SYZX 金刚石绳索取心液动锤冲击回转钻进技术应(2)
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【摘要】5 金刚石绳索取心液动锤冲击钻进与普通金刚石绳索取心钻进对比 5.1 金刚石绳索取心液动锤冲击工艺使用效果 南陵县桂花冲矿区和金子圩矿区多金属矿进
5 金刚石绳索取心液动锤冲击钻进与普通金刚石绳索取心钻进对比
5.1 金刚石绳索取心液动锤冲击工艺使用效果
南陵县桂花冲矿区和金子圩矿区多金属矿进行了金刚石绳索取心液动锤冲击钻进工艺推广应用,完成钻探工作量2425.84m,平均机械钻速1.82m/h,平均回次进尺2.98m,提高了28%,平均机械钻速提高了26%。金刚石绳索取心液动锤与普通金刚石绳索取心钻进技术指标对比见下表1。
5.2 金刚石绳索取心液动锤冲击钻进与普通金刚石绳索取心钻进对比说明
(1)金刚石绳索取心液动锤钻进效率大幅提高;
(2)金刚石绳索取心液动锤冲击钻进在坚硬“打滑”地层钻进机械钻速显著提高。主要是高频脉动冲击有利于金刚石钻头的出刃,克服金刚石孕镶钻头“打滑”现象,提高钻速和钻头寿命;
(3)金刚石绳索取心液动锤冲击钻进在硬、脆、碎地层钻进提高岩矿心采取率,延长回次进尺,提高了钻孔施工质量;
表1 金刚石绳索取心液动锤钻进与普通金刚石绳索取心钻进技术指标对比情况表矿区 岩石 钻进方法进尺/m机械钻速 回次进尺 备注m/h % m %南陵金子圩花岗岩、花岗闪长岩、变粒岩、石英闪长岩、绢英岩化碎裂岩绳索1485.27 1.23 100 2.15 100绳冲1553.74 1.65 134 2.75 130南陵桂花冲粉砂岩、花岗闪长斑岩、断层角砾岩、花岗闪长岩、大理岩绳索1460.60 1.77 100 2.18 100绳冲872.10 2.23 126 2.80 128
(4)金刚石绳索取心液动锤钻进内管到底报信可靠,可避免打单管。冲击锤产生的高频脉动使岩心进入岩心管更顺畅,有利于防止破碎地层中岩心堵塞,提高回次进尺,大幅度减少钻进辅助时间,减少孔内事故的发生;
(5)金刚石绳索取心液动锤钻进与普通金刚石绳索取心钻进相比,减少孔内事故发生,减轻了工人劳动强度;
(6)金刚石绳索取心液动锤钻进减少了提下钻次数,从而减少了钻头及钻杆与孔壁的摩擦,节约了钻探成本;
(7)采用冲洗液作为驱动介质,有利于维护孔壁稳定,适合于深孔和复杂地层钻进施工;
(8)金刚石绳索取心液动锤冲击钻进与普通金刚石绳索取心钻进相比,冲击回转钻进可在小钻压条件下实现高效钻进,沿钻具轴向传递的冲击力可减小软硬地层钻进时的效益差,减小钻孔弯曲,提高钻孔质量;
(9)普通金刚石绳索取心钻进是磨削钻进;液动冲击回转金刚石钻进是集回转与冲击为一体的组合钻进方法,施加给钻头的冲击荷载作用时间短,刃具与孔底的接触应力瞬间达最大值,使岩石脆性增加,有利于裂隙扩展,产生体积破碎,钻进效率高。
5.3 金刚石绳索取心液动锤冲击钻进工艺存在的问题
(1)传功环与承冲环易卡死,内管提不上来;
(2)在高频、高泵压的作用下,液动锤冲击钻冲锤和砧子易损坏,建议改进材质及淬火工艺;
(3)长时间工作,密封间隙及轴向尺寸变大,性能变差,冲击功变小或不工作;
(4)BW250 泵量级配与SYZX75 绳索取心液动锤钻进不太适应,一速52L/min 偏低,二速90L/min 泵压偏高,造成泵超负荷工作。建议采用BW300/16 泥浆泵以满足绳索取心液动锤对泵量的要求。
6 结语
金刚石绳索取心液动锤冲击回转钻进工艺是集绳索取心与液动锤冲击回转钻进为一体的先进钻探技术,在我单位近五年的应用试验中表明,金刚石绳索取心液动锤冲击钻探工艺具有钻进效率高、岩心采取率高、孔壁完整性好,大大降低了钻探成本低等优点,配合润滑性高的低固相泥浆,非常适用于硬脆碎地层钻进。综上,金刚石绳索取心液动锤冲击钻探工艺技术具有广泛的应用推广前景。
[1]《地质岩心钻探规程》 DZ/T 0227-2010.
[2]屠厚泽,谭学芳等.钻探工程学,1987 年3 月版.
[3]王达,何远信等.地质钻探手册,2014 年6 月第1 版.
1 前言普通金刚石绳索取心钻进工艺因为避免了提钻具取心,大大缩短了提取岩心时间,而且减轻了提取钻具对孔壁的破坏,钻进效率高、劳动强度低等优点,在中等硬度的岩石中钻进时,效果显著。但是,在钻遇硬岩、超硬岩时,遇到破碎地层时,往往效率不高,回次进尺少,绳索取心优势不明显,甚至引起孔内事故的发生。安徽省南陵县桂花冲矿区、金子圩矿区等多金属矿区地层复杂,特别是金子圩矿区花岗岩石层厚,岩矿石硬、脆、碎、研磨性弱,钻探施工每班进尺小于0.5m,每个班都要提大钻换钻头,辅助时间长,孔内事故多,钻探设备损坏严重,施工质量难以保证等;地层因素严重影响了钻进速度和钻孔质量。地层岩心见下图1。图1 金子圩矿区花岗岩岩心照片针对硬、脆、碎地层特点,根据山东省地矿局绳索取心液动锤冲击钻探技术推广应用实施方案,我队2012 年先后购进了4 套中国地质科学院勘探技术研究所研制的SYZX75金刚石绳索取心液动锤冲击钻具,在安徽省南陵县桂花冲矿区、金子圩矿区等多金属矿区进行推广应用,效果良好。2 SYZX75 金刚石绳索取心液动锤冲击工作原理和结构特点SYZX75 金刚石绳索取心液动锤组合了金刚石绳索取心钻具和复合式液动潜孔锤。采用容积式冲击原理,减小冲程阻力,提高了冲击功。其结构特点如下:(1)液动锤各部分结构具自有的面积差而运动,简化了钻具结构;(2)液动锤内外管间的密封采用金属机械密封,耐磨性高、寿命长;(3)液动锤结构中不含弹簧零件,钻具寿命长;(4)液动锤中用来传递冲击功的装置具有刚性结构,结构牢固,寿命长,更换方便;(5)液动锤的传功装置在传递冲击功的同时,还能到位报信;(6)当岩心堵塞时,传功环上移,冲击功直接作用在岩心内管上,利用冲击振动即可消除岩心堵塞;(7)在普通金刚石钻头上增加高频、低冲击功的动载,大大改善金刚石钻头在孔底的工作状况,提高坚硬岩石层和“打滑”地层中的钻进速度。3 金刚石绳索液动锤冲击钻进工艺的主要技术参数(1)冲锤行程15 ~25mm,冲击功10 ~50J,阀程11~15mm,自由行程5 ~8mm,工作泵压0.5 ~2.0MPa,工作泵量60 ~90L/min,冲击频率25 ~40Hz。(2)冲洗液量直接影响液动冲击器的输出特性(冲击功和冲击频率);在稳定地层中,应满足冲击器的额定泵量为主。4 金刚石绳索取心液动锤钻探设备及工艺措施4.1 钻探设备及附属装置(1)钻机采用XY-6B 立轴式液压钻机;(2)泥浆泵采用泵量大、可调的BW250 泥浆泵,并配抗震压力表;(3)钻杆、钻具:钻杆采用无锡钻探工具厂S7I、S71A钻杆,钻具采用SYZX75 金刚石绳索取心液动锤钻具;(4)泥浆输送系统采用直径1 英寸、耐压>10MPa 钢编高压胶管,使用耐高压的专用接头;(5)泵输出端与水龙头之间设置稳压罐,安全压力不低于15MPa,稳压罐容积不小于0.03m3;(6)为减少固相含量,施工机台配备固相控制设 冲洗液金刚石绳索取心液动锤因其结构特点,最佳工作环境是无固相冲洗液。但是,部分矿区地层复杂,岩石破碎、坍塌掉块造成孔内复杂,为了保证顺利钻进,常常采用优质低固相冲洗液。同时,提高低固相泥浆的润滑性,减少液动锤零件在高频往复运动下的磨损,提高液动锤的使用寿命。液动锤对泥浆的要求:润滑性能好、含砂量低、黏度密度低,黏度(漏斗黏度)一般≤30S,含沙量一般≤0.1%,密度≤1.1g/cm3;适量加入泥浆润滑剂,能有效提高液动锤冲击工艺性能,延长使用寿命。实际施工中因低黏增效粉(LBM)具有低密度、低黏度、低切力、低失水量、高分散性的特点,建议增加 金刚石绳索取心液动冲击回转钻头的选型与使用针对南陵桂花冲矿区和金子圩矿区硬、脆、碎、研磨性弱的中硬岩石及岩心易堵地层,选用的是石家庄航华超硬工具有限公司生产的Ф76.5mm 金刚石绳索取心孕镶金刚石钻头。其性能指标为:硬度HRC30 ~35、粒度60 ~80 目、浓度100%、水口10 个、阶梯状底唇面孕镶金刚石钻头。使用中,适当增加钻头的水口、水槽过水断面,降低液动冲击器背压。5 金刚石绳索取心液动锤冲击钻进与普通金刚石绳索取心钻进对比5.1 金刚石绳索取心液动锤冲击工艺使用效果南陵县桂花冲矿区和金子圩矿区多金属矿进行了金刚石绳索取心液动锤冲击钻进工艺推广应用,完成钻探工作量2425.84m,平均机械钻速1.82m/h,平均回次进尺2.98m,提高了28%,平均机械钻速提高了26%。金刚石绳索取心液动锤与普通金刚石绳索取心钻进技术指标对比见下表 金刚石绳索取心液动锤冲击钻进与普通金刚石绳索取心钻进对比说明(1)金刚石绳索取心液动锤钻进效率大幅提高;(2)金刚石绳索取心液动锤冲击钻进在坚硬“打滑”地层钻进机械钻速显著提高。主要是高频脉动冲击有利于金刚石钻头的出刃,克服金刚石孕镶钻头“打滑”现象,提高钻速和钻头寿命;(3)金刚石绳索取心液动锤冲击钻进在硬、脆、碎地层钻进提高岩矿心采取率,延长回次进尺,提高了钻孔施工质量;表1 金刚石绳索取心液动锤钻进与普通金刚石绳索取心钻进技术指标对比情况表矿区 岩石 钻进方法进尺/m机械钻速 回次进尺 备注m/h % m %南陵金子圩花岗岩、花岗闪长岩、变粒岩、石英闪长岩、绢英岩化碎裂岩绳索1485.27 1.23 100 2.15 100绳冲1553.74 1.65 134 2.75 130南陵桂花冲粉砂岩、花岗闪长斑岩、断层角砾岩、花岗闪长岩、大理岩绳索1460.60 1.77 100 2.18 100绳冲872.10 2.23 126 2.80 128(4)金刚石绳索取心液动锤钻进内管到底报信可靠,可避免打单管。冲击锤产生的高频脉动使岩心进入岩心管更顺畅,有利于防止破碎地层中岩心堵塞,提高回次进尺,大幅度减少钻进辅助时间,减少孔内事故的发生;(5)金刚石绳索取心液动锤钻进与普通金刚石绳索取心钻进相比,减少孔内事故发生,减轻了工人劳动强度;(6)金刚石绳索取心液动锤钻进减少了提下钻次数,从而减少了钻头及钻杆与孔壁的摩擦,节约了钻探成本;(7)采用冲洗液作为驱动介质,有利于维护孔壁稳定,适合于深孔和复杂地层钻进施工;(8)金刚石绳索取心液动锤冲击钻进与普通金刚石绳索取心钻进相比,冲击回转钻进可在小钻压条件下实现高效钻进,沿钻具轴向传递的冲击力可减小软硬地层钻进时的效益差,减小钻孔弯曲,提高钻孔质量;(9)普通金刚石绳索取心钻进是磨削钻进;液动冲击回转金刚石钻进是集回转与冲击为一体的组合钻进方法,施加给钻头的冲击荷载作用时间短,刃具与孔底的接触应力瞬间达最大值,使岩石脆性增加,有利于裂隙扩展,产生体积破碎,钻进效率高 金刚石绳索取心液动锤冲击钻进工艺存在的问题(1)传功环与承冲环易卡死,内管提不上来;(2)在高频、高泵压的作用下,液动锤冲击钻冲锤和砧子易损坏,建议改进材质及淬火工艺;(3)长时间工作,密封间隙及轴向尺寸变大,性能变差,冲击功变小或不工作;(4)BW250 泵量级配与SYZX75 绳索取心液动锤钻进不太适应,一速52L/min 偏低,二速90L/min 泵压偏高,造成泵超负荷工作。建议采用BW300/16 泥浆泵以满足绳索取心液动锤对泵量的要求。6 结语金刚石绳索取心液动锤冲击回转钻进工艺是集绳索取心与液动锤冲击回转钻进为一体的先进钻探技术,在我单位近五年的应用试验中表明,金刚石绳索取心液动锤冲击钻探工艺具有钻进效率高、岩心采取率高、孔壁完整性好,大大降低了钻探成本低等优点,配合润滑性高的低固相泥浆,非常适用于硬脆碎地层钻进。综上,金刚石绳索取心液动锤冲击钻探工艺技术具有广泛的应用推广前景。参考文献:[1]《地质岩心钻探规程》 DZ/T 0227-2010.[2]屠厚泽,谭学芳等.钻探工程学,1987 年3 月版.[3]王达,何远信等.地质钻探手册,2014 年6 月第1 版.
文章来源:《金刚石与磨料磨具工程》 网址: http://www.jgsymlmjgc.cn/qikandaodu/2021/0207/340.html
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