反循環(huán)鉆探工藝實(shí)驗(yàn)室的建立與測(cè)試裝置的研制成果摘要

"反循環(huán)鉆探工藝實(shí)驗(yàn)室的建立與測(cè)試裝置的研制"是中國(guó)地質(zhì)勘查技術(shù)院研究批建立了反循環(huán)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括15m高循環(huán)系統(tǒng)（耐壓管路、透明裝置（上頂式、側(cè)投式）、樣品收集裝置、模擬背壓裝置及供氣、供水行多介質(zhì)反循環(huán)巖屑（心）輸送試驗(yàn)研究。 測(cè)試、數(shù)據(jù)檢測(cè)與處理實(shí)驗(yàn)過程中循環(huán)介質(zhì)的壓力、差壓、流量、流速（速度場(chǎng)）及樣品的上參數(shù)，并通過相應(yīng)的二次儀表和A/D板將測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳輸給計(jì)算機(jī)算機(jī)在windows界面下顯示檢測(cè)結(jié)果，構(gòu)成測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理測(cè)試范圍如下: 循環(huán)系統(tǒng)壓力: 0～4.5Mpam 測(cè)試精度～5％ 循環(huán)風(fēng)量: 5～300m3/h 測(cè)量精度: 3～5％水量: 0～250L/min 測(cè)量精度: ＜3％ 測(cè)速范圍0～30m/s 測(cè)量精度: ＜ 5％ 測(cè)樣范圍: 巖mm； 巖心Φ25～38mm,"反循環(huán)鉆探工藝實(shí)驗(yàn)室的建立與測(cè)試裝置的研制"是中國(guó)地質(zhì)勘查技術(shù)院研究批建立了反循環(huán)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括15m高循環(huán)系統(tǒng)（耐壓管路、透明裝置（上頂式、側(cè)投式）、樣品收集裝置、模擬背壓裝置及供氣、供水行多介質(zhì)反循環(huán)巖屑（心）輸送試驗(yàn)研究。 測(cè)試、數(shù)據(jù)檢測(cè)與處理實(shí)驗(yàn)過程中循環(huán)介質(zhì)的壓力、差壓、流量、流速（速度場(chǎng)）及樣品的上參數(shù)，并通過相應(yīng)的二次儀表和A/D板將測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳輸給計(jì)算機(jī)算機(jī)在windows界面下顯示檢測(cè)結(jié)果，構(gòu)成測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理測(cè)試范圍如下: 循環(huán)系統(tǒng)壓力: 0～4.5Mpam 測(cè)試精度～5％ 循環(huán)風(fēng)量: 5～300m3/h 測(cè)量精度: 3～5％水量: 0～250L/min 測(cè)量精度: ＜3％ 測(cè)速范圍0～30m/s 測(cè)量精度: ＜ 5％ 測(cè)樣范圍: 巖mm； 巖心Φ25～38mm 2100433B

20世紀(jì)40～50年代，反循環(huán)鉆探技術(shù)開始在荷蘭、德國(guó)興起，很快推廣到世界各地，并相繼出現(xiàn)了多種形式的反循環(huán)鉆探技術(shù)。初期的反循環(huán)鉆探只能采取巖礦屑。近年來(lái)在地質(zhì)鉆探中應(yīng)用反循探環(huán)鉆技術(shù)已能成功地連續(xù)采取巖（礦）心。反循環(huán)鉆探時(shí)，由于沖洗介質(zhì)在鉆桿中心孔內(nèi)以高速度上升,故排出鉆屑的能力強(qiáng),鉆屑粒徑大，鉆屑在孔底的重復(fù)破碎少，能大幅度提高鉆探效率，特別是在大口徑鉆探中效果明顯。

反循環(huán)鉆探泵吸反循環(huán)鉆探

利用砂石泵（離心泵的一種）的抽吸作用，在鉆桿內(nèi)形成負(fù)壓，在大氣壓力作用下，循環(huán)液從泥漿池流入井口，經(jīng)循環(huán)間隙流向井底，與井底破碎的巖粉混合在一起，被吸入鉆桿內(nèi)腔，上升至地面，經(jīng)排出管、砂石泵進(jìn)入沉淀池，沉淀后的循環(huán)液繼續(xù)進(jìn)入井內(nèi)，形成反循環(huán)鉆進(jìn)。

泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)之前，井內(nèi)水位以上的鉆桿內(nèi)沒有循環(huán)液，因此在啟動(dòng)砂石泵之前，必須設(shè)法使井內(nèi)水位以上的鉆桿、管內(nèi)充滿循環(huán)液。一種方法是在上部管內(nèi)安裝一真空泵，使砂石泵吸水口至井內(nèi)水位以上的鉆桿、管路內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，從而使鉆桿內(nèi)的水位提高，最后使循環(huán)液充滿整個(gè)砂石泵的吸水管路。另一種方法是安裝一臺(tái)注水泵（離心泵），向砂石泵吸水管路注水，吸水管路充滿循環(huán)液后再啟動(dòng)砂石泵。泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)所用循環(huán)液一般為清水，在易坍塌地層亦可用泥漿。為防止井壁坍塌，井內(nèi)液面要高于地下靜水位2m。泵吸反循環(huán)所用的砂石泵，其流量為240~500m³/h,有效吸水壓力為6x10⁴~7x10⁴Pa。

泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)效率隨孔深的增加而下降，在井深50m以內(nèi)，效率較高，稱高效工作區(qū)段。當(dāng)井深超過70m后，雖也能工作，但效率已很低，因此50~70m稱為經(jīng)濟(jì)工作區(qū)段。

泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)中，一個(gè)重要的問題是選擇和確定鉆桿內(nèi)循環(huán)液的上升速度。影響循環(huán)液上升速度的因素主要由以下幾點(diǎn)：循環(huán)液中巖屑的含量，一般推薦循環(huán)液中巖屑含量不超過8%~10%；鉆桿內(nèi)壁表面應(yīng)光滑、平整，不應(yīng)有收縮、臺(tái)階等情況，避免循環(huán)液流動(dòng)過程過大的摩擦損失和渦流損失；井壁與鉆桿之間的環(huán)狀間隙的循環(huán)液下降流速不能過大，以防止循環(huán)液沖垮井壁，推薦循環(huán)液下降流速為0.01~0.03m/s。鉆桿內(nèi)腔斷面與井孔斷面之比推薦1/100。

反循環(huán)鉆探氣舉反循環(huán)鉆探

氣舉反循環(huán)的工作原理是將壓縮空氣通過供氣管路送至井下的氣水混合室，并使壓縮空氣與鉆桿內(nèi)的循環(huán)液混合，從而形成密度比鉆桿外液體密度小的混合液柱。混合液在管內(nèi)外壓差的作用下，沿鉆桿內(nèi)腔上升經(jīng)排渣管排至沉淀池，經(jīng)沉淀后的循環(huán)液以自流方式連續(xù)不斷地流入井內(nèi)環(huán)狀間隙，形成反循環(huán)。

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，可用如下公式：

（L_w H）γ_h=hγ_x L_wγ_xy

其中

H--混合室下入井內(nèi)的深度；

h--混合室至排渣管中心的高度；

L_w--尾管長(zhǎng)度；

γ_h--沖洗液重度；

γ_x---雙壁鉆桿內(nèi)腔固、氣、水三相平均重度；

γ_xy--尾管內(nèi)固、液兩相平均重度。

若不考慮各種阻力、慣性力，要使整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，則必須是：

（L_w H）γ_{h >}hγ_x L_wγ_xy。