[发明专利]一种大口径地质钻孔的钻进工艺

说明书

一种大口径地质钻孔的钻进工艺，涉及钻进工艺技术领域，钻杆采用多段连接式组合钻杆，组合钻杆的最底端装传扭钻杆，在传扭钻杆的底部装有用于钻芯孔的小钻头，在传扭钻杆的下部套装用于钻进或取芯的大钻头，大钻头与传扭钻杆之间通过传扭机构连接，大钻头完成一次集渣或取芯后，组合钻杆始终置留在孔内，只将大钻头提升至孔外；卸渣或取出岩芯后，重新将大钻头沿组合钻杆下放至孔底，通过传扭机构实现组合钻杆与大钻头同步旋转，进行再次钻进。采用本发明的钻进工艺，大大提高了钻进效率。

技术领域

本发明涉及钻进工艺技术领域，尤其是一种大口径地质钻孔的钻进工艺。

背景技术

随着现代工业的发展，地质钻孔被越来越广泛地应用，这些钻孔的直径和深度因钻进目的的不同而千变万化，应用于的领域也很多，比如：勘察领域、石油领域、采水领域、桩基础领域、矿山领域（各种用途的井）、污水处理领域（曝气井）等等。一般来讲用于勘察、石油及采水等领域的钻井直径比较小，直径在几百毫米以内，而应用于桩基础、矿山、污水处理等领域的地质钻孔的直径跨度则比较大，直径范围从几百毫米到几千毫米不等，目前已知的用于矿山竖井的钻孔直径已达9米。

地质钻孔在钻进时，可以是全断面钻进也可以是取芯钻进，这与很多因素有关，比如地质勘察孔在钻达目的层时往往需要进行取芯钻进，为的是取出完整的地质样本；而对于石油井及水井来讲，钻进时采用的基本都是全断面钻进方法，因为对于这类直径相对较小的钻孔，进行全断面钻进所需的钻进能力比较容易满足，往往取芯钻进相对会更难，因为取芯钻进需要的钻具和需要采用的钻井工序都相对复杂。

当钻孔直径较大时，如何对地质体形成快速有效的破碎则成为了更为重要的问题，成为了采用取芯钻进还是全断面钻进方法选择的主要依据，比如一个3米直径的硬岩中的钻孔，如果采用取芯钻进，碎岩面积相对于全断面钻进会大幅度减少，钻进效率也会大大地提高。

目前可见的可用于大直径硬岩钻进的钻井设备及钻进工艺多种多样，可用的设备有旋挖钻机、全断面反循环钻机、冲击钻机、潜水钻机以及普通的正循环回转钻机等等，其中目前应用较多的是旋挖钻机和全断面反循环钻机。

（1）旋挖钻机及其回次提升钻进工艺简述：

旋挖钻机最大的优点是采用了伸缩钻杆，伸缩钻杆的使用可以快速地提出孔内的钻头，充分体现了回次提升钻进的高效性；但同时也带来几个方面的非常大的局限性：

1.但当钻孔较深时，钻杆的重量很大，每次提升钻头时都需将钻杆完全提出钻孔，这耗费了大部分的钻机提升力，使的真正用于提升钻渣的提升力非常有限；

2.很难实现对孔底的有效冲洗，业内有很多人试验过多种对孔底进行冲洗的方法，比如气举反循环、孔底机械扰流等，但都因各种局限性而不能达到预想的效果，造成孔底重复破碎严重、钻头与壁之间的摩擦力很大，致使旋挖钻机所提供的钻进扭矩和加压力很大一部分被消耗于孔底重复破碎和钻头与孔壁之间的摩擦，这些都严重影响了旋挖钻机应用于大直径硬岩钻进的效率；

3.再就是受伸缩杆的限制，绝对钻进深度比较小，而且当钻孔深度相对较深时，需要使用的钻杆就变得很长，致使伸缩杆的内层钻杆直径较小，易损坏。

（2）全断面反循环钻机及其全断面破碎反循环钻进工艺简述

全断面反循环钻机的优点是在钻进时使用泵吸反循环或气举反循环清理孔内的钻渣，可以有效的清理孔底，消除因岩粉聚带来的钻具与孔壁的摩擦，其局限性主要表现在以下几个方面：

1.拆装钻具所需的钻井辅助时间非常长，这决定了全断面反循环钻机不可能频繁提钻；

2.当钻孔直径较大且岩石较硬时，对整个孔底进行全断面破碎需要的钻压和扭矩都非常大，就目前在用的全断面反循环钻机来讲，根本无法提供高效破碎所需的扭矩和钻压（包括所能使用的钻铤重量），造成全断面反循环钻机在钻进大直径硬岩时效率非常低，有时甚至很难形成有效进尺。