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1、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 Reverse circulation drilling without pump,反循环钻进,全孔反循环,局部反循环,气举 air-lift,泵吸 suction pump,射流 jet,无泵 without pump,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 Reverse circulation drilling without pump,钻进中不用水泵进行冲洗钻孔，而是利用
2、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,级以下的松散、怕冲刷的岩矿层 ；,孔深150200m；,干旱缺水地区。,第一节 无泵反循环钻进工艺 Reverse circulation drilling without pump,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 Reverse c
3、irculation drilling without pump,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 Reverse circulation drilling without pump,三、工作原理,导水接头,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
4、循环钻进工艺 Reverse circulation drilling without pump,四、操作规程,无泵接头,球阀,岩芯管,取粉管,1提动频率,软岩：1525次/min；硬岩：815次/min,2提动高度,软岩：80100mm；硬岩：5080mm,3钻压,松散地层：12kN；较硬地层：24kN,4转速,转速不宜过快，一般100200 r/min,第一节 无泵反循环钻进工艺 Reverse circulation drilling without pump,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1.01.5m 破碎岩层0.50.7
5、m,第二节 喷射式孔底反循环钻进工艺 Bottom hole partial jet reverse circulation drilling,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,级以上的硬、脆、碎地层 和级松软地层；,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 Bottom hole partial jet reverse circulation drilling,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。,
6、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 Bottom hole partial jet reverse circulation drilling,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 Bottom hole partial jet reverse circulation drilling,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
7、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 Bottom hole partial jet reverse circulation drilling,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
8、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 Bottom hole partial jet reverse circulation drilling,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：,（）孔内必须保持清洁，防止 烧钻bit burnt或埋钻drill rod burying 事故；,（）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residual core的堵塞core blo
9、ckage。,第二节 喷射式孔底反循环钻进工艺 Bottom hole partial jet reverse circulation drilling,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：,（）控制回次进尺，硬合金钻进： 1.01.5m；在破碎地层进行钻粒 钻进时，不超过0.41.0m ；,（）泥浆泵工作状态必须良好 ；,（）泥浆粘度不宜过大，应控制 在1823s左右。,第三节 绳索取芯钻进 Wire-line core drilling,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
10、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。,年推出固体矿产岩芯金刚石绳索取芯钻具。,我国于年完成第一种规格“” 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-line core drilling,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,、绳索取芯钻进的优缺点,、绳索取芯钻进的应用范围,（）钻孔深度：几十米的浅孔直至千米以上的深孔
11、,（）钻孔角度：003600任意方向的钻孔,（）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,、 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,、
12、绞链式矛头机构,由捞矛头、定位卡块、捞矛座组成。,、 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,、 绞链式矛头机构,由捞矛头、定位卡块、捞矛座组成。,、 弹卡定位机构,由弹卡挡头、弹卡板、张簧、 弹卡室等零件组成。,、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0.51.0mm)。,二、绳索取芯钻具的结构和工作原理,、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)
13、、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,、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,、到
14、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,、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510atm），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,、到位报信机构,复位簧,阀体,弹簧,阀堵,悬挂环,座环,此时，
15、泵压表的压力明显升高（约 升高510atm），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,、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
16、停止钻进、捞取岩芯。,二、绳索取芯钻具的结构和工作原理,、单动机构,由两副推力轴承（29、31） 实现钻具的单动。,轴承,轴承,、内管保护机构,弹簧,卡簧座,、调节机构,调节螺母,、扶正机构,扶正环,二、绳索取芯钻具的结构和工作原理,、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,、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,、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,、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,、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,、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
