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冲击回转钻进规程-工程钻探与取样技术

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:表9-5液动冲击回转钻进参数推荐表气动潜孔锤大都是全面钻头,其冲击功都比较大,钻压对碎岩的影响较小,据俄罗斯资料报道,其钻压为液动冲击器的1/3就可获得较好的钻进效果。表9-6空气潜孔锤钻进推荐的轴向压力2)转速液动冲击器和气动潜孔锤钻进选择转速的方法是一样的。4)输送冲洗介质的管线冲洗介质是冲击回转钻进的动力来源。在气动潜孔锤冲击回转钻进的管线中,应在取粉管上部安装分流阀。

冲击回转钻进规程-工程钻探与取样技术

1)钻压

冲击回转钻进时,切削刃上既作用着钻压(静载),又作用着冲击力(动载)。静载钻压能使岩石内部形成预加应力,以提高碎岩效果;同时改善冲击能量的传递条件,减少冲击能量的传递损失;施加钻压的第三个作用是克服冲击器的反弹力,保证切削具与岩石有良好的接触。但是,随着钻压的增加,切削刃的单位进尺磨损量也增加,故为了减少切削刃的磨损,钻压在克服冲击器反弹力的前提下不能过大。

在液动冲击回转钻进中,当用硬质合金钻头时,对硬度不大和研磨性弱的岩石,要充分发挥回转切削碎岩的作用,应采用较大的钻压。而对于坚硬和研磨性较大的岩石,则应充分发挥冲击碎岩的作用,钻压可相对小些。具体钻压推荐值可参照表9-5。

表9-5 液动冲击回转钻进参数推荐表

气动潜孔锤大都是全面钻头,其冲击功都比较大,钻压对碎岩的影响较小,据俄罗斯资料报道,其钻压为液动冲击器的1/3就可获得较好的钻进效果。实际生产中,合理的轴向压力推荐为0.05~0.1kN/mm。表9-6列出几种孔径推荐选用的钻压值。当压缩空气压力增大时,须相应增大钻压;如孔内钻柱自身重量超过合理钻压时应采取减压钻进。

表9-6 空气潜孔锤钻进推荐的轴向压力

2)转速

液动冲击器和气动潜孔锤钻进选择转速的方法是一样的。对于硬质合金钻进,回转的唯一目的仅是为了改变切削刃破岩的位置,若回转速度过慢时,切削刃将打入先前冲击过的坑穴中,从而引起钻头回转受阻,使钻进效率降低。若回转速度过快,钻速不会增加,却会导致切削刃过早磨损。所以,转速是否合理将直接影响钻速和钻头寿命。

钻头回转时切削具在两次冲击之间有个最优冲击间距δ。δ的大小取决于转速和冲击频率。为了破碎岩石,切削具在孔底每转所需的冲击次数m0由下式算得:

式中:D——钻头平均直径,mm;

δ——两次相邻冲击之间的切削具位移路径,mm;对于可钻性Ⅶ~Ⅸ级的岩石,δ应取6~8mm,而Ⅸ~Ⅺ级的岩石取3~5mm。

于是,钻头的转速n(r/min):

式中:ny——每分钟冲击次数,次/min。

液动冲击器的转速推荐值可参照表9-5。对于气动潜孔锤钻进,回转的主要作用是改变钻头刃齿的冲击位置,其次兼有切削冲击后刃齿间岩脊的作用。转速过高将加快钻头刃齿的磨损,转速太低将影响钻进效率。通常情况下岩石越硬或钻头直径越大,要求降低转速。根据地层不同,可选择的转速范围:覆盖层40~60r/min;软岩层30~50r/min;中硬岩层20~40r/min;硬岩层10~30r/min。而用孕镶金刚石钻头进行冲击回转钻进时,应开高转速。

3)冲洗介质的流量、压力

冲洗介质的流量、压力是冲击回转钻进的一个重要参数,因为它不仅直接影响冲击器的工作性能(冲击功和冲击频率),而且影响冷却钻头、携渣清洁孔底以及保护孔壁的作用,从而影响钻进效率。

(1)液动冲击回转钻进。

在液动冲击回转钻进中,一般随泵量增加,机械钻速也增加。因此,只要条件(地层、泥浆泵及管路的能力)允许,就应采用大泵量,以弥补钻具及管路泄露所造成的损失。因此使用液动冲击器钻进时,必须在选择泥浆泵时为泵量和泵压范围留出余地。液动冲击器的泵量推荐值可参照表9-5。(www.xing528.com)

在生产实践中还应注意:为了减少因大流量而产生的流阻压力,可在岩心管上部设置孔底流量分流装置。随着钻孔延深冲洗液的循环压力增大,钻杆接头处会产生泄漏;当环状间隙太小时大流量将导致冲击器背压增大,使其冲击功和冲击频率都受到影响。液动冲击器采用不同的介质(如清水、乳化液、泥浆等)都会对它的工作性能产生不同的影响。在可能的条件下,应尽量用清水、低固相泥浆或无固相泥浆作冲洗介质,以减小其流阻。另外,在循环系统中,应设置除砂净化设备和过滤装置。金刚石钻进时一定要采用减震手段——润滑剂、乳化钻井液

泵压的一般规律是,冲击器在0.5~0.6MPa下开始工作,当达1.8~2.0MPa时,冲击器工作稳定,随着孔深的增加,平均每百米增加0.2~0.3MPa,故其泵量应相应增加。

(2)气动冲击回转钻进。

在气动潜孔锤钻进中,压缩空气主要有3个作用:一是提供潜孔锤活塞运动的能量;二是冷却钻头;三是携带岩粉屑及岩矿心排至地表。因此供风量的确定,一方面根据潜孔锤额定风量大小选择,另一方面同时满足携带孔底岩粉屑及岩矿心的需求。因潜孔锤钻进速度快,在单位时间内所产生的岩屑量大且岩屑重,故需比普通空气回转钻进大的风量才能使井底干净。此外,潜孔锤本身也需要一定的额定风量才能正常工作。具体风量应根据潜孔锤对风量的要求和钻孔环状上返风速来计算,并选择大者。取心钻进时,上返风速应取v=10~15m/s;无岩心钻进时取v=20~25m/s。

从潜孔锤工作要求来看,工作风压要大于上、下配气室的压差,潜孔锤活塞才能作上下往复运动。目前,国内生产的潜孔锤有两种:低压潜孔锤,所需风压是0.5~0.7MPa;高压潜孔锤,所需风压为0.8~1.1MPa。钻进时,还需加上随着钻孔深度而带来的沿程压降(0.001 5MPa/m)和克服水位以下的水柱压力。

4)输送冲洗介质的管线

冲洗介质是冲击回转钻进的动力来源。为了保持冲洗介质具有足够的压力,取得高于纯回转钻进的冲击回转高效率,必须对其输送管线加以改造。

(1)液动冲击回转钻进。

用大功率液动冲击器钻进时,必须增加一个储能器。这时整个增压管线(图9-24)由立管、增压管线、泵量调节阀、带压力表的储能器和水龙头组成。所有进入增压管线的部件都应能承受7~10MPa的压力,并拥有尽量大的通水截面。例如,立管和增压管线建议用直径63.5mm的钻杆焊接而成。立管通常应放置在钻场之外,立管与水龙头之间应用承压10~15MPa的铠装高压软管连接。

图9-24 用大冲击功液动冲击器钻进时采用的增压管线示意图

1—泵;2,8—连接用的法兰盘;3—阀门;4—管线;5—储能器;6—管接头
7—压力表;9—立管;10—高压软管;11—旋转水龙头

(2)气动冲击回转钻进。

在气动潜孔锤冲击回转钻进的管线中,应在取粉管上部安装分流阀。当压风机风量超过潜孔锤工作所需风量时,便可从分流阀往钻杆外排气。当钻进含水岩石时,可用分流阀排除孔内水。

图9-25 空气岩心钻探的设备配套示意图

1—压风机;2—储气装置;3—连接软管;4—收集冷凝水的脱水器;5—冷却器;6—排气管;7—阀;8—风量表;
9—压力表;10—温度计;11—孔口密封装置;12—除尘管线;13—旋流除砂器;14—钻机;15—钻探泵;16—泥浆池

气动潜孔锤冲击回转钻进的地表配套设备类似于空气钻进(图9-25)。其中,压风机(1)上应带储气装置(2),在配套设备中还包括收集冷凝水的脱水器(4)、用于维持空气温度恒定的冷却器(5)、孔口密封装置(11)、带旋流除砂器(13)的除尘管线(12)。在阀(7)上接有通向大气的排气管(6)。该系统还包括监测仪表:空气压力表(9),风量表(8)和温度计(10)。压缩空气的温度不应超过90℃,因为超过这个温度可能损坏橡胶软管。通常除尘管线(12)应顺风向安装,距离不小于10m。为了减少粉尘对钻场的污染,有时要在排出线终端安置吸气风扇。整个钻进过程中必须注意观察压风机的风压,因为压力下降0.1MPa就将导致钻进速度下降20%~25%。

压力升高的原因可能是孔内形成了岩粉堵塞或堆积。如果出口处岩粉量增大,表明孔内将出现岩粉糊钻,应尽快把孔内潜孔锤提离孔底,关闭冲击器,并吹孔5~10min。当出现岩粉卡钻时应在保证全量供气的同时上下活动钻具。

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