金剛石繩索取心鉆探技術(shù)

1、金剛石取心鉆探技術(shù)金剛石鉆頭、擴(kuò)孔器金剛石鉆頭、擴(kuò)孔器金剛石繩索取心鉆具金剛石繩索取心鉆具金剛石鉆進(jìn)工藝金剛石鉆進(jìn)工藝金剛石繩索取心鉆探技術(shù)繩索取心鉆進(jìn)是指在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)巖心充滿巖心管后，不需提鉆取巖心，而是以鉆桿為通道，借助于繩索和專用打撈工具，把鉆進(jìn)過程中貯存于內(nèi)巖心管中的巖心提升到孔外的取心鉆進(jìn)方法。由于這種方法不需要將鉆桿提升到孔外，所以極大地減少了起下鉆具的時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在金剛石巖心鉆進(jìn)過程中，升降鉆具工序約占全部生產(chǎn)時(shí)間的3040，而且機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。為了增加純鉆進(jìn)時(shí)間，提高鉆進(jìn)效率，采用繩索取心鉆進(jìn)是最有效的途徑之一。繩 索 取 心 鉆 進(jìn) 的 特 點(diǎn)1、鉆進(jìn)效率高繩

2、索取心鉆頭的壁厚比普通取心鉆頭厚，鉆進(jìn)時(shí)的機(jī)械鉆速略低于普通鉆頭。但由于減少了輔助作業(yè)時(shí)間，增大了純鉆進(jìn)時(shí)間，所以總的鉆進(jìn)效率仍比普通鉆頭高，且這種趨勢(shì)隨孔深的增大而增大。 2、地質(zhì)效果好 繩索取心鉆具具有打撈速度快，提升平穩(wěn)以及巖心堵塞后能即時(shí)報(bào)警等特點(diǎn)。因此，當(dāng)巖心堵塞時(shí)，便于立即處理，可以減少巖礦心的損耗。所以繩索取心鉆進(jìn)巖心采取率高，完整度和純潔性好。 3、鉆頭壽命長(zhǎng) 由于減少了提鉆次數(shù)，因此鉆頭在升降過程中的擰卸、碰撞的機(jī)會(huì)及掃孔時(shí)的磨損減少。同時(shí)，鉆桿與孔壁間隙小，鉆頭在孔內(nèi)工作平穩(wěn)，也可以提高鉆頭壽命。通常，繩索取心鉆頭壽命比普通鉆頭壽命高一倍左右。 4、有利于復(fù)雜地層鉆進(jìn)、孔內(nèi)

3、安全和便于測(cè)斜工作由于減少了提鉆次數(shù)，因而縮短了孔壁的裸露時(shí)間，也減少了升降鉆具時(shí)對(duì)孔壁的破壞。同時(shí)鉆桿還可以起到套管的作用，有利于護(hù)壁，也使下放測(cè)斜儀器更加方便敏捷。5、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度由于起下鉆具次數(shù)少，因此減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度?？自缴?，鉆具越長(zhǎng)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)越明顯。6、降低鉆探成本由于繩索取心鉆進(jìn)效率高、鉆頭管材以及動(dòng)力消耗比較小，因此，鉆進(jìn)成本可大幅度下降。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，使用繩索取心鉆進(jìn)成本降低30一40。 繩索取心鉆進(jìn)的應(yīng)用范圍繩索取心鉆進(jìn)的應(yīng)用范圍繩索取心鉆進(jìn)方法已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、水文地質(zhì)和工程勘察等多種鉆進(jìn)工程中。然而，在一個(gè)具體的工程中是否采取繩索取心，還必須考慮地層條件、鉆孔深度、鉆

4、頭壽命以及繩索取心鉆具配套設(shè)備較多，一次性投資較大等因素，以便綜合權(quán)衡其使用的合理性。1、地質(zhì)條件繩索取心鉆進(jìn)可用于鉆進(jìn)各種地層，在69級(jí)中硬巖層中效果最好。在目前的技術(shù)條件下，一般不宜鉆進(jìn)1012級(jí)巖石，尤其是巖石的組織致密、顆粒細(xì)小無研磨性的極堅(jiān)硬巖石，如石英閃長(zhǎng)巖、石英砂礫巖、石英磁鐵礦等，或研磨性很強(qiáng)的硬、脆、碎巖石。因?yàn)?，鉆進(jìn)上述巖石時(shí)，鉆頭極易磨損，鉆進(jìn)效率極低，不能充分發(fā)揮繩索取心鉆進(jìn)的優(yōu)越性。然而，繩索取心鉆進(jìn)與液動(dòng)沖擊器相配合，鉆進(jìn)此類地層有良好的前景。2、鉆孔深度繩索取心一般可在淺孔(100300m)和深孔中采用。通常，鉆孔越深其經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果越好。然而，繩索取心鉆進(jìn)的最大深

5、度受鉆桿強(qiáng)度的制約，應(yīng)進(jìn)行校核。3、鉆頭壽命采用繩索取心鉆進(jìn)，如果鉆頭壽命短，鉆進(jìn)過程中經(jīng)常提鉆更換鉆頭，那么便失去了采用繩索取心鉆進(jìn)的意義。 金剛石取心鉆具 合理選擇金剛石鉆頭（合理選擇金剛石鉆頭（To choose diamond bit properly） 金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)（金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)（Diamond drilling regime） 金剛石鉆進(jìn)的臨界規(guī)程（金剛石鉆進(jìn)的臨界規(guī)程（Critical condition of drilling） 合理選擇金剛石鉆頭合理選擇金剛石鉆頭 選用不當(dāng)存在的問題：選用不當(dāng)存在的問題： 選用的一般原則：選用的一般原則： 孕鑲鉆頭：堅(jiān)硬、致密、弱

6、研磨性（優(yōu)質(zhì)金剛石、較孕鑲鉆頭：堅(jiān)硬、致密、弱研磨性（優(yōu)質(zhì)金剛石、較低的金剛石濃度），均勻性差、完整度差、破碎地層（金低的金剛石濃度），均勻性差、完整度差、破碎地層（金剛石濃度高、胎體硬度大）；剛石濃度高、胎體硬度大）； 表鑲鉆頭：硬度較低、完整巖層；表鑲鉆頭：硬度較低、完整巖層； PCD或或PDC鉆頭：中硬及中硬以下巖石；鉆頭：中硬及中硬以下巖石； 從鉆頭唇面形狀：從鉆頭唇面形狀： 巖石堅(jiān)硬、致密、研磨性小者，應(yīng)選擇接觸面積小的巖石堅(jiān)硬、致密、研磨性小者，應(yīng)選擇接觸面積小的同心的或交錯(cuò)的尖齒形或梯齒形唇面；鉆裂隙的、軟硬互同心的或交錯(cuò)的尖齒形或梯齒形唇面；鉆裂隙的、軟硬互層、研磨性的巖層，應(yīng)

7、用內(nèi)外徑補(bǔ)強(qiáng)、耐磨性好的半圓唇層、研磨性的巖層，應(yīng)用內(nèi)外徑補(bǔ)強(qiáng)、耐磨性好的半圓唇面；當(dāng)鉆進(jìn)傾角大、易斜的巖層，應(yīng)選用階梯形或錐形唇面；當(dāng)鉆進(jìn)傾角大、易斜的巖層，應(yīng)選用階梯形或錐形唇面，以便鉆頭起導(dǎo)正作用。面，以便鉆頭起導(dǎo)正作用。 金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) 評(píng)定金剛石鉆進(jìn)規(guī)程的主要依據(jù)：鉆速、鉆頭總進(jìn)尺和單評(píng)定金剛石鉆進(jìn)規(guī)程的主要依據(jù)：鉆速、鉆頭總進(jìn)尺和單位進(jìn)尺的金剛石耗量三個(gè)指標(biāo)。（鉆壓）位進(jìn)尺的金剛石耗量三個(gè)指標(biāo)。（鉆壓）不同鉆壓下轉(zhuǎn)速與鉆速的關(guān)系不同鉆壓下轉(zhuǎn)速與鉆速的關(guān)系表鑲金剛石鉆頭的鉆壓表鑲金剛石鉆頭的鉆壓P P=Gp （kg or dN）式中式中 G鉆頭上的金剛石粒數(shù)；鉆

8、頭上的金剛石粒數(shù)； p單位金剛石上允許的壓力，單位金剛石上允許的壓力，Kg/粒。粒。對(duì)細(xì)粒金剛石：對(duì)細(xì)粒金剛石： p約約1-1.5 Kg/粒粒;對(duì)中粒對(duì)中粒: p約約1-1.5 Kg/粒粒;對(duì)粗粒金剛石對(duì)粗粒金剛石: p約約2-3 Kg/粒粒; 特優(yōu)級(jí)金剛石特優(yōu)級(jí)金剛石: p約約5 Kg/粒粒;孕鑲金剛石鉆頭的鉆壓孕鑲金剛石鉆頭的鉆壓 P=Sp（kg or dN）式中式中: S-鉆頭實(shí)際的工作唇面面積鉆頭實(shí)際的工作唇面面積, cm2; p單位底唇面積允許的壓力，單位底唇面積允許的壓力，Kg/ cm2 。對(duì)中硬巖石對(duì)中硬巖石,推薦推薦: p約約40-50 Kg/ cm2 ;對(duì)堅(jiān)硬巖石或金剛石質(zhì)對(duì)

9、堅(jiān)硬巖石或金剛石質(zhì)量高者量高者p約約60-70 Kg/ cm2 。 直徑直徑類型類型36(36)46(46)59(56)(66)75(76)91表表鑲鑲鉆鉆頭頭初始?jí)毫Τ跏級(jí)毫?0-10050-100 100-200 100-200 100-200250常壓常壓200-400 300-600 400-750 500-880600-1000800-1100孕鑲鉆頭孕鑲鉆頭250-450 400-700 450-850500-1000600-1100800-1500不同金剛石鉆頭的比壓不同金剛石鉆頭的比壓具體確定鉆壓時(shí)，應(yīng)分別對(duì)待具體確定鉆壓時(shí)，應(yīng)分別對(duì)待:1、巖石性質(zhì)：、巖石性質(zhì)：2、鉆頭類型：

10、、鉆頭類型：3、金剛石：、金剛石：4、克取巖石的面積：、克取巖石的面積：5、施加鉆壓的階段性（磨合和正常鉆進(jìn)）、施加鉆壓的階段性（磨合和正常鉆進(jìn)）6、有關(guān)孔內(nèi)壓力的傳遞問題（鉆孔深度、沖洗、有關(guān)孔內(nèi)壓力的傳遞問題（鉆孔深度、沖洗液、轉(zhuǎn)速對(duì)鉆壓的影響）液、轉(zhuǎn)速對(duì)鉆壓的影響） 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速；影響金剛石鉆進(jìn)的另一個(gè)重要因素。在一轉(zhuǎn)速；影響金剛石鉆進(jìn)的另一個(gè)重要因素。在一定條件下，轉(zhuǎn)速越快，鉆速越高。轉(zhuǎn)速與金剛石的磨定條件下，轉(zhuǎn)速越快，鉆速越高。轉(zhuǎn)速與金剛石的磨損關(guān)系比較復(fù)雜。若其它條件正常，二者之間存在一損關(guān)系比較復(fù)雜。若其它條件正常，二者之間存在一個(gè)合理值，即在某一轉(zhuǎn)速下，金剛石磨損量為最小。個(gè)

11、合理值，即在某一轉(zhuǎn)速下，金剛石磨損量為最小。轉(zhuǎn)速過大或過小，金剛石的磨損量都較小。轉(zhuǎn)速過大或過小，金剛石的磨損量都較小。 通常以圓周線速度來規(guī)定鉆頭的轉(zhuǎn)速。孕鑲金剛石鉆通常以圓周線速度來規(guī)定鉆頭的轉(zhuǎn)速。孕鑲金剛石鉆頭的周速應(yīng)達(dá)到頭的周速應(yīng)達(dá)到1.5-3m/s。表鑲鉆頭所用的金剛石粒。表鑲鉆頭所用的金剛石粒度較大，在鉆進(jìn)中允許有較大的切入量。所以，要求度較大，在鉆進(jìn)中允許有較大的切入量。所以，要求的轉(zhuǎn)速可比孕鑲鉆頭低些。由于出刃量大，在回轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)速可比孕鑲鉆頭低些。由于出刃量大，在回轉(zhuǎn)中容易折斷或損傷，不宜高轉(zhuǎn)速。線速度一般為容易折斷或損傷，不宜高轉(zhuǎn)速。線速度一般為1-2m/s。選擇合理的轉(zhuǎn)速還

12、應(yīng)考慮以下：選擇合理的轉(zhuǎn)速還應(yīng)考慮以下： 1、巖層、巖層 的性質(zhì)，的性質(zhì)， 在中硬完整的巖層中鉆進(jìn)，在中硬完整的巖層中鉆進(jìn)，可采用高轉(zhuǎn)速；如果巖層破碎、裂隙發(fā)育、軟硬可采用高轉(zhuǎn)速；如果巖層破碎、裂隙發(fā)育、軟硬不均、孔壁不穩(wěn)、不均，宜采用低轉(zhuǎn)速。不均、孔壁不穩(wěn)、不均，宜采用低轉(zhuǎn)速。 2、鉆孔的結(jié)構(gòu)和深度，、鉆孔的結(jié)構(gòu)和深度， 鉆孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)空鉆孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)空間隙小，孔深不大，宜采用高轉(zhuǎn)速；反之，應(yīng)降間隙小，孔深不大，宜采用高轉(zhuǎn)速；反之，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。低轉(zhuǎn)速。 3、機(jī)械設(shè)備、鉆桿柱及鉆具的能力。、機(jī)械設(shè)備、鉆桿柱及鉆具的能力。 沖洗液量沖洗液量 沖洗液通常是金剛石鉆進(jìn)的另一重要規(guī)程參數(shù)。一般根沖

13、洗液通常是金剛石鉆進(jìn)的另一重要規(guī)程參數(shù)。一般根據(jù)液流上返速度來確定金剛石鉆進(jìn)所需的泵量據(jù)液流上返速度來確定金剛石鉆進(jìn)所需的泵量Q： Q=6sv（L/min), (6是由單位換算所產(chǎn)生的系數(shù)是由單位換算所產(chǎn)生的系數(shù)) 式中：式中：v不小于不小于0.3-0.5m/s; s-鉆孔的環(huán)空面積鉆孔的環(huán)空面積,cm2. 由于表鑲、孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)鉆孔環(huán)狀間隙小，由于表鑲、孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)鉆孔環(huán)狀間隙小，沖洗液的流動(dòng)陰力很大，所以金剛石鉆進(jìn)基本是以不大的沖洗液的流動(dòng)陰力很大，所以金剛石鉆進(jìn)基本是以不大的泵量和較高的泵壓來工作的。另外，泵壓是反映孔底工況泵量和較高的泵壓來工作的。另外，泵壓是反映孔底工

14、況的敏感參數(shù)之一。的敏感參數(shù)之一。 防止金剛石鉆頭燒鉆是生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的工作。試防止金剛石鉆頭燒鉆是生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的工作。試驗(yàn)表明：當(dāng)轉(zhuǎn)速為驗(yàn)表明：當(dāng)轉(zhuǎn)速為800r/min，鉆頭唇面壓力為，鉆頭唇面壓力為10Mpa時(shí)，時(shí)，鉆頭每轉(zhuǎn)一圈，胎體溫度升高鉆頭每轉(zhuǎn)一圈，胎體溫度升高1.73。所以鉆進(jìn)中若沖洗。所以鉆進(jìn)中若沖洗液停止循環(huán)液停止循環(huán)1-2min，便可能造成燒鉆的惡性事故。，便可能造成燒鉆的惡性事故。 金剛石鉆進(jìn)存在正常規(guī)程和臨界規(guī)程。金剛石鉆進(jìn)存在正常規(guī)程和臨界規(guī)程。 在正常規(guī)程中，鉆頭胎體溫度正常，功率消耗在正常規(guī)程中，鉆頭胎體溫度正常，功率消耗平穩(wěn)，同時(shí)鉆頭磨損輕微；平穩(wěn)，同時(shí)鉆頭磨損

15、輕微； 而在臨界規(guī)程下，鉆頭胎體溫升急劇上升，功而在臨界規(guī)程下，鉆頭胎體溫升急劇上升，功率消耗劇增，鉆頭磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)燒鉆。率消耗劇增，鉆頭磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)燒鉆。 1、胎體溫度與鉆壓和轉(zhuǎn)速的關(guān)系、胎體溫度與鉆壓和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 2、功率消耗、機(jī)械鉆速與鉆進(jìn)規(guī)程的關(guān)系、功率消耗、機(jī)械鉆速與鉆進(jìn)規(guī)程的關(guān)系 3、胎體溫度與沖洗液的關(guān)系、胎體溫度與沖洗液的關(guān)系 4、鉆頭磨損與鉆進(jìn)規(guī)程的關(guān)系、鉆頭磨損與鉆進(jìn)規(guī)程的關(guān)系金剛石鉆進(jìn)的臨界規(guī)程金剛石鉆進(jìn)的臨界規(guī)程轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速r/min軸向壓力（kg）100200300400500600700800900100060060160190190560750100701

16、0059095070808062065067011809012064015005070120550金剛石（金剛石（200-400微米）鉆頭胎體溫度與軸向壓力和轉(zhuǎn)速的關(guān)系微米）鉆頭胎體溫度與軸向壓力和轉(zhuǎn)速的關(guān)系鉆進(jìn)功率消耗鉆進(jìn)功率消耗(kw)與軸向壓力和轉(zhuǎn)速的關(guān)系與軸向壓力和轉(zhuǎn)速的關(guān)系轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速r/min軸向壓力（軸向壓力（kg）10020030040050060070080090010006001.711.861.922.325.347501.801.862.045.679501.952.312.795.376.566.9111802.162.645.5215000.481.442.165.56

17、用該用該 鉆頭鉆進(jìn)花崗巖時(shí)鉆頭鉆進(jìn)花崗巖時(shí),其最高鉆速不得超過臨界值其最高鉆速不得超過臨界值37mm/min,否則將出現(xiàn)胎體溫度劇增的嚴(yán)重后果。否則將出現(xiàn)胎體溫度劇增的嚴(yán)重后果。指標(biāo)指標(biāo)沖洗液泵量（沖洗液泵量（L/min）152030胎體溫度胎體溫度725640550鉆進(jìn)功率消耗鉆進(jìn)功率消耗kw5.675.225.13沖洗液泵量對(duì)胎體溫度和功率消耗的影響沖洗液泵量對(duì)胎體溫度和功率消耗的影響鉆頭磨損與鉆進(jìn)規(guī)程的關(guān)系鉆頭磨損與鉆進(jìn)規(guī)程的關(guān)系第二節(jié) 繩索取心鉆具一、對(duì)繩索取心鉆具的技術(shù)要求 當(dāng)內(nèi)管總成下到外管總成預(yù)定位置時(shí)，能即時(shí)發(fā)出到位信號(hào)，且內(nèi)、外管之間的相對(duì)位置能夠確定。在鉆進(jìn)過程中內(nèi)管不上竄

18、、下滑；內(nèi)、外管之間能保證有良好的通水性。 鉆進(jìn)過程中巖心充滿內(nèi)管時(shí)，能及時(shí)向地表發(fā)出堵塞信號(hào)。 由于是雙管結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)保持內(nèi)、外管的同心度，以便使巖心順利進(jìn)入內(nèi)管。在提取巖心時(shí)能防止內(nèi)管因受力過大而損壞。 應(yīng)保證打撈器順利下入，并將內(nèi)管總成安全抓提到地面。二、繩索取心鉆具的規(guī)格和型號(hào)三、繩索取心鉆具的結(jié)構(gòu)和工作原理打撈機(jī)構(gòu)1、絞鏈?zhǔn)矫^機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)由撈矛頭、定位卡塊、撈矛座等組成。由于撈矛頭可在其轉(zhuǎn)動(dòng)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)180，因在地表吊掛打撈器與內(nèi)管總成卸巖心可在0土90內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)、變換位置，防止撈矛頭從打撈器的撈鉤中脫出。 2、彈卡定位機(jī)構(gòu)它是由彈卡擋頭、彈卡板、張簧、彈卡室等零件組成。當(dāng)內(nèi)管總成在鉆桿柱內(nèi)下降時(shí)，張簧5使彈卡板6向外張開一定角度，并沿鉆桿內(nèi)壁