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钻探新技术与新工艺介绍

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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。

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