绳索取芯工艺在煤田勘探中的应用

2023-02-14

引言

绳索取芯是煤田勘探中先进的钻探技术之一, 它具有高效、低能耗等优点, 为响应国家节能减排的号召, 我国各个煤田的勘探工作也向着低能、智能的方向发展。煤层气“绳索取芯”是一种特殊的工艺, 针对煤层易碎取芯难, 是为取全取准储层和储量计算参数, 评价煤层气开发潜力等问题而采取的独特取芯工艺。该工艺取代了传统的成本较高、耗时费力的方法, 提高了钻进效率, 降低了工人的劳动强度, 提高了煤岩芯采取率, 具有良好的市场前景。

“绳索取芯”工艺对泥浆的黏度、含沙量、失水量和井身结构等井况, 均具有较高要求。施工前, 通过倒换气动小绞车和钢丝绳等措施, 克服因地层滞后导致取芯绳索长度不够、取芯绞车马力不足等困难。同时, 加强取芯作业过程控制, 按照绳索取芯工艺措施和操作要求, 采取强化技术总结、取芯工具入井前的地面检查、组装检验、间隙调整、井下异常情况的判断分析及每次出筒岩芯收获率高低分析等技术管理措施。

一、现有的钻探技术

目前现有的钻探工艺技术主要还是以硬质合金钻进、小口径双管提钻取芯技术和大口径钢粒钻进等。

因为硬质合金钻进和大口径钢粒钻进的操作简单, 并在国内已具有成熟的技术, 在一定的层面上得到了应用。但由于其成本高、生产效率较低, 严重影响了技术的发展。

小口径双管提钻取芯技术与大口径钻探相比, 在钻进过程中主要采用金刚石钻头, 生产效率有很大提高, 与此同时, 孔的质量得到提高, 并节省了生产成本, 降低了劳动强度。然而, 由于其使用的后端, 以提高屏障套筒钻孔倍钻孔取芯技术, 大量的工作时间浪费在辅助操作上, 使得单纯钻探时间减少, 但同时也增加了工人的劳动强度。

二、绳索取芯的工作原理

绳索取芯的钻头主要由定位机构, 悬挂机构, 调节机构, 内管保护机构和钻进取芯机构等组成。

正常的钻探工作原理:阀体阀座固定器通过调整水平位来调节卡簧座和内台阶的间距。为保证内管总成在悬挂位置, 卡板弹簧需要打开, 定位机构及调节机构要起作用。吊管组件保证在其工作位置, 两个推力轴承保证了单管内的单动性。

打捞工作通过绳索进入钻孔, 打捞器自重减小。当钩住执行的内管组件锥轴的上端, 就可以启动绞车上升。悬挂设置简单, 使卡板闭合, 使岩心和内管总成一起提升。

三、绳索取芯实施效果

1. 生产效率

绳索取芯钻探一般采用双管金刚石钻探, 绳索取芯工艺与大口径钻探技术相比, 生产效率大大提高。因为它用不提钻心, 辅助生产时间下降, 总台的利用率提高了7%, 单纯钻孔时间相对增加, 提升钻探取心过程的整体效率。加快地质勘探步伐。有利于更快出地质成果, 对挖掘工作实施更好的指导, 良好的社会效应。

2. 钻孔质量

双管取芯除了能够迅速解决岩心堵塞问题的优点外, 减少了岩心损耗;并获得快速和稳定的核心, 减少中途掉落岩心的几率, 从而确保了岩芯的采取过程。绳索取芯工艺平均钻孔岩芯采取率达到92%, 但高的岩芯采取率能够更真实的代表地质情况。

3. 成本

绳索取芯技术大大减少了提钻心的频率, 从而减少了钻头的碰撞损坏和钻孔壁断裂的几率;钻头和孔壁的间距小, 旋挖钻头在底部磨损的因素减轻;同时由于钻头胎体的体壁较厚, 钻头强度提高, 钻头寿命可以延长。绳索取芯钻探过程中, 由于提取次数减少, 钻螺纹卸磨损速度减慢, 延长钻了头使用寿命。

4. 安全性

利用绳索取芯技术大大减少了钻孔的数目, 由于钻头的提取次数减少, 钻头对孔壁的破坏作用也得到了大幅的降低, 同时也减少了孔壁的坍塌事故和钻头掩埋事故的发生几率, 孔壁的稳定状态得到了保证。钻头和孔壁间隙小, 但钻头运行回转稳定, 减少了钻头折断事故的发生, 从而减少了维修的次数。施工现场管理简单方便, 有效的保证了施工人员的人身安全。

四、注意事项

1. 绳索取芯技术需要考虑下列各方面:

(1) 岩层性质及完整程度

在钻进岩石颗粒较大的岩层中, 需要较大的泵量, 反之, 当钻进岩石颗粒较小, 硬度较大的岩层时, 单位时间内产生的磨粉较少, 采用较小的泵量即可满足要求。又如, 在钻进研磨性较好的岩层中, 由于单位时间内产生热量较大, 必须提供大量的液流冷却, 但高速带有磨粒的液流冲刷钻头会严重腐蚀钻头并使金刚石过早脱落。所以泵量的调节考虑岩层的性质。

(2) 钻头类型

绳索取芯的钻头一般嵌入的金刚石颗粒较小, 在施工的过程中钻头高速运转, 必须使用大量的液流冷却, 一旦出现缺水现象, 钻头可能会被烧坏或粘结。选择钻头时要考虑岩层的性质和转速等因素, 并计算泵量的大小, 一般采用镶入的金刚石颗粒出刃量较大的, 排粉和冷却效果好的钻头

(3) 冲洗液的性能和水泵的性能

随着粘性和密度的不同, 冲洗液的性能也各不相同, 在使用过程中需要根据岩石的性质选择适合的冲洗液, 冲洗液的不同主要体现在携带岩石磨粒和排粉的能力不同。同时, 冲洗液的选择也影响泵量的大小, 例如质地比较松软的岩层需要采用粘度较小的清水, 但要选择泵量较大。而当采用粘度较大的冲洗液时, 一般选择较小泵量。

绳索取芯技术除了以上所述的注意事项外, 在实际的煤田勘探过程中, 还应考虑, 钻头的转速, 钻压等因素的影响。