第四章-特种取芯方法课件

第四章特种取芯方法

第一节

无泵反循环钻进工艺

第二节

喷射式孔底反循环钻进工艺

第三节

绳索取芯钻进

第四节

反循环连续取芯钻进

第一节无泵反循环钻进工艺Reversecirculationdrillingwithoutpump反循环钻进

全孔反循环局部反循环

气举air-lift泵吸suctionpump射流

jet无泵withoutpump喷射式jet主要优点：避免重复破碎、减轻岩矿芯磨损、提高采取率第一节无泵反循环钻进工艺Reversecirculationdrillingwithoutpump钻进中不用水泵进行冲洗钻孔，而是利用孔内的静水柱压力和上下提动钻具在孔底形成局部反循环而实现冲洗孔底的钻进。一、定义二、应用范围６级以下的松散、怕冲刷的岩矿层；孔深150～200m；干旱缺水地区。第一节无泵反循环钻进工艺Reversecirculationdrillingwithoutpump三、工作原理无泵接头

球阀

岩芯管

取粉管上提钻具时，球阀(3)关闭。

粗径钻具在孔中有类似活塞的抽吸作用，将混有岩粉的冲洗液吸入岩芯管(6)中。迅速下落钻具时，被吸进来的冲洗液在压力作用下，冲开球阀，并从其上的回水口(2)流出，岩粉即沉淀于取粉管中。第一节无泵反循环钻进工艺Reversecirculationdrillingwithoutpump三、工作原理无泵接头

球阀

岩芯管

取粉管反复提动钻具，便可使冲洗液在孔底形成局部反循环，达到清除岩粉、冷却钻头和提高采芯质量的目的。卡取岩芯方法：干钻＋沉淀无泵钻具的结构形式

开口式

闭口式第一节无泵反循环钻进工艺Reversecirculationdrillingwithoutpump四、操作规程无泵接头

球阀

岩芯管

取粉管1．提动频率

软岩：15～25次/min；硬岩：8～15次/min

2．提动高度

软岩：80～100mm；硬岩：50～80mm

3．钻压松散地层：1～2kN；较硬地层：2～4kN

4．转速转速不宜过快，一般100～200r/min

第一节无泵反循环钻进工艺Reversecirculationdrillingwithoutpump五、注意事项无泵接头

球阀

岩芯管

取粉管提慢放快，促进反循环；

控制回次进尺：松散岩层1.0～1.5m破碎岩层0.5～0.7m

第二节喷射式孔底反循环钻进工艺Bottomholepartialjetreversecirculationdrilling

钻进中利用射流泵的工作原理，不必频繁地上下提动钻具，形成孔底局部反循环的一种钻进方法。一、定义二、应用范围７级以上的硬、脆、碎地层和４－６级松软地层；漏水、涌水地层；直孔或斜孔。

第二节喷射式孔底反循环钻进工艺Bottomholepartialjetreversecirculationdrilling

三、喷反钻具结构钻杆

喷嘴

扩散管

返水眼

岩芯管

钻头

出水眼

混合室

喉管

喷反钻具是在一般钻具的基础上增设一个喷反元件。喷反元件通常是由喷嘴、混合室、喉管、扩散管、分水接头等组成。

喷反钻具结构类型分两大类：

弯管型和分水接头型。

第二节喷射式孔底反循环钻进工艺Bottomholepartialjetreversecirculationdrilling

三、喷反钻具结构喷反钻具结构类型分两大类：

弯管型和分水接头型。

第二节喷射式孔底反循环钻进工艺Bottomholepartialjetreversecirculationdrilling

四、工作原理钻杆

喷嘴

扩散管

返水眼

岩芯管

钻头

出水眼

混合室

喉管

当水泵送来的高压冲洗液沿钻杆进入喷嘴，冲洗液以高速（13～30m/s）射入扩散管(5)。

在此高速射流作用下，喷嘴与扩散管所组成的喷射器周围的液体，被射流带走一部分而形成负压区。在压力差的作用下，下部岩芯管(8)中的液体便被抽吸到扩散腔(5)里。

第二节喷射式孔底反循环钻进工艺Bottomholepartialjetreversecirculationdrilling

四、工作原理钻杆

喷嘴

扩散管

返水眼

岩芯管

钻头

出水眼

混合室

喉管

高速液流与吸入的液流在混合室(12)内进行混合，进行能量传递或交换后流入喉管(13)；然后，由喉管流入扩散室，经分水接头排水孔(11)(或弯管)排出。排出的冲洗液一部分在剩余压力作用下，沿钻杆与孔壁的环状间隙返出地面；一部分在负压作用下流向孔底，进入岩芯管内形成孔底反循环，而冲洗孔底。第二节喷射式孔底反循环钻进工艺Bottomholepartialjetreversecirculationdrilling

五、钻进规程及操作注意事项钻杆

喷嘴

扩散管

返水眼

岩芯管

钻头

出水眼

混合室

喉管

钻进规程见讲义。操作注意事项：（１）孔内必须保持清洁，防止烧钻bitburnt或埋钻drillrodburying事故；

（２）下钻离孔底一定距离时，要先开泵冲孔，以防岩粉或残留岩芯residualcore的堵塞coreblockage。第二节喷射式孔底反循环钻进工艺Bottomholepartialjetreversecirculationdrilling

五、钻进规程及操作注意事项钻杆

喷嘴

扩散管

返水眼

岩芯管

钻头

出水眼

混合室

喉管

钻进规程见讲义。操作注意事项：（３）控制回次进尺，硬合金钻进：1.0～1.5m；在破碎地层进行钻粒钻进时，不超过0.4～1.0m；（４）泥浆泵工作状态必须良好

；（５）泥浆粘度不宜过大，应控制在18～23s左右。第三节绳索取芯钻进Wire-linecoredrilling

绳索取芯钻进是不提钻取芯方法之一，在钻进过程中，当内岩芯管装满岩芯或岩芯堵塞时，不需要把孔内全部钻杆提升到地表，而是借助专用的打捞工具用钢丝绳把内岩芯管从钻杆柱内捞取上来。绳索取芯钻进技术上世纪四十年代起源于国外石油取芯钻探。１９５４年推出固体矿产岩芯金刚石绳索取芯钻具。我国于１９７６年完成第一种规格“Ｓ－５６”绳索取芯钻具研制试验，迄今为止已形成较为完整系列，用途日益广泛。第三节绳索取芯钻进Wire-linecoredrilling

一、绳索取芯钻进的优缺点和应用范围

二、绳索取芯钻具的结构和工作原理三、绳索取芯钻进工艺

一、绳索取芯钻进的优缺点和应用范围１、绳索取芯钻进的优缺点２、绳索取芯钻进的应用范围（１）钻孔深度：几十米的浅孔直至千米以上的深孔（２）钻孔角度：00～3600任意方向的钻孔

（３）钻进地层：任意地层二、绳索取芯钻具的结构和工作原理

整套绳索取芯钻具单动双层岩芯管打捞器内管总成

外管总成安全脱卡机构

打捞机构二、绳索取芯钻具的结构和工作原理

外管总成：弹卡挡头(1)、弹卡室(7)、稳定接头(23)(上扩孔器)、外管、下扩孔器、钻头内管总成：捞矛头(2)、弹卡定位(6)(7)、悬挂(21)、到位报信、岩芯堵塞报警、单动、内管保护、调节、扶正、内管、岩芯卡取等机构二、绳索取芯钻具的结构和工作原理１、绞链式矛头机构

由捞矛头、定位卡块、捞矛座组成。

捞矛头二、绳索取芯钻具的结构和工作原理１、绞链式矛头机构

由捞矛头、定位卡块、捞矛座组成。

２、弹卡定位机构

由弹卡挡头、弹卡板、张簧、弹卡室等零件组成。弹卡挡头弹卡板弹卡室张簧二、绳索取芯钻具的结构和工作原理１、绞链式矛头机构

由捞矛头、定位卡块、捞矛座组成。

２、弹卡定位机构

由弹卡挡头、弹卡板、张簧、弹卡室等零件组成。３、悬挂机构由内管总成中的悬挂环(21)和外管总成中的座环(22)组成。

悬挂环座环悬挂环的外径稍大于座环的内径(一般相差0.5～1.0mm)。

二、绳索取芯钻具的结构和工作原理４、到位报信机构

由复位簧(12)、阀体(13)、定位簧(14)、弹簧(19)、调节螺堵(20)、阀堵(39)、调节圈等零件组成。复位簧阀体弹簧阀堵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。悬挂环座环定位簧二、绳索取芯钻具的结构和工作原理４、到位报信机构

由复位簧(12)、阀体(13)、定位簧(14)、弹簧(19)、调节螺堵(20)、阀堵(39)、调节圈等零件组成。复位簧阀体弹簧阀堵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。悬挂环座环二、绳索取芯钻具的结构和工作原理４、到位报信机构

由复位簧(12)、阀体(13)、定位簧(14)、弹簧(19)、调节螺堵(20)、阀堵(39)、调节圈等零件组成。复位簧阀体弹簧阀堵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。悬挂环座环二、绳索取芯钻具的结构和工作原理４、到位报信机构

复位簧阀体弹簧阀堵悬挂环座环此时，泵压表的压力明显升高（约升高5～10atm），表明内管总成已到达预定位置，可以开始扫孔钻进。二、绳索取芯钻具的结构和工作原理４、到位报信机构

复位簧阀体弹簧阀堵悬挂环座环此时，泵压表的压力明显升高（约升高5～10atm），表明内管总成已到达预定位置，可以开始扫孔钻进。捞取岩芯时，打捞器通过捞矛头(2)、回收管(4)和弹性销向上提拉阀体，使阀体的粗径台阶克服定位簧的弹力进入定位簧，并继续向上运动，复位簧受压，直至阀堵超过关闭位置，给冲洗液打开一条下泄通道。二、绳索取芯钻具的结构和工作原理５、岩芯堵塞报警机构

由滑套(25)、轴(26)、蝶簧(21)等零件组成。滑套轴蝶簧钻进过程中，当发生岩矿芯堵塞或岩矿芯装满内管时，岩芯对内管产生的顶推力压缩碟簧，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，遂告诫操作者应停止钻进、捞取岩芯。

二、绳索取芯钻具的结构和工作原理６、单动机构

由两副推力轴承（29、31）实现钻具的单动。

轴承轴承７、内管保护机构弹簧卡簧座８、调节机构

调节螺母

９、扶正机构扶正环

二、绳索取芯钻具的结构和工作原理１０、打捞机构

由打捞钩(1)、打捞钩架(3)、重锤(7)和钢丝绳接头组成。

打捞钩重锤钢丝绳接头１１、安全脱卡机构

采用一根长为1m、内径比重锤稍大的套管进行安全脱卡。三、绳索取芯钻进工艺１、钻头的选择和合理使用

绳索取芯钻头的选择原则与普通双管钻头相同。金刚石质量、胎体性能均要好，与地层适应性好；内、外径补强好。存在排队使用。

三、绳索取芯钻进工艺２、钻进规程参数的特点

钻压：比普通双管钻头要大转速：只要条件允许，应高转速钻进冲洗液量：比普通双管钻进时稍大３、钻进易斜岩层要注意防斜适当控制钻压和转速，并采取相应的防斜措施。三、绳索取芯钻进工艺４、泥浆钻进地层条件允许，应尽量采用清水＋润滑剂lubricant对泥浆性能特殊要求：泥浆粘度低、比重小、沉砂快、流动性好又具有防塌能力。不分散低固相泥浆Low-solidnon-dispersedmud

无固相冲洗液Non-claydrillingmud

聚丙烯酰胺类泥浆PAMKP共聚物泥浆聚丙烯酰胺冲洗液KHm、CMC水玻璃冲洗液waterglass

三、绳索取芯钻进工艺５、操作注意事项

避免打“单管”现象

提钻时，应先打捞内管；下钻时，应先下外管，再投内管。

第四节反循环连续取芯钻进（CSR）

centersamplerecovery

反循环连续取芯钻探技术是一种不提钻、利用不同的循环介质把岩芯（或岩屑）经钻杆的中心通道连续不断地输送到地表