拉回收管, 回收管克服张簧的弹力向内压缩弹卡, 使两片弹卡收拢, 内管总成与外管总成脱离, 从而可以捞出内管总成。
2.8 干孔送入机构
在钻进严重漏失地层或干孔时, 为了避免投放内管总成因下降速度过快而撞坏内管总成和钻头, 必须用打捞器把内管总成送到预定位置, 然后使打捞器内管总成而提升上来, 图2为其结构原理图。
1-捞矛头, 2-弹簧销, 3-弹簧, 4-限位销, 5-释放钩座, 6-弹簧销, 7-释放钩, 8-弹簧, 9-轴销, 10-外架
3 绳索取芯钻具加工工艺改进
3.1 材料改进
45M n M o B是目前国内最常采用的绳索取芯钻杆材料, 在钻弹过程中, 脱扣、断扣现象经常出现。对钻杆材料进行整体的热处理可以大大提高其机械物理性能, 如强度极限、屈服极限等。镦粗钻杆的两头可以增加危险断面的面积, 从而使钻管安全可靠, 同时持久耐用[4,5]。
3.2 加工工序改进
根据《金刚石绳索取芯钻探钻具设备》这一国际标准对绳索取芯钻杆的螺纹参数进行规范化:
(1) 在编程时应对刀具的起始位置予以考虑;对斜率进行计算时应加上起刀点的位置。
(2) 将加工所需的三把刀具进行编号, 即一号刀具-90度的外圆车刀、二号刀具-75度的外圆车刀、三号刀具-30度的螺纹车刀 (到头宽度为3.785) 。编程时, 可采用的编程方法有两种:G90、G92编程法;G70、G71、G76编程法。它们都有各自的优缺点, 在实际加工过程中应合理选择。
(3) 采用自动车削法。由于绳索取芯钻杆螺纹的加工精度要求高, 无论采用车削法还是铣削法都很难达到设计要求
(4) 刀具的几何形状。提高螺纹的加工精度, 除了根据使用的刀具和工件的材质选择合理的切削速度外, 还必须严格保证刀具的几何形状。采用磨样板刀的方法检查刀具的几何形状简便易行, 但形状误差较大。有条件应采用专门的工具磨削刀具, 并用电子显微镜或投影仪进行精确测量。如日本利根公司使用投影仪在刀具磨床磨削刀具, 把刀具图纸放大20倍, 按投影放大图在刀具磨床上磨削刀具。
(5) 螺纹量规检验。钻杆螺纹必须逐个经过螺纹量规检验, 这样可以保证螺纹机加工质量和互换性
(6) 加工刀具应在专门的数控机床的数控机床上进行, 这样不仅可以提高刀具的加工精度, 而且可以增加刀具的互换性, 方便钻具的使用。
参考文献
[1]卢春华, 张涛, 范加兴.提高破碎地层取芯质量的绳索强制取芯钻具[J].工程勘察.2011, (10) :25-28[1]卢春华, 张涛, 范加兴.提高破碎地层取芯质量的绳索强制取芯钻具[J].工程勘察.2011, (10) :25-28
[2]时志兴.金刚石绳索取芯在破碎地层中钻进浅析[J].西部探矿工程.2010, (12) :36-37[2]时志兴.金刚石绳索取芯在破碎地层中钻进浅析[J].西部探矿工程.2010, (12) :36-37
[3]熊震.金刚石绳索取芯钻进在煤田地质勘探中的应用[J].江西煤炭科技.2010, (4) :62-63[3]熊震.金刚石绳索取芯钻进在煤田地质勘探中的应用[J].江西煤炭科技.2010, (4) :62-63
[4]赵俞民, 李锡.绳索取芯工艺配套技术在复杂地层中的应用[J].云南科技管理.2010, (3) :87-89[4]赵俞民, 李锡.绳索取芯工艺配套技术在复杂地层中的应用[J].云南科技管理.2010, (3) :87-89
金刚石绳索取芯技术 篇5
关键词：XY-6B立轴岩芯钻机,BW-320泥浆泵,GF-120kW柴油发电机组,ZT-17A加强型四脚钻塔
随着地质找矿向深部拓展, 要求勘探装备水平不断提高。福建省121煤田地质勘探队 (以下简称“福建省121队”) 原有施工1 200 m以内的中深孔采用钻探设备, 如XY-5立轴钻机, BW-250泥浆泵, GF-75 kW柴油发电机组, ZT-17四脚钻塔等, 已出现钻探效率低、成本高、施工难度大的特点。针对目前的状况, 福建省121队通过对国内各勘探技术研究所、钻探设备、钻具生产制造厂家进行绳索取芯深孔施工技术调研工作, 收集有关钻探技术资料, 拜访了国内钻探专家, 认真听取了他们对绳索取芯钻进深孔施工的意见和建议, 决定组建绳索取芯深孔施工钻机, 现就深孔施工钻机的设备选择与应用探讨如下。
1深孔钻探设备选型原则
深孔钻探设备选择原则是:技术上先进, 经济上合理, 生产上实用的最优设备。在选择设备时, 必须考虑几个因素:
1) 生产性。
设备的生产效率高, 要求设备的精度高, 功率、行程、速率等技术性能先进, 能满足新的生产和工艺的要求。
2) 可靠性。
设备在使用过程中, 表现出精度、准确度好, 零件耐用, 操作安全可靠, 能生产高质量的产品。
3) 节能性。
设备能源利用性能合理, 能源利用率高, 能源消耗少, 节约性好。
4) 维修性。
设备的结构简单, 零部件组装合理, 维修零件易于拆卸、检查, 便于维修, 实现了通用化、标准化, 互换性强。
5) 经济性。
要求设备的寿命周期费用最低, 生产效率最高, 生产的产品质量最优, 为企业选择经济效益最优的设备。
2深孔钻探设备选择
煤田绳索取芯深孔钻探设备的选用主要是XY-6B立轴岩芯钻机、BW-320泥浆泵、GF-120 kW柴油发电机组及ZT-17A加强型四脚钻塔等设备, 具体如下。
2.1 岩芯钻机的选用
煤田绳索取芯金刚石钻探所选用的钻机应是机械传动、液压给进的立轴式钻机。XY-6B型钻机是在XY-5型钻机的基础上, 对离合器、变速箱中的两个齿轮, 分动箱传动轴、斜齿轮、立轴通孔、卷扬机卷筒、液压油缸等零部件进行改进的产品, 其具有钻机转速高、调速范围广、有反转等性能。且配有水刹车, 下降钻具速度均匀、平稳, 操作灵活。采用多金属摩擦片油浸式常开型的离合器, 摩擦系数稳定, 体积小、重量轻、寿命长, 并富有制定装置, 可以迅速停车。整体重心低, 底座宽, 钻进时稳定性好。取消了给进装置导向杆, 增大了立轴的通孔直径 (ϕ96 mm) , 绳索取芯钻进时可不必让开孔口, 也可以用于潜孔锤钻进。
生产深孔钻机的厂家较多, 我们从钻机的技术参数、性能、质量、价格、品牌等方面综合衡量, 最后选用了张家口探矿机械厂生产的XY-6B型钻机 (见图1) , 该钻机与目前福建省121队使用的XY-5型钻机大部分零部件可以通用, 较适用于超深孔的钻进, 其具体参数见表1。
2.2 泥浆泵的选用
泥浆泵是钻探设备的重要组成部分之一。它主要负担着向孔内输送冲洗液 (泥浆或其他冲洗介质) , 并能使其在孔内保持循环。根据绳索取芯金刚石钻进多泥浆泵性能的要求和对国内泥浆泵产品型号的分析, 结合深孔煤田钻探具体情况, 选用BW-320型泥浆泵, 缸径60的三缸单作用柱塞泵。该泵变量范围大, 泵量66 L/min～180 L/min, 可用改变柱塞往复次数和更换缸套的方法进行变量, 变量的级数有8级, 使用最小泵量时的泵压可达10 MPa;使用最大泵量时的泵压可达6 MPa。我们选用质量可靠、稳压性能好、信誉较好的衡阳探矿机械厂生产的BW-320泥浆泵 (见图2) , 具体参数见表2。
2.3 柴油发电机组的选用
钻探现场设备的总功率有:钻机 (XY-6B) 55 kW, 绞车 (SJ-3000) 7.5 kW, 搅拌机3 kW, 泥浆泵30 kW, 以及砂轮机等, 总功率超过95.5 kW。按照这一要求, 必须配备120 kW的发电机组。由于煤田钻探施工钻机正常工作很少满负荷, 钻探设备在运转时都是交叉作业, 如打捞岩芯时, 付绞车工作, 而钻机则停止工作, 反之亦然。根据以上分析及多年生产实践经验, 选用上海强辉发电机有限公司生产的GF-120 kW柴油发电机组 (见图3) , 具体参数见表3。
2.4 钻塔的选用
钻塔是钻探三大组成部分之一, 它主要用于安装和悬挂天车、流动滑车、提引器等起下钻进设备和钻具, 起下和存放钻杆、起下套管、安装塔内设施等。根据钻塔承受的载荷等技术参数、销售价格等, 福建省121队选用了山东煤田地质机械厂生产的加重型ZT17A四角钻塔, 承受载荷能力30 t, 具体参数见表4。
3深孔施工实验应用
通过以上探讨, 福建省121队深孔施工选用XY-6B型钻机、BW-320型泥浆泵、120 kW柴油发电机组、加重型ZT17A四角钻塔的主要钻探设备和SJ-3000绳索取芯绞车, 自制搅拌机, 加强提引器、加重型闭式木马夹持器, BSSG-Ⅲ型小口径高速水龙头等钻探附属设备, 利用加型S75A钻具, 选择合理的钻进技术参数、钻具级配、钻孔结构、金刚石钻头、泥浆冲洗液。
经过精心组织进行钻进实验, 117钻机采用这种配置, 分别在福建东西坑矿区34-1钻孔、大河矿区901, 401, 402, 301等钻孔施工, 累计进尺6 500 m。钻进实验过程中设备运行平稳, 性能良好, 较好地满足了深孔钻探的施工要求, 实验证明选用的设备及配置可行, 符合绳索取芯深孔钻进要求。按这种配置, 福建省121队先后组建了8套绳索取芯钻进机台, 分别在福建省隘头、东西坑、东门地矿区和云南省大河、补木、富煤三、四矿矿区等开展了生产应用工作, 累计完成钻探进尺25 000 m, 特别是116钻机在福建省龙永煤田东门地矿区施工1305钻孔, 终孔直径77 mm, 孔深1 427.20 m。打破了福建煤田地质局绳索取芯钻进孔深最深记录, 102钻机在云南富煤三矿4101钻孔终孔直径77 mm, 深度1 644.80 m, 创造了全国煤田绳索取芯钻进孔深第二的好成绩。
4结语
1) 在调研的基础上, 选用XY-6B立轴岩芯钻机, BW-320泥浆泵, GF-120 kW柴油发电机组, ZT-17A加强型四脚钻塔等设备;所选用的钻探设备和使用钻具、附属设备, 能够满足孔深1 200 m～1 800 m, 终孔直径77 mm的绳索取芯深孔钻进施工要求, 并能取得较好的经济技术指标。
2) 由于绳索取芯深孔施工技术在国内研究应用的时间不长, 所设计制造的设备、钻具型号较多, 没有一个统一的标准, 长此下去, 必定会阻碍钻探深孔钻探技术的发展;建议应尽快制定绳索取芯深孔钻具的国家标准或行业标准。
参考文献
[1]福建省121煤田地质勘探队.绳索取芯钻进深孔施工技术科研报告[R].福建省121煤田地质勘探队, 2008.
[2]韩广德.钻探工程学[M].北京:煤炭业出版社, 2000.