syzx675鋼絲繩取心液動錘鉆具在復(fù)雜地層中的應(yīng)用

syzx675鋼絲繩取心液動錘鉆具在復(fù)雜地層中的應(yīng)用

1地層強度、斷裂帶湖南省常德仙女巖金礦礦區(qū)的巖石順序為：表土、硅質(zhì)巖、白泥巖、破碎角巖、硅質(zhì)角巖、花崗巖閃長石角、硅質(zhì)砂巖、角巖、硅質(zhì)粘土和硅卡巖。0～600m有4個斷裂帶,地層軟硬交替換層、破碎、溶水性強,取心、鉆進都十分困難。1967～2007年,我隊在該礦區(qū)開展了5次鉆探都未能完成金屬儲量探明工作,因此該礦區(qū)成為湖南省有色地質(zhì)勘查局的一個難點礦區(qū)。2地層巖性心鉆孔施工嚴(yán)重滯后,影響地質(zhì)量該礦區(qū)地層軟硬變化頻繁,0～600m為1.5～2.2m間軟硬交替地層。其中軟巖為遇水膨脹白泥巖、破碎粉砂巖,硬巖為9～11級的石英巖、硅化巖,因為層厚的變化差異較大,無法預(yù)測下一步鉆探遇到的地層情況,需要根據(jù)地層頻繁地更換鉆具和工藝。(1)見軟層換超前鉆頭加半合管施工,每次取心只能在0.4～0.5m,如果不控制進尺,當(dāng)管內(nèi)儲存0.5m左右?guī)r心的時候,巖心擠死在半合管內(nèi)形成堵塞,其后進尺都是頂著巖心磨耗,無法達到85%的采取率。根本無法滿足地質(zhì)要求。(2)遇見硬層,換軟胎體鉆頭配繩索取心工藝施工(在該工區(qū)采用提鉆式取心施工,根本無法保證井壁的穩(wěn)定,鉆孔傾斜度也嚴(yán)重超標(biāo))。施工工藝繁瑣,勞動強度非常大,效益十分低下。2007年5～11月期間,3臺鉆機施工僅完成5個鉆孔,總進尺1008.76m,最深孔ZK0402孔深僅286.66m,臺月效率不足60m,采取率為62%,部分地段采取率只有30%～40%。因此無法確定該礦區(qū)地質(zhì)儲量。2009年4月,該礦區(qū)ZK003號鉆孔通過設(shè)計審批,設(shè)計為1000m深直孔。通過對現(xiàn)場地質(zhì)情況的分析和以前鉆探施工經(jīng)驗的總結(jié),為提高破碎、軟地層的采取率,滿足采取率要求,我公司決定采用液動潛孔錘技術(shù)施工。使用繩索取心液動潛孔錘鉆具的效果證明,其不僅保證了軟地層的采取率達到95%以上,在硬層中和一般地層中所提高的效率非常顯著,同時對控制孔斜也起到了關(guān)鍵作用。3鉆設(shè)備、設(shè)備及其參數(shù)3.1外包彈卡降壓機組SYZX系列繩索取心液動錘鉆具是由雙噴嘴復(fù)合式液動錘與繩索取心鉆具結(jié)合而成的。液動錘采用了容積式?jīng)_擊工作原理,大幅度減小沖程阻力,從而使沖擊功較傳統(tǒng)的液動錘有了大幅度的提高。同時該液動錘結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,現(xiàn)場維修較為方便。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。外總成:與繩索取心鉆桿相連接的彈卡擋頭+彈卡室+上擴孔器(內(nèi)裝上扶正環(huán))+上外管+承沖環(huán)接頭+下外管+下擴孔器(內(nèi)裝下扶正環(huán))+鉆頭。內(nèi)總成:打撈定位機構(gòu)+YZX系列液動錘+傳功環(huán)+單動機構(gòu)+上下分離機構(gòu)+調(diào)整機構(gòu)+內(nèi)巖心管+卡簧座(內(nèi)裝擋圈和卡簧)。工作過程:地面泵送入的沖洗液通過繩索取心鉆具部分到達液動錘,驅(qū)動液動錘產(chǎn)生一定沖擊能量的高頻振動,并將此能量通過傳功環(huán)和承沖環(huán)、下外管到鉆頭,加速碎巖。該鉆具的主要參數(shù):沖錘行程15～25mm,自由行程5～8mm,工作泵壓0.5～2.0MPa,沖擊頻率25～40Hz,沖擊功10～50J。3.2該臂夾、泥漿泵XY-5型鉆機;BW250型泥漿泵。3.3孔鉆頭為燒結(jié)階梯型,金剛石目數(shù)30～50,胎體硬度HRC40,外徑76mm,內(nèi)徑49mm。4鉆具及配方開孔采用?130mm口徑開孔,鉆進至45.2m處見硬層,下?127mm套管。轉(zhuǎn)速180r/min,鉆壓7kN,泵量80L/min,鉆速為0.9～1.8m/h;45.2～91.9m采用?110mm普通金剛石鉆具施工;91.9～398.78m采用?95mm繩索取心液動錘鉆具。泵量60L/min,轉(zhuǎn)速290r/min,鉆壓12～18kN;398.78～1313.8m采用?75mm繩索取心液動錘鉆具。泵量60L/min,轉(zhuǎn)速160～296r/min,壓力12～15kN。上部完整及具造漿能力地層采用PHP無固相鉆井沖洗液,其配方為:清水1m3+純堿(NaCO3)0.1%～0.3%+PHP700～1000ppm攪拌均勻。根據(jù)不同地層巖性和鉆進工藝需要,可輔之以KHm或KCl做為添加劑,防止孔壁坍塌。5施工中的困難和處理方法5.1碎角巖、硅化夾泥巖普通鉆進時對破碎硅質(zhì)巖、白泥巖、破碎角巖、硅化夾泥巖采用半合管取心,控制回次進尺為0.5m。改用繩索取心液動錘鉆具后取心率在95%以上5.2坍塌嚴(yán)重對720～980m坍塌較為嚴(yán)重的地段,加入Na2O·nSiO2+0.5%PHP+1%Na-CMC+KCl進行護壁。5.3層的堅硬采用繩索取心液動錘鉆具施工,鉆進效率由以前的0.1m/h提高至0.3～0.5m/h。6提高鉆機鉆進速度及防斜性能SYZX96/75繩索取心液動錘鉆具應(yīng)用效果統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。(1)從表1中可以看出,在使用繩索取心液動錘后,回次進尺由原來的1m左右提高到3.3～3.7m(見圖2),大幅度減少了單位進尺打撈和投放內(nèi)巖心管總成的操作次數(shù),提高了純鉆進時間利用率。(2)由于繩索取心液動錘在繩索取心鉆具的基礎(chǔ)上增加了一定頻率的軸向沖擊作用,可減少巖心堵卡,使得鉆壓有效地作用在鉆頭上,同時還使金剛石回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生了微沖擊體積碎巖作用,增加了金剛石在同樣鉆壓情況下的壓入深度,提高了每轉(zhuǎn)的碎巖量,因而在提高機械鉆速方面也表現(xiàn)明顯。在使用繩索取心液動錘后,純機械鉆效由0.52～0.63m/h提高到0.8～1.3m/h(見圖3)。(3)控制孔斜方面。該孔孔深100m時,測斜傾角為88°,在91.90m后使用液動錘,100～1300m的測斜數(shù)據(jù)一直保持為88°,體現(xiàn)出繩索取心液動錘鉆具具有一定的防斜效果。而對比該礦區(qū)其他未使用液動錘的鉆孔,其鉆孔傾斜規(guī)律基本上為2°/100m,有的鉆孔需做糾斜處理,致使斷鉆事故經(jīng)常發(fā)生,處理起來費時費力。7中河砂和液動錘使用情況,對于鉆孔使用繩索取心液動錘鉆具是我們在該鉆孔的主要技術(shù)手段。當(dāng)然一個新器具的引進到消化吸收需要經(jīng)過一個過程,主要表現(xiàn)為機臺人員從不懂到掌握,再到想辦法改進其他輔助條件進行靈活應(yīng)用,并使之達到好的效果。主要的經(jīng)驗總結(jié)如下。(1)在硬層中金剛石鉆頭出刃困難,我們針對人工投砂提高金剛石鉆頭出刃的方法進行了多次摸索,最后總結(jié)出在該地層中使用干凈的2～4mm顆粒的中河砂最合適,并確定了相關(guān)的技術(shù)工藝。(2)在孔深超過600m后,潤滑劑的使用明顯能提高鉆進效率,提高鉆具的穩(wěn)定性和零配件壽命,對管材的保護也起到了很好的作用。(3)由于施工前一再強調(diào)鉆探傾斜過大,易造成斷鉆桿、鉆具事故,施工中對控制孔斜非常重視。使用繩索取心液動錘鉆具,鉆孔傾斜一直保持很好,未出現(xiàn)以前鉆孔孔斜超標(biāo)的情況(該孔終孔角度88°,其他鉆孔都在2°/100m左右)。該鉆孔未出現(xiàn)斷鉆事故。這與繩索取心液動錘的合理使用是分不開的。(4)液動錘的使用對沖洗液的要求很高,在漏失的情況下一般不要采用堵漏劑進行堵漏,而直接采用套管隔離或灌注水泥漿的方法處理。施工中派專人處理沖洗液的含砂量,利用地形加長泥漿循環(huán)道,在循環(huán)道中間多做幾個沉淀坑,勤撈渣;配備小型除砂器。(5)在掃孔的情況下,不建議使用繩索取心液動錘鉆具。(6)由于液動錘的使用提高了對沖洗液的要求,加大了對沖洗液管理人員的勞動強度,項目部、機臺一定要對該類人員進行嚴(yán)格挑選,做好思想工作,機、班長及時檢查督促。(7)每次提鉆一定要認真檢查液動錘的零部件,及時更換易損件。井上多一份責(zé)任,井下少