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深孔巖心鉆探中孔壁穩(wěn)定性與設備問題論文
摘要：在深孔巖心鉆探過程中, 由于其孔深增加, 這也使鉆孔難度和鉆進成本也會隨之增加, 因此在深孔巖心鉆探過程中, 對于鉆探技術人員和施工人員具有較高的要求。在具體鉆探過程中, 不僅要注意孔壁穩(wěn)定性, 同時還要掌握深孔巖心鉆探時設備的具體應用技術, 確保鉆探工作的有序開展。
關鍵詞：深孔巖心鉆探; 孔壁穩(wěn)定性; 設備; 鉆探技術;
相較于普遍巖心鉆探, 深孔巖心鉆探難度更大, 在鉆探開始之前, 需要科學對應力、孔隙壓力、坍塌壓力及破裂壓力進行預測, 并采用適宜的鉆探技術, 以此來確保深孔鉆探的高效、安全進行, 并實現(xiàn)鉆探成本的最小化。
1 深孔巖心鉆探中孔壁穩(wěn)定性問題分析
在具體鉆探時, 導致孔壁坍塌及孔徑穩(wěn)定性變化的因素較多, 如地質(zhì)體基本構造、應力變化、實體給予的實際壓力等都會影響孔壁的穩(wěn)定性。因此在鉆探過程中增加孔壁穩(wěn)定性要先對地層孔隙壓力進行分析, 即通過在鉆探前查閱相關資料, 依據(jù)相應的關系和計算方法來預測出地層孔隙壓力。也可以在鉆進結束后對測井資料進行評估計算, 以此來確定相關的孔隙壓力。通過對地層孔隙壓力確定后, 則要想辦法克服地層破裂壓力, 即要研究地層破裂情況并得到地層破裂的壓力值。由于地層破裂的方向與最小水平有效應力有關, 裂縫的延伸方向與最小水平有效應力垂直, 因此對地層破裂壓力值的研究相對容易一些。明確具體的壓力值后, 即采取相應的方法來保證孔壁的穩(wěn)定性, 有效的減少或是避免深孔巖心鉆探過程中坍塌及孔壁發(fā)生裂紋、開口等情況的發(fā)生。
2 鉆探過程中的設備問題分析
深孔巖心鉆探過程中鉆探設備直接關系到鉆孔的質(zhì)量管和鉆進的速度。根據(jù)具體的地質(zhì)情況來選擇與之相適應的施工設備, 則會有效的提高施工的進度。目前在深孔巖心鉆探中立軸式鉆孔機應用范圍較廣, 成本相對較低, 便于攜帶, 具有較好的實用性。但這種鉆機成功率較低, 而且工作過程中會產(chǎn)生較大的作用力, 當?shù)貙咏Y構不穩(wěn)定時會導致嚴重的安全事故發(fā)生。我國現(xiàn)已使用的傳統(tǒng)鉆探設備已無法滿足深孔巖心鉆探的需要。在當前深孔巖心鉆探過程中, 鉆探設備可以采用全液壓動力頭鉆機, 對于鉆探過程中對鉆進深度具有更高要求時, 則宜使用轉(zhuǎn)盤及高速頂驅(qū)相結合的驅(qū)動方式, 這樣鉆頭鉆速較高, 有利于完成深孔巖心鉆探任務。鉆塔架設高度要精心計算, 通常情況下深孔巖心鉆塔高度宜保持45m左右。
2.1 全液壓動力頭鉆機的應用
當前我國現(xiàn)行的全液壓動力頭鉆機應用技術與國外先進技術之間還存在一定的差距, 因此在實踐應用過程中要不斷對技術進行改進和優(yōu)化, 以此來提高全液壓動力頭鉆機的應用效率。因此在對鉆機的結構布局進行改時, 增加孔口的有效空間, 提高操作面板的人性化水平。動力配置要進行改時, 降低其實際能耗, 主卷揚機要具備自由落體功能。在鉆柱下降過程要水剎車設施要給予有效配合, 以上來降低動力負荷。鉆進過程中要采取安全防護措施, 避免出現(xiàn)墜落及夾傷等事故。對于鉆機動力頭自重較大的情況, 可以適當?shù)膶恿︻^的基本機量進行優(yōu)化, 避免出現(xiàn)鉆桿螺紋受損的情況。在鉆機油管路的適當位置處安裝報警設備, 全程對其運行情況進行動態(tài)化監(jiān)控, 避免出現(xiàn)漏油問題。
2.2 泥漿泵的應用
相較于普通鉆機的泥漿泵, 深孔巖心鉆機泥漿泵泵壓較高。由于深孔巖心鉆機鉆孔直徑較小, 鉆桿較細, 在鉆進過程中遇到火成巖或是變質(zhì)巖等地質(zhì)結構時鉆孔會產(chǎn)生較大的自然彎曲度。特別是斜孔鉆孔施工過程中, 更需要對開孔方位角和鉆塔進行合理選擇。泥漿泵具體應用過程中, 要針對斜孔鉆孔工藝來科學選擇泥漿泵的參數(shù)。近年來深孔鉆探技術的發(fā)展, 也使泥漿泵從全液壓動力頭鉆機中分離出來, 成為單獨的動力配置。
2.3 鉆桿柱
在深孔巖心鉆探過程中, 需要在鉆探開始之前要嚴格檢查繩索取芯鉆桿的強度。由于在具體鉆探過程中, 鉆桿壁厚薄情況、強度等因素會導致取芯鉆探結果存在較大的差異。因此需要對取芯鉆桿進行分類, 這樣在具體鉆探時可以根據(jù)需要來選擇適應類型的鉆桿。具體鉆桿柱的選擇要基于鉆桿管體、接頭材質(zhì)、螺紋形態(tài)、管壁厚薄及連接強度等多種因素, 確保選擇的合理性。在鉆探施工過程中, 下鉆過程中上扣預緊扭矩相對要大一些, 鉆進過程中采用人工方式來進行鉆桿擰卸, 由于勞動強度較大, 可以加大液壓吊鉗方式的推廣, 以此來保證預緊扭矩, 降低勞動強度。
3 最常用的巖心鉆探技術
3.1 反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術
反循環(huán)連續(xù)取心鉆探技術是目前最為先進的地質(zhì)巖心鉆探技術。針對于這種情況我國應用還較少。近年來國外一些企業(yè)進駐我國市場, 這些企業(yè)具有較為先進的鉆探技術, 雖然與我們當前發(fā)展鉆探技術的目的不同, 但能夠為我們提供更多的學習機會, 以此來推動我國目的巖心鉆探技術的發(fā)展。
3.2 繩索取心鉆探技術
繩索取心鉆探技術最實用的巖心鉆探技術, 其發(fā)展已有幾十年的時間, 雖然在鉆探成本和效率上都達不到反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術的水平, 但利用繩索取心鉆探技術取得的標本更便于研究人員分析。反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術與繩索取心鉆探技術是當前全世界鉆探行業(yè)最普及的兩大鉆探技術。因此, 我國在未來發(fā)展規(guī)劃中, 應該將這兩大技術結合起來, 提高鉆探效率, 使得我國礦產(chǎn)資源可以得到充分利用。
另外, 在實際鉆探過程中還有一些技術也有效的促進了我國地質(zhì)勘察事業(yè)的發(fā)展。特別是我國成功研制的液動潛孔錘, 其具有較好的穩(wěn)定性和能源利用率。錘鉆閉環(huán)控制系統(tǒng)的研制成功, 更是為我國巖心鉆探技術的進一步發(fā)展打下了堅實的基礎。
4 結語
通過深孔鉆探來獲取巖礦樣品實物, 為了確保取芯的成功率, 則需要進一步對深孔巖心鉆探技術進行改進, 以此來推動我國鉆探事業(yè)的快速發(fā)展, 為我國礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用提供可靠的技術手段。
參考文獻
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