浅论钻探新技术的选择与应用

时间:2022-10-27 11:36:24

浅论钻探新技术的选择与应用

[摘 要]浅析超深孔钻探的钻孔结构及特殊性、钻探设备的合理选择、煤田超深孔钻探工艺特点,以及多项新工艺技术的可选择应用。

[关键词]钻探;新技术;特点;可选性

中图分类号:TV53+8.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)15-0379-01

引言:钻探新技术近几年已在许多领域得到应用,并取得了显著的社会和经济效益。过去钻探技术方法单一、技术水平落后。新技术的应用,从而加速了地下水、固体矿产等资源的勘查与开发利用。其中先进的取心取样钻探新技术就是个例证。以前常规的钻探技术,勘探速度慢、效率低、成本高;孔内卡、埋钻事故频繁;易堵塞生产层裂隙、泥皮粘糊孔壁等;缺水地区的生产用水难以解决,影响了对水资源的勘查与评价。如今选择先进的钻探新技术,既提高了钻探效率、降低了成本,又能保质保量的完成任务。

l 超深孔钻探的钻孔结构及特殊性

1)钻孔结构。钻孔结构是根据当地岩石成分、水文条件、地质构造等确定的,其遵守的原则是根据孔底直径,理想化的岩层剖面应是从下向上分段确定钻孔的孔径,这必须建立在安全、保质的基础上。一般都尽量减少变换孔径(下小上大顺序),最大限度地简化钻孔结构。

2)钻孔特殊性。①孔位选在地壳尽可能的结晶岩地区;②尽可能采集到包括岩心、岩屑、侧壁岩样、液态和气态等所有可能影响分析结果的实物资料; ③尽可能减少非钻孔时间,提高工作效率;④坚硬结晶岩需采用金刚石钻头,以延长钻头寿命;⑤超深钻探处于高温高压状态,选用的器材必须耐高温、高压。

2 钻探设备的合理选择

钻探设备选择得当,能达到事半功倍的效果,既节约费用,又缩短钻井时间。①钻塔。超深孔钻探,不论是四角塔还是A字塔或者K字塔,都必须具有足够的承载能力、高度、强度、刚性,整体稳定性好,有足够空间安装、使用设备。②钻机及钻头。选择钻机依据提升能力和扭矩大小。选择条件:转速范围大可满足多种钻头的要求,灵活性更强;具有良好的孔底压力和准确调控能力,并可测量液压,实现调控压力钻进;要适应空气反循环钻进要求。钻头的选择主要根据地质条件。现有碎石作用的硬质合金钻头和削铁如泥的金刚石钻头。在钻进速度达到中硬度岩层时,可选用较高转速;到达坚硬和强研磨性岩石时,可选用中速。在用深孔或大口径钻进时,应选择低转速钻进。③动力。一是用柴油发电机作动力,二是用电力拖动。④泥浆泵。它是将泥浆、水、聚合物输送到钻头底端的机械设备,主要是冷却钻头、清洗钻具,并将钻进产生的岩屑带回地面,再加入适当的物质后,还有的作用。

3 煤田超深孔钻探工艺特点

煤田超深孔钻探工艺施工包括钻进工艺、钻具组合工艺和泥浆工艺,各有独立的流程和特点,也有相互关联关系。钻进工艺有不取心段采用金刚石钻头钻进工艺和取心段采用金刚石钻头绳索取心钻进工艺,其特点是可两种工艺并行钻进,更换钻头和绳索取心器可以实现两N工艺的互换,提高了工作效率,并减少劳动强度。该工艺要求钻探设备有充足扭矩、充足的提升力和泵量值。钻杆、钻头选择和组合也是有一定的方法、要求的。取心钻进与不取心钻进,所用钻杆、钻头、附具组合则不同,需要根据现场地质构造、岩石物理性能确定。忌讳的是将孔钻斜,必要时要选用控制钻孔斜的钻具。钻具本身之间的连接强度要够,避免断裂和脱落,减少事故和非钻进时间。对泥浆工艺,它是施工过程中的另一道重要工序,其直接影响超深孔钻探工程质量。有时也用效果会更好的化学泥浆,其要根据具体的地段分析决定,并要采用相应的护壁剂和各个成分的用量配比,以达到较好的效果。

4 多项新工艺技术可应用于钻探施工

1)空气钻进技术。空气钻进是指用压缩空气或含有压缩空气的气液混合物作为钻进时的循环冲洗介质,或既用其作为破岩机具的动力,还兼作冲洗介质的钻进工艺方法。其发展逐渐形成了包括循环介质、循环方式、碎岩方法和应用领域的多工艺空气钻进技术体系。其主要特点:低密度介质有利于提高碎岩速度;有效冷却钻头、清除岩屑和快速判层;不稳定地层中保护孔壁和少污染;有利于保护含水层和低压油气层并提高产出率;有利于干旱缺水地区和严寒、冻结层施工;有利于忌用液体循环的抗滑锚固孔和露天矿爆破孔施工;空气潜孔锤钻进可大幅度提高硬岩钻孔速度;气举反循环钻进可实现2-3m以上大直径井孔和超过2000m深井施工。

2)多介质反循环钻探技术。反循环钻进就是指钻探过程中循环介质同常规钻探方法的循环方向相反。反循环钻进一般采用双壁钻具,循环介质主要分为压缩空气和液体。钻进过时循环介质经过双壁气水龙头、双壁主动钻杆、双壁钻杆内外管环隙到达孔底,驱动孔底破岩器具破碎岩石,并携带岩心及岩屑经钻杆的中心通道到达地表的岩心或岩样的收集装置。其独特的双壁钻具结构,无需提出孔内钻具就能获取所需的地质样品。优点:时间利用率高,钻进效率高,劳动强度低,洗井效果好;孔底清洁,钻头寿命长。实现钻进、取样同时进行,达到了优质、高效。鉴于介质不同,它主要分空气反循环和水力反循环。①空气反循环连续取样钻探技术:它能适应多种地层岩心钻机,动力头钻机进行取心或取样连续钻进,满足地质上对岩心的要求;尤其适应干旱缺水地区水文地质勘查孔钻探施工。②水力反循环连续取心钻探技术:它以液体作为循环介质,利用双壁钻具实现岩心的连续上返。其以硬质合金和金刚石钻头为碎岩工具,以回转磨削取心的方式钻进。主要适用2-4级覆盖地层、煤系地层及较完整的中硬岩层中钻进。应用于水文地质勘查等施工,更具较好效果。

3)绳索取心钻探技术。它是一种应用较广泛的地质取心钻探技术,对地层适应性广。其钻具后又开发出多种系列产品:如水文水井绳索取心钻具系列,坚硬“打滑”地层用绳索取心钻具系列,深孔重型绳索取心钻具等。破碎地层及煤系地层的绳索取心半合管钻具系列、绳索取心塑料三层管和超前管钻具等,应用与煤田地质勘探较好。与其配套使用的钻头、扩孔器等,大大提高了金刚石钻探的技术水平。绳索取心钻探技术可减少升降钻具次数,增加纯钻进时间,减少岩心磨蚀和中途脱落机会,岩心采取率达90~l00%;效率高、工程质量高、事故率低、钻头寿命长等;设备材料消耗低,经济效益好。此后将空气反循环连续取样、水力反循环连续取心及绳索取心钻探技术有机结合,采用一套钻杆和辅助器具就能完成,满足地质要求,提高了钻探效率,降低了钻探成本。

4)液动冲击回转钻探技术。它是在回转钻进的基础上增加一个利用洗井液驱动的液动潜孔锤,能产生具有一定冲击能量和频率的载荷。这可大幅度提高5级以上地层钻探效率,克服金刚石钻进“打滑”问题。在岩心易堵塞的破碎岩层中延长回次进尺。后开发的六个系列30多个规格的液动潜孔锤,如正作用系列、双作用系列、绳索取心系列、水文水井钻系列、液气两用系列,开发深井用液动锤及喷反系列液动锤等。这些钻探技术能完成2000m以上的钻进,像YZXl27液动锤已成为CCSD主孔不可缺少的钻探器具,能在3000多米的主孔中施工。

5)受控定向分枝孔钻探技术。它是采用孔底马达和必要的弯接头或弯外壳控制方向沿设计的轨迹进行钻进的,达到预定的靶区内。可在一个主孔的不同深度、不同方向钻出多个分枝孔,可大大提高钻探效率,节约成本,提高钻孔的综合利用率。其受控定向分枝孔钻探技术已应用在固体矿产勘探中,可在一个主孔内钻出6-9条分枝孔,可在两井相距500m的钻孔地下3000m初对接。该技术可将地下干热岩转换成地热,充分利用地下热资源。

结束语:

钻探新技术的应用,为提高企业社会效益和经济效益发挥了巨大的作用。运用这些新技术,应根据当地的地质环境条件,优选合适的方式方法。

参考文献

[1] 翁克胜.钻探工程施工技术探讨[J].民营科技,2011(8):79-80.

[2] 杨跃明,等.钻探工程施工技术工艺分析[J].大科技,2012(9):46.

[3] 陈家庆.浅析煤田地质超深孔钻探技术及其应用[J].中国高新技术企业,2014,14:118-119.

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