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空气反循环连续取样钻进

发布时间:2013年05月21日
来源:探矿工程在线

 

空气反循环连续取样钻进

 

许刘万

(中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊 065000

 

空气反循环连续取样也叫中心取样钻探(Center Sample Recovery简称CSR),即采用双壁钻杆反循环系统和全面破碎的碎岩方式;依靠收集钻进过程中由内管中心通道上返至地表的岩屑来取代常规取心钻探中的岩心进行地质编录、岩矿分析等。

 

1  钻进原理

中心取样钻探技术的钻进原理如图所示。压缩空气(也可以是清水、泥浆、泡沫等)经侧人式气盒子或气水龙头进入双壁钻杆的环状间隙并下行,到达孔底后经内管中心通道上返,同时将所钻地层样品及岩屑携至地表,并进入旋流器,样品在旋流器中与空气分离,再根据地质要求进行不同比例的无分选缩分,最后将所分样品按要求包装编号,送交化验室分析处理。

在进行中心取样钻探时,通常采用全面破碎钻进工艺,即用牙轮钻头或潜孔锤钻进,以取样代替取心。目前进行这种方法施工时,一般要求空气的上返速度

≮25m/s

  中心取样钻探方法原理

1-钻头;2-双壁钻杆;3-侧入式气盒子或气水龙头;4-动力头;5-旋流器

 

2  现场地质工作程序

中心取样钻探与常规钻探在现场地质工作程序上有较大区别,概括起来有如下几点:

1、以取样段的概念取代了取心钻探中的回次长度的概念。

   所谓取样段长度,就是在钻进过程中,把一定长度内或一定进尺内(一般为0.31.5米)的岩样收集到一起,充分混合后作为一个送检样,这个定尺长度即为取样段。

2、用满足地质要求的样品量来取代原取心钻探中岩心采取率的概念。

   在中心取样钻探中,钻头可破碎的全部岩石均随高速气流排至地表,通常高达100%,而地质人员只需少量样品即可满足化验分析的需要。因此,要在钻探现场对岩样进行充分缩分,保留能够满足地质要求的样品量。

3、现场地质编录程序有了较大区别。

   在取心钻探中,所获岩矿心均按回次编号,按顺序放人岩心箱。而在中心取样钻探中,岩矿样呈碎屑状从孔内源源不断排出,按取样段进行收集包装。

 

3  空气反循环连续取样钻进的优点

1、钻进效率高。

采用了中空气动潜孔锤和牙轮钻具,改变了碎岩方式,以冲击破碎取代了切削破碎和研磨破碎。使用空气作为循环介质,排粉效果好,避免或减少了重复破碎;同时,由于没有了液柱压力,孔底岩石从承受三向应力转为两向应力,使岩石强度相对降低。取消了常规钻进中的取心过程。样品在钻进过程中连续排出。

2、利于穿越复杂地层。

CSR钻进时,压缩空气在双壁钻杆中的循环恰似一闭路循环系统,即便遇到老窿或溶洞,只要钻具到达洞底,正常循环也会立即恢复,而这在常规钻进中却是难以实现的。

钻进过程连续,避免了因频繁提下钻具所形成的压力激动和抽吸作用给钻孔造成的破坏。

3、钻孔质量好

CSR钻具为满眼钻进,孔壁间隙小,钻杆刚性好,所以很少发生孔斜。

由于在钻进时,压缩空气携带所钻地层样品可在很短的间内返至地表,地质人员可以根据上返岩屑随时掌握地层的变化情况,而且不管地层条件如何,样品采取率总能达到100%。

4、钻进工艺简单

CSR钻进与常规取心钻进相比,由于钻具自身的特点和碎岩方式的改变。钻进参数的控制比较简单,没有取心钻进那样严格,既便稍有不当,对钻进效率,孔内安全等影响均不大。此外,CSR钻进由于实现了样品连续上返,常常是打一个孔提一次钻,除特殊情况外,即使在复杂地层钻进,也不必采取护孔堵漏措施。

 

作者简介:许刘万(1954-),男(汉族),中国地质科学院勘探技术研究所教授级高级工程师(二级),全国水井钻机情报网首席顾问,解放军68612部队、66259部队水井钻探技术顾问,深圳国炬煤层气技术公司钻探顾问, 邯郸伟业地热开发有限公司钻探技术顾问,河北省科技厅评审专家库专家,中国地质科学院创新基地首批成员,探矿工程专业,从事水文水井、工程钻探设备、各类钻具及钻探工艺的研究、推广工作及进口全液压动力头钻机、国产各类钻机、机具的配套研究,近年来在水井、地热井、煤层气井、瓦斯排放井、矿山抢险救援井、砂金勘探、热源泵井、太阳能井、锚固桩施工、非开挖钻进工艺以及特殊施工工艺研究方面有突破性的进展,并为许多单位解决钻探技术难题,咨询、讲课。例如:气举反循环钻进工艺、正、反循环气动潜孔锤钻进工艺的应用等,河北省廊坊市金光道77号,13903168519xuliuwan@126.com

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