?金刚石钻头钻进薄层砂砾岩的方法

钻具钻进薄层砂砾岩的方法

利用钻具进砂砾岩层是让每位机长都头疼的一件事，究其原因是该岩石钻进效率低，并且取芯率难以保证。特别是钻进的砂砾岩层比较厚时，那么单个钻孔的耗时将会是相当长久，为了提高钻具钻进砂砾岩的钻速，金钻钻头厂以薄层砂砾岩为例介绍该岩层的概念以及钻进该系列岩层的方法。

含土层的薄层砂砾岩

一，薄层砂砾岩的概念和分类

1，薄层砂砾岩的概念

薄层就是指厚度较薄的地层，在砂砾岩剖面尤为常见，在不同领域、不同地区、不同油田，有不同的含义。《地质词汇》定义薄层是指厚度为5~60cm的地层。从钻探的角度看，薄层是相对的，钻具厂家***，如果地层的厚度小于钻探仪的垂直分辨率就可称之为薄层，然而不同的钻探仪有不同的分辨率，因此，薄层可能在不同地区，不同油田有不同的界线，随着钻探方法的完善，钻探设备的改进，解释处理手段的发展，薄层的概念也相应地改变。在实际应用中，目前以厚度小于1m的地层为薄层，厚度小于0.5m者为超薄层，厚度小于1cm者叫做纹层。

2，薄层砂砾岩的分类

薄层有两种类型：

单一薄层：是指常发育干厚泥岩中的薄砂岩或砂岩中的致密夹层。

薄互层：是指一般砂岩中被一个或几个泥质条带分成许多个小的夹层，每一夹层合起来的有效厚度在0.5m左右，这种薄层一般岩性较差，在钻探资料上没有明显的储集层显示，造成解释上的困难，但是这些薄层有可能具有较大的油气地质储量。

二，薄层砂砾岩的金刚石钻头钻进方法

砂砾岩一般以破碎的卵石或者是卵石夹杂其它属性的岩石为主，并且表层常常有泥土层的覆盖，因此钻进泥土层和岩层应该分开进行，而且泥土层和砂砾岩层的厚度往往比较薄。

1，泥土层钻进

土探孔一般不允许使用带冲洗液的回转钻进，但可采用干钻，晋城钻具，采用金钻合金钻头或者是复合片钻头即可，钻进时效比较高没有很高的技术要求。 利用钻具自重反复对孔底进行冲击而使土层***的一种钻进方法。冲击钻进分人力冲击和机械冲击两种方式。人力冲击钻具如洛阳铲，一般适用于浅孔和地下水位以上土层钻进。机械冲击一般采用机械提升和向下冲击，适用于各类土层钻进。在河流冲积的砂砾层中钻进时，为了取得砂砾石样品，也可以采用跟管钻进。

2，砂砾岩钻进

在砂砾石中钻进时金刚石钻头宜选用金钻25-28度/研50金刚石钻头，目的是该钻头进尺效率高、耐磨度好，能提高岩芯采取率。还可用打入法取样钻进，用直径150～200mm的厚壁套管制成长约0.5m的半合套管，下端连接带弹簧的管靴，上端与套管连接。钻进时将套管打入孔底0.4m左右，然后起拔套管，取出砂砾石，再将护壁管打入。这样逐次打入，逐次取样，直至终孔。 从地表向下垂直开挖的圆形或方形探井。直径常为 2～4m，以满足出渣、排水、支护等的要求。在第四纪沉积层中开挖时，井壁要加以支护。在裂隙发育、涌水量较大的岩石中开挖时，有时需先灌浆止水然后开挖。

钻具

上述介绍的是利用钻具钻进薄层砂砾岩的方法，通过对该钻进技术的不断总结和经验的累积，机长们可以将此方法应用于厚度比较大的砂砾岩层。但对于机长对钻探设备的操作以及对钻具钻进技术的要求较高。

?岩石的物理性质对选择金刚石钻头的影响

岩石的物理性质对选择钻具的影响

说到岩石的物理性质，机长们经常说道的就是它的组成、硬度和致密性。其实岩土工程作为一门***性的学科，对于岩石的物理性质的研究是非常复杂，远不止我们日常运用的几个性质，并且岩石的物理性质对于钻具的选择是起到决定性的。因此判断岩石的物理性质常常作为地质勘探和岩土工程的入门级必修科目。

常见岩石的物理性质

岩石的物理性质包括岩石的表观性质和岩石的力学性质：

一、岩石的表观性质

包括密度与孔隙度、含水性与透水性、松散性和流散性以及稳定性。它们是可以通过岩石的表观特征看出来或者是检测出来的，是对岩石***基本认识的几个主要参数，也是机长对于金刚石钻头的选择主要参考依据。

1、密度与孔隙度

岩石的质量与其体积之比称为岩石的密度。而岩石的孔隙度则是岩石中的孔隙的体积与岩石的体积之比。

2、岩石的含水性与透水性

岩石的含水性一般用含水度表示，它是孔隙中水的体积与岩石的体积之比。岩石的含水性与岩石的孔隙度成正比关系。岩石的透水性，以单位时间内通过岩石的水量来表示。一般岩石的空隙度越大，透水性越高，岩石的强度和稳定性便越低。

3、松散性和流散性

松散性是指岩石结构的致密程度，松散性强的岩石即岩石的颗粒之间的连接力弱，容易破碎坍塌，这类破碎的填石或者是卵石应该使用金钻25-28度/研50金刚石钻头。岩石的自由面，有极力趋向水平的性能，称为流散性。岩石的松散性和流散性都给钻探施工带来困难。

4、稳定性

在岩体内有自由面（如钻孔）时，岩石能保持不坍塌、不崩落的性能称作稳定性。

钻具比表镶钻头有更多优越性

钻具属于孕镶钻头，即金刚石孕镶在胎体内部作为工作层的刀头。我国电镀金刚石取芯钻头起步较晚，但发展迅速并且生产技术已经处于***水平。和国外的表镶钻头相比，具有众多优越性。

1，钻具对于金刚石品级的要求低于表镶钻头

使用的天然和人造金刚石粒度取决于所钻岩性。

金刚石粒度选择

2，钻具采购，金刚石在钻具胎体中的含量更多样化

浓度表示金刚石在胎体中的含量，是影响电镀金刚石取芯钻头性能的重要参数。浓度沿用砂轮制造业的“400%浓度制”，当金刚石的体积占胎体工作层体积1/4时浓度为100%，全部是金刚石浓度400%。选择金刚石浓度的依据是所钻岩性、金刚石的品级和粒度，兼顾胎体的包镶能力和钻压值的大小。岩石越坚硬致密，金刚石质量好，粒度细，浓度宜较低；唇面比压较大时可选较高的浓度，这样对提高胎体耐磨性也有好处。常用浓度70%~120%，过高了将影响胎体的包镶能力和钻速。不必用手工摆放金刚石颗粒，工业制造过程更简单。

3，钻具的胎体性能更优越

钻具钻进时，胎体的磨损速度应适当超前于金刚石的磨损速度，使金刚石不断出刃。如果胎体不磨损或磨损极慢，则金刚石出刃甚小，发挥不了多刃微切削作用，钻速很低。反之，如果胎体磨损太快，则造成金刚石过早的崩刃或脱粒，从而失去钻进能力、钻头寿命缩短。合适的胎体耐磨性应能使唇面金刚石正常出刃，且在每粒金刚石的后面形成蝌蚪状支撑。抗冲击载荷能力较好，如果唇面金刚石发生剪崩对钻进效果的影响小，对违反操作规程的敏感程度也小。

钻具胎体磨损情况分析

当岩石更硬时，金刚石磨损得更快，但这时产生的岩屑更薄，数量更少，因此岩屑对胎体的磨蚀作用弱于稍软的岩石。所以在坚硬的岩石中钻进时，必须选择低耐磨性（硬度较小）的胎体。

由于测定硬度的方法简单，虽然胎体的硬度不能完全代表其耐磨性，但目前仍习惯用胎体的硬度来表示其耐磨性。电镀金刚石取芯钻头胎体硬度和耐磨性

4，钻具的唇面形状更锋利

电镀金刚石取芯钻头的唇面形状比较简单，多为平底形，在孔内磨合一段时间后便自然形成圆弧形。坚硬、弱研磨性的岩石或钻头壁较厚，唇面做成同心环槽、锯齿状或阶梯形，使比压集中并在孔底形成破岩自由面。电镀金刚石取芯钻头不需要用聚晶保径，可取得满意的钻进效果。

钻具胎体硬度和耐磨性

5. 钻具的水口与水路

对钻具而言，因为它的金刚石出刃非常小，钻具哪家价格低，故它的主水路不是钻头唇面与孔底的间隙，而是水口。在唇面扇形块的下面只存在漫流（或湿润）区，用于冷却和排粉的水流主要通过水口和水槽。电镀金刚石取芯钻头往往设计成多水口、小水口，这样对防止烧钻有利。

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