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石鹽田鉆探中新結構取心鉆具的推廣和運用

職稱驛站所屬分類:地質論文發布時間:2022-04-16 09:17:34瀏覽:

石鹽田勘探是河北省這幾年的一個新礦種,各方面投入比較大,勘探質量也關系相關地勘單位布局,本文主要介紹勘探中鉆探部分,針對取心技術的改進。對于河北省寧晉—辛集石鹽田普查區

   摘 要: 石鹽田勘探是河北省這幾年的一個新礦種,各方面投入比較大,勘探質量也關系相關地勘單位布局,本文主要介紹勘探中鉆探部分,針對取心技術的改進。對于河北省寧晉—辛集石鹽田普查區,新結構取心鉆具的推廣和應用,會節約部分鉆探成本,提高鉆探效率,對鉆探行業發展有一定推動作用。

  關鍵詞 : 新結構取心鉆具,石鹽礦鉆探

巖石礦物學雜志

  《巖石礦物學雜志》(原名:巖石礦物及測試),創刊于1982年。自創刊以來始終遵循“百花齊放,百家爭鳴”的辦刊方針,堅持普及與提高并舉的辦刊宗旨,開展學術交流和討論,以廣大地學科研、教學人員為主要讀者對象,為加速現代化建設服務。

  石鹽是一種用途廣泛的基礎化工原料。在河北省寧晉—辛集石鹽田普查區是一個百億噸級的礦區,而該鹽田是河北省井礦鹽行業發展的重要布局,從前期勘探情況看,如果要大范圍的開采還需要進一步勘探,勘探手段主要以鉆探為主,相對于固體礦產鉆探,取心就是重中之重,通過采用新結構取心鉆具,可以獲得就較高的巖心采取率,并對鹽層頂底板、厚度、品味及夾石等情況有更清晰詳細的了解。

  地質概況

  寧晉—辛集石鹽田位于中朝準地臺華北斷拗之臨清臺陷中的束鹿斷凹中部,向西為寧晉斷凸,向東為新河斷凸,向南為南和斷凸,向北為冀中臺陷。本鹽田內地層從老到新依次為太古界、元古界、古生界(寒武系、奧陶系、石炭系和二疊系)、新生界古近系(孔店組、沙河街組、東營組)、新近系(館陶組、明化鎮組)、第四系地層,而區內大部分地區還缺失了其中的元古界和古生界地層,目的層段為沙河街一段巖鹽資源。目的層主要為灰綠、棕紅、紫紅色泥巖,灰、灰白色粉細砂巖,灰白色泥灰巖與石鹽、硬質膏鹽呈不等厚互層組成;石鹽礦體頂板為灰黃色白云質泥巖、灰色泥灰巖或深灰色泥巖;石鹽以淺灰色、淺黃色、灰白色為主,局部夾淺銹紅色;石鹽礦體底板為深灰色、灰色泥灰巖與白云質泥巖、白云巖互層(詳見表1)。

  鉆孔概況

  根據本區情況,鉆進采用固相含量低、相對密度小鉆井液配比,進入鹽系地層前百米左右更換飽和鹽水鉆井液(詳見表2)。

  一開:一次性配置膨潤土漿80m3(密度1.04~1.06g/cm3)使用膨潤土漿開鉆。保證鉆井液具有較強攜砂能力。坍塌層掉塊嚴重可適當添加重晶石粉,加重比重,并按不低于2個循環周添加。一開鉆完后充分調整好鉆井液性能,確保下表套、固井施工順利。

  二開:將一開鉆井液凈化后用于二開鉆進,裸眼井段長,起下鉆摩阻大,而且目的層段鹽膏層和軟泥層易蠕動變形,因此要保證鉆井液性能的穩定性,然后根據起下鉆掛卡情況調整鉆井液參數,快速鉆進進尺與巖屑上返不成正比時,應提高鉆井液黏度,避免卡、埋鉆,視具體情況適當添加石墨粉潤滑鉆具。

  鹽水段取芯:取心作業之前全面清洗循環罐、循環槽等地面循環系統。下鉆到井底,打入5m3清水做前置液,然后將地面配制好的鹽水鉆井液替完井內的鉆井液,換用飽和鹽水鉆井液。更換完畢后循環泥漿,循環過程中測定Cl-不低于設計要求后,加入1%潤滑劑。進行全井密度調整,加重至密度1.35g/cm3,并持續加入膠液,使循環黏度不低于60s。換漿工作結束進行取芯作業。

  井身結構(見圖1):一開:孔徑Ф346.1mm,鉆至535m左右,表層套管Ф273.01×8.89mm下至535m;

  二開:孔徑Ф215.9mm,鉆至2650m左右,更換取心鉆頭鉆至終孔,0~2100m井段,下技術套管Ф177.8×9.19mm;2100m-首采鹽層部,下技術套管Ф177.8×10.36mm。

  取心鉆具工作原理及現狀

  取心鉆取結構包括:外筒;內心筒,在外筒的內腔中,內心筒形成有凹陷狀的內壁;卡箍組件,在內心筒的進心端及外筒的內腔中;鉆頭,在外筒的進心端。巖鹽勘探井需在目的層上部約60m出開始巖心采取工作,川7-4、川8-3型取心工具是巖鹽勘探鉆井中常規取心作業比較理想的取心工具。該型取心工具技術配套完善、先進,適用于巖鹽勘探取心。

  在具體施工過程中,為提高回次巖心采取量,采用2節取心器串接使用(串接后長度可獲取巖心近18m/回次),串接取心器下鉆到井底以后,開泵循環清洗內筒和井底沉淀。取心鉆進前,將凡爾球投入鉆柱內,開泵送球入座。取心鉆進時,內筒懸掛于軸承上不轉動;割心時,上提鉆具、卡箍與卡箍座錐面產生相對位移卡住并割斷巖心,即可完成取心作業。盡管這種取心鉆具在施工中被普遍地采用,但還有不可忽視的缺點。例如:礦石礦物主要是巖鹽,其次為硬石膏,巖鹽常與石膏、硬石膏共生,礦層直接頂、底為硬石膏。巖鹽礦心進入取心內筒的同時,伴隨著石膏、硬石膏礦層也一并進入內筒,隨著礦心進入內筒的增多及鉆進時間的累加,內筒礦心發生吸水膨脹發生塞心,堵塞取心器內筒,新可取的巖心無法有效進入內筒,發生推心事故而過早的結束了但回次取心鉆進工作;起鉆割心時內筒卡箍與卡箍座無法有效卡住巖心完成割心工作、卡箍下的鄂板無法有效打開,使得進入內筒的巖心發生脫落,造成進尺很多,采取率過低的現象,不利于地質資料采取,無形中增加鉆探成本。

  新結構取心鉆具原理及應用

  新結構取心鉆具是針對上述現有技術的不足,提供一種雙管單動取心鉆具防塞心內筒及卡箍自鎖裝置,具有結構簡單、設計合理、內筒易清潔維護、卡箍自鎖易維護更換等優點,可有效保證單回次巖鹽礦心采取的完整性。內心筒形成有凹陷狀的內壁,凹陷狀的內壁能夠為巖心提供應力釋放、石膏膨脹的空間,盡可能地減少塞心現象,有效地保證單回次巖心采取的完整性(見圖2);利用鉆頭鉆取巖心,在巖心進入內心筒之后,上提外筒,利用卡箍組件將巖心割斷,完成巖心的鉆取工作。

  雙管單動取心鉆具防塞心內筒及卡箍自鎖裝置,本裝置在取心筒內壁設置陰膛線,管內刻有不同數目的膛線,陰膛線對應的凸線,因巖礦心接觸導帶的面積相對較小,阻力較小,巖礦心在導帶的作用下,更易進入內筒,有一定膨脹空間,防止塞心;起鉆割心時內筒卡箍與卡箍座的導向作用下,割斷礦心并封閉內筒,使進入內筒礦心得以有效保留,避免了礦心的脫落。

  取心筒內壁設置陰膛線,陰膛線對應的凸線,可以起導帶作用,引導巖心進入內筒深部;卡箍可實現內筒全封閉,且易于更換維護。

  卡箍座具有錐度導向,在起拔礦心時,卡箍卡住礦心。在起拔的反向作用力下,下行至巖心與卡箍座導向部位,并在反作用力的作用下沿卡箍座導向繼續下行,直至卡箍全封閉內筒。

  采用新結構取心鉆具所產生的有益效果在于:新結構簡單,設計合理,便于更換維護,內筒膛線直接作用于礦心,有效提高了單回次取心效果,易于實現,對現有取心裝置存在的不足進行了優化。改進了雙管單動取心鉆具,能在利用膛線引導礦心進入內筒,并利用膛線凹槽給予礦心應力釋放、石膏膨脹的空間。并通過卡箍自鎖保證了內筒礦心不在脫落,解決了巖鹽勘探井取心塞心、脫心的問題。

  在寧晉—辛集石鹽田我隊施工ND1、ND2井都采用新結構取心鉆具,兩井取心最終采取率分別為95%、94%,高出以往鉆孔總采取率,塞心情況比以往減少多次,因此,新結構取心鉆具在寧晉—辛集石鹽田勘探取心應用成果比較明顯,節約了施工成本。

  結語

  (1)新結構取心鉆具性能穩定、結構簡單、易于清潔維護、使用壽命長等優點,便于廣泛在巖鹽勘探井取心工藝中應用。

  (2)新結構取心鉆具比原有取心鉆具成本增加不大,相對于使用,新型取心鉆具整體使用方法不變,只是使用細節的改進,易推廣,鉆探專業技術人員比較易學。

  (3)新結構取心鉆具應用于較松軟地層,對于堅硬的地層效果一般。

《石鹽田鉆探中新結構取心鉆具的推廣和運用》

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