液动冲击回转钻进工艺在独山县边坡锑矿的应用

液动冲击回转钻进工艺在独山县边坡锑矿的应用

1心回转钻进工艺独山县山坡上的锑矿是东山东峰锑矿的替代品。该区设计钻孔6个,孔深为400600m,终孔口径为75mm。起初选用XY-4钻机配BW250型泥浆泵进场施工,采用金刚石绳索取心回转钻进工艺。在施工过程中,上部软质岩石施工正常,当进入中细粒石英砂岩后(孔深50m),由于岩石坚硬,可钻性高(9-11级),钻头在孔底“打滑”,钻进不“走”,钻进效率低,钻探成本高,施工周期长。后来,经过综合分析研究,认为“打滑”的原因是钻头在刻取岩石时只是单一的切削,硬磨而打滑,因此,决定在钻孔的施工途中改用液动冲击回转钻进工艺,使钻头在刻取岩石时起到破碎和切削的双重作用,解决了“打滑”问题。在后期施工钻孔中应用,取得了理想的效果,经济有效、技术可行,为未来相似施工条件积累了经验,具一定的现实意义。2地层及岩石学特征矿区位于扬子准地台与华南褶皱带接触带西缘,次级黔南台陷带构造带南东。出露地层为:上寒武统三都组、下奥陶统锅塘组、中奥陶统十字铺组、中泥盆统龙洞水组。该区钻孔所遇岩石主要有:浮土、石英砂岩、泥质砂岩、砂质页岩含砾砂岩、灰岩、白云岩及白云质灰岩。岩层倾角多在20度左右、局部较陡达4060°,矿体产于断裂带中产出。含矿断裂带上盘地层主要为中细粒石英砂岩,岩石坚硬致密,可钻性7-9级,局部达11级,强研磨性。3使用液体动力类型和主要施工设备3.1冲锤冲击循环复位SYZX75绳索取心液动冲击回转钻具。其冲击过程是:将冲击器连同内管总成一道投入钻杆柱内,在内管总承未坐到花键轴上时,在内管总承重量作用下,下接头以下部分向下滑动,六方套与下接头之间拉开一定的距离,冲锤与阀脱开,冲洗液畅通,冲击器不工作。当下接头坐在花键轴上时,六方套压紧在下接头上,冲锤相对上移与阀接触,关闭液流形成水锤增压,在此压力作用下,阀与冲锤一起加速下行,阀运行至限制坐后停止运行。此时阀与冲锤脱开泵压下降,阀在阀簧作用下复位,液流畅通孔底,冲锤则依靠惯性继续下行,并压缩锤簧冲击铁砧,完成一次冲击。冲击后由于锤簧弹力及铁砧的反弹力,使冲锤向上运动又与阀接触,关闭液流通路,高压腔内又形成水锤增压,第二次冲击开始,如此循环周而复始。加上钻杆的回转,实现冲击回转作用。3.2冲击强度该冲击器要求钻机具有一定的回转速度范围,以适应冲击回转钻进相对较低转速,(80500r/min)减少钻头的磨损;XY-4钻机转速调节范围大,能满足此要求,故延用。3.3孔口冲击回转钻进泵是冲击器的主要动力源,为确保冲击器有效地工作,提供足够的泵量和泵压。绳索取心冲击回转钻进所需的泵量和泵压比一般绳索取心回转钻进高,Φ75口径泵量不低于60L/min;泵压则是以满足液动潜孔锤冲击回转钻进的泵压需要(25MPa);并应配备具有抗震性能的压力表,以便及时掌握液动潜孔锤在孔内工作情况。起初使用的BW250泥浆泵可满足要求,故仍延用。4采用的钻孔技术4.1进状态时花键轴与花键套端面垂直钻压以能满足液动潜孔锤工作的基本条件:确保钻进状态时液动锤的花键轴与花键套端面闭合,使液动潜孔锤处于有效工作状态为前提。基本与回转钻进相同或略低,一般为6001000KN。4.2液动潜孔锤钻进转速要以钻头的底唇面与冲击频率及冲击功等综合考虑。通常钻头的底唇面较大、冲击频率较高、冲击功较大时的转速可以高一些,反之则应该适当减小。一般情况下,液动潜孔锤回转钻进通常要比常规回转钻进时的转速低20%左右,即500600r/min为宜。过分提高转速,对提高钻进效率没有太大的意义,反而加剧对钻头的磨损。4.3冲击功与泵压指标液动潜孔锤的泵量适用范围可以进行调节,一般以80120L/min为宜,流量越大泵压越高,液动潜孔锤的冲击功和冲击频率也越高;而泵压则是通过在适应孔内其它钻进因素要求的情况下的值,并随着孔深的增加,同样的地层钻进所需的冲击功也会增加,一般掌握在23MPa为宜。如果液动潜孔锤的泵压过高超过了钻具的安全使用要求,就会造成地表设备(高压交管等)因负荷过重损坏而经常维修。5操作程序和技术要求5.1液动潜孔锤孔口试冲试验(1)对钻具的组装进行严格的检查,确保零件的正确组装;(2)在下井前对钻具各部分的连接螺纹按照要求上紧,防止螺纹上扣扭矩不足导致钻具螺纹断裂事故;(3)下井前应对液动潜孔锤进行孔口试冲试验,确保液动潜孔锤工作状态良好。(孔口试冲试验就是将液动潜孔锤与主动钻杆接好,在液动潜孔锤上施加适量的钻压,然后开泵送入推荐下限需泵量,这时液动潜孔锤的工作应该正常启动工作,然后逐步加大泵量并保证泵压在正常范围之内,同时还应该在此状态下将钻具上提和下放2次以上,以试验液动潜孔锤的启动性能和防空打机构的灵活性)。5.2液动潜孔锤扫孔(1)避免钻具长期处于悬吊状态冲孔,防止岩粉在活塞间隙的沉积而形成阻卡;(2)扫孔操作时,应该尽量减小钻压,防止液动潜孔锤冲击工作对孔壁造成伤害和孔内事故;(3)同时可采用较小的泵量,让破碎下来的岩屑落入井底。5.3液动潜孔锤+孔压(1)每次下钻后,在钻头磨合阶段,应该确保此时的钻压小于液动潜孔锤启动工作所需钻压,使液动潜孔锤处于不工作状态,防止冲击导致钻头的损伤;(2)钻头磨合时间应该尽量短,以防止钻具内部活塞部位积砂;(3)开始进行正常钻进时,对钻压的加载速度应该尽量地快,以便液动潜孔锤启动;(4)液动潜孔锤启动后,泵压将指向正常值,否则说明钻具没有启动,应将钻具提离井底后,再次放到井底加压到正常值;(5)如果反复多次仍然无法确保液动潜孔锤的启动工作,应及时起钻检查;(6)泵压突然下降或上升,都表明孔内工具出现了异常问题,也就是说液动潜孔锤可能出现了问题,应该及时尽快做出反应,避免形成井下事故;(7)为保护金刚石钻头和钻杆的磨损,钻进过程中尽量采用PHP优质无固相泥浆+乳状液作冲洗液,保证孔内返水,以利润滑钻具和携带岩粉;(8)根据岩石特征和孔内情况,合理选用金刚石钻头,一般情况下选用胎体硬度为HPC30左右,金刚石浓度100%,金刚石粒度为4060目电镀金刚石钻头为宜。5.4液动潜孔锤更换、装配(1)钻具提出钻孔后,都应该对液动潜孔锤内部零件进行清洗和检查。清洗的目的是防止钻具内的泥浆失水后形成的泥皮在液动潜孔锤内固结,造成零件拆卸困难。观察的重点是密封活塞部位、外管及接头连接扣、冲锤、上阀等零件,对已经出现严重磨损、冲蚀、变形的零件要及时进行更换,避免液动潜孔锤再次下井后出现不能正常工作的情况,或者引起孔内事故。必要时应该对液动潜孔锤的连接螺纹进行探伤检查;(2)液动潜孔锤搬运及拆卸过程中,避免外力对管体的冲击,使外管变形造成内部零件拆卸困难和运动卡阻,拆卸时使用套管自由钳;(3)与冲锤用锥配合连接的上下活塞,在经过一段时间使用后,需要更换时,用榔头轻轻敲打锥配合部分(注意让冲锤处于自由状态),即可使上下活塞退出,然后更换上新的。处于上活塞密封套下端和处于传功座与下缸套之间的调节垫是在使用磨损出现纵向尺寸变化后使用。6壁厚单位面积压力采用绳索取心冲击回转钻进,由于改变了破岩方式,克服了普通绳索取心钻进由于钻头壁厚单位面积上压力小而导致钻进速度(特别是坚硬“打滑”地层)降低的缺点,有效地防止了岩心堵塞,通过实际应用,台月效率,小时效率等各项指标都得到了大幅度的提高,钻探直接成本也明显下降(见表1)。岩矿心采取率大于80%,钻孔质量好。7泥浆泵施工组护壁布(1)绳索取心式液动冲击回转钻进工艺使用的设备、金刚石钻头等均与常规金刚石绳索取心钻进方法工艺基本相同,均属钻探常规配套设备,不需增加其它设备和工具,投资少,操作方法也基本相同,易于使用;(2)可利用泥浆泵为动力源,应用泥浆施工,护壁效果好;(3)金刚石绳索取心液动冲击回转钻具在原单一的回转的基础上增加了冲击功能,对刻取坚硬岩石及“打