定向取心的技术现状

定向取心应用效果~

(一)应用概况
定向取心技术在安徽寿县正阳关ZK04孔和国家“地壳深部探测计划”预研究项目江西于都银坑“赣州南岭科学钻探NLSD-1孔”中进行了生产应用。目的是验证研制的电动定向取心仪、电动打印系统密封性及岩心打印测量定向系统的可靠性,对取出的定向岩心进行地表复位求解,以解决单孔解析岩矿层产状的地质难题,为深部地质勘探提供技术支撑。
两钻孔设计孔深分别为2000m和3000m,试验最深孔段为1058.63m,累计定向取心6回次,定向取心岩石可钻性6～8级。生产应用表明,所研制的孔底电动岩心定向仪工作可靠,利用所取定向岩心求解得出的地层产状结果真实、准确。
(二)应用效果
寿县正阳关铁矿异常验证孔ZK04孔在577.38m～609.53m孔段定向取心4回次。江西赣州南岭科学钻探NLSD-1孔在1051.88～1058.63m孔段定向取心2回次。取出的定向岩心如图10-18、图10-19所示。ZK04孔3、4号岩心属同一种岩石、同一层位,NLSD-1孔1、2号岩心属同一种岩石、同一层位。两孔定向取心原始数据见表10-2。

图10-18 ZK04孔定向岩心实物图

由表10-2定向取心参数对取出的定向岩心进行地表复位和公式求解,得出定向取心孔段地层的倾角和倾向数值如表10-3所列。
分析表10-3中的结果可以看出:
1)ZK04孔1、2号定向岩心通过地表复位及公式求解所获得的岩层倾向分别为166.8°、185.6°,二者倾向有一定的差异主要是由于层位有一定变化。

图10-19 NLSD-1孔定向岩心实物图

2)用地表复位及公式求解法处理ZK04孔3、4号定向岩心所获数据,发现两者的岩层倾向基本一致。实际上3、4号定向岩心属于同一岩石、同一层位,因此应用定向取心技术所获得的产状数据与实际情况较为吻合。
3)用地表复位及公式求解法处理对NLSD-1孔1、2号定向岩心所获数据,发现两者的岩层倾向基本一致。实际上1、2号岩心属于同一层位,同属花岗闪长斑岩,因此应用定向取心技术所获得的数据与实际情况较为吻合。
由此可以看出:孔底定向取心技术所获资料正确可靠;地表复位和公式求解结果基本一致;通过定向取心可以了解同一层位岩层产状趋势。

表10-2 定向岩心原始数据


表10-3 定向岩心产状求解结果

(一)工艺流程
定向取心技术工艺流程:组装孔底电动打印器和定向测量仪器→校正电动打印器与测量仪器母线→定向取心仪地表校正→下入磨孔钻具磨平孔底→冲孔→提出磨孔钻具→下入定向取心仪→岩心端面打印测量→提出定向取心仪→下取心钻具→取心钻进→取出定向岩心→检查钻痕效果→做出岩心标志线→定向岩心原状地表复位(或公式求解)提供地层倾角和倾向。
(二)作业要点
1.定向取心孔段的选择
原则上应选择在较完整岩层孔段中进行定向取心,岩石硬度应大于4级,并同一岩性完成1～2个回次定向取心。
2.定向取心孔内情况判定
定向取心之前应对孔内情况进行判定,主要内容是:上回次钻孔残留岩心长度,岩心完整性,钻孔沉渣厚度。若钻孔残留岩心大于0.3m应单独捞取;钻孔沉渣超过0.3m应进行清渣处理;岩心完整度差时须另选定向取心位置。
3.孔底电动定向取心仪的组装与校正
1)组装孔底电动打印器及定向测量仪;
2)校正仪器定向母线,使孔底打印器微型钻头母线与测量方位母线一致;
3)消除定向母线间(孔底电动打印器与定向测量仪母线)的装合差并校验测量精度;
4)检查孔底电动打印器工作状况(微型钻头转动是否正常,是否损坏等)。
4.磨孔作业
为保证定向岩心标志的准确性,定向取心仪下孔前须用全面金刚石钻头磨孔,将上回次岩心桩及少量残留岩心磨掉,并进尺0.1～0.2m。
单管金刚石磨孔钻头和绳索取心内管磨孔钻头如图10-15所示。常规钻进可在取心钻具外管上连接金刚石磨孔钻头。绳索取心钻进时是不提钻磨孔,需在岩心内管短节处连接一小径的金刚石磨孔钻头,该钻头要与绳索取心外管取心钻头内径相匹配[图10-15(b)]。磨孔时,将内管磨孔钻具投入绳索取心钻杆内至外管总成处即可进行磨孔作业(图10-16)。磨孔后把内管磨孔钻具打捞上来即完成磨孔工序。

图10-15 磨孔钻头

(a)单管金刚石磨孔钻头;(b)绳索取心磨孔钻头

图10-16 绳索取心磨孔作业示意图

1—打捞器;2—弹卡挡头;3—绳索取心钻杆;4—孔壁;5—内管;6—内钻头;7—外钻头
5.清洗孔底
完成磨孔后应采用大泵量冲孔,排除孔内沉渣,以利于电动定向打印器在孔底岩层中打印标识。
6.孔底岩心定向打印
完成上述工序后,即下入孔底电动定向取心仪。孔底岩心定向打印作业系统示意图如图10-17所示。

图10-17 孔底岩心定向打印作业系统示意图

1—滑轮;2—电缆绞车;3—地表仪器;4—绳索取心钻杆;5—电缆;6—定向测量仪;7—电动打印器;8—绳索取心外钻头;9—偏心打印微型钻头;10—打印孔底
仪器下入和定向打印时,应注意以下几点:
1)孔底电动定向取心仪要缓慢下放,准确记录电缆下放孔深,当打印微型钻头距孔底10m左右时下放速度控制在5m/min以内。
2)孔底电动定向取心仪下到孔底接触岩层后,微型钻头打印时间控制在2～3min内,并从地表仪器直读岩心打印标志方位,即可将孔内仪器提离孔底。
3)孔底电动定向取心仪孔内探管与孔壁或绳索取心钻杆内环空间隙较大时,探管上应安装扶正器,其环状间隙控制在1.5～2.0mm以内。
4)孔底电动定向取心仪提出钻孔后,要认真检查微型钻头是否触及孔底岩层,判断打印是否成功,如打印不成功,再进行冲孔,下入仪器重新打印。
7.定向取心钻进
孔底电动定向取心仪提出后,即可下钻到底进行定向取心钻进。定向取心钻进初始要采用小规程参数,即轻压、慢转,减小钻具振动,以免损坏定向打印的岩心,待进尺0.5m后再转入正常参数钻进。
8.定向岩心的地表复原与保存
取出定向岩心后应立即进行地表复原,认真记录得出的岩心产状、孔深位置、定向方位角、岩石名称、定向取心回次等信息,填写岩心卡片,并将定向岩心以回次顺序编号放入岩心箱中保存。同时将所获定向岩心拍照存入电子文档。

定向取心技术是20世纪70年代发展起来的,它采用机械式专用工具和仪器对岩心实时定向取心,在地表复位,取得岩矿层结构面产状。目前国内外具代表性的机械式岩心定向装置有:瑞典 Atlas Copco公司的Craelius岩心定向器,美国的Odgers和Christensen岩心定向钻具,英国的Archway岩心定向器,德国的KTB岩心定向系统,前苏联的K-5岩心定向器,以及我国的SDQ-94A、YCO-Ⅱ、YD-56和YDX-1岩心定向器等(表10-1)。定向取心的关键是获取清晰可靠的定向标记,主要有岩心侧面刻痕、岩心端面钻孔和打印三种标记方法。

表10-1 国内外典型机械法岩心定向工具概况

(一)岩心侧面刻痕法

该方法采用安装在岩心管内的弹簧刻刀在岩心侧面刻痕作为定向的依据。我国“八五”和“九五”期间研制的SDQ系列,“十五”期间研制的SDQ-94A定向取心器(图10-1)属于该类型。它由传递钻压及扭矩的外管系统和定向刻痕取心的内管系统两部分组成。在内管短节内安装有三把突出于管内壁的弹簧刻刀,在岩心进入内管过程中对其侧面刻痕作定向标记。在一般情况下,可伸缩的弹簧刻刀可获得清晰的定向标记刻痕,但当刻刀刃磨损或岩心过硬时岩心表面定向标记不清晰,甚至无法刻出,且弹簧刻刀不易拆装。当工艺或地层因素造成岩心过细或岩心冲蚀时,也会造成刻痕不清晰,使定向取心失败。

图10-1 SDQ-94A定向取心器

1—钻杆柱;2—异径接头;3—上外管;4—扶正器;5—弹簧;6—定向键;7—重力加速度计;8—测量仪容纳管;9—定向接头;10—轴;11—密封圈;12—轴承;13—通水接头;14—轴承;15—调节螺母;16—定向螺钉;17—岩心管;18—外管;19—弹簧刻刀;20—卡簧座;21—卡簧;22—钻头

(二)岩心端面钻孔法

该方法用微型钻头在岩心端面钻孔作为定向标记,打标记与定向测量在同一回次完成。我国“八五”期间研制的YDX-1型岩心定向器(图10-2)通过滑槽式联轴节将涡轮转轴输出的扭矩传给两个金刚石微型钻头,用施压弹簧通过传动箱给微型钻头加压。适用孔径≥91mm;适用孔深≤200m,驱动涡轮泵量≥120L/min。

该方法,在岩心形成前打的定向标记清晰,不会因岩心折断、扭动而造成定向错误。缺点是孔底涡轮机结构复杂,体积大,造价昂贵,涡轮产生的震动达到一定程度时易引发孔壁坍塌,影响标记的效果,不能满足小口径深孔要求。

(三)打印法

打印法岩心定向装置如图10-3所示。定向取心前先用专门钻头磨平孔底并冲洗干净,再用钻杆把偏重打印器下入孔内。打印器下部装有一根与偏心重锤方向一致的硬质合金压头或色笔,利用钻杆和打印器的自重在孔底或未断根的岩心顶端留下一个冲痕(或色点)。位于岩心下帮最低位置的冲痕(或色点)与岩心中心连线的水平投影就是钻孔的方位线。然后提出打印器,再下钻头卡取带定向标记的岩心。

打印法的优点是定向和打印机构比较简单,缺点是偏心重锤工作可靠性差,钻孔顶角小于5°时定向效果欠佳,不能用于垂直孔,在坚硬岩层中难以获得清晰的标记。

上述三类岩心定向器均是以钻孔下帮为起始点来推算岩矿层结构面产状,在钻孔有一定顶角情况下方可使用。由于该技术还存在一些不成熟的问题,至今未能广泛应用。为了解决利用单孔岩心确定岩矿层产状的难题,必须研究和改进岩心定向技术,以提高其可靠性和定向精度,简化操作程序,降低施工费用。安徽省地矿局313地质队与中国地质大学(北京)合作开展了用于深部找矿小口径钻孔的孔底电动定向打印取心技术研究,克服了传统岩心定向器的一些弊端,岩心定向标记清晰、可靠,解决了在垂直孔和斜孔中坚硬岩层进行岩心定向的技术难题,扩大了应用范围。研制的孔底电动定向取心仪获国家发明专利(专利号:ZL200910170005.8)。下面重点介绍该仪器及定向取心技术。

图10-2 YDX-1型岩心定向器结构示意图

Ⅰ—定向测量仪;Ⅱ—孔底动力机;Ⅲ—传动工作头

1—钻杆;2—上非磁管;3—磁铁块;4—上测斜仪;5—下测斜仪;6—非磁管接头;7—下非磁管;8—非磁管-动力机外壳接头;9—上轴承座;10—上调节环;11—动力机外壳;12—定子;13—转子;14—转轴;15—下调节环;16—下轴承座—;17—滑槽式联轴节;18—连接管;19—施压弹簧;20—中心轴;21—传动箱;22—传动轴;23—支承管靴;24—标记钻头

图10-3 打印法岩心定向示意图

1—钻杆;2—接头;3—外管;4—偏心重锤;5—压头(或色笔);6—印坑(或色点)

---

万州区13997306625： 定向取心技术 - 搜狗百科？
林晓复方： 石油和天然气的勘探和开发中钻成井眼所采取的技术方法.主要包括井身设计、钻头和泥浆的选用、钻具组合、钻井参数配合、井斜控制、泥浆处理、取岩心以及事故预防和处理等.石油钻井工艺的特点是:井眼深、压力大、温度高、影响因素...

万州区13997306625： 地质钻探方法的主要类型有哪些? - ？
林晓复方： 按机械碎岩方式分有回转钻探、冲击钻探、冲击回转钻探等;按碎岩工具或磨料分有钢粒钻探、硬质合金钻探、金刚石钻探、复合片钻探、牙轮钻头钻探等;按获取岩心的方式分有提钻取心、绳索取心、反循环连续取心取样等;按冲洗液类型分有清水钻探、泥浆钻探、空气钻探等;按冲洗液循环方式分有正循环钻探、反循环钻探、孔底局部反循环钻探等.此外还有一些特殊的方法,如井底动力驱动钻探、定向钻探等,也可以是上述方法的组合. 地质岩心钻探采用的主要钻探方法有硬质合金钻探、金刚石钻探(含绳索取心钻探)、复合片钻探、冲击回转钻探、定向钻探、反循环取心取样钻探等.

万州区13997306625： 钻井技术是什么? - ？
林晓复方： 为满足不同条件的钻井需要,优质、安全、快速钻进,钻井工作者几十年来研究了各种钻井技术,现已发展成为以喷射钻井及优化参数钻井为核心的钻井综合配套技术.下面重点介绍喷射钻井技术、优选参数钻井技术、直井防斜技术、定向井技...

万州区13997306625： 钻井队取芯掉芯分析原因 - ？
林晓复方： 为了解地层地质情况,对所钻地层进行岩石取样的过程;取芯通过取芯桶完成,传统的取芯桶接在钻杆接近钻头的底端;取芯切割头切割进入地层后,可用取芯桶连续取芯,然后从钻杆里取出.大部分地方都使用电缆取芯桶,因为在取芯过程中不用从井内起出钻杆取岩芯,然后再继续取芯;相反,只需要将取芯桶投入钻杆,自动锁定在取芯 位置,到达井底,进行连续取芯

万州区13997306625： 钻井工程技术手册 钻井手册 哪个好 - ？
林晓复方： 钻井工程技术手册 本手册是针对石油钻井工程需要而编写的,系统介绍了涉及石油钻井工程的工艺技术、钻井工具、技术要点等内容.主要章节包括钻井基础数据及有关计算、钻井设备、钻井管材、钻井工具、随钻震击器与减震器、井下动力钻...

万州区13997306625： 定向生的现状 - ？
林晓复方： 目前,有国防定向生和普通定向生.考生须在入学注册前与高校及定向就业单位签订有关定向就业协议,高校对无故拒签协议的已录取学生,可取消其录取资格.定向就业招生以个人定向志愿为准,考生不再与定向单位联系,不再与定向单位签...

万州区13997306625： 钻探工程的主要技术指标有哪些? - ？
林晓复方： 机械钻速,月速,钻井周期,完钻周期,完井周期,井斜井径,井底闭合距,闭合方位,涉及到定向井和水平井的,还有中靶半径,取心作业的有取芯收获率等.

万州区13997306625： 什么是定向性冠状动脉粥样斑块切除术? ？
林晓复方： 定向性冠状动脉粥样斑块切除术(directionalcoronaryatherectomy,DCA)是一种新型冠状动脉病变介人性治疗技术,即利用带有旋转推进切割刀的侧切导管系统,通过旋切...