收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

地浸砂岩型铀矿松散岩层取心钻进技术研究

刘晓阳  
【摘要】: 20世纪90年代初,核工业地质局作出了将铀矿勘查的重点由中国南方转向北方、由硬岩型转向盆地地浸砂岩型的重大调整部署。目前,地浸砂岩型铀矿床已经成为我国铀资源勘查的主攻类型矿床。 我国地浸砂岩型铀矿床的勘查区域主要分布在北方的中新生代盆地中,钻探施工难度大,生产中出现的主要问题有:(1)岩矿心采取率低;(2)钻孔护堵困难,成孔率低;(3)孔内事故多;(4)钻进效率低,施工成本高;(5)卵砾岩层钻进困难。“松散岩层取心”与“卵砾石层钻进”是盆地地浸砂岩型铀矿钻探施工中的两大重要难题。 论文选题来源于核工业地质局“十五”铀矿地质科研课题《地浸砂岩型铀矿松散岩层取心钻进技术研究及其应用》,主要介绍作者近年来在“松散岩层取心技术研究”和“卵砾石层取心钻进技术研究”方面所进行的一些课题研究及取得的部分成果。论文全文共分四章:第一章绪论;第二章松散岩层取心技术研究;第三章卵砾石层取心钻进技术研究;第四章结论。论文第二章和第三章是全文的中心内容。 论文第二章综述了岩矿心采取率和采取质量的重要性,影响因素,以及要提高采取率和取心质量必须采取的一系列措施。探讨了冲洗液在岩矿心柱表形成的“泥皮”对岩矿心采取质量的影响,适当厚度(1~3mm)且具有一定结构强度的“泥皮”对岩矿心起着保护作用。通过对岩矿心在单动双管、双动双管与单管三种常用取心钻具钻头处和钻具内的受力状态分析,建立了相关的力学模型,得出了取心钻进时回次进尺长度与岩石的机械强度、钻具内管直径、冲洗液动压力、岩石与钻具内管内壁的摩擦系数、钻具的内外环间隙、冲洗液性能之间的影响关系。 地浸砂岩型铀矿钻探取心的目的层是含矿、含水的松散砂岩层,该岩层胶结程度差、松散、破碎,钻进过程中,岩心怕冲洗液水流冲蚀、怕震动、怕磨蚀。另外,松散砂岩层与泥岩换层频繁,岩层软硬不均,取心操作工艺不易掌握,在这类松散砂岩层中,钻探取心难度较大。论文第二章介绍了投球式单管取心钻具、投球式双动双管取心钻具、HD-216取心钻具、HD-216A取心钻具、射流式取心钻具、双阀式单动双管取心钻具、喷反式单动双管取心钻具七种钻具。重点介绍了投球式单管取心钻具、投球式双动双管取心钻具、HD-216取心钻具、HD-216A取心钻具的结构特点、操作工艺技术、钻进规程、适用地层以及在北方各大盆地的生产试验情况。 在松散岩层钻探取心时,如何将岩矿心从提升到地表的钻具中完好地取出也是一项值得注意的操作技术。论文第二章介绍了目前核地质系统地浸砂岩型铀矿钻探生产中广泛采用的泵压退心技术,详细介绍泵压退心的原理、退心装置的连接方法、操作规程和实际应用效果。 论文第二章简要介绍了目前核工业地浸砂岩型铀矿钻探常用的硬质合金钻头、金刚石复合片PDC钻头以及其所适应的地层。 在论文第二章中,提出了在松散岩层取心钻进应采用“双护”(护壁与护心)型冲洗液的观点,介绍了目前核地质系统常用的三种“双护”泥浆的配方,分析了“双护”泥浆中处理剂的作用机理及其护心功能。经过野外生产试验和推广应用,可以达到如下效果:(1)大幅提高松散砂岩层的岩矿心采取率,减少冲洗液对松散岩矿心的浸染,保持原状;(2)实现全孔无套管裸眼钻进,节省大量管材,降低成本,提高生产效率;(3)缩短钻孔终孔后测井前冲孔换浆的时间,使测井工作更为顺利,和使用普通高固相泥浆相比,缩短测井时间近40%。 核工业地浸砂岩型铀矿钻探施工中经常会钻遇到卵砾石层,在卵砾石层钻进,钻头消耗快、成本高、效率低、设备机械故障多、孔内事故频繁、钻孔质量差。卵石层钻进研磨材料的成本消耗约占钻孔研磨材料总成本的80%左右,所消耗的时间是钻进相同厚度其它岩层的几倍甚至几十倍。随着地浸砂岩性型铀矿勘查工作的进一步深入,勘查地区的扩展,这一难题对钻探生产和地质找矿的影响越来越明显。 论文第三章介绍了作者在“卵砾石层取心钻进技术研究”方面所进行的课题研究。主要包括三方面的内容:(1)卵砾石层钻进用特殊硬质合金钻头的研究;(2)金刚石—硬质合金复合球齿钻头的研究与开发;(3)孕镶金刚石—针状合金复合式取心钻头的研究。 在论文第三章中,通过对卵砾石层回转钻进特点的分析,明确地提出了钻头在孔底回转钻进的三种工作状态:(a)切(磨)削、(b)排挤、(c)套取,其中大多情况下为挤压和套取状态。绘制出了“卵砾石层回转钻进钻头孔底工作状态示意图”,形象、直观地反映了卵砾石层回转钻进时钻头与钻具在孔底的工作状态。 通过对卵砾石回转钻进特点、岩石破碎机理、卵砾石层钻进钻头失效形式等方面的分析研究,提出了在卵砾石层钻进以“挤压套取为主、切(磨)削为辅”的思路。从而打破了过去在该地层钻进“拼消耗”的被动局面,也为以后开展相关科研、采取相关措施指明了方向。 论文第三章内容反映了作者近年来在核地质系统从事“卵砾石层取心钻进技术研究”的研究历程与研究路线:卵砾石取心钻进技术研究问题的提出——综合分析研究——提出在卵砾石层钻进以“挤压套取为主、切(磨)削为辅”的研究思路——抗冲击性能较好的硬质合金齿(如球形齿和勺形齿)钻头研究与试验——金刚石—硬质合金复合球齿钻头的研究与开发——孕镶金刚石—针状合金复合式取心钻头的研究。 在盆地地浸砂岩型铀矿钻探过程中,由于卵砾石硬度大、可钻性级别高、卵砾石砾径大小不等及形状不规则等特点,普通带刃角的硬质合金钻头、钢粒钻进、PDC复合片钻头和普通孕镶金刚石钻头均不适合卵砾石层取心钻进。 本文在综合考虑以往普通硬质合金钻头钻进卵砾岩石存在各种问题的基础上,从合金钻头结构设计、硬质合金型号选择、镶焊组合方式等方面着手,提高卵砾石层钻进用硬质合金钻头的机械钻速和钻头使用寿命。采取的具体技术措施主要有二个:一是选用抗冲击性能较好的球齿(Q型)硬质合金和勺形齿(S型)硬质合金作为钻头主切削具;二是适当增大钻头内径。野外生产试验表明,设计制作的混镶式合金钻头与普通八角合金钻头相比,钻头寿命提高了7倍以上,每米钻头成本降低了75%。 球齿和勺型齿硬质合金钻头在钻进砾径较小的卵砾石地层时效高、寿命长,但在砾径大或含漂石的卵砾石地层中,由于钻头合金齿的切(磨)削功能差,钻进时效低。在此基础上,作者开展了《金刚石—硬质合金复合球齿钻头的研究》课题。 研制的金刚石—硬质合金复合齿综合了金刚石和硬质合金的优点,具有高耐磨性、高硬度、高冲击韧性。其超硬复合部分在钻进硬度大、研磨性强的漂、卵石地层时能象孕镶金刚石钻头那样切削岩石。野外钻进试验效果表明,复合齿钻头和普通合金钻头相比:回次进尺提高1倍以上,小时效率提高1.5倍以上,平均寿命提高2.5倍以上,而每米进尺钻头成本降低了35%。 金刚石—硬质合金复合球齿钻头虽然解决了难度很大的大砾径卵砾石层和漂石地层的钻进技术难题,但由于技术上原因,如果要对复合球齿钻头进行规模化生产或大面积推广应用,还需要进行大量的研究工作。另外,从试验结果来看,复合球齿钻头的使用寿命较短。为了进一步攻克地浸砂岩型铀矿钻探生产中卵砾石层钻进的难题,作者向核工业地质局申报了《孕镶金刚石—针状合金复合式取心钻头研究》课题。 在钻进卵砾石地层时,钻头承受的冲击载荷大,孕镶金刚石—针状合金复合式取心钻头胎体中的针状合金可提高钻头的抗崩能力,并能为金刚石磨削岩石创造了较好的条件,使金刚石免受剧烈冲击载荷。一般情况下,在卵砾石层钻进,孕镶金刚石钻头胎体消耗速度非常快,针状合金的存在可起硬支作用,减慢金刚石的换层速度,在钻进中保持胎体与岩石的接触面不变,始终维持克取岩石的能力,保持较高的钻进效率,提高钻头的使用寿命。 孕镶金刚石—针状合金复合式取心钻头综合了孕镶金刚石钻头与普通硬质合金钻头的优点,胎体具有较高的耐磨性和抗冲击韧性。野外钻进试验表明,孕镶金刚石—针状合金复合式取心钻头钻进卵砾石层,每米钻头成本仅为普通硬质合金钻头的1/5,经济效益显著。 孕镶金刚石—针状合金复合式取心钻头的成功研制,为卵砾石层钻进工作量较大的地浸砂岩型铀矿勘探、煤田地质勘探、工程地质勘探等提供了有利的碎岩工具,有很好推广前景。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郭庆银;陈祖伊;韩淑琴;于金水;;层序地层学在砂岩型铀矿勘查中的应用现状与前景展望[J];铀矿地质;2008年01期
2 李晓禄;常树帅;;航磁梯度测量及其在砂岩型铀矿勘查中的应用初探[J];铀矿地质;2009年06期
3 徐喆;吴仁贵;蔡建芳;余达淦;宫文杰;宁君;;α径迹蚀刻方法在砂岩型铀矿研究中的应用——以通辽地区砂岩铀矿为例[J];东华理工大学学报(自然科学版);2010年01期
4 陈玉梁;陈载林;刘晓兰;;瞬变电磁法在梁河盆地砂岩型铀矿勘查中的应用[J];四川地质学报;2010年04期
5 钟延秋;徐庆霞;谷社峰;;航空放射性测量资料在成矿远景预测中的应用——以海拉尔盆地砂岩型铀矿为例[J];地质与资源;2010年04期
6 胡珺珺;聂逢君;邓居智;康世虎;;二连盆地赛汉高毕地区砂岩型铀矿赋存状态研究[J];采矿技术;2011年02期
7 赵宝光,何发扬,陈志国,荣建锋,何涛,黄大友;三塘湖盆地基底特征及砂岩型铀矿成矿的铀源条件分析[J];铀矿地质;2004年04期
8 叶柏庄;;中亚砂岩型铀矿成矿特征及其在我国的找矿思路[J];世界核地质科学;2005年04期
9 陈友良;朱西养;张成江;陈跃辉;彭新建;王金平;;层间氧化带砂岩型铀矿稀土元素变化规律初探——以伊犁和吐鲁番—哈密盆地为例[J];地质论评;2007年04期
10 杨镜明;张霖;王成;唐湘飞;;地面氡及其子体测量在新疆汉水泉地区砂岩型铀矿找矿中的应用[J];新疆地质;2007年04期
11 李宝新;徐建国;王冰;刘陶勇;;新疆伊犁盆地南缘新生代构造特征及其对砂岩型铀矿的控制作用[J];新疆地质;2008年03期
12 李月湘;秦明宽;何中波;;内蒙古二连盆地铀与油、煤的时空分布及铀的成矿作用[J];世界核地质科学;2009年01期
13 傅成铭;;柴达木盆地北缘盆-山耦合特征及对砂岩型铀成矿的控制作用[J];世界核地质科学;2009年01期
14 曹建文;李满根;蔡煜琦;赵永安;;砂岩型铀矿钻孔原始地质编录数据的采集与管理[J];东华理工大学学报(自然科学版);2009年01期
15 宫文杰;张振强;于文斌;杨冰;;松辽盆地地浸砂岩型铀成矿铀源分析[J];世界核地质科学;2010年01期
16 赵希刚;张云宜;赵翠萍;贺建国;;砂岩型铀矿找矿中物化探测量方法应用评述及建议[J];世界核地质科学;2010年01期
17 李保侠;贾恒;于宏伟;;鄂尔多斯盆地西缘惠安堡地区铀成矿特点[J];铀矿地质;2010年04期
18 宫文杰;张振强;;松辽盆地南部泉头组砂岩型铀矿成矿条件分析[J];地球学报;2010年06期
19 李学礼,刘金辉,史维浚,周文斌,张为民,孙占学;新疆准噶尔盆地北部天然水的同位素研究及其应用[J];地球学报-中国地质科学院院报;2000年04期
20 赵宝光,何发扬,陈志国,荣建锋,何涛,黄大友;新疆三塘湖盆地基底特征及砂岩型铀矿的铀源条件[J];四川地质学报;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邓居智;刘庆成;龚育龄;方根显;;土壤磁性测量在砂岩型铀矿找矿中的应用[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
2 刘德长;崔焕敏;赵英俊;;论砂岩型铀矿断隆成矿的观点[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第1册)[C];2009年
3 刘德长;崔焕敏;赵英俊;;论砂岩型铀矿断隆成矿的观点[A];全国成矿理论与深部找矿新方法及勘查开发关键技术交流研讨会论文集[C];2010年
4 吴仙明;凌阳;李唐;;激电中梯在砂岩型铀矿勘查中的应用[A];四川省核工业地质局283大队首届学术交流会论文集[C];2011年
5 李鑫;李仁泽;李唐;张建华;凌阳;;内蒙古巴音塔拉盆地砂岩型铀矿成矿条件浅析[A];四川省核工业地质局283大队首届学术交流会论文集[C];2011年
6 刘林;宋宪生;冯伟;宋哲;李卫;;柴达木盆地北缘砂岩型铀矿成矿前景分析[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第1册)[C];2009年
7 向伟东;陈肇博;陈祖伊;陈跃辉;程华汉;;吐哈盆地西南部砂岩型铀矿含矿岩系孢粉组合特征及层序地层划分与对比[A];第四届全国青年地质工作者学术讨论会论文集[C];1999年
8 陈戴生;李胜祥;蔡煜琦;;古气候砂岩型铀矿成矿的控制作用[A];2001年全国沉积学大会摘要论文集[C];2001年
9 孙玉壮;刘池阳;代世峰;秦鹏;孟志强;;鄂尔多斯盆地东胜砂岩型铀矿的地球化学性质[A];鄂尔多斯盆地及邻区中新生代演化动力学和其资源环境效应学术研讨会论文摘要汇编[C];2005年
10 陈肇博;向伟东;尹金双;;有机质与砂岩型铀矿成矿作用[A];2001年全国沉积学大会摘要论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 许强;尼日尔阿泽里克地区砂岩型铀矿控矿因素研究[D];核工业北京地质研究院;2013年
2 朱西养;层间氧化带砂岩型铀矿元素地球化学特征[D];成都理工大学;2005年
3 樊爱萍;鄂尔多斯盆地东胜铀矿区侏罗系成岩作用的成矿约束[D];西北大学;2007年
4 孙泽轩;滇西新生代盆地与砂岩型铀矿成矿[D];成都理工大学;2007年
5 吴柏林;中国西北地区中新生代盆地砂岩型铀矿地质与成矿作用[D];西北大学;2005年
6 于文斌;松辽盆地南部白垩系砂岩型铀矿成矿条件研究[D];吉林大学;2009年
7 郭庆银;鄂尔多斯盆地西缘构造演化与砂岩型铀矿成矿作用[D];中国地质大学(北京);2010年
8 张云峰;鄂尔多斯盆地多种能源矿产共同富集的地质条件与成藏(矿)系统研究[D];中国地质大学(北京);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李于于;砂岩型铀矿中铁素氧化还原相关细菌类群分析[D];西北大学;2013年
2 房琳;砂岩型铀矿不同矿带中可培养硫酸盐还原菌类群及其分布[D];西北大学;2012年
3 李琳;十红滩砂岩型铀矿中参与碳氮循环的部分可培养本源微生物类群研究[D];西北大学;2012年
4 吴国东;鄂尔多斯盆地隐伏砂岩型铀矿勘查地球化学研究[D];中国地质大学(北京);2013年
5 宋子升;鄂尔多斯盆地杭锦旗砂岩型铀矿成矿年代学及其地质意义[D];西北大学;2013年
6 王飞飞;鄂尔多斯盆地杭锦旗地区砂岩型铀矿形成环境及其主控因素[D];西北大学;2013年
7 胡大春;十红滩砂岩型铀矿中参与硫循环相关细菌多样性初探[D];西北大学;2013年
8 马晔;鄂尔多斯盆地杭锦旗砂岩型铀矿铀的赋存状态及铀源探讨[D];西北大学;2013年
9 魏继生;四川盆地地质构造与砂岩型铀矿化的关系研究[D];成都理工大学;2005年
10 王霆;核地球物理方法在铀矿勘查中的应用[D];中国地质大学(北京);2011年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 本报通讯员 张海淼 刘学努 本报记者 李伟锋;草原找铀人[N];地质勘查导报;2010年
2 张海淼 刘学努;草原找铀人[N];中国矿业报;2010年
3 通讯员 宁薇 李彦军;焦养泉提出找铀新思路[N];中国国土资源报;2001年
4 宁薇 李彦军;铀矿勘探有了新思路[N];中国矿业报;2001年
5 宁薇 李彦军;盆地分析理论 应用于铀矿勘探[N];中国冶金报;2002年
6 本报记者 韦玉芳;国际铀市场展望[N];中国国土资源报;2002年
7 特约记者 王中义 宋英霞;咬定青山不放松 浓墨重彩谱华章[N];中国矿业报;2009年
8 王世虎;铀矿勘查:春天的脚步近了[N];地质勘查导报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978