深孔鉆進(jìn)設(shè)備選擇的技術(shù)分析

沈建 張定國 張禮

摘?要：隨著鉆孔深度的增加，從設(shè)備到鉆探工藝都產(chǎn)生了一系列新問題，擬就深孔鉆探經(jīng)常遇到的關(guān)鍵問題，如鉆探設(shè)備選擇、液動錘鉆進(jìn)特點(diǎn)、定向鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展等，提出一些應(yīng)當(dāng)引起注意的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：引言;深孔鉆探設(shè)備選擇;液動錘鉆進(jìn)特點(diǎn);定向鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展

【中圖分類號】TG53??【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A?【文章編號】1674-3733（2020）18-0180-01

1?引言

隨著孔深的增加，從設(shè)備到鉆探工藝都產(chǎn)生了一系列新問題。在解決這些問題的過程中，各地創(chuàng)造了很多好的經(jīng)驗(yàn)，但是也有一些單位由于技術(shù)措施單一，經(jīng)濟(jì)效益比較差，甚至對技術(shù)難題準(zhǔn)備不足而走了彎路。本文擬就深孔鉆探經(jīng)常遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題，提出一些建議與同行共同分析討論。

2?深孔鉆探設(shè)備選擇

深孔鉆進(jìn)施工最終的目標(biāo)是：高效、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、安全。此目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，與采用的鉆進(jìn)裝備和工藝密切相關(guān)。因此，欲獲得最佳的鉆進(jìn)效果，必須深入研究鉆進(jìn)裝備和鉆進(jìn)工藝及其對鉆進(jìn)施工效果的影響。

2.1?深孔鉆機(jī)選擇原則。

（1）鉆機(jī)具有多功能。必須考慮鉆機(jī)的載荷能力和回轉(zhuǎn)特性，既滿足硬巖取心鉆進(jìn)的高轉(zhuǎn)速要求，又滿足大直徑全面鉆進(jìn)的低轉(zhuǎn)速和大扭矩要求。

（2）施工效率高。

（3）處理孔內(nèi)復(fù)雜情況能力強(qiáng)。

（4）操作控制性能和安全性能好。

（5）購置成本低。

（6）節(jié)能性好，運(yùn)行和維護(hù)成本低。

2.2?深孔鉆機(jī)評價(jià)指標(biāo)。

我國1500m—3000m左右的地質(zhì)巖心鉆探多采用XY-5、XY-6或XY-8型立軸式鉆機(jī)，近年來有一批國產(chǎn)的深孔鉆機(jī)出現(xiàn)在市場，如XDL-3000?型全液壓動力頭式巖心鉆機(jī)、YD-2200型帶塔液壓動力頭鉆機(jī)、KZ3000型全液壓頂驅(qū)鉆機(jī)、KZ30DB型和XD35DB交流變頻頂驅(qū)鉆機(jī)、XY-8DB型交流變頻立軸鉆機(jī)。

現(xiàn)有的深孔鉆機(jī)，既有優(yōu)點(diǎn)、又有缺點(diǎn)。簡單地對不同的鉆機(jī)進(jìn)行對比介紹，很難全面和準(zhǔn)確地描述其特點(diǎn)。因此有必要建立一套深孔鉆機(jī)的評價(jià)辦法，用于對深孔鉆機(jī)進(jìn)行全面和綜合性的評價(jià)，深孔鉆機(jī)評價(jià)指標(biāo)體系包括：

（1）深孔鉆機(jī)的鉆進(jìn)特性。

A.工藝適應(yīng)性：轉(zhuǎn)速范圍寬、調(diào)節(jié)方便，適合于多種工藝方法和鉆孔條件。

B.給進(jìn)行程：給進(jìn)行程長，有利于提高回次鉆速、回次長度和巖心采取率。

C.淺孔加壓能力：可實(shí)現(xiàn)淺孔加壓，以保證淺孔段機(jī)械鉆速。

D.鉆進(jìn)平穩(wěn)性：鉆進(jìn)平穩(wěn)，有利于提高巖心采取率和鉆頭壽命。

（2）深孔鉆機(jī)的起下鉆特性。

A.立根長度：立根長，減少接卸鉆桿次數(shù)和輔助時間。

B.鉆具升降速度：升降鉆具速度快。

C.加接單根：加接單根程序簡單，用時少。

（3）深孔鉆機(jī)的安全施工特性。

A.起鉆防碰：具有起鉆防碰措施，降低游動滑車碰撞天車的風(fēng)險(xiǎn)。

B.下鉆防砸：具有下鉆防砸措施，降低提引裝置砸孔口的風(fēng)險(xiǎn)。

C.下鉆制動：下鉆制動措施可靠性高、效果好。

D.極限扭矩限制：具有限扭保護(hù)措施，防止鉆具被扭斷。

（4）深孔鉆機(jī)處理事故。

A.過載能力：鉆機(jī)過載能力強(qiáng)，能在短時間內(nèi)輸出較高的提升力和扭矩。

B.輸出特性：能在轉(zhuǎn)速很低的情況下輸出大扭矩，滿足處理孔內(nèi)事故要求。

C.加接鉆桿位置：能在任意位置接鉆桿，有利于處理復(fù)雜情況。

D.掃孔行程：掃孔行程長，有利于復(fù)雜地層鉆進(jìn)。

（5）深孔鉆機(jī)的使用特性。

A.可靠性：鉆機(jī)零部件使用壽命長，鉆機(jī)故障少。

B.操控性：鉆機(jī)操作控制以及鉆進(jìn)參數(shù)的調(diào)節(jié)容易。

C.鉆進(jìn)參數(shù)：采集、顯示和保存測量和顯示的鉆進(jìn)參數(shù)齊全、準(zhǔn)確，易讀，可保存或遠(yuǎn)傳。

D.文明施工條件：鉆機(jī)操作人員在較好的條件下施工。

E.環(huán)境友好性：對環(huán)境污染小。

綜合以上特性交流變頻電驅(qū)動頂驅(qū)鉆機(jī)能夠深孔鉆進(jìn)，施工高效、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、安全。

2.3?頂驅(qū)鉆機(jī)的主要特點(diǎn)。

（1）頂驅(qū)裝置自帶背鉗，可以在任意位置加接鉆桿。

（2）頂驅(qū)鉆機(jī)帶著頂驅(qū)和水龍頭起下鉆，遇到復(fù)雜情況時能快速地建立起回轉(zhuǎn)和循環(huán)。

（3）頂驅(qū)鉆機(jī)可接立根鉆進(jìn)，給進(jìn)行程長。

2.4?交流變頻頂驅(qū)鉆機(jī)的主要特點(diǎn)。

（1）鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤可實(shí)現(xiàn)無級變速，調(diào)速范圍寬;能以極低的速度恒扭矩輸出，對處理井內(nèi)事故、側(cè)鉆等作業(yè)十分有利。

（2）電動機(jī)的短時增矩倍數(shù)達(dá)1.15-2，大大提高了鉆機(jī)的提升能力和處理事故的能力。

（3）由于具有恒功率寬調(diào)速特性，故可大大簡化鉆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

（4）具有轉(zhuǎn)盤扭矩限制功能，可防止鉆具或機(jī)件扭斷。

（5）負(fù)載功率因素高，接近于1，具有軟起動性能，可降低供電電源的容量。

（6）可在帶載情況下平穩(wěn)啟動、制動和調(diào)速;在下鉆時，可實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)能量反饋，節(jié)約能源。

液動錘的優(yōu)點(diǎn)是能提高機(jī)械鉆速，提高巖心采取率，提高鉆頭壽命，減輕孔斜。液動錘繩索取心鉆進(jìn)是一種高效、?優(yōu)質(zhì)和低成本的鉆進(jìn)方法，應(yīng)該得到大力推廣應(yīng)用。缺點(diǎn)是泥漿中的巖粉容易導(dǎo)致液動錘鉆具發(fā)生阻卡而工作異常，或者過早磨耗導(dǎo)致壽命降低，建議采用離心機(jī)控制固相含量。

4?定向鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展

定向鉆進(jìn)的主要作用如下：

4.1?糾斜作用。

鉆孔深度加大后，孔斜超標(biāo)的幾率加大，對于詳查階段的鉆探施工更是如此，糾斜在深孔取心鉆進(jìn)施工已經(jīng)成為常見的問題。

4.2?繞障作用。

采用側(cè)鉆繞障避開孔內(nèi)事故鉆具，可大大縮短事故處理時間，使鉆孔免于報(bào)廢。

4.3?分支作用。

鉆多分支孔改善施工經(jīng)濟(jì)性。在一個鉆孔中施工多分支孔，可減少鉆機(jī)搬遷和勘探鉆進(jìn)的進(jìn)尺，降低勘探成本。

定向鉆進(jìn)技術(shù)是石油鉆井技術(shù)中發(fā)展得最快的技術(shù)，由螺桿馬達(dá)+彎外管定向鉆進(jìn)（有纜隨鉆測量）發(fā)展到導(dǎo)向鉆進(jìn)（無纜隨鉆測量+螺桿馬達(dá)+彎外管定向鉆進(jìn)+復(fù)合鉆進(jìn)），再進(jìn)一步發(fā)展到自動控制定向鉆進(jìn)（孔底閉環(huán)鉆進(jìn)）。

由于地質(zhì)鉆探的鉆孔直徑小，研制定向鉆進(jìn)器具的難度大，因此地質(zhì)鉆探的定向鉆進(jìn)技術(shù)比石油鉆井的要落后，現(xiàn)在主要采用螺桿馬達(dá)+彎外管+有纜隨鉆測量定向鉆進(jìn)方法和連續(xù)造斜器定向鉆進(jìn)方?法。地質(zhì)鉆探的定向鉆進(jìn)技術(shù)要想得到進(jìn)一步發(fā)展，首先需要解決小直徑無電纜隨鉆測量（MWD）的問題，無電纜隨鉆測量問題解決后，才可能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)。

5?結(jié)語

深孔鉆探是高難度和高成本的施工。深孔鉆探設(shè)備的選擇、液動錘鉆進(jìn)技術(shù)和定向鉆進(jìn)等。必須針對這些關(guān)鍵技術(shù)問題開展技術(shù)研發(fā)，使影響深孔取心鉆進(jìn)的所有因素得到優(yōu)化，才能獲得最佳的深孔取心鉆探施工效果。

參考文獻(xiàn)

[1]何宜章，國內(nèi)外地質(zhì)巖心鉆機(jī)概況，巖土鉆鑿設(shè)備產(chǎn)品指南，2000年.

[2]萬長偉、李繼峰，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)（第五章），地質(zhì)勘探與鉆探找礦新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)手冊，2012年.