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    SM植物膠在鑽探中應用
    時間: 2018-10-24 15:19 瀏覽次數:
    岩心鑽探,仍然是目前和今後國內外地質工作者獲取直觀地質資料的主要手段之一,是提高岩心鑽探取心質量,獲取地質資料的主要手段,是鑽探工作者的主要職責和奮鬥目標。 取心質
    岩心鑽探,仍然是目前和今後國內外地質工作者獲取直觀地質資料的主要手段之一,是提高岩心鑽探取心質量,獲取地質資料的主要手段,是鑽探工作者的主要職責和奮鬥目標。 
    取心質量從早的概念和要求來說,就是岩心采取率,隻要取出的岩心數量多就可以了。現代由於工程勘察的發展和質量要求的提高,還要求取出代表岩層結構、構造、成分、顆粒級配的原結構狀岩心樣。即使礦床勘探,取得原結構狀岩心也是必要的,如金礦,可以防止分選和人為貧化;對於任何脈狀礦體,都可以防止打丟,並保證含礦層的真實厚度和品位。因此現在的取心質量應該包括岩心采取率和岩心的原狀結構程度兩個指標。 
    1.關於泥漿的應用
    植物膠類鑽井液的應用,金剛石單動雙管鑽具的改進和操作工藝技術的完善,為取原結構狀岩心樣創造了條件,它已成為一套完整的工藝技術。 
    2.影響因素
    影響取心質量的因素可歸納為三個方麵,即地質因素、技術因素和人為因素。掌握影響的因素就可探索提高取心質量的有利因素,消 除不利因素。 
    2.1地質因素 
    地質因素是地質條件決定的取心難易程度,不論是覆蓋層或者是基岩,大致可以分為三大類岩層: 
    第一類,是比較容易取心的地層,如比較完整或不很嚴重破碎的基岩以及泥岩等,用常規的鑽探方法就可以滿足取心的質量要求。 第二類,取心比較困難,或者相當困難的複雜地層,如砂卵石覆蓋層、基岩的斷層帶、軟弱夾層、嚴重破碎的擠壓破碎帶、軟酥脆岩層以及自然狀態下完整,但一經鑽進就成為粗砂顆粒的岩層(如白雲岩、矽質岩等),這類地層必須經過人們采用特殊的工藝技術措施和特殊的工具才能滿足取心的質量要求。 
    第三類,取心非常困難,目前隻能通過一定特殊工具采取部分代表性樣品的地層,既不能保證岩心采取率要求,更不能保證岩樣結構的地層,如基岩中已擠壓破碎成均勻粗顆粒,又無粉狀物充填的硬碎地層;砂卵石地層中的架空層,近代沉積的淺表層、人工堆積層、無細顆粒充填的均勻礫石層,石英砂岩卵石層,以及抽水井、降水井周圍卵石層等等。後者砂卵石層通過一定的措施在一定的範圍內,可以提高岩心采取率,但不能取得原結構岩心樣。 下麵解決的是第二類複雜地層鑽進和取心問題。 
    2.2技術因素 
    技術因素是指人們采用的取心工具、材料和工藝技術措施對取心質量的影響。 
    2.2.1衝洗液的影響 
    從傳統的要求來說,鑽探衝洗液的作用隻是冷卻鑽頭,排除岩粉,保護孔壁(部分衝洗液)和潤滑鑽具(潤滑衝洗液)四大功能。 傳統的衝洗液如清水、加潤滑劑的水溶液、泡沫液、泥漿及聚丙烯類無固相衝洗液,都對岩心有衝刷、浸潤和液化作用,岩心中的鬆軟破碎的細顆粒成分都會潰散而被衝掉,因此很難取得高質量的岩心。 
    現代植物膠類粘彈性鑽井液的研究和應用,除了上述功能以外,還具有保護岩心(護膠作用),粘彈性減振作用和降摩阻效應三大特殊功能,這三大特殊功能為上述第二類複雜地層提高取心質量創造了必須的先決條件。S係列植物膠鑽井液是目前使用簡單,效果好的粘彈性鑽井液。 
    2.2.2取心鑽具的影響 
    取心鑽具的影響包括鑽具的種類、結構和加工質量。單管鑽具隻在完整岩層和取心質量無嚴格要求的地層中使用,孔底反循環鑽具因為岩心嚴重分選和混亂,現在也很少應用。 
    技術性能是指所用鑽頭的種類、技術參數和加工鑽具的材料質量及磨損程度。單動雙管鑽具所用鑽頭可以是熱壓孕鑲金剛石鑽頭、電鍍金剛石鑽頭、硬質合金鑽頭和複合片鑽頭,其基本要求是鑽進速度快,不易堵岩心,不磨損岩心,不因切削具的振動而破碎岩心。不難理解:選擇的鑽頭進尺快,岩心在鑽頭處停留的時間短,被衝洗液衝刷的時間短;鑽頭設計的保徑效果好,內徑磨損小,不呈喇叭口,則不易堵岩心,避免岩心自磨;硬質合金雙管鑽頭和複合片鑽頭不設計內出刃,在軟岩中鑽進不會因為鑽具的晃動使岩心直徑變小;在某些硬度不高的脆性岩層中鑽進如果選用硬質合金鑽頭和複合片鑽頭,會因為振動較大,岩心破碎呈小顆粒狀和砂礫狀而無法卡取(如白雲岩、大理岩、矽質岩等),實踐證明上述這些因素都對取心質量有重大影響。 
    生產鑽具的材料質量(主要是鋼材質量)及其熱處理效果,直接影響鑽具零部件壽命和變形程度。零部件很快磨損和變形到一定程度,就不能保證鑽具的單動性能,都會嚴重影響到取心質量。 在實際生產過程中,考慮到我們的生產工作量不大的實際狀況,隻能選取熱壓孕鑲金剛石鑽頭。 
    2.2.3操作技術的影響 
    操作技術包括鑽進參數和施工工藝。 
    就岩心鑽探來說,鑽進參數是指鑽進時的壓力、轉速和泵量。泵量是影響取心質量關鍵的鑽進參數。不論哪一種衝洗液,泵量越大,衝刷岩心越嚴重,對軟弱、破碎的岩心十分不利,因此應根據岩石的性質選擇衝洗液的種類,保證冷卻鑽頭和排除岩粉的條件下,應盡量采用小的泵量。 
    在生產實際中,在鬆散破碎帶的金剛石鑽探中,為了保證岩心質量,泵量越小越好。 
    泵壓在正常條件下不作為鑽進參數的要求,但是泵壓在不正常時,會影響取心質量,應引起操作者注意,查明原因,采取措施排除。如
    泵壓迅速增高或蹩泵,其原因如果是孔壁縮徑坍塌或者粘性岩層糊鑽及鑽頭磨損後水口太淺,鑽具內泵壓增高,衝洗液在高壓下會破壞軟弱、破碎和鬆散的岩心,因而會降低取心質量。如果是鑽具或鑽杆內堵塞,則可能產生燒鑽或金剛石微燒。這裏的泵壓就要求近可能的小。 施工工藝包括施工設計方案和具體操作細則,內容較多,這裏不再敘述。   
    2.3人為因素 
    人為因素對取心質量的影響是人們對取心質量的要求和付出的努力的程度。由於工程勘探的目的不同,對取心質量的要求不一樣,對於取心質量要求不高的鑽孔,自然毋須花大的代價去追求高的取心質量。但對於取心質量要求高的工程和鑽孔,特別是取心難度大的鑽孔,不花代價是較難達到目的的。 
    這個代價來源於普通常規方法無法滿足去新的需要,經同行介紹使用該SM泥漿。 
    S係列植物膠鑽井液早創硏於1984年,當時隻有唯一的一個產品,商品名稱叫SM植物膠鑽井液,係發明專利。在國內地質勘探中暢銷二十餘年,由於原料資源減少,故已逐漸淘汰。2005年以來新研製開發的產品有SH和ST兩種類型的植物膠,與SM膠一起統稱為S係列植物膠。 
    SH和ST與SM膠一樣,它們配製的鑽井液,都是粘彈性鑽井液,不僅具有其他鑽探衝洗液的基本性能,而且具有與其他衝洗液不同的特殊功能;它們不僅可以配製無固相鑽井液,而且是多功能的泥漿處理劑。 
    SH和ST植物膠配製的鑽井液,與SM膠一樣,由於膠體的吸附成膜作用,失水量較低,一般在10毫升/30分鍾左右,在鑽孔中,尤其是軟、酥、脆地層和砂卵石地層護壁效果較好;使用中因為配製的表觀粘度比較高,即使采用較小的泵量,排粉的能力也很強,可以排除3毫米以上的砂礫;它本身具有一定的潤滑性,可降低水的潤滑係數,起到潤滑鑽具的作用。在采用必須的泵量保證冷卻鑽頭的條件下,它們能夠充分地起到普通鑽探衝洗液四大功能的作用。
    3植物膠配製的粘彈性鑽井液
    S係列植物膠配製的粘彈性鑽井液表現出突出的特殊功能有三項:1、護膠作用(也叫護心作用);2、粘彈性減振作用;3、減摩阻效應。 3.1護膠作用 
    S係列植物膠是天然多糖類支鏈型高分子材料,用水溶脹後形成體型網狀結構,在岩心表麵吸附形成膠膜,防止水份滲入和穿透,避免液化和崩塌,因此也避免岩心被衝刷,起到隔水的作用。濃度越高,網狀膠膜越厚而密實,因而護心、護壁的效果好。同時這種粘彈性膠體在砂樣和軟弱岩心表麵及一定深度的表層具有膠結作用和粘彈性強度,抵抗鑽具的振動破壞和地表其他外力的破壞,保持原狀結構,而泥漿產生的泥皮是粘塑性體,膠體很少,大多是固體顆粒,護壁原理不一樣,效果也就不一樣,因而不能護心。 
    3.2粘彈性減振作用 
    粘彈性是指流體既有粘性又有彈性,是高分子類流體的一種特性。它的性能有一個很重要的特點是時間效應,外力作用於該流體的時間越短,該流體的彈性模量越高,流體的變形和位移也就越小。鑽杆在粘彈性衝洗液的鑽孔中高速旋轉時,轉速越高,橫向振動力越大,但鑽杆某一點橫向作用於衝洗液某一點的時間就越短,衝洗液對鑽杆的徑向反作用力就越大,這個力阻止鑽杆彎曲變形就象鑽杆在同口徑的直孔中旋轉一樣,這樣就增大了鑽杆彎曲的半波長度,減小了振動,也減輕了鑽杆對孔壁的敲擊作用,這就是粘彈性鑽井液能減振的原因。現場實踐證明,S係列植物膠鑽井液粘度越高,鑽杆轉速越高,減振的效果越明顯,振動越小,越平穩。在同等條件下,它比其他衝洗液鑽進,轉速可高開1-2檔。在數十米砂卵石層鑽孔中,Φ94口徑可開800-1000轉/分轉速。 
    金剛石鑽進需要高轉速,才可能高效率,進尺快,減少岩心在鑽頭處被衝刷的時間,有利於提高取心質量。 
    同時,鑽具旋轉平穩,振動小,也減少了鑽具對岩心的機械破壞作用。有利於提高取心質量,也減小了動力消耗。 3.3減摩阻效應 
    潤滑衝洗液是為了降低鑽井液的摩擦係數,減少在循環通道中的摩擦阻力,而達到降低泵壓,減小鑽具振動的目的,在鑽井液中加入潤滑劑。S係列植物膠鑽井液具有較好的減摩阻效應,不是因為本身摩擦係數大小的原因,而是一種層間滑動,它的摩擦係數為0.26,水中加入皂化油的摩擦係數是0.12,但是S係列植物膠鑽井液比皂化液、清水、低固相泥漿(含PHP)的降摩阻效果都好。幾十米的砂卵石鑽孔,泵壓不超過0.5MPa,而且粘度達10分鍾以上,泵壓也不增加,且不影響泵汲,而清水,低固相泥漿泵壓則在1MPa以上,低固相泥漿能泵汲的高粘度隻有60S左右。 
    泵壓低,不僅減少動力消耗,減少機械故障,並為配製高粘度的粘彈性鑽井液提供了可能性。在鑽具內衝洗液的壓力小,減小對岩心的衝刷力和浸潤破壞程度,因而可提高取心質量。 
    以上S係列植物膠粘彈性鑽井液在很大程度上解決了複雜地層取心質量,金剛石鑽進開高轉速和降泵壓的難題。
    4.單動雙管機構
    SDB係列金剛石鑽具(實用新型專利)是在SD係列金剛石鑽具(發明專利)的基礎上改進的換代產品。SDB係列金剛石鑽具是雙級單動機構的雙層岩心管鑽具。它適用於砂卵石覆蓋層和中深孔以內基岩複雜地層岩心鑽探。它適用於植物膠鑽井液和低固相泥漿鑽進,也適用於清水鑽進。它的特點是功能齊全,單動性能好。配合S係列植物膠鑽井液在砂卵石覆蓋層和基岩破碎地層鑽進,岩心采取率可達95%-100%,而且可以取得鬆散、破碎地層的原結構柱狀岩心。 SDB係列金剛石鑽具(以下簡稱SDB鑽具)目前有三級口徑:SDB110,SDB94,SDB77。它們是以非標準鑽頭外徑標稱鑽具口徑,當然也可以配其他口徑的非標準鑽頭,因鋼體長度不一樣,應專門訂製(如SDB91、SDB95、SDB75等) 
    SDB鑽具的結構包括導向除砂打撈機構,單向閥機構,雙級單動機構,內管機構和外管機構五大部分。 
    4.1導向除砂打撈機構 
    在鑽具的上部,鑽杆和單動接頭之間增設一根與岩心外管同口徑的,長度可任定的沉砂管,以便增加粗徑鑽具長度,防止孔斜,並作為除砂管用。外管接頭內裝有單向閥機構,單向閥上閥座安有一根隔砂管,衝洗液不能從沉砂管下端直接進入單向閥,而必須從隔砂管上部的側孔經隔砂管進入單向閥,經外管接頭進入內外管之間。 沉砂管內徑比鑽杆內徑大,衝洗液進入沉砂管後流速降低,由於鑽杆和鑽具的高速旋轉,帶動衝洗液高速旋轉使泥砂分離。沉砂管起到了離心除砂作用,衝洗液中的岩屑沉積於管壁和沉砂管下部。進入隔沙管的衝洗液則是比較純淨的,含砂量較低的漿液,起到淨化鑽井液的作用,這就是除砂機構的原理。 
    SDB鑽具單動機構比較複雜,掉鑽具時打撈比較困難,因此在單向閥上閥座之上加工有打撈頭(Φ50內方鑽杆公接頭絲扣),可用Φ50內方鑽杆打撈。 
    4.2單向閥機構 
    由於砂卵石覆蓋層和基岩破碎地層鑽進,采用濃度較高的衝洗液(植物膠或泥漿),鑽孔底部漿液含砂量較重,而且孔底沉積的岩屑和砂子也多,鑽具下鑽時,鑽杆內液柱壓力低,快速下到孔底,造成較大的內外壓差,孔底衝洗液夾帶著泥砂從鑽頭進入內外管並從鑽杆上返,有時直達孔口,停止下鑽後,粗顆粒泥砂迅速下沉,堵塞在內外管之間及鑽杆下部,重者造成蹩泵和鑽具失去單動作用無法鑽進,輕者影響鑽具單動性能,降低取心質量。因此在外管接頭內設置有單向閥機構,下鑽時封閉,鑽進時衝洗液下壓閥體,實現正循環鑽進,避免了上述故障。 
    4.3雙級單動機構 
    SDB鑽具的單動作用由兩副結構完全一樣的單動接頭通過一根軸串聯實現。 
    SDB鑽具上下單動機構由一根軸串聯,容易保證同軸度,上下單動副結構和密封圈(Yx密封圈)完全一樣,摩擦係數一樣,則單動性能完全相同。 
    雙級單動機構兩個單動副同時起單動作用,降低了每個單動副的相對轉速差,如鑽杆轉速1000轉/分,理論上每副單動機構的軸和軸承套相對轉速差是500轉/分。顯然,在較低相對轉速差的情況下,單動的效果更好,部件的使用壽命更長;在孔內即使其中有一個單動副損壞,另一個單動副則承擔起全部作用,避免內管轉動,因此雙級單動機構比單級單動接頭單動效果好,性能可靠,使用壽命長。這一點對取心質量至關重要。 
    4.4內管機構 
    SDB鑽具的內管機構包括半合管(或整體式內管)、定中環、卡簧座和卡簧。 
    半合管由鋼質卡箍箍抱,不會產生彈性變形而裂縫。半合管取心是為了防止內管中柱狀的鬆散,破碎岩心在地表人為損壞,保持原狀結構。半合管隻是在要求取原狀結構岩心時使用。 
    半合管和整體式內管每次隻用其中一種,可以互換。短節管與內管(半合管)成為一體,提高內外管同軸度,有利於保障單動性能;它們的內壁都是磨光的,減少岩心堵塞現象,有利於增加回次進尺和提高取心質量。
     4.5外管機構 
    SDB鑽具的外管機構與普通單動雙管鑽具一樣,包括外管、擴孔器(或連接管)、鑽頭。它的特點重點在鑽頭上。SDB鑽具的鑽頭是非標準鑽頭,可以是熱壓金剛石鑽頭,電鍍金剛石鑽頭、複合片鑽頭和硬質合金雙管鑽頭。 
    研製的李工牌熱壓金剛石鑽頭(雙管或單管)采用了特殊的保徑技術,鑽頭工作層內、中、外同步磨損,鑽頭使用的過程中近似於平底形,而不是圓弧形。由於內徑磨損小,基本解決了堵岩心的問題,1.5米半合管(內管)可以打滿;金剛石能全部磨光,在同等條件下,鑽頭壽命可提高30%以上。 
    SDB鑽具的內外管長度差是固定的,內管(半合管)標準長度是1.5米,可以根據鑽孔深度和用戶需要同時加長內外管,但內管(半合管)長度盡量不應超過3米,過長難保證同軸度,會影響單動性能。
    5.鑽探設備
    5.1對鑽探設備的要求 
    用S係列植物膠鑽井液和SDB係列鑽具(或繩索取心鑽具)鑽進基岩和砂卵石覆蓋層,對設備的要求是相同的。即要用立軸式高速金剛石鑽機,變量泥漿泵(要有小泵量32升/分以下的並配有柴油機動力),立式高速泥漿攪拌機(宜配柴油機動力以便變速)或軟軸攪拌器。 
    變量泵配柴油機動力是為了選擇小泵量鑽進取心,不宜采用定量泥漿泵和電動機動力,因為泵量大,無法調節,難以達到取心目的。 不能采用臥式泥漿攪拌機和水泥攪拌機攪拌植物膠,因為必然產生疙瘩隨時可能堵塞鑽具,無法鑽進。 
    砂卵石層鑽進和基岩鑽進所用薄壁套管好用反絲扣連接,在高轉速鑽進時可以防止退扣。 
    5.2砂卵石覆蓋層鑽進須配備的特殊器材: 
    這裏順便說明一點,本次鑽探砂卵石覆蓋層不多,請引起足夠重視。 
    1、要配備一定數量的厚壁套管。砂卵石地層的淺表層及很鬆散的卵石層在一定的深度範圍內需要跟管護壁。 
    (1)陸地鑽探,應配備10米-50米Φ127厚壁套管,以Φ127×9.19石油舊鑽杆料加工成公母連接的反方扣套管好。既價廉,強度又很高,可以跟管50米以上。下打和起拔阻力都不大。 
    (2)水上鑽探,如河流上遊,水流較急時,應配備Φ168×10的套管10-30米,水較深時,數量應相應增加。連接絲扣仍以公母連接的反方扣為佳。 
    同時應配備更多數量的Φ127×9.19的套管。Φ168和Φ127套管數量計劃的依據是水的深度、水流速度和砂卵石覆蓋層的深度。 2、應配備下打套管和起拔套管的工具,如150-200kg吊錘和100kg以上衝擊杠(起拔套管用)。 
    3、跟管鑽進的孔深範圍內如果有大於套管直接的孤石或漂礫時,應準備一定數量的炸藥和電雷管。炸藥以膠質炸藥為好,亦可用乳化炸藥。必須進行孔內爆破,套管才能跟下去,否則很難達到計劃孔深。 
    2005年以來,研製開發的新產品植物膠鑽井液有SH和ST兩類。其中SH膠到目前又分為SH和SH-1兩個品種(成分和性能相同,但SH-1比SH的膠質含量要高)。ST膠目前有ST-1一個產品,ST-1含膠質高,配方用量少。SH和ST兩類膠都可以即攪即用,不須浸泡,比SM膠更方便。同時,SH和ST攪製的兩類鑽井液比SM膠更穩定,不容易腐化變質,不須加入防腐劑,因此使用更安全。
    6.鑽探泥漿
      6.1S係列植物膠鑽井液的配方和應用 一、基本配方 1、SH膠的配方: 
    配製無固相衝洗液,SH:水=2:100(重量比)加入燒堿(氫氧化鈉),加量為SH幹粉重量的8%。 
    配製低固相泥漿,SH:水:鈉土=1:100:(5-6)(重量比)加入燒堿(氫氧化鈉),加量為SH幹粉重量的8%。注:宜用鈉土,不宜用鈣土。SH膠先製漿加堿,後加鈉土。 
    2、SH-1膠的配方:SH-1與水的比例為1.5%,其他類推。 3、ST-1膠的配方: 
    配製無固相衝洗液,ST-1:水=(0.8-1):100(重量比)加入燒堿(氫氧化鈉),加量為ST-1幹粉重量的8%。 
    配製低固相泥漿,ST-1:水:鈉土=(0.4-0.5):100:(5-6)加入燒堿(氫氧化鈉),加量為ST-1幹粉重量的8%。注:宜用鈉土,不宜用鈣土。ST-1先製漿加堿,後加鈉土。 二、特殊地層的配方 
    1、水敏性地層,易吸水膨脹、縮徑的地層: 
    (1)一般水敏性地層:SH和ST-1按基本無固相配方製漿後加入0.2%以上(按漿液重量)的Na-CMC(鈉羧甲基纖維素),降低失水量; 
    (2)較強水敏性地層:SH或ST-1按低固相泥漿配方製漿後加入0.2%-0.3%(按泥漿重量)Na-CMC,可進一步降低失水量,抑製地層水化膨脹。 
    2、基岩擠壓破碎帶,護壁比較困難,易坍塌掉塊地層;可在SH或ST-1無固相或低固相泥漿中加入:KHm(腐植酸鉀)1-1.5%Na-CMC0.2%以上 3、承壓水地層: 
    植物膠類無固相衝洗液不能直接懸浮加重劑,承壓水地層使用植物膠時,必須先將植物膠配成低固相泥漿,然後再加入加重劑(如重晶石粉或鐵礦粉)才能製備成加重泥漿。 
    三、SH和ST兩類植物膠使用的促溶劑隻能用燒堿(氫氧化鈉)不能用純堿(碳酸鈉)代替。 
    四、配製好的S係列植物膠新漿漏鬥粘度必須達到60秒以上,低固相泥漿更高,才能表現出植物膠的優越性。 
    五、S係列植物膠配製低固相泥漿時,植物膠的用量不得低於配製無固相漿液用量的一半。低於一半則植物膠的功能效果不明顯。 六、ST-1抗鹽性能較差,不能用二價以上可溶性鹽類作處理劑,不宜鑽進水泥地層。 
    七、SH膠抗鹽性能強,可以使用任何泥漿處理劑,亦可以鑽進任何地層。用水泥護壁堵漏時,SH膠漿液保護水泥不被水稀釋,效果極好。 
    八、ST-1膠不宜用於5℃以下氣溫條件下鑽進。 九、SH膠可用於低溫條件下鑽進。 
    十、SH和ST植物膠抗溫性能較差,深孔溫度在60℃以上不宜使用。 
    6.2鑽探現場製漿工藝 
    1、現場製備S係列植物膠鑽探衝洗液的攪拌機要采用高速立式泥漿攪拌機,葉輪轉速須在500-700轉/分為宜,轉速不宜超過700轉/分。 
    2、攪拌機可以單獨安裝動力,或者用水泵的動力帶動,但要注意運轉方向,即保證攪拌機葉輪轉動時,桶內液漿麵呈正漏鬥形,否則植物膠不易攪散,產生疙瘩。 3、製漿程序: 
    (1)、先向攪拌機中加入1/2罐清水,開動機器以500-700轉/分速度高速攪拌,並一次性倒入植物膠粉,攪拌5分鍾,待幹粉充分分散無疙瘩。 
      (2)、然後加滿清水繼續攪拌,並加入燒堿水溶液以中低速攪拌5-10分鍾即可; 
    (3)、注意,不能長時間高速攪拌,否則將造成高分子斷鏈,漿液粘度低。 
    (4)、水溫較低時,植物膠不易溶脹,可在初攪時加入溫水(如柴油機冷卻水),可以得到好的效果。 
    (5)、繩索取心鑽進,攪製的新漿要用14-20目篩網過濾。 4、循環係統: 
    循環係統根據鑽孔深度和所鑽岩層設計。其中包括泥漿池和循環槽。 
    (1)、30-50米的砂卵石層鑽孔,可以隻用一個1-1.5m3,的泥漿池;60米以上的砂卵石層鑽孔,應設計兩個泥漿池,總體積應在2m3以上。基岩鑽進可參照上述設計。礦山數百米深孔鑽進,泥漿池容積應在5m3以上。 
    (2)、循環槽的長度5-15米,根據現場條件和孔深確定,槽寬15-20厘米,高度10-12厘米,每隔30厘米一塊擋板沉砂。 5、漿液的維護管理: 
    (1)、及時除砂,除砂方法根據條件選擇: a.及時排掉循環槽中沉澱的岩粉和砂子; b.安裝離心除砂器或除砂機專門除砂; c.在漿液中加入聚丙烯酰胺水溶液加速岩屑沉降; d.漿液含砂量太重,無法淨化時,全部排掉換新漿。 
    (2)、漿液在使用中,由於膠質消耗,粘度逐漸降低,是正常現象。當漏鬥粘度降低到40秒以下時,要及時補充新的漿液。 (3)、泥漿池和循環槽不得有地表水和天上降雨浸入。
    7.SDB係列金剛石鑽具使用說明
    7.1概述 
    SDB係列鑽具是深厚砂卵石覆蓋層和基岩金剛石鑽進專用係列鑽具。是配有普通內管和半合式內管互換的兩級單動機構的雙層岩心管鑽具。包括SDB110、SDB94、SDB77三級口徑。它適用於未膠結的砂卵石覆蓋層及所有基岩地層金剛石岩心鑽探,配合植物膠類鑽井液岩心采取率高,可隨鑽取原結構岩樣。 
    7.2特點 
    本係列鑽具的結構包括導向除砂打撈機構,單向閥機構。雙級單動機構,內管機構和外管機構五大部分。   1、SDB係列鑽具的管材規格是:     (見下圖說明書) 
      2、SDB係列金剛石鑽頭的特點: 
    SDB係列金剛石孕鑲鑽頭是具有特殊技術參數的專有技術特色鑽頭。其特點是壽命長、回次進尺長。還有SDB係列硬質合金鑽頭、電鍍鑽頭、複合片鑽頭。 
    3、SDB係列鑽具的結構特點 (1)、雙級單動機構 為了提高鑽具的單動性能,保障單動機構的可靠性,SDB係列鑽具設計了兩級單動機構。同時起單動作用。 (2)、內壁磨光的內管和半合管 SDB係列鑽具的內管有兩種:一種是內壁磨光的普通內管,另一種是內壁磨光的半合管。可以根據需要互換。半合管是在鑽進鬆散、破碎地層時為了取原結構岩心(樣)時才使用。 (3)、單向閥 單向閥使衝洗液在正循環鑽進時暢通,而在下鑽過程中封閉,防止鑽具在接近孔底時,孔內高粘度的衝洗液懸浮的砂子進入鑽杆和內外管之間,堵塞過水通道。單向閥的上閥座上麵有打撈頭,用於打撈鑽具。 (4)、縮短了岩心管,增設了沉砂管和隔砂管。 
    為了保證鑽具有良好的單動性,縮短了內外管長度。但鑽進基岩時,可根據用戶需要同時增加內外管長度。 
    (5)、鑽進砂卵石地層時,用連接管代替擴孔器,連接外管和鑽頭,鑽進基岩時仍要用金剛石擴孔器。   圖7.2.1SDB係列鑽具結構圖  
    7.3組裝和拆卸步驟
     1、組裝步驟 (1)檢查單動接頭的單動性能;  (2)組裝半合管;(先不裝定中環和卡簧座)   (3)將半合管(或圓內管)與單動接頭連接;   (4)將外管裝上單動接頭;   (5)安裝連接管;(或擴孔器);   (6)安裝定中環和卡簧座;   (7)轉動內管,檢查鑽具的同軸度;(8)安裝鑽頭;  (9)檢查卡簧座與鑽頭內台階的距離;   (10)安裝隔砂管;   (11)裝沉砂管和螺絲頭;
     2、拆卸步驟 (1)卸鑽頭; (2)卸卡簧座、定中環; (3)卸外管和連接管; (4)卸下半合管(或圓內管); (5)拆卸半合管;
     7.4半合管原理及組裝拆卸 
    1、半合管通過銷釘定位,上端與內管接頭內螺紋相連,下端與定中環及卡簧座相連,裝上卡簧座以後,定中環在半合管(或內管)上應是動配合,可以轉動。 
    2、半合管的中部抱緊機構通過開口鉤頭抱箍與梯形槽相配合。半合管中部不同長度位置車削有五道環槽,每道環槽中開有兩條梯型槽縫;開口抱箍兩端帶鉤頭。由於梯型槽在不同位置所夾大弧長度不同,當抱箍鉤頭由上端進入槽縫,然後推動到下端位置,則將半合管抱緊。 3、組裝程序 
    (1)將卡簧裝入卡簧座; 
    (2)將半合管通過定位銷定位合攏; 
    (3)依次用抱箍從半合管環槽上部裝入槽縫,注意抱箍梯型開口鉤頭與梯型槽縫方向一致。 
    (4)必要時可在每道環槽中用防水膠帶紙纏繞一圈,防止衝洗液進入半和管。 
    (5)將定中環和卡簧座裝上半合管; 4、拆卸程序 
    將裝滿岩心的半合管平放到預定位置,用螺絲刀依次將抱箍推到環槽上端,把抱箍取出。抱箍卸完後,再拆卡簧座和定中環,然後小心將半合管打開,把岩心裝入岩芯箱內或拍照、取樣。 
     7.5鑽具組裝調試注意事項 
    1、首先應仔細檢查鑽具的雙單動接頭。檢查單動接頭,分為三步。 (1)、雙單動接頭的單動性能:分別檢查上、下單動接頭的單動效果。如果單動效果不好,就應拆卸查明原因,清洗調整以後重新裝配,直至轉動輕鬆為準。 
    (2)、雙單動接頭的軸向竄動距離:雙單動接頭,使用時間較長,會增大軸向竄動距離。竄動距離過大會降低取心效果,因此應經常檢查軸向竄動的距離。新、舊雙單動接頭軸向竄動距離不應超過1mm。通過調節槽型螺帽調節軸向竄動距離。 
    (3)、檢查單向閥是否活動自如。用螺絲刀或其他金屬杆壓單向閥,檢查是否上下活動自如。防止水路堵塞。 
    2、鑽具組裝好,未裝鑽頭前,用手托起內管或用提引器吊起鑽具,轉動內管幾圈,檢查內管轉動是否蹩勁或摩擦力不均。 一般原因如下: 
    (1)、雙單動接頭某零件同軸度差或軸承損壞,則應更換。 (2)、內管或外管彎曲,亦應更換或校直。檢查的方法是選一根鉛直的標準外管,與被測的內管或外管相靠,並轉動,觀察是否接觸密合。 
    3、卡簧座與鑽頭內台階的間隙 
    一般間隙應為3-5mm,鬆散粗砂地層應縮小為2-3mm,泥質地層可增大到5-6mm。間隙調準以後,應將並緊螺帽擰緊,防止鑽進時鬆動。 
    4、要經常衝洗除砂管中的砂子和岩屑。
     7.6鑽具的維護 
    1、機組人員應愛惜鑽具。搬遷裝運過程中鑽具要輕裝輕放,內外管要平放,不能重壓,半合管要裝箱,防止變形彎曲。 
    2、鑽具的雙單動接頭一般在進尺30-40m後要進行一次清洗,軸承應加油以及換掉磨損嚴重的密封圈;如果發現有軸向竄動,應檢查軸承是否損壞,要及時更換損壞的軸承。 
    3、清洗單動接頭的同時,應檢查單向閥是否靈活可靠,如果裏麵沉渣太多應清洗幹淨。     
    4、鑽具內管或半合管如果有連續一天以上不用,應把內管或半合管內壁擦幹再塗上機油,防止生鏽。 5、半合管不用時應組裝好,防止變型。 
    6、工程完結,或停工時間較長,應將鑽具清洗加油後保管。防止鏽結。 
    7、軸承和密封圈 
    SDB係列鑽具的軸承全部采用推力軸承。 SDB係列鑽具的密封圈都是軸用型Yx密封圈。
    8.孔內事故及其處理
      8.1孔內爆破 
    我國西部地區例如西北地區,地處河流上遊,砂卵石覆蓋層中衝積有大量的大粒徑的漂礫和孤石。將孤石炸碎,套管才能通過;當孔深較深而又必須繼續跟管,覆蓋層較緊密,跟管阻力較大時,即使沒有大孤石擋道,亦可爆破炸鬆地層加快跟管速度。在上述地層中鑽進,必須掌握孔內爆破技術。 
    1、爆破材料:炸藥以膠質炸藥好,威力大,不易被水浸蝕而失效,其次可用乳化炸藥。雷管必須用電雷管;爆破線可用膠質電線。 
     2、爆破材料必須進行防水處理,宜采用預製藥包,膠質炸藥防水處理要求不嚴,用牛皮紙或塑料袋封袋即可,藥包外徑應小於套管內管20mm。每次爆破要用兩支以上電雷管並聯,並進行可靠的防水處理(包裝) 
    3、爆破藥包的包裝應由專業持證人員在遠離機場的安全範圍內進行。 
    4、藥包與孔內安全距離,在水下爆破(孔內有水)時宜大於3米,幹孔爆破時宜大於5m,在藥包上部回填砂土,以確保管腳安全,淺孔爆破應將鑽機立軸箱移離孔口,以確保鑽機安全。 
    5、藥包下部應墜重物,導線長度必須丈量準確,以確保藥包在預定位置起爆,嚴防炸藥在套管內爆破。 
    6、孔內盲炮處理:膠質炸藥應用小型藥包引爆;乳化炸藥和硝銨炸藥,可鑽壞藥包,使之溶解。 
    8.2跟管鑽進程序 
    1、開孔鑽進:先挖小井栽入孔口管,好用與套管靴同徑的單管鑽頭鑽一淺孔,下入孔口管,並用吊錘繼續打入套管。然後用單管鑽具或雙管鑽具開低速掃孔到底。 
    2、繼續用雙管鑽具超前掏孔取心鑽進,當孔內出現孔壁不穩定,或孔底殘渣堆積時,則繼續打入套管,但套管深度不要超過孔深,以免影響取心質量。 
    3、鑽具超前掏孔取心鑽進中發現有較大孤石時,應丈量起始和鑽穿孤石的深度,作好記錄,然後起鑽後與岩心對照核實,確定是否要進行孔內爆破及爆破的位置。需要進行爆破時,先爆破,後跟管。 套管不要跟到孔底,一般距孔底0.5米左右為宜,以便下部需要繼續爆破時有安全距離。 
    4、跟管以後,特別是孔內爆破以後,孔底沉渣多,先用單管帶鋼絲的鑽頭,將孔底打撈幹淨以後,再下入雙管鑽具鑽進取心,否則將影響取心效果和回次進尺。如果孔底沉積不超過0.5米,可以直接下入雙管鑽具掃孔後鑽進。 
    5、超前掏孔取心鑽進--孔內爆破--打入套管--掃孔打撈幹淨--繼續鑽進取心,如此循環往複。當鑽進到比較穩固的地層,不出現坍塌掉塊,孔底無沉渣或很少時,可以停止跟管,一直裸孔鑽進,鑽穿覆蓋層,進入基岩。 
    6、下打Φ127和Φ168厚壁套管,采用150-200kg吊錘,落距1.5米,下打薄壁套管采用50-100kg吊錘,落距0.5-1米,不可強行打入。 
    7、裸孔鑽進進入基岩3-5米,如果需要在基岩中繼續鑽進,則必須將薄壁套管下到基岩,以防掉塊卡鑽。下入的薄壁套管若是反扣,則孔口應固定,若是正扣,則下部套管絲扣要用鬆香、瀝青膠固,防止反脫。 
    8.3鑽進參數及操作注意事項 
    1、S係列植物膠鑽井液和SDB鑽具鑽進砂卵石地層和基岩破碎地層時,要注意按照鑽進參數一高兩小的三要素操作,即"高轉速,小泵量,小壓力"才能得到好的鑽進和取心效果。 
    2、鑽具在孔內正常進尺時,不要提動鑽具,也不要隨意改變鑽進參數,否則易產生岩心堵塞。 
    3、出現岩心堵塞後,若提動鑽具幾次無效,應及時提鑽,避免磨掉岩心。 
    4、裸孔鑽進中,如出現坍塌掉塊,處理的措施有繼續打入套管,下入小一級套管,水泥固壁等,不要強行鑽進,防止埋鑽。 5、孔較深時,起鑽要向孔內回罐漿液,以保持壓力平衡,防止鑽孔坍塌掉塊。 
    6、泥土層和純砂層鑽進,回次末要停泵幹鑽幾公分再起鑽,使岩心自然堵塞,以防岩心脫落。 
    7、基岩鑽進中,遇到破碎地層,鑽進參數與砂卵石層一樣,要一高兩低,即"高轉速,小泵量,小壓力",尤其要注意控製泵量,才能取好破碎地層岩心。 
    8、基岩鑽進,根據孔深,應適當加長內外管長度,內管長度2.5-3米為宜。 
    9、一般完整基岩鑽進,可配SDB91和SDB75非標鑽頭,但複雜的基岩鑽孔,如破碎的、縮徑的、漏失的,宜采用外徑加大的如SDB94、SDB77鑽頭,增大環狀間隙,減小泵壓和抽汲作用,有利於孔壁穩固,減少漏失和提高取心效果。 
    10、複雜地層起下鑽時速度要慢,起鑽時注意向孔內回灌漿液。 
    11、碎性較大的岩層鑽進時,岩心易破碎,取心困難,采取的措施有: 
    (1)、選擇振動較小進尺又快的金剛石電鍍鑽頭,這隻是建議。 (2)、減短鑽具內外管長度,保證單動性能良好。 
    (3)、提高衝洗液的粘度,S係列植物膠,可提高到2-3分鍾以上的粘度。 
    (4)、鑽機轉速以中等轉速為宜,減小振動。 (5)、泵量要小,以能冷卻鑽頭為宜。 
    (6)、鑽頭口徑盡可能的條件下選擇較大一些,一般宜用Φ94。 12、軟塑性地層,孕鑲金剛石鑽頭進尺慢,取心不好,則可選用硬質合金雙管鑽頭或複合片鑽頭,進尺快,則取心好。 
    13、繩索取心鑽進,攪製好的植物膠鑽井液要用20目篩網過濾,防止疙瘩堵鑽具。 
    14、繩索取心鑽進,若采用S係列植物膠鑽井液,因粘度高,提升內管時,速度不宜過快,避免抽汲作用。
    9.結   論
    通過嵐皋堰門鄉的岩心鑽探、漢陰長溝金礦的勘查和驗證,均取得良好的使用效果。堰門礦區在使用1、2#孔出現嚴重漏失,經過2天堵漏,基本消除;漢陰長溝金礦的3#號孔出現漏失,當天即堵住。

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