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金剛石鉆進中的註意事項

金剛石鉆探工作的主要特點是提高鉆頭的速度。金剛石硬度高、強度大、耐磨性好、導熱性好,這是它的優勢。這些優勢決定了它可以承受高速運轉的沖擊。但是,由於金剛石顆粒較小,即使是表面安裝的鉆頭,其切削刃也較小,切入巖石的深度也較小,因此每轉的巖石碎片量也較小。在鉆孔中,能否發揮金剛石的優勢,提高鉆孔效率,取決於鉆孔時能否提高轉速。影響金剛石鉆進速度提高的因素很多,而且金剛石鉆頭價格昂貴,鉆進要按規則進行。

(1)鉆孔

(1)下鉆具前,要嚴格檢查絲扣連接是否合格,泄漏情況是否良好,使用的輔助工具是否安全可靠。如果發現問題,必須及時處理。

(2)當井下鉆具觸及孔底0.3~0.5m時,要先開泥漿泵打眼,待鉆井液循環正常後,再慢慢下放鉆具至井底。

(3)當鉆具觸及孔底時,不得開動鉆具,禁止暫停鉆具轉動。啟動鉆井開始時,鉆具應在輕壓下平穩啟動。

(4)當井內鉆具的總質量超過正常的WOB參數值時,在任何情況下都不允許將該質量全部加在鉆頭上。因此,在鉆具下到孔底之前,應先稱重,再決定是帶壓鉆孔還是減壓鉆孔。

(5)下壹次鉆孔開始時,輕壓慢轉3 ~ 5min,待孔底正常後,再用正常技術參數鉆孔。

(6)每次鉆孔時,最好由同壹人進行船上操作,以便更好地掌握孔內情況。正常鉆進時,不要隨意改變鉆進技術參數,不要無故提起鉆具。

(7)註意隨時保證鉆頭的及時冷卻。鉆具接頭除保證泥漿泵正常運轉外,還應裝密封圈或繞油線,塗絲扣油,防止接頭泄漏,保證鉆井液全部流過孔底。

(8)保持孔底清潔。當孔底巖粉累計厚度超過0.2m時,必須停鉆沖洗。

(9)當孔底有胎體碎片、脫粒後的金剛石或其他金屬碎片時,必須清理幹凈後,才允許下入金剛石鉆頭鉆進。

(10)當孔底有殘留或掉落的巖心時,需要使用硬質合金鉆頭或專用工具進行掃孔或打撈。不允許用金剛石鉆頭掃孔或打撈巖心。

(11)正常鉆進時,船上操作人員必須精神集中,時刻註意進尺速度、返漿、泵壓、耗電量、機器聲音等。如發現異常變化,應立即檢查,情況不明不得強行鉆孔。

(12)為了更好地掌握孔內情況,鉆進過程中應每隔5 ~ 6 min測量壹次進尺,並記錄在現場記錄板上,繪制進尺統計曲線(圖10-3),以便根據曲線的變化更好地判斷孔底情況。

(13)異常情況分析:

a當進尺未達到,泵壓升高,功率降低時,可以判斷巖心被堵塞。稍微提起鉆具,上下移動幾分鐘,然後繼續鉆進。如果沒有效果,應立即提起鉆具進行處理。

圖10-3進尺曲線

b .當鉆速下降,功率突然增大時,可以判斷鉆井技術參數已達到臨界值,必須降低轉速或WOB,以防燒傷。

c .當泵壓突然下降,功率下降,進尺不增加時,可判斷孔內鉆具斷了或起下鉆了。先上提鉆具試重,確認後再上提鉆具處理。

d當機械鉆速急劇下降,泵壓和功率增大時,可以判斷為燒損。首先,將鉆具提離孔底,鉆空。如果沒有效果,必須提起鉆具進行處理。

(2)提升或下放鉆具

(1)下鉆前組裝鉆具或提鉆後拆卸鉆具時,使用專用自由鉗擰緊和卸下鉆具。不允許使用牙鉗,以免鉆具被擠壓變形。

(2)上卸鉆頭和鉸刀時,嚴禁將上卸工具夾在金剛石或胎體上,以防金剛石或胎體被壓碎或破裂。

(3)提升、下放或移動鉆具時,不允許猛烈提升或釋放鉆具。由於鉆具直徑小,壁薄(尤其是繩索取心鉆具),強度低,在突然提放時,鉆具可能因受力不均而彎曲。

(4)嚴禁快速下放鉆具,以防碰撞孔壁損壞鉆頭。鉆孔時,如果進給速度過快,很容易損壞鉆頭。

(5)提升鉆具時,速度不允許過快,以防巖心脫落或孔壁坍塌。

(6)若擬使用的鉆具暫時不使用,應清洗、幹燥、上油並妥善保管,特別是鉆頭、擴孔器和雙層芯管,應加強再利用。

(7)每次起下鉆後,仔細檢查鉆頭磨損情況、卡簧與卡簧座的配合關系、鉆頭內臺階和內徑、巖心情況等。,從而判斷井內是否有異常現象,確定下壹次起下鉆要選用的鉆具和鉆井技術參數。每次鉆孔都要總結經驗,不斷提高操作技術水平,努力提高鉆孔效率。

(8)提升鉆具時,由於孔壁間隙小,容易形成嚴重的吸力效應,導致孔壁坍塌。除降低提升速度外,還應由外向內回註鉆井液,以保持孔內液柱壓力平衡。

(3)鉆孔過程中的振動預防

如前所述,要達到高的鉆削效率,就必須采用高轉速,這是金剛石鉆削達到高效率的前提。從金剛石特性的優勢分析,如果鉆頭選擇合理,鉆井作業工藝得當,完全可以適應高速作業。

然而,當鉆具高速旋轉時,必然會產生軸向振動和徑向振動。而且轉速越高,震動越嚴重。

鉆具的振動現象不利於穩定鉆進。它會折斷巖心,損壞鉆具,甚至損壞金剛石鉆頭。因此,在鉆進過程中必須采取各種防振或減振措施,以保證鉆具的穩定性,達到高速鉆進的目的。

此外,如鉆桿彎曲、鉆孔結構設計不合理、鉆孔技術參數選擇不當、機械設備技術狀況差、巖層破碎、孔壁不穩定等。,都會引起鉆具的振動。為了防止或減少振動,可以采取以下措施。

1.安裝壹個穩定的接頭以防止振動。

組裝孔內鉆具時,在不同位置安裝特殊接頭,可以穩定孔內鉆具,減少鉆具振動。有兩種類型的穩定關節。

(1)鉆桿穩定接頭:在井內組裝鉆柱時,每隔壹段時間用穩定接頭替換普通接頭,以引導鉆桿並保持其穩定。其結構如圖10-4所示。

圖10-4鉆桿穩定接頭

接頭中間部位加工成凹槽,橡膠柱嵌在凹槽內(圖10-4a),稱為橡膠柱接頭;當橡膠圈嵌入凹槽時,橡膠圈接頭稱為橡膠圈接頭(圖10-4b)。

橡膠柱或橡膠圈的自由外徑大於鉆桿接頭(如圖剖面所示),但小於鉆頭外徑0.5 ~ 1.0 mm..由於橡膠具有彈性,可以自由膨脹和收縮,鉆進時可以減小鉆桿與孔壁之間的間隙,起到導向和穩定鉆桿的作用,達到防振和減振的效果。膠柱接頭與每個膠柱之間有間隙,便於鉆井液循環。在橡膠圈接頭中,接頭內壁加工有縱向凹槽。橡膠圈嵌入後,凹槽仍然是連通的,鉆井液可以沿著這個凹槽通過。在應用中,每4 ~ 5根鉆桿之間可以連接壹個穩定的接頭。

(2)芯管穩定接頭:芯管穩定接頭也叫穩定變徑接頭(圖10-5和圖10-6)。

圖10-5帶螺旋水箱的穩定接頭

圖10-6硬質合金薄板的穩定連接

帶螺旋水箱的穩定接頭是在加工芯管接頭時,將其外徑增大到與擴孔器相同,並在其外壁開壹個螺旋槽,以利於鉆井液的循環。

鑲嵌硬質合金片的穩定接頭是將硬質合金片交錯排列鑲嵌在普通芯管接頭的外壁上,使合金片露出的外徑與擴孔器的外徑相當。合金板之間的間隙可以流過鉆井液。使用時,可減小孔壁與接頭之間的間隙,扶正並穩定芯管,達到防振減震的效果。

(3)擴孔器:組裝鉆具時,如果使用的大直徑鉆具較長,可在外芯管中間加擴孔器。根據芯管的長度,可以確定增加的鉸刀數量。這樣也可以達到穩定鉆具、減振、防振的效果。

2.緩沖器

在金剛石鉆進中,除了使用穩定的接頭來防止振動和震動外,還可以使用專制減震器來減少振動和震動。目前,這種專用工具有很多種,下面簡單介紹其中兩種。

(1)縱向(軸向)孔底減震器:這種減震器可以用來減小(或防止)鉆具的軸向振動(圖10-7)。

圖10-7 T56孔底減震器

T-56孔底減震器的基本工作原理是:變徑接頭1的上部與鉆柱連接,花鍵軸7的下端與芯管變徑接頭連接,上部通過螺母6可推動碟簧5縱向伸縮。在鉆孔過程中,花鍵軸套筒8通過外管4用異徑接頭1傳遞壓力和扭矩。橡膠密封圈3用於防止鉆井液流入花鍵軸套,以保證減震器的正常工作狀態。

鉆孔過程中,當鉆具縱向振動時,花鍵軸的向上運動壓縮碟形彈簧,減小鉆具的跳動力,使鉆具保持穩定狀態。

(2)扭轉和縱向減振器:這種減振器的基本結構如圖10-8所示。其基本工作原理是上端與鉆柱連接,下變徑接頭6與芯管連接,花鍵軸1可在花鍵軸套筒4內縱向自由移動,並有壹定的伸縮間隙。金屬墊圈2壓縮橡膠墊圈3,並且鉆具的縱向振動力由於橡膠的彈性而減小。橡膠銷5的彈性減小了扭轉振動力。

圖10-8用於減少縱向和扭轉振動的減震器

使用這種減震器可以提高穿透率;可以延長鉆頭使用壽命。

3.潤滑劑減振

由於結構復雜,加工和維護不方便,上述減震器很難推廣使用。目前,為了解決金剛石鉆削的減振問題,積極推廣潤滑劑減振方法。這種方法主要是通過潤滑劑來減少或消除鉆具與孔壁之間的摩擦阻力,從而減少鉆具的振動。實踐證明,這種方法是有效的,可以大大提高鉆井效率,延長鉆頭壽命,減少金剛石的磨損,減少水泵和鉆具的損壞。因此,目前潤滑劑已經成為金剛石鉆探的必備材料。

鉆井用潤滑劑有很多種。但總結起來,可以分為兩類。

(1)脂狀潤滑劑:脂狀潤滑劑具有粘性,呈油脂狀,可塗於鉆具表面起潤滑和減振作用。要求防振潤滑劑具有良好的潤滑性,能有效附著在鉆具表面和孔壁上,不怕沖刷和鉆進,有足夠的粘度,能形成抗沖擊載荷和減振的彈性層,化學性質穩定,不腐蝕鉆具,不與其他化學處理劑發生反應,溫度穩定性好,具有壹定的護壁和防漏功能。

(2)防振乳化器:在水密無水的巖層中鉆孔時,可以使用防振乳化器。也是潤滑劑,乳白色,粘稠。鉆井時,將其與鉆井液按比例混合即可使用。可以使用清水和泥漿鉆井。它由石油加工和化學工業的下腳料制成,如環烷酸皂、氧化石蠟、肥皂生產的潷水器殘渣、皮革生產的乳濁液糊、水油乳化劑等。

這些乳化劑在處理鉆井液方面有很好的效果,並有顯著的抗振效果。它能有效提高鉆井效率,延長鉆頭壽命。