地质岩心钻探知识培训

2015年度地质岩心钻探知识培训3.1钻孔口径系列•地质岩心钻探口径系列是钻探工程最基础的规定，依照国际通用的标准采用R、E、A、B、N、H、P、S作为代号，规格代号及对应的公称口径见表1。•公称口径:R/30；E/38；A/48；B/60；N/76；H/96；P/122；S/150。3.2钻孔深度•不同的应用领域钻孔深度的划分标准不同，地质岩心钻探钻孔深度划分见表2。•浅孔：＜300m;中深孔：300～1000m;深孔：1000~3000m;特深孔＞3000m。3.3.1岩石可钻性GB/T9151中规定，地质岩心钻探岩石可钻性是岩石被碎岩工具钻碎的难易程度，即岩石的抗钻性能，与岩石的强度、硬度、弹塑性、研磨性和结构特征相关。地质岩心钻探岩石可钻性分级采用综合分级法，是以岩石物理力学性质和岩石局部抗机械破碎能力作为统一定级的基础，主要以岩石压入硬度为主。3.3.3岩石完整程度岩石完整程度一般分为：完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎五类。3.4.1钻探方法的主要类型地质岩心钻探采用的主要钻探方法有硬质合金钻探、金刚石钻探（含绳索取心钻探）、复合片钻探、冲击回转钻探、定向钻探、反循环取心取样钻探等。4.1设计的基本要求a)每项钻探工程施工前应进行工程设计，未经审批不得施工；b)一个矿区若施工多个钻孔，整个矿区的钻探工程应有总体施工设计，并选择有代表性的钻孔进行设计，孔深600m以上或地层变化较大，应进行单孔施工设计。5.2.1.2在倾斜地面平整场地时要做到以下各点：a)当靠山坡一面是坚硬稳固的岩石时，坡度可保持在60°～80°，若为松散岩石、土层应不大于45°。应排除坡面活石，必要时在场地上方挖积石排水沟；b)填方的面积不得超过场地面积的1/4，填方部分应采取措施防止坍塌和溜方。孔深超过600m及土层松散、地形坡度大于30°时，塔基不允许安装在填方部位；c)在悬崖下修筑场地，要除掉崖上活石；5.2.1.2在倾斜地面平整场地时要做到以下各点：d)注意可能发生的洪水、泥石流、崩塌、滑坡等自然灾害，避开泄水区或修筑坚固的防洪坝。河滩、沟谷施工注意场地纵长方向应与水流方向一致；e)爆破作业时应遵守GB6722的规定。5.3安装验收设备安装完成后，应调试、维护和试运转。经安全、设备、生产、技术、地质等部门验收合格方可正式开钻。6.2硬质合金钻进技术参数选择6.2.3泵量应满足冲洗液上返速度的要求，一般以0.2m/s～0.6m/s为宜，7.2金刚石钻头和扩孔器的选择7.2.1金刚石钻进适用于中硬以上岩层。一般聚晶金刚石、金刚石复合片（PDC）烧结体钻头适用于3～7级岩层，单晶孕镶金刚石钻头适用于5～12级完整和破碎岩层，天然表镶金刚石钻头适用于4～10级完整岩层。7.3.2钻头与扩孔器及卡簧间要合理配合,要求如下：a)扩孔器的外径应比钻头外径大0.3mm～0.5mm，岩层坚硬时应采用下限数值；b)卡簧的自由内径应比钻头内径小0.3mm～0.5mm。卡簧应在上一回次岩心上测试，以不脱落、不卡死为宜。7.5金刚石岩心钻进技术参数7.5.1钻压7.5.1.2孕镶钻头单位压力为0.5kN/cm2～1.0kN/cm2。7.5.1.3复合片钻头按每个复合片0.5kN～1.0kN计算，随着复合片磨钝，接触面积增加，钻压可逐渐增大。7.5.1.4在软岩层中钻进应用较小的钻压，在完整、中硬到坚硬或强研磨性的岩层中钻进应适当加大钻压；在破碎、裂隙和非均质的岩层中钻进应适当减小钻压，一般降低25%～50%。7.5.1.5在钻孔弯曲、超径的情况下，钻压应适当减小。7.5.2转速7.5.2.1表镶钻头底唇面的线速度范围为1.0m/s～2.0m/s；孕镶钻头底唇面的线速度范围为1.5m/s～3.0m/s；复合片钻头底唇面的线速度范围为0.5m/s～1.5m/s。粗粒金刚石钻头的转速应低于细粒金刚石钻头的转速。V=3.1415926×D×n÷607.5.2.2中硬完整岩层宜采用高转速；岩层破碎、裂隙发育、软硬不均，钻进时振动大，则应适当降低转速。在软岩层中钻进效率很高时，应适当限制钻速。7.5.2.3正常钻进时，在机械能力、管材强度、钻具稳定性及其减震、润滑等条件允许的前提下，视地层情况适当提高转速。7.5.3泵量泵量以冲洗液上返速度计算，金刚石钻进上返速度应大于0.3m/s～0.7m/s(普通金刚石钻进要求）。7.5.3.2泵量应视岩石性质、环状间隙、钻头类型、金刚石粒度、胎体性能等因素，适当调整:a)钻进坚硬、颗粒细的岩层，泵量可小些；钻进软、中硬、颗粒粗的岩层，泵量应大些；钻进裂隙，有轻微漏失的岩层，泵量要稍大于正常情况；b)孕镶钻头应采用较大泵量，表镶钻头采用较小泵量，复合片钻头选用的泵量可超过表镶或孕镶钻头泵量的20%～50%；c)在转速较高，钻进速度较快，岩层研磨性较强，岩屑颗粒较粗时，应选用较大泵量，反之泵量应减小；d)钻头水口的大小，直接影响钻头内外的冲洗液压差，保持适当的压差，有利于钻头底部岩粉的排出和冷却。随着钻头胎体消耗，钻头水口要进行修磨，修磨后其高度不得小于3mm。7.5.4泵压金刚石钻进中要随时观察泵压，根据泵压的变化判断孔内情况。泵压发生小幅度的上升或下降，一般是孔底换层的征兆；泵压猛然大幅度增高，伴随钻速下降或不进尺，可能发生岩心堵塞；如果泵压突然大幅度下降，多是钻具折断或脱扣。7.6金刚石钻进操作技术要求7.6.1下钻7.6.1.1下钻时，操作人员对孔内情况要做到心中有数，钻头通过拧管机、套管口或换径处、活石处，应放慢下降速度。下钻遇阻，不准猛冲硬蹾，可用管钳慢慢回转钻具，无效时应立即提钻，采用其它方法处理。7.6.1.2每次下钻，不得将钻具直接下到孔底，距孔底约1m左右时，应接上水龙头开泵送水，等孔口返水后，轻压慢转扫孔到底，正常后可按要求参数钻进。7.6.1.3配好机上余尺，在回次钻进中，不准中途将钻具提离孔底接钻杆。7.6.2钻进7.6.2.1一个钻进回次宜由一人操作，操作者应精力集中，随时注意和认真观察钻速、孔口返水量、泵压及动力机声响或仪表数值等变化，发现异常，立即处理。7.6.2.2倒杆一般要停车，深孔减压钻进时，倒杆前应先用升降机将孔内钻具拉紧（不得提离孔底），倒杆后用油缸减压并在小于正常钻压的情况下平稳开车。开车时，要轻合离合器，并减轻钻头压力，使钻头和钻具在较轻的负荷下缓慢启动，使其受力平稳。7.6.2.3岩层变化时，应调整钻进技术参数。岩层由硬变软时，进尺速度过快，应减小钻压；岩层由软变硬，钻速变慢时，不得任意增大压力，以免损坏钻头。在非均质岩层中钻进，应控制机械钻速。7.6.2钻进7.6.2.4应有专人管理冲洗液、定时检测冲洗液质量，不合格应及时调整或更换。地层变化时要及时对冲洗液的性能指标进行调整。做好循环系统清理和除砂工作，保持孔底清洁，孔内岩粉超过0.3m时，要采取措施。7.6.2.5钻进中发现岩心轻微堵塞时，可调整钻压、转速。处理无效应及时提钻。正常钻进时，不应随意提动钻具。7.6.3采心7.6.3.1金刚石钻进时，应使用卡簧采取岩心，不允许投放卡料取心；任何情况下不准干钻取心。7.6.3.2采取岩心时，应先停止钻具回转，缓慢地将钻头提离孔底50mm～70mm，使卡簧将岩心抱紧，再缓慢开车转几圈扭断岩心后方可起钻。不允许上下活动钻具或猛提钻具取心。7.6.5复杂岩层钻进7.6.5.1遇复杂岩层可采用超径钻头，增加钻杆外径与孔壁之间的间隙。7.6.5.2为防止岩心堵塞，允许卡簧内径略微增大（小于钻头内径0.1mm～0.2mm）卡簧座底端离钻头内台阶的距离适当调小。7.6.5.3要控制回次长度。7.6.5.4采用回灌措施，放慢提下钻速度。7.6.6硬而致密的弱研磨性岩层（“打滑”岩层）钻进7.6.6.1使用胎体硬度HRC10～20和浓度小于75%的孕镶钻头。7.6.6.2适当加大钻压，或通过水龙头向孔内添加磨料，使胎体磨损和金刚石出刃。7.6.6.3上述方法处理无效时，将钻头提到地面，对胎体采用喷砂、砂轮打磨、石英砂研磨、酸腐蚀等方法处理，使金刚石出刃后再下入孔内继续钻进。8金刚石绳索取心钻探8.2.4.2打捞岩心首先用回转器或动力头顶起钻具50mm～70mm，缓慢回转钻柱，扭断岩心。8.3钻探技术参数8.3.1钻压8.3.1.1钻压选择：a)钻进节理发育岩石和产状陡立、松散破碎、软硬互层、强研磨性等地层及钻孔弯曲、超径的情况下，应适当减压；b)经初磨的新钻头，采用正常钻压可获得高钻速。钻进中随着金刚石磨钝，钻速下降，应逐渐平稳增大钻压。钻进坚硬致密地层，靠增大转速提高钻速，会造成钻头金刚石抛光。8.3.1.2绳索取心钻头比普通双管钻头钻压稍大。8金刚石绳索取心钻探8.3.2转速8.3.2.1转速选择：a)钻进坚硬弱研磨性地层、裂隙破碎地层、软硬互层及产状陡立易斜地层时，应适当降低转速；在软岩层中钻进，亦应限制转速；b)钻孔结构和钻具级配要合理，钻杆与孔壁间隙小，适于采用高转速。钻孔结构复杂，换径多，环状间隙大，钻具回转的稳定性差，不宜开高转速。8金刚石绳索取心钻探8.3.3泵量8.3.3.1泵量选择：a)钻进坚硬、颗粒细的岩层，钻速低，岩粉少，泵量可小些；钻进软及中硬岩层，钻速高，岩粉多，泵量应大些。钻进裂隙，有轻微漏失地层，泵量应稍大于正常情况。钻进研磨性强的岩层，泵量可增大；b)应保持上返流速为0.5m/s～1.5m/s。表镶钻头采用的泵量应比孕镶钻头稍小。8金刚石绳索取心钻探8.5钻杆内壁结垢防治措施a)在不降低钻速的条件下，尽量降低钻具转速；b)应采用固相控制措施，以清除占90%左右大于20μm粒度的固相颗粒；c)结垢已经影响打捞时，在提钻前半小时采用稀释原浆循环，冲刷泥垢，增大流动通径；或者先提出上部结垢严重的钻杆再下打捞器；d)使用防止结垢的专用冲洗液。9冲击回转钻探9.1技术特点和适用条件坚硬、破碎地层液动冲击回转钻进，可减轻岩心堵塞，增加回次进尺，提高机械钻速。绳索取心液动冲击回转钻进还可减轻绳索取心钻杆内壁结垢现象。冲击回转钻进通常可减缓钻孔弯曲。9.1.1硬质合金液动冲击回转钻进适合于可钻性级别5～6级和部分7级岩层。9.1.2金刚石液动冲击回转钻进适用于可钻性级别6～12级。在坚硬、致密的“打滑”岩层应用液动冲击回转钻进，可缓解金刚石钻头“打滑”问题。9.4液动冲击回转钻进工艺要求9.4.1钻进参数选择9.4.1.1影响液动冲击回转钻进效率的钻进参数主要有钻压、转速、冲击功和冲击频率等。应依据不同岩层条件通过试验优化钻进参数。9.4.2钻头选择和使用9.4.2.1冲击回转钻进主要采用硬质合金钻头和金刚石钻头，也可采用硬质合金翼状钻头、牙轮钻头。钻头切削具的抗冲击强度9.4.2.2选择专门为冲击回转钻进设计的硬质合金或金刚石钻头。应大于冲击器输出的冲击力，必要时应进行地面台架试验。9.4.2.3孕镶钻头的金刚石粒度通常大于60目，浓度以75%～90%为宜。9.4.2.4适当增加钻头的水口、水槽过水断面，降低液动冲击器背压。10定向钻探与定向取心10.1技术特点和适用条件岩心钻探定向钻进技术多应用于急倾斜（陡立）矿体、深部矿体和自然造斜严重矿区勘探，亦可用于纠正钻孔弯曲，补取岩矿心，绕过孔内复杂事故层段。因地形、地面建筑限制无法安装钻探设备时，宜采用定向钻进技术。为减少钻探设备搬迁，避免多次钻进上部复杂覆盖层，在勘探网度密，矿体埋藏深等情况下，可利用定向钻进技术施工分支定向孔或集束孔。10.3.2钻孔定向设计原则10.3.2.1应根据地质目的、地层条件、设备状况及工艺水平进行钻孔定向设计。10.3.2.2详细掌握钻进地层的倾角和走向、岩石硬度和可钻性、层理发育和松散破碎程度，研究分析矿区钻孔历史资料，尽量利用地层的自然弯曲规律。1