地質(zhì)鉆探技術(shù)

       引言：隨著科學技術(shù)的進步和發(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。諸如小孔徑鉆進、裸眼鉆進、金剛石鉆進，以及液壓擰管機、活動工作臺和集裝箱運輸?shù)耐茝V和使用等，促進了鉆探工程的優(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)該從實際出發(fā)制訂一個切實可行的發(fā)展規(guī)劃。即從現(xiàn)有的技術(shù)和生產(chǎn)的實際需要出發(fā)，認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，設(shè)計孔深700米， 采用金剛石鉆進，地質(zhì)剖面包括以下層位：(1)0至100米為可鉆性1-7級的巖石，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，管鞋伸進穩(wěn)定層10至20米，套管直徑為73mm，因此該孔段須用76mm鉆進;孔口管長18至20米。直徑89mm，因此開孔取91或110mm。

　　二、硬質(zhì)合金鉆進

　　1概念 將具有一定強度和形狀的硬質(zhì)合金，按鉆進要求固定于鉆頭上，在一定的技術(shù)條件下，作為切削具破碎巖石的一種鉆進方法。2鉆探對硬質(zhì)合金的要求合金鉆進是靠固定在鉆頭體上的硬質(zhì)合金來破碎巖石的，而各種巖石都具有一定的強度和研磨性，鉆進時鉆頭上受力也很復(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。便于鉆頭能有效地切入或壓入巖石，并能抵抗巖石對硬質(zhì)合金的磨蝕作用。②抗彎強度大且韌性好。便于能承受破碎巖石過程中各種變化的負荷而不至于崩刃和碎裂。③熱硬性好而導熱性高。鉆進中孔底會產(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效率、鉆頭壽命、鉆孔質(zhì)量以及材料成本，因此要認真對待合金鉆頭的結(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號無縫鋼管制成，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，鉆頭體長度不得短于95mm，其中絲扣部分長度40mm，鉆頭鋼體壁厚7至9mm，過厚克取巖石面積大，消耗功率多，過薄影響強度而容易變形。壁厚在保證足夠強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、鉆具強度和設(shè)備功率等因素來確定。鉆頭直徑大、孔較深、巖石硬度大和研磨性較高時，合金數(shù)量要適當增加。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)巖石性質(zhì) 36 46 59 76 91 110 130 150研磨性較強的巖層 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)外出刃會導致鉆頭回轉(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會，太小了則容易造成巖心堵塞和影響排粉效果甚至會造成糊鉆等不良現(xiàn)象。因此，出刃的大小應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)來考慮，實際工作中可參考下表進行選擇。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、合金鉆進技術(shù)參數(shù)

　　合金鉆進的技術(shù)參數(shù)主要包括鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量。它們對鉆進效率、鉆孔質(zhì)量、磨料消耗、施工安全等直接有關(guān)系。在操作過程中，應(yīng)根據(jù)巖石的物理機械性質(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)量要求等條件來合理掌握，并通過實踐當中進行修正、 總結(jié) 出適合礦區(qū)的最優(yōu)鉆進技術(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。實踐證明：鉆速的提高主要是依靠鉆頭壓力的增加來實現(xiàn)。但壓力過大會導致崩刃、鉆具折斷、鉆孔彎曲、軟巖層中容易燒鉆等事故。鉆壓可通過下式進行計算：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)目進行初步計算，同時在施工中不斷總結(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)，另一個是用鉆頭的圓周速度V(米/秒)來表示。V = [π(D + D1)n ]/(2X60)生產(chǎn)實踐表明：在一定條件下，提高鉆頭轉(zhuǎn)速可增大鉆速，但超過最優(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時，可采用較高的轉(zhuǎn)速;在堅硬和強研磨性巖石或非均質(zhì)和裂隙發(fā)育的巖石中鉆進，則應(yīng)降低轉(zhuǎn)速;深孔或大口徑鉆進也應(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，在軟巖層中鉆進因進尺快所產(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也應(yīng)相應(yīng)加大沖洗液量;在大直徑孔、深孔鉆進時，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，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)驗公式進行計算：Q = KDK—經(jīng)驗系數(shù)(6—15l/cm.min)D—鉆頭直徑(cm)實際鉆進工作當中，各參數(shù)之間有著密切的聯(lián)系，要達到合理的配合，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)地層巖性特點加以選擇，同時應(yīng)在實際工作中摸索出適合礦區(qū)地層的最優(yōu)技術(shù)參數(shù)。不同巖層鉆進技術(shù)參數(shù)范圍表巖石級別 鉆進技術(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 50～60 100～120 200～350 >805～6部分7級 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、合金鉆進注意事項

采用合金鉆進，除了合理選用鉆頭結(jié)構(gòu)和鉆進技術(shù)參數(shù)外，還必須有正確的操作方法，才能達到提高鉆進效率和鉆頭使用壽命的目標。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。孔內(nèi)的巖粉、崩落的合金須及時撈取，孔內(nèi)有殘留巖心在0.5米以上或有脫落巖心時不得下入新鉆頭。③為保持孔徑一致，鉆頭應(yīng)排隊使用。原則是先用外徑大內(nèi)徑小，后用外徑小內(nèi)徑大的。④正常鉆進壓力要均勻，不得無故提動鉆具，并隨著合金的磨鈍逐步加大壓力。發(fā)現(xiàn)巖心堵塞時要及時處理，無效時立即提鉆以防止孔內(nèi)事故。⑤合理掌握好回次進尺時間。合金鉆進時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孔、起下鉆時間和提高回次效率，應(yīng)當確定合理的回次進尺時間，這是提高鉆速的有效 措施 之一?？赏ㄟ^計算法或作圖法進行現(xiàn)場確定，各礦區(qū)地層情況不一，在此無法具體給出數(shù)據(jù)。

五、結(jié)語

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

　　地質(zhì)鉆探技術(shù)論文篇二

　　地質(zhì)鉆探技術(shù)發(fā)展研究

　　[摘要]在分析了目前我國地質(zhì)工作對鉆探技術(shù)的需求以及地質(zhì)鉆探技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了我國地質(zhì)鉆探技術(shù)的遠期、中長期、近期發(fā)展目標，明確了近期研發(fā)工作的重點和計劃，并強調(diào)了科技創(chuàng)新，新方法、新技術(shù)的推廣應(yīng)用的重要性和加強探礦工程專業(yè)委員會作用的問題。