論泥沙地層鉆具設(shè)計理念與合理應(yīng)用范文

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摘要：目前在松軟泥沙地層的地理環(huán)境中存在取心率低的問題，需要設(shè)計新的具有實用性的鉆具。因此要對地層環(huán)境和鉆具取心率低的實際問題進(jìn)行考察，設(shè)計解決方案，有效提高在松軟泥沙底層的取心率。文章對改進(jìn)鉆具的設(shè)計理念和合理應(yīng)用的方式進(jìn)行了介紹，總結(jié)了相應(yīng)的工藝問題，以期促進(jìn)松軟泥沙底層取心鉆具的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：泥沙地層；取心鉆具；設(shè)計理念；應(yīng)用

引言

目前，在陸地鉆心鉆探的工程方面，常規(guī)單洞雙管鉆具得到了廣泛應(yīng)用，該鉆具具有巖層取心率高，施工質(zhì)量好的特點。但是對于松軟泥沙等復(fù)雜的地層，取心率比較低，不能滿足工程的需要。因此，需要設(shè)計出一種適合在松軟泥沙地層工作的取心鉆具，解決目前在該地質(zhì)條件中取心率的問題，同時也為改進(jìn)地層取心工作提供理論指導(dǎo)意見。

1松軟泥沙地層的具體情況和取心率低的原因

松軟泥沙地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，地質(zhì)受腐蝕嚴(yán)重，巖心的完整度不容易得到保護(hù)，容易出現(xiàn)取心失敗，取心質(zhì)量低等問題。以常規(guī)單動雙管鉆具和超前單洞雙管鉆具為例，前者在取心過程中，因為巖心的密度低，很容易被沖洗液沖蝕，使巖心破碎，即使采集到部分巖心到內(nèi)筒中，也會因為巖心太小而脫落，造成取心失敗。而超前單動雙管鉆具在實際的取心過程中，常出現(xiàn)鉆眼過高，這是由于取心內(nèi)筒推擠和堵塞造成的[1]。分析原因是筒內(nèi)巖心與取心筒的摩擦阻力太大，當(dāng)超過臨界值，就會使筒下部的巖層不再進(jìn)入取心筒，造成巖心堵塞取心筒。由于松軟泥沙地層的地質(zhì)松散，通過擠壓可以得到鉆具的下探空間，致使堵塞現(xiàn)象不被發(fā)現(xiàn)，最終造成巖心丟失。

2松軟泥沙地層取心鉆具的設(shè)計理念

根據(jù)松軟泥沙地層的地質(zhì)情況和兩種鉆具取心率低原因的分析，可以得出此地層環(huán)境中取心率低是因為巖心堵塞、沖蝕、破碎丟失三個主要問題，然后依據(jù)問題展開攻關(guān)，提出鉆具的設(shè)計理念，從而轉(zhuǎn)化為設(shè)計方案。

2.1以射流機(jī)構(gòu)防止巖心堵塞

巖心堵塞是因為巖心與內(nèi)筒的摩擦力過大，可以將射流機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使沖洗液在高壓的狀態(tài)下通過射流機(jī)構(gòu)，造成鉆具內(nèi)筒形成真空環(huán)境，以真空力引導(dǎo)沖洗液向上流動，為取心筒中的巖心加上一個浮力，這樣就有效減少了巖心與取心筒內(nèi)壁之間的阻力，可以有效防止巖心堵塞取心筒，保證巖心的取心率。同時這樣的射流機(jī)構(gòu)有效地阻隔了泥漿的倒灌，減少了取心內(nèi)筒中巖心的受擾動程度。在取心工程中對取心直徑都有明確的要求，要增加取樣的長度，就要減小巖樣層與筒內(nèi)壁的摩擦系數(shù)，使堵塞情況延遲產(chǎn)生，就可以提高取心率。因此，取心筒內(nèi)壁的材料選擇上要提高標(biāo)準(zhǔn)，要保證內(nèi)壁的減阻性和防堵性，需要重視內(nèi)壁的耐磨性，保證施工的進(jìn)度，這樣的取心內(nèi)壁要光滑，表面粗糙度不能大于0.4μm，硬度要與硬質(zhì)合金接近，滿足提高取心率的工藝，提高內(nèi)筒的使用壽命。

2.2采用超前壓入提前保護(hù)底部巖石，防止巖心被沖蝕嚴(yán)重

巖心沖蝕嚴(yán)重影響了巖心的完整性，可以采用超前壓入提前保護(hù)，避免高壓沖洗液沖蝕帝都巖層，造成巖心擾動。首先取心內(nèi)筒采用管鞋超前設(shè)計。這種設(shè)計讓內(nèi)筒的最前端管鞋先進(jìn)入地層，提高整體鉆進(jìn)取心的施工效率。這需要優(yōu)化卡簧座，保證其能夠高效吃入地層的情況下還可以正常放置卡具。鉆頭設(shè)計為底噴隔水，增大內(nèi)筒超前管鞋與鉆頭隔水間隙的通水阻力，使沖洗液流經(jīng)此隔水面至鉆頭底唇面領(lǐng)取額內(nèi)筒超前管鞋和其潤滑作用，保護(hù)巖心根部，這樣可以保證巖心的完整性，達(dá)到工程的目標(biāo)。在機(jī)構(gòu)上還是采用單動機(jī)構(gòu)，不讓外筒轉(zhuǎn)動帶動內(nèi)筒，減小對底部巖層的破壞。同時單動機(jī)構(gòu)，可以保護(hù)底部巖層不被沖洗液沖刷，形成完整巖心。在單動機(jī)構(gòu)中，巖心在內(nèi)筒中的摩擦?xí)p少，可以延長鉆具的使用年限[2]。

2.3以爪簧代替卡簧，防止巖心丟失

松軟泥沙地層取心巖心丟失的問題可以用爪簧代替卡簧來解決。因為在松軟泥沙地層中卡簧幾乎沒有任何作用，不能有效固定巖心，所以，將卡簧換成爪簧，可以有效固定巖心，防止巖心丟失。

3松軟泥沙地層取心鉆具合理應(yīng)用

因為松軟泥沙地層的巖心不易成型，所以在取心鉆具的應(yīng)用上一定要做好細(xì)節(jié)處理。在鉆進(jìn)過程中，控制轉(zhuǎn)速在每分鐘100r左右，鉆壓5000～10000N之間，52L/min的泥漿泵排量等詳細(xì)的指標(biāo)，保證底部巖石的沒有受到鉆進(jìn)的擾動，提高鉆取巖心的成功率。當(dāng)鉆至目標(biāo)之后，將取心鉆具下到井底，然后循環(huán)泥漿，使用鉆具正常作業(yè)[3]。

4結(jié)語

總之，在松軟泥沙地層取心鉆具的設(shè)計要注意在以往施工中出現(xiàn)的問題，針對在此地層中取心易發(fā)生的巖心堵塞，受沖洗液沖蝕破損，巖心丟失的問題，對鉆具進(jìn)行改革，采用射流機(jī)構(gòu)，超前壓入，應(yīng)用爪簧的設(shè)計理念，使鉆具能夠在此地層中正常工作，提高取心率。在應(yīng)用中要注意細(xì)節(jié)掌控，注意施工中的各項指標(biāo)，使鉆具可以發(fā)揮作用，獲取標(biāo)準(zhǔn)巖心。

參考文獻(xiàn)：

[1]王振，李糧綱，何有強(qiáng).松散地層聲波鉆機(jī)配套取心鉆具的研制[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2016(3):60-63.

[2]歐陽濤堅，程春紅.新型雙管取心鉆具及其在軟土地層中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2017,44(9):65-67.

[3]陳妍，張巖.國產(chǎn)繩索取心鉆桿設(shè)計制造技術(shù)的分析[J].信息記錄材料，2018,19(7):29-30.

作者：劉宇 單位：中石油長城鉆探工程公司鉆具公司生產(chǎn)協(xié)調(diào)科