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钻探技术的面面观
汪鸣午
地矿部勘探技术研究所 【期刊】国外铀矿地质
1987-06-30
一、未来的金刚石岩心钻进
金刚石岩心钻进法不仅能适应儿乎每一种
岩石,而且能获得可靠岩样。当钻探成本居于
显要地位时,金刚石岩心钻进法因采用绳索钻
进法而开拓新领域。
今天的金刚石岩心钻进法是一种选用方
祛。在找到矿之前,可能要全部取岩心,随后
在评价矿体时,部分孔段取心就够了,其余孔
段可以不取岩心。在某些情况下,从始到终可
以用测井和岩屑分析来取代岩心钻进法。
早期的金刚石岩心钻机一直不适于结合其
他钻进法,尤其是在较硬地层中。动力头回转
钻机在软层中进行回转和潜孔钻进是有效的,
但在金刚石钻进中则受到限制。
1983年投放市场的泰美克260型钻机可
以不同钻进法在硬岩层或软层中全向钻进。克
丙斯登森公司已研制成一种防卡岩心管,在坚
硬破碎层中性能很好。原理是震动岩心管直至
无阻或停止取心。在软层中取心时要注意在起
动防卡机构之前,可能磨掉岩心。
比利时戴曼勃公司的1500型钻机在英国
柏明翰市举行的“采矿85”展览会上被誉为当
之无愧的新一代高速金刚石岩心/绳索钻机,
也能进行潜孔锤、螺旋和牙轮钻头钻进,甚至
可用作冲击钻进。在经过全液压钻机发展阶段
之后,160。型的控制系统因在电一液系统中加
人微处理机装置而进一步提高了性能。
JKS波依耳公司的新型B一30是一种用绳
素钻具钻深孔的长行程全液压岩心钻机。行程
3.36m,用NO/NQ径钻具的钻深超过2616
恤。
{大口径孔再次盛行,国外正在制造能钻
拟6mm孔径、钻取102mm岩心的绳索钻具。有几家厂商正在制造直径101mm能钻至
3050m的钻具。
回顾过去10年来钻探工业发生的变化,
估计今后10年将要发生的变化,就必须大幅
度革新操作方法,否则就将发现,岩心钻进法
在竞争中因其脆弱性而被取代。
为了降低成本,研究了操作技术和节约开
支的可能性,虽然没有一项研究象绳索钻进法
的变化那么显著。这些研究包括:
修改岩心管;自动卡盘;拧卸钻具;孕镶
钻具;长行程钻机。
加大岩心尺寸,钻深孔(随着能源需求的
增长和金价上涨,自然需要能适应这些采矿活
动的钻具)。
钻杆设计明显趋于薄壁钻杆,便需新型丝
扣。锥形扣只有在适当预扭矩和下套管孔中操
作才有强度。
长行程给进、无级变速、全套仪表、自动
卡盘和前所未有的钻机特点,无疑都是适用的
优点。
二、全孔钻进的现在和将来
钻取的岩样可以是岩心、碎片或岩屑。10
年前还难于选择,充其量不过是从碎片获得信
息。今天由于可用各种全孔钻进法获得岩样而
且经济,已有很大变化。无需岩心的全孔钻进
法比金刚石岩心钻进法更快,主要差别是没有
卸重岩心管的回次时间。
新概念和新技术有:
现在国外正在制造一种能自动调节钻压、
转数、扭矩和泵压的组合式钻机,能以回转钻
进法钻到1220m,然后进行金刚石钻进到
1830m的深度。
70一Znkg/cm“的高压流体,在钻进过程中有助于岩石碎裂,从而提高钻头速度。钻具
接头应能承受高压,从泵到钻杆的管件,某些
方面可能需要修改。
泡沫聚尿烷将是一种克服循环漏失的新方
法,lgal(一3.7L)材料能制成10到12gal
抱抹聚尿烷。标定配制时间为5一30min,配制
好半小时后的抗压强度为79kg/cm“,有必要
用孔内工具使这种灌浆材料准确到位。合成金
刚石和镶焊钻头用的粘接剂预期会有变化。
1979年以来,国外已研制成并使用了一
种从457m深处取松散煤样的方法。在1.83m
厚的煤层中用炸药和大容积高压水径152.4
mm套管回收煤,用旋流器分选水中的煤。
钻进方法的选择取决于找什么矿,处于什
么钻探阶段。当无需取心时,可资选择的方法
有以下几种:
用3牙轮钻头或刮刀钻头回转钻进;
用顶锤或潜孔锤冲击钻进。
在实际回转钻进中,3牙轮钻头用于软层
的孔径大于101.6mm,在很硬地层中,牙轮
钻头的性能并不好。有迹象表明,用复合片钻
头钻硬岩更经济。
刮刀钻头回转钻进适于软层不适于硬层,
虽然聚晶金刚石材料(stratapax,syndrilz,
Megpax)已有可能较前经济地钻硬岩,但仍
限于沉积层。
顶锤冲击钻进更适于钻浅一中深大口径孔,
实际上最小孔径76.2一89mm,深度不足100
m,114.3mm孔径的孔深较大。孔中的水和
空压机能力对最大深度起决定性作用。
回转或潜孔锤钻进与绳索钻进的平均钻速
分别是30em/min与15cm/min。钻速平均值
因不同的地层而异。潜孔锤已表明,在大多数
岩石硬度中能经济地达到高钻速并能可靠保持
方向,已有可能研制更加通用、更有效的回转
钻进潜孔锤甚至潜孔马达。
将来的仪表化钻进,监视所钻物料每米进
尺所得数据,就是可靠的测井资料。因而,回
转和潜孔钻进可能在钻探中发挥更大作用。三、目前值得注意的领域和趋势
钻探技术的研究、提高和进展既是专业领
域进展的结果,也是各学科进展的共同成果。
从经改进、能深入了解地下情况的地震技术到
洞察超压地层状态的各种方法,新技术的应用
甚广。材料、传感器、微处理机、制造工艺、
遥测技术和计算机技术,弓}起直接应用的各朴-
设想。目前一些明显的趋势是,在随钻测量、
岩石切削技术和钻头研制、孔底泥浆马达、最
优化理论、钻探模拟器、地热应用、泥浆和动
井等方面把重要进展组合到钻探技术中去。
四、前景和目标
全新的概念极少。将来的发展是以现在看
到的可能性和对有问题方面的鉴别、评价为基
础的。只有出于偶然的进展或突破才能产生新
概念。预期技术演进的组合将加速钻探技术的
发展。
已经注意到有三种可能成功的钻探技术:
结合机械破岩的高压喷咀;高速孔底马达和钻
头;水或空气驱动的冲击钻头。
研制探测仪器的更大进展将导致更精确评
价地层和测井模拟。用声波信号探测异常孔隙
压力,也是这种系统的研究目标。钻探遥测设
备包括先进的电子元件、泥浆驱动的涡轮机、
液压装置的长寿命密封件和活动件,都可设计
成在条件恶劣的孔底工作。孔底马达的演进趋
势表明,越来越多的这种设备都提高了功率,
预期平均寿命超过150h,今后5年可供实用。
经改进的泥浆类型已证实能成功地稳定地
层、控制漏失并保持孔径。
未来的钻探技术可以不大依靠反复试验的
程序,而是根据更加精确的测量和经改进的计
算机程序模式,进行更多的定量预测。
参考文献
〔1]SpE12358“Drilli,19Teehnology:prese,飞tTrends
andFutureProsPeets”
〔2〕荷兰海牙贝壳国际石油公司资料:“nevelopm。nz;。
DrillingTeehnology.”
〔3〕中美地热技术座谈会钻井技术交流记录
〔4〕Geod,艺111二g,Aprjl,June,August,(1985)
关于钻探技术发展的一些建议
章兼植
中国有色金属工业总公司矿产地质研究院 【期刊】矿产与地质
1989-08-29
近十几年来.人造金刚石钻探技术的研制成功并推广应用,使我国钻探技术达到了一个
新的水平。在“五五”和“六五”期间发展重点是人…… 职称论文发表网http://www.issncn.com
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