地質(zhì)鉆探技術(shù)論文

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，鉆探技術(shù)也取得了很大的發(fā)展并且積累了不少經(jīng)驗(yàn)。諸如小孔徑鉆進(jìn)、裸眼鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)，以及液壓擰管機(jī)、活動(dòng)工作臺(tái)和集裝箱運(yùn)輸?shù)耐茝V和使用等，促進(jìn)了鉆探工程的優(yōu)質(zhì)高效、安全低耗的發(fā)展。為了更好地發(fā)展鉆探技術(shù)，應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)制訂一個(gè)切實(shí)可行的發(fā)展規(guī)劃。即從現(xiàn)有的技術(shù)和生產(chǎn)的實(shí)際需要出發(fā)，認(rèn)真抓好適合各種地質(zhì)要求的鉆頭、防斜糾斜鉆具、取芯工具的使用和鉆探設(shè)備的研制，促進(jìn)鉆探技術(shù)的發(fā)展

　　一、鉆孔結(jié)構(gòu)選擇示例勘探某金屬礦床時(shí)，設(shè)計(jì)孔深700米， 采用金剛石鉆進(jìn)，地質(zhì)剖面包括以下層位：(1)0至100米為可鉆性1-7級(jí)的巖石，該段全漏水不循環(huán);(3)100至700米為可鉆性9至10級(jí)的穩(wěn)定巖石;(4)地質(zhì)取樣要求以59mm終孔。試確定該鉆孔結(jié)構(gòu)。[分析]從已知條件，自160米至終孔適于一徑到底，不下套管;分析地質(zhì)剖面，該鉆孔下孔口管和一層套管即可;為封閉漏失層，套管下放深度為120-130米，管鞋伸進(jìn)穩(wěn)定層10至20米，套管直徑為73mm，因此該孔段須用76mm鉆進(jìn);孔口管長(zhǎng)18至20米。直徑89mm，因此開(kāi)孔取91或110mm。

　　二、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)

　　1概念 將具有一定強(qiáng)度和形狀的硬質(zhì)合金，按鉆進(jìn)要求固定于鉆頭上，在一定的技術(shù)條件下，作為切削具破碎巖石的一種鉆進(jìn)方法。2鉆探對(duì)硬質(zhì)合金的要求合金鉆進(jìn)是靠固定在鉆頭體上的硬質(zhì)合金來(lái)破碎巖石的，而各種巖石都具有一定的強(qiáng)度和研磨性，鉆進(jìn)時(shí)鉆頭上受力也很復(fù)雜，因此，所使用的硬質(zhì)合金應(yīng)具有如下性能：①硬度大且耐磨性強(qiáng)。便于鉆頭能有效地切入或壓入巖石，并能抵抗巖石對(duì)硬質(zhì)合金的磨蝕作用。②抗彎強(qiáng)度大且韌性好。便于能承受破碎巖石過(guò)程中各種變化的負(fù)荷而不至于崩刃和碎裂。③熱硬性好而導(dǎo)熱性高。鉆進(jìn)中孔底會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，因此要求較高的熱硬性，而且在沖洗液中易于釋放熱量。④成型性好，容易鑲焊在鉆頭體上。地質(zhì)勘探用的硬質(zhì)合金主要是鎢鈷合金，這類合金其性能滿足上述要求。3硬質(zhì)合金鉆頭鉆探用的硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)合理與否直接影響到鉆進(jìn)效率、鉆頭壽命、鉆孔質(zhì)量以及材料成本，因此要認(rèn)真對(duì)待合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素的研究與選擇。它一般分為二大類：取心鉆頭和全面鉆頭。地質(zhì)勘探中一般都只采用取心鉆頭。①鉆頭體：它是鑲嵌切削具的基體，用D35或D45號(hào)無(wú)縫鋼管制成，針狀合金鉆頭的內(nèi)外出刃應(yīng)與相應(yīng)的金剛石鉆頭一致，鉆頭體長(zhǎng)度不得短于95mm，其中絲扣部分長(zhǎng)度40mm，鉆頭鋼體壁厚7至9mm，過(guò)厚克取巖石面積大，消耗功率多，過(guò)薄影響強(qiáng)度而容易變形。壁厚在保證足夠強(qiáng)度與剛度的條件下力求減小，以使克取面積減少以提高鉆進(jìn)效率。②合金鑲焊數(shù)目和排列形式：應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)、鉆頭直徑、合金質(zhì)量、鉆具強(qiáng)度和設(shè)備功率等因素來(lái)確定。鉆頭直徑大、孔較深、巖石硬度大和研磨性較高時(shí)，合金數(shù)量要適當(dāng)增加。地質(zhì)勘探中常用的數(shù)量如下表所示。鉆頭規(guī)格(mm)合金數(shù)量(個(gè))巖石性質(zhì) 36 46 59 76 91 110 130 150研磨性較強(qiáng)的巖層 3-4 3-4 4-6 6 6-8 8-10 10-14 12-14弱研磨性巖層 3-4 3-4 4 4-6 6 6-8 8 10在排列形式上一般采用均勻單環(huán)排列。③切削具的出刃：主要是底、內(nèi)、外三種出刃。其中底出刃起切入并破碎巖石的任務(wù)，大出刃利于破碎巖石和沖洗液流通，但過(guò)大容易造成崩刃與折斷;內(nèi)外出刃主要是形成環(huán)狀間隙，以保證沖洗液流通，較大的內(nèi)外出刃會(huì)導(dǎo)致鉆頭回轉(zhuǎn)阻力增大，容易崩刃折斷，但有利于排粉和減少巖心堵塞的機(jī)會(huì)，太小了則容易造成巖心堵塞和影響排粉效果甚至?xí)斐珊@等不良現(xiàn)象。因此，出刃的大小應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)來(lái)考慮，實(shí)際工作中可參考下表進(jìn)行選擇。巖石性質(zhì) 內(nèi)刃(mm) 外刃(mm) 底刃(mm)松軟、弱至中等研磨性巖石 1.5-2.5 2.5-3 2-3中硬、強(qiáng)研磨性巖石 1-2 1-2 1.5-2.5④鑲焊角：合金顆粒與鉆頭唇面的夾角，一般采用正前角鑲焊，這種鑲焊切削具有自磨作用也有利于排粉，但所需軸向壓力要較其他方法大些。⑤水口及水槽：起到?jīng)_洗液流通冷卻鉆頭和攜帶巖粉的作用，其形狀與大小應(yīng)根據(jù)巖層性質(zhì)、鉆頭結(jié)構(gòu)形式、沖洗液種類的不同而考慮。一般地，水口面積的總和要大于鉆頭與巖心之間或鉆頭與孔壁之間的環(huán)狀面積，以減少循環(huán)阻力。

　　三、合金鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

　　合金鉆進(jìn)的技術(shù)參數(shù)主要包括鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量。它們對(duì)鉆進(jìn)效率、鉆孔質(zhì)量、磨料消耗、施工安全等直接有關(guān)系。在操作過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)巖石的物理機(jī)械性質(zhì)、鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆探設(shè)備和鉆具的可能性以及鉆孔質(zhì)量要求等條件來(lái)合理掌握，并通過(guò)實(shí)踐當(dāng)中進(jìn)行修正、 總結(jié) 出適合礦區(qū)的最優(yōu)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)。①鉆壓：合理的鉆壓應(yīng)該既保證鉆頭耐久性又獲得最大的平均機(jī)械鉆速。在 其它 條件不變的情況下，在一定范圍內(nèi)，鉆速隨著鉆壓的增加而成比例地增加。實(shí)踐證明：鉆速的提高主要是依靠鉆頭壓力的增加來(lái)實(shí)現(xiàn)。但壓力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致崩刃、鉆具折斷、鉆孔彎曲、軟巖層中容易燒鉆等事故。鉆壓可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：鉆頭總壓力 = 每顆切削具上應(yīng)加的壓力(如柱狀合金70-120kgf/顆) X 鉆頭上切削具的顆數(shù)實(shí)際工作中應(yīng)該根據(jù)所鉆的巖層性質(zhì)而選擇的合金切削具型式和鉆頭的排列與數(shù)目進(jìn)行初步計(jì)算，同時(shí)在施工中不斷總結(jié)出最優(yōu)的鉆壓。②轉(zhuǎn)速：鉆具轉(zhuǎn)速有二種表示方法，一是鉆頭每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)/分)，另一個(gè)是用鉆頭的圓周速度V(米/秒)來(lái)表示。V = [π(D + D1)n ]/(2X60)生產(chǎn)實(shí)踐表明：在一定條件下，提高鉆頭轉(zhuǎn)速可增大鉆速，但超過(guò)最優(yōu)值后反而隨轉(zhuǎn)速的增高而使鉆速降低。一般情況下，在軟至中硬巖中鉆進(jìn)時(shí)，可采用較高的轉(zhuǎn)速;在堅(jiān)硬和強(qiáng)研磨性巖石或非均質(zhì)和裂隙發(fā)育的巖石中鉆進(jìn)，則應(yīng)降低轉(zhuǎn)速;深孔或大口徑鉆進(jìn)也應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。③沖洗液量：沖洗液量的大小應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)和鉆孔直徑等因素而定。一般地，在軟巖層中鉆進(jìn)因進(jìn)尺快所產(chǎn)生的巖粉多而選擇較大的沖洗液量;在巖石顆粒粗比重大的巖層鉆進(jìn)也應(yīng)相應(yīng)加大沖洗液量;在大直徑孔、深孔鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿和孔壁滲漏多也應(yīng)加大沖洗液量;而在松散、破碎地層鉆進(jìn)，為防止沖蝕巖心和沖垮孔壁，應(yīng)選擇較小的沖洗液量。沖洗液量Q的大小一般用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：Q = KDK—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(6—15l/cm.min)D—鉆頭直徑(cm)實(shí)際鉆進(jìn)工作當(dāng)中，各參數(shù)之間有著密切的聯(lián)系，要達(dá)到合理的配合，其配合關(guān)系大致如下：巖石 鉆壓 轉(zhuǎn)速 沖洗液量研磨性大的硬巖石 大 小 小裂隙巖層 小 小 相應(yīng)地小軟巖 小 大 相應(yīng)地大設(shè)計(jì)中可根據(jù)下面的技術(shù)參數(shù)表的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)根據(jù)礦區(qū)地層巖性特點(diǎn)加以選擇，同時(shí)應(yīng)在實(shí)際工作中摸索出適合礦區(qū)地層的最優(yōu)技術(shù)參數(shù)。不同巖層鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)范圍表巖石級(jí)別 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)鉆頭壓力 轉(zhuǎn)速(rpm/min) 泵量(L/min)取心鉆頭(kg/粒) 刮刀鉆頭(kg/cm)1～4級(jí) 50～60 100～120 200～350 >805～6部分7級(jí) 80～120 120～150 150～250 >80注：(1)針狀硬質(zhì)合金塊每塊能承受的壓力為150～200kg;(2)100型鉆機(jī)的泵量，以水泵最大有效排水量送給。(3)刮刀鉆頭單位壓力(kg/cm)中的cm，系指鉆頭直徑。

四、合金鉆進(jìn)注意事項(xiàng)

采用合金鉆進(jìn)，除了合理選用鉆頭結(jié)構(gòu)和鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)外，還必須有正確的操作方法，才能達(dá)到提高鉆進(jìn)效率和鉆頭使用壽命的目標(biāo)。因此，應(yīng)注意以下幾方面：①新鉆頭入孔內(nèi)，應(yīng)離孔底0.5米以上并輕壓慢轉(zhuǎn)掃至孔底，以防止新鉆頭被擠夾住。掃孔時(shí)速度要慢，以防止合金崩刃或因孔底有殘留巖心而堵塞。②要經(jīng)常保持孔底清潔?？變?nèi)的巖粉、崩落的合金須及時(shí)撈取，孔內(nèi)有殘留巖心在0.5米以上或有脫落巖心時(shí)不得下入新鉆頭。③為保持孔徑一致，鉆頭應(yīng)排隊(duì)使用。原則是先用外徑大內(nèi)徑小，后用外徑小內(nèi)徑大的。④正常鉆進(jìn)壓力要均勻，不得無(wú)故提動(dòng)鉆具，并隨著合金的磨鈍逐步加大壓力。發(fā)現(xiàn)巖心堵塞時(shí)要及時(shí)處理，無(wú)效時(shí)立即提鉆以防止孔內(nèi)事故。⑤合理掌握好回次進(jìn)尺時(shí)間。合金鉆進(jìn)時(shí)因磨料逐漸磨鈍而出現(xiàn)鉆孔縮徑和鉆速逐步下降，因此，為避免下一回次的擴(kuò)孔、起下鉆時(shí)間和提高回次效率，應(yīng)當(dāng)確定合理的回次進(jìn)尺時(shí)間，這是提高鉆速的有效 措施 之一?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算法或作圖法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確定，各礦區(qū)地層情況不一，在此無(wú)法具體給出數(shù)據(jù)。

五、結(jié)語(yǔ)

　　總之，各參數(shù)的合理配合要結(jié)合實(shí)際情況加以摸索、總結(jié)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，逐步豐富和完善礦區(qū)的鉆進(jìn)工藝規(guī)程。