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深孔巖心鉆探中孔壁穩(wěn)定性與設(shè)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(jìn)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(shù)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(shè)備的具體應(yīng)用技術(shù), 確保鉆探工作的有序開展。
關(guān)鍵詞：深孔巖心鉆探; 孔壁穩(wěn)定性; 設(shè)備; 鉆探技術(shù);
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(xué)對應(yīng)力、孔隙壓力、坍塌壓力及破裂壓力進(jìn)行預(yù)測, 并采用適宜的鉆探技術(shù), 以此來確保深孔鉆探的高效、安全進(jìn)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(dǎo)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(gòu)造、應(yīng)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(jìn)行分析, 即通過在鉆探前查閱相關(guān)資料, 依據(jù)相應(yīng)的關(guān)系和計算方法來預(yù)測出地層孔隙壓力。也可以在鉆進(jìn)結(jié)束后對測井資料進(jìn)行評估計算, 以此來確定相關(guān)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(yīng)力有關(guān), 裂縫的延伸方向與最小水平有效應(yīng)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(yīng)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(shè)備問題分析
深孔巖心鉆探過程中鉆探設(shè)備直接關(guān)系到鉆孔的質(zhì)量管和鉆進(jìn)的速度。根據(jù)具體的地質(zhì)情況來選擇與之相適應(yīng)的施工設(shè)備, 則會有效的提高施工的進(jìn)度。目前在深孔巖心鉆探中立軸式鉆孔機(jī)應(yīng)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(jī)成功率較低, 而且工作過程中會產(chǎn)生較大的作用力, 當(dāng)?shù)貙咏Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故發(fā)生。我國現(xiàn)已使用的傳統(tǒng)鉆探設(shè)備已無法滿足深孔巖心鉆探的需要。在當(dāng)前深孔巖心鉆探過程中, 鉆探設(shè)備可以采用全液壓動力頭鉆機(jī), 對于鉆探過程中對鉆進(jìn)深度具有更高要求時, 則宜使用轉(zhuǎn)盤及高速頂驅(qū)相結(jié)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(wù)。鉆塔架設(shè)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(jī)的應(yīng)用
當(dāng)前我國現(xiàn)行的全液壓動力頭鉆機(jī)應(yīng)用技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)之間還存在一定的差距, 因此在實踐應(yīng)用過程中要不斷對技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化, 以此來提高全液壓動力頭鉆機(jī)的應(yīng)用效率。因此在對鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)布局進(jìn)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(jìn)行改時, 降低其實際能耗, 主卷揚(yáng)機(jī)要具備自由落體功能。在鉆柱下降過程要水剎車設(shè)施要給予有效配合, 以上來降低動力負(fù)荷。鉆進(jìn)過程中要采取安全防護(hù)措施, 避免出現(xiàn)墜落及夾傷等事故。對于鉆機(jī)動力頭自重較大的情況, 可以適當(dāng)?shù)膶恿︻^的基本機(jī)量進(jìn)行優(yōu)化, 避免出現(xiàn)鉆桿螺紋受損的情況。在鉆機(jī)油管路的適當(dāng)位置處安裝報警設(shè)備, 全程對其運(yùn)行情況進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)控, 避免出現(xiàn)漏油問題。
2.2 泥漿泵的應(yīng)用
相較于普通鉆機(jī)的泥漿泵, 深孔巖心鉆機(jī)泥漿泵泵壓較高。由于深孔巖心鉆機(jī)鉆孔直徑較小, 鉆桿較細(xì), 在鉆進(jìn)過程中遇到火成巖或是變質(zhì)巖等地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jìn)行合理選擇。泥漿泵具體應(yīng)用過程中, 要針對斜孔鉆孔工藝來科學(xué)選擇泥漿泵的參數(shù)。近年來深孔鉆探技術(shù)的發(fā)展, 也使泥漿泵從全液壓動力頭鉆機(jī)中分離出來, 成為單獨(dú)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(yán)格檢查繩索取芯鉆桿的強(qiáng)度。由于在具體鉆探過程中, 鉆桿壁厚薄情況、強(qiáng)度等因素會導(dǎo)致取芯鉆探結(jié)果存在較大的差異。因此需要對取芯鉆桿進(jìn)行分類, 這樣在具體鉆探時可以根據(jù)需要來選擇適應(yīng)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(qiáng)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(yù)緊扭矩相對要大一些, 鉆進(jìn)過程中采用人工方式來進(jìn)行鉆桿擰卸, 由于勞動強(qiáng)度較大, 可以加大液壓吊鉗方式的推廣, 以此來保證預(yù)緊扭矩, 降低勞動強(qiáng)度。
3 最常用的巖心鉆探技術(shù)
3.1 反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)
反循環(huán)連續(xù)取心鉆探技術(shù)是目前最為先進(jìn)的地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)。針對于這種情況我國應(yīng)用還較少。近年來國外一些企業(yè)進(jìn)駐我國市場, 這些企業(yè)具有較為先進(jìn)的鉆探技術(shù), 雖然與我們當(dāng)前發(fā)展鉆探技術(shù)的目的不同, 但能夠為我們提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會, 以此來推動我國目的巖心鉆探技術(shù)的發(fā)展。
3.2 繩索取心鉆探技術(shù)
繩索取心鉆探技術(shù)最實用的巖心鉆探技術(shù), 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(dá)不到反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)的水平, 但利用繩索取心鉆探技術(shù)取得的標(biāo)本更便于研究人員分析。反循環(huán)連續(xù)取巖心鉆探技術(shù)與繩索取心鉆探技術(shù)是當(dāng)前全世界鉆探行業(yè)最普及的兩大鉆探技術(shù)。因此, 我國在未來發(fā)展規(guī)劃中, 應(yīng)該將這兩大技術(shù)結(jié)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(shù)也有效的促進(jìn)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(shù)的進(jìn)一步發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。
4 結(jié)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(jìn)一步對深孔巖心鉆探技術(shù)進(jìn)行改進(jìn), 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(shù)手段。
參考文獻(xiàn)
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