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1、金刚石取心钻探技术,金刚石钻头、扩孔器 金刚石绳索取心钻具 金刚石钻进工艺,金刚石绳索取心钻探技术,绳索取心钻进是指在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需提钻取岩心，而是以钻杆为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于内岩心管中的岩心提升到孔外的取心钻进方法。由于这种方法不需要将钻杆提升到孔外，所以极大地减少了起下钻具的时间。据统计，在金刚石岩心钻进过程中，升降钻具工序约占全部生产时间的3040，而且机械化程度低，劳动强度大。为了增加纯钻进时间，提高钻进效率，采用绳索取心钻进是最有效的途径之一。,绳索取心钻进的特点,1、钻进效率高 绳索取心钻头的壁厚比普通取心钻头厚，钻进时的机械钻速
2、略低于普通钻头。但由于减少了辅助作业时间，增大了纯钻进时间，所以总的钻进效率仍比普通钻头高，且这种趋势随孔深的增大而增大。 2、地质效果好 绳索取心钻具具有打捞速度快，提升平稳以及岩心堵塞后能即时报警等特点。因此，当岩心堵塞时，便于立即处理，可以减少岩矿心的损耗。所以绳索取心钻进岩心采取率高，完整度和纯洁性好。 3、钻头寿命长 由于减少了提钻次数，因此钻头在升降过程中的拧卸、碰撞的机会及扫孔时的磨损减少。同时，钻杆与孔壁间隙小，钻头在孔内工作平稳，也可以提高钻头寿命。通常，绳索取心钻头寿命比普通钻头寿命高一倍左右。 4、有利于复杂地层钻进、孔内安全和便于测斜工作 由于减少了提钻次数，因而缩短了
3、孔壁的裸露时间，也减少了升降钻具时对孔壁的破坏。同时钻杆还可以起到套管的作用，有利于护壁，也使下放测斜仪器更加方便敏捷。 5、减轻劳动强度 由于起下钻具次数少，因此减轻了劳动强度。孔越深，钻具越长，这个优点越明显。 6、降低钻探成本 由于绳索取心钻进效率高、钻头管材以及动力消耗比较小，因此，钻进成本可大幅度下降。据有关资料统计，使用绳索取心钻进成本降低30一40。,绳索取心钻进的应用范围,绳索取心钻进方法已广泛应用于地质勘探、水文地质和工程勘察等多种钻进工程中。然而，在一个具体的工程中是否采取绳索取心，还必须考虑地层条件、钻孔深度、钻头寿命以及绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大等因素，以
4、便综合权衡其使用的合理性。 1、地质条件 绳索取心钻进可用于钻进各种地层，在69级中硬岩层中效果最好。在目前的技术条件下，一般不宜钻进1012级岩石，尤其是岩石的组织致密、颗粒细小无研磨性的极坚硬岩石，如石英闪长岩、石英砂砾岩、石英磁铁矿等，或研磨性很强的硬、脆、碎岩石。因为，钻进上述岩石时，钻头极易磨损，钻进效率极低，不能充分发挥绳索取心钻进的优越性。然而，绳索取心钻进与液动冲击器相配合，钻进此类地层有良好的前景。 2、钻孔深度 绳索取心一般可在浅孔(100300m)和深孔中采用。通常，钻孔越深其经济技术效果越好。然而，绳索取心钻进的最大深度受钻杆强度的制约，应进行校核。 3、钻头寿命 采用
5、绳索取心钻进，如果钻头寿命短，钻进过程中经常提钻更换钻头，那么便失去了采用绳索取心钻进的意义。,金刚石取心钻具,金刚石钻进工艺 Diamond drilling techniques,合理选择金刚石钻头（To choose diamond bit properly） 金刚石钻进规程参数（Diamond drilling regime） 金刚石钻进的临界规程（Critical condition of drilling）,合理选择金刚石钻头 选用不当存在的问题： 选用的一般原则： 孕镶钻头：坚硬、致密、弱研磨性（优质金刚石、较低的金刚石浓度），均匀性差、完整度差、破碎地层（金刚石浓度高、胎体硬度
6、大）； 表镶钻头：硬度较低、完整岩层； PCD或PDC钻头：中硬及中硬以下岩石； 从钻头唇面形状： 岩石坚硬、致密、研磨性小者，应选择接触面积小的同心的或交错的尖齿形或梯齿形唇面；钻裂隙的、软硬互层、研磨性的岩层，应用内外径补强、耐磨性好的半圆唇面；当钻进倾角大、易斜的岩层，应选用阶梯形或锥形唇面，以便钻头起导正作用。,金刚石钻进规程参数 评定金刚石钻进规程的主要依据：钻速、钻头总进尺和单位进尺的金刚石耗量三个指标。（钻压）,不同钻压下转速与钻速的关系,表镶金刚石钻头的钻压P P=Gp （kg or dN） 式中 G钻头上的金刚石粒数； p单位金刚石上允许的压力，Kg/粒。 对细粒金刚石： p
7、约1-1.5 Kg/粒;对中粒: p约1-1.5 Kg/粒; 对粗粒金刚石: p约2-3 Kg/粒; 特优级金刚石: p约5 Kg/粒; 孕镶金刚石钻头的钻压 P=Sp（kg or dN） 式中: S-钻头实际的工作唇面面积, cm2; p单位底唇面积允许的压力，Kg/ cm2 。 对中硬岩石,推荐: p约40-50 Kg/ cm2 ;对坚硬岩石或金刚石质量高者p约60-70 Kg/ cm2 。,不同金刚石钻头的比压,具体确定钻压时，应分别对待: 1、岩石性质： 2、钻头类型： 3、金刚石： 4、克取岩石的面积： 5、施加钻压的阶段性（磨合和正常钻进） 6、有关孔内压力的传递问题（钻孔深度、冲
8、洗液、转速对钻压的影响）,转速 转速；影响金刚石钻进的另一个重要因素。在一定条件下，转速越快，钻速越高。转速与金刚石的磨损关系比较复杂。若其它条件正常，二者之间存在一个合理值，即在某一转速下，金刚石磨损量为最小。转速过大或过小，金刚石的磨损量都较小。 通常以圆周线速度来规定钻头的转速。孕镶金刚石钻头的周速应达到1.5-3m/s。表镶钻头所用的金刚石粒度较大，在钻进中允许有较大的切入量。所以，要求的转速可比孕镶钻头低些。由于出刃量大，在回转中容易折断或损伤，不宜高转速。线速度一般为1-2m/s。,选择合理的转速还应考虑以下： 1、岩层 的性质， 在中硬完整的岩层中钻进，可采用高转速；如果岩层破碎
9、、裂隙发育、软硬不均、孔壁不稳、不均，宜采用低转速。 2、钻孔的结构和深度， 钻孔结构简单、环空间隙小，孔深不大，宜采用高转速；反之，应降低转速。 3、机械设备、钻杆柱及钻具的能力。,冲洗液量 冲洗液通常是金刚石钻进的另一重要规程参数。一般根据液流上返速度来确定金刚石钻进所需的泵量Q： Q=6sv（L/min), (6是由单位换算所产生的系数) 式中：v不小于0.3-0.5m/s; s-钻孔的环空面积,cm2. 由于表镶、孕镶金刚石钻头钻进时钻孔环状间隙小，冲洗液的流动阴力很大，所以金刚石钻进基本是以不大的泵量和较高的泵压来工作的。另外，泵压是反映孔底工况的敏感参数之一。 防止金刚石钻头烧钻是
10、生产中一项重要的工作。试验表明：当转速为800r/min，钻头唇面压力为10Mpa时，钻头每转一圈，胎体温度升高1.73。所以钻进中若冲洗液停止循环1-2min，便可能造成烧钻的恶性事故。,金刚石钻进存在正常规程和临界规程。 在正常规程中，钻头胎体温度正常，功率消耗平稳，同时钻头磨损轻微； 而在临界规程下，钻头胎体温升急剧上升，功率消耗剧增，钻头磨损严重，甚至出现烧钻。 1、胎体温度与钻压和转速的关系 2、功率消耗、机械钻速与钻进规程的关系 3、胎体温度与冲洗液的关系 4、钻头磨损与钻进规程的关系,金刚石钻进的临界规程,金刚石（200-400微米）钻头胎体温度与轴向压力和转速的关系,钻进功率消
11、耗(kw)与轴向压力和转速的关系,用该 钻头钻进花岗岩时,其最高钻速不得超过临界值37mm/min,否则将出现胎体温度剧增的严重后果。,冲洗液泵量对胎体温度和功率消耗的影响,钻头磨损与钻进规程的关系,第二节 绳索取心钻具,一、对绳索取心钻具的技术要求,当内管总成下到外管总成预定位置时，能即时发出到位信号，且内、外管之间的相对位置能够确定。在钻进过程中内管不上窜、下滑；内、外管之间能保证有良好的通水性。 钻进过程中岩心充满内管时，能及时向地表发出堵塞信号。 由于是双管结构，因此应保持内、外管的同心度，以便使岩心顺利进入内管。在提取岩心时能防止内管因受力过大而损坏。 应保证打捞器顺利下入，并将内管
12、总成安全抓提到地面。,二、绳索取心钻具的规格和型号,三、绳索取心钻具的结构和工作原理,打捞机构,1、绞链式矛头机构,该机构由捞矛头、定位卡块、捞矛座等组成。由于捞矛头可在其转动平面内转动180，因在地表吊挂打捞器与内管总成卸岩心可在0土90内转动、变换位置，防止捞矛头从打捞器的捞钩中脱出。,2、弹卡定位机构,它是由弹卡挡头、弹卡板、张簧、弹卡室等零件组成。当内管总成在钻杆柱内下降时，张簧5使弹卡板6向外张开一定角度，并沿钻杆内壁向下滑动。当内管总成到达外管总成中的弹卡室7部位时，弹卡板在张簧的作用下继续向外张开，使两翼贴附在弹卡室的内壁上。由于弹卡室内径较大，而其上端的弹卡挡头内径较小，所以在
13、钻进过程中可防止内管总成上串，达到定位作用。,3、悬挂机构,4、到位报信机构,该机构由复位簧12、阀体13、定位簧14、弹簧19、组成。调节螺堵20、阀堵39、调节圈等零件组成。当内管总成在钻杆柱内由冲洗液向下压送时，阀体的粗径台阶位于定位簧14内，弹簧处于正常状态，阀体在关闭位置，冲洗液由内管总成和钻杆柱的环状间隙流通，如果内管到达外管中的预定位置，内管总成的悬挂环座落在外管中的座环上，把冲洗液的通道完全堵塞，迫使冲洗液改变流向，压缩弹簧，向下推动阀堵，直至阀体的粗径台阶移出定位簧，使阀堵打开，此时，泵压表的压力明显升高(约升高0.51.0MPa)，即表明内管总成已到达预定位置，可以开始扫孔钻进。由于定位弹簧的作用，可以防止阀堵自动关闭。所以，在钻进过程中，冲洗液流经此处几乎不消耗泵压。,根据钻孔深度的不同，通过调节螺堵20，可以改变弹簧的预紧力，以调节泵压的变化范围。,5、岩心堵塞报警机构,该机构由滑套25、轴26、蝶簧27等零件组成。钻进过程中，当发生岩(矿)心堵塞或岩(矿)心装满内管时，岩(矿)心对内管产生的顶推力压缩蝶簧，使滑套向上移动到悬挂接头38的台阶处，将通水孔堵塞，从而造成泵压升高，告诫操作者应停止钻进、捞取岩心。,