分压式孔底局部反循环钻具设计.pdf

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1、第26卷第3期有色矿冶Vo1．26．№32010年6月N0N—FERROUSMININGANDMETALLURGYJune2010文章编号：lOO7—967x(2OlO)03一oo16—04分压式孑L底局部反循环钻具设计林立，张明科，王胜奎(沈阳地球物理勘察院，辽宁沈阳110121)摘要：在破碎地层中进行金刚石钻探，普遍存在有岩芯采取率不足的问题。本文通过对普通单动双管钻具的分水接头、卡簧、卡簧座、及钻头水路的改进，从而改变钻具内外环空间隙，强迫冲洗液在孔底形成分流，造成孔底局部反循环。利用内循环冲洗液对岩芯的浮托力，使岩芯顺利进入岩芯管上部，消除了钻头人El处挤压的岩芯，从

2、而保证岩心采取率。关键词：金刚石钻探；破碎地层；分压式孔底局部反循环钻具中图分类号：TU753．65文献标识码：B2．2过钻头水口1概述经钻具于孔壁之间的环状间隙上返，起到清除小口径金刚石钻进在破碎地层中堵心频繁而引岩粉和冷却钻头的作用。起的回次长度短、钻头寿命低及取心困难等问题，直分反钻进的基本特点是：接影响着钻进效率，钻孔质量和钻探成本，是小口径(1)孔底正反循环液流压力相等，同步上返；金刚石钻探急需解决的技术关键问题之一。(2)内返液流量大于外返液流量；为了提高破碎地层钻进的技术经济效果，满足(3)钻进过程产生的岩屑大部份随冲洗液从内生产实际的迫切要求和为取心工具的技术

3、储备，我管上返。粗颗粒岩屑(从返水孔不能排出的)则浮们以防止堵心为突破口，在对内蒙乌兰达坝破碎地集于内管的上部空间；层存在的钻进工艺问题和岩性特点连行调查分析的(4)碎块岩心或较短的柱状岩心应可被冲洗液基础上。经过反复研究、计算、改进，目前，己完成了浮起；“分压式孔底局部反循环单动双管钻具”的设计工(5)基于返水孔与钻杆外环空间贯通，钻具不作，此套钻具适用于回次短，取心困难的破碎地层钻存在“活塞效应”，升降钻具时的抽吸和激动压力均进，结构简单，加工容易，使用方便。减轻。2工作原理3设计指导依据分反钻具具有普通单动双管和孔底局部反循环影响小口径金刚石钻进效率和回次长度的关键的功

4、用，其结构与普双钻具类似，但单动双管接头，因素是岩心堵塞，而岩心堵塞又主要是由破碎岩心、卡簧座系统和钻头的水路结构自有特点。其水流分粗粒岩屑在重力作用下沉落于内管下端(多发生在布如下：钻进时，冲洗液经分水接头的3个送水孔，卡簧座与短节处)所引起的。使岩心进入内管受进入内外管之问的环状间隙，流至孔底，由于内外管阻，中断回次进程。因此，要解决破碎地层的取心问上返水路的过水断面积从结构参数上有比例限制，题，关键在于有效预防堵心。因而冲洗液在上返时的阻力就有差别，迫使它在卡目前，比较简单可行的方法是利用冲洗液的反簧座底端产生分流。即分成内外两路上返。向循环，对岩心产生举力，使破碎岩心

5、处于浮动状2．1过卡簧底座切口进入内管态，从而防止或延缓岩心堵塞，这是公认的预防堵心经活动内管接头中心孔、分水接头的三个返水的有效方法之一，同时要提高岩矿心采取率，首先也孔与外返液流汇合，同时上返冲洗液通过内管时可必须在钻进过程中有效地保护岩心，实践证明，只有携带一部分岩屑，能浮动小块岩心，延缓或防止堵使岩矿心呈悬浮状态才能防止它们互相挤夹和磨心，并能保护岩心(减少自磨)。损；能够形成孔底局部反循环的有喷返钻具，但其内收稿日期：2010—03—03作者简介：林立(1965一)，男，学士，探矿工程高级工程师，从事探矿工程及岩土工程设计及生产工作。第3期林立等：分压式孔底局部反循

6、环钻具设计l7返流量受到钻具抽吸负压(小于1个大气压)的限分水接头外径为58mm，可安装60mm钻具，制，使用范围和效果均受影响，且零件加工精度和装此分水接头，是在普双的异径接手基础上，稍加改动配间隙都要求严格，须经常检查调整，操作不便，不而成的。利于推广。(1)在接头体内均布六个08mm水孔，其中三根据上述情况分析，并翻阅参考国内外有关资个进水孔，三个返水孔，相互交叉，冲洗液通过三个料，我们认为，接现有水泵的性能，在保证冲洗液冷送水孔进入内外管间隙，而内返上来的冲洗液则通却钻头，清除岩粉的前提下，尽量加大内管返水量，过三个返水孔排至孔壁间隙中，与外返液汇合；使其举力能满足浮

7、动破碎和短柱状岩心的需要，但(2)为了减少返水通道的局部压头损失，三个究竟内返水量多大时才合适，目前，由于试验设备和返水孔均与轴线成20。交角的斜孔，且在出口处加测试手段的限制，只能根据一些相关公式进行计算；工成与返水孔角度相同的圆锥，一是为打孔方便，二当金刚石钻进送水量为(30L／min)时，即可达到带是作外返冲洗液的导向槽，减少压头损失，减少冲洗岩屑，冷却钻头的功用，而内返流量在50L／min时，液对孔壁的冲刷破坏；即可达到悬浮短柱状岩心的目的，即：应把内返流量(3)考虑到接头的强度，先在接手体中打