Perforación por impacto
Los equipos y herramientas de perforación por percusión son livianos y fáciles de operar y administrar. Es un método de perforación común para perforar gravas grandes, cantos rodados y rocas frágiles en la construcción de pozos hidrológicos y otros proyectos. Sin embargo, dado que las herramientas de perforación se utilizan para romper rocas, solo pueden perforar agujeros verticales. La eficiencia de perforación es baja y existen ciertas limitaciones en su uso.
El equipo utilizado en la perforación por impacto incluye equipos de perforación CZ-20, CZ-22, CZ-30 y de circulación inversa por impacto.
(1) Herramientas de perforación
El método de conexión de las herramientas de perforación en la perforación por percusión se muestra en la Figura 4-19. Es una herramienta importante para fracturar formaciones y perforar muestras.
Figura 4-19 Diagrama estructural de la herramienta de perforación por impacto
a: 1 cable; 2, 6, 10 interfaces; 4,5: desenrosque la boca cuadrada; 7 brocas; tanque de polvo de 8 rocas; 9 tubos de perforación; abrazadera de 11 cables B: 1 tubo de perforación; 3 tubos de perforación C: 1 tubo de perforación; 3 posiciones
1. Una pequeña cantidad
Las brocas de percusión se pueden dividir en rectas, en forma de I, en forma de cruz, en forma de herradura y redondas según la forma de sus hojas. y se puede seleccionar según la naturaleza de la roca. Actualmente, se utilizan ampliamente brocas en forma de cruz con bordes secundarios, como se muestra en la Figura 4-20. El filo con varios ángulos de corte en la parte inferior de la perforadora transversal se utiliza para transferir la fuerza del impacto a la roca.
La parte media de la broca se llama cuerpo de la broca. Para reducir la resistencia al movimiento del magma en el fondo del orificio hacia la broca, hay una ranura en el cuerpo de la broca para que fluya el magma.
El ángulo de corte de la broca de impacto depende de la dureza de la roca que se está perforando. Generalmente, puede ser alrededor de 65,438+000 para estrato, 65-80 para roca blanda, 90-65,438+065,438+00 para roca semidura y 65,438+00-65,438 para roca dura. Para reducir la fricción entre la broca y la pared del pozo, se deja un ángulo libre de 4° ~ 8° en el extremo exterior del filo.
El extremo superior de la broca de impacto está provisto de una rosca cónica que conecta el tubo de perforación y una ranura anular que conecta la broca de pesca.
Para mejorar la resistencia al desgaste del filo de la broca, se puede utilizar un tratamiento con cianuro o un electrodo de aleación. Las especificaciones de las brocas de impacto en forma de cruz con filos de corte secundarios se muestran en la Tabla 4-13.
Figura 4-20 Taladro de impacto en forma de cruz con hoja secundaria
1-Hoja principal; 2-Hoja secundaria; 4-Rosca cónica; Ranura de 6 llaves
Tabla 4-13 Especificaciones de la broca de impacto transversal con borde auxiliar
2. Varilla de perforación de impacto
La varilla de perforación de impacto está hecha de Hecho de Acero redondo sólido para aumentar la calidad de la broca. El extremo superior del tubo de perforación está equipado con una hebilla macho cónica y una ranura para anillo de pesca, y el extremo inferior está equipado con una hebilla hembra cónica para conectar la broca o el tambor de pesca. También hay ranuras en ambos extremos para apretar las herramientas de perforación.
Los métodos de conexión entre tuberías de perforación incluyen conexión roscada y conexión de brida. La tubería de perforación en el pozo no debe ser demasiado larga para evitar que se rompa. La estructura de la tubería de perforación se muestra en la Figura 4-21; las especificaciones de la tubería de perforación se muestran en la Tabla 4-14.
Figura 4-21 Diagrama estructural de la tubería de perforación por impacto
a - diámetro de la tubería de perforación; b - longitud de la tubería de perforación; c - longitud de la cabeza cuadrada de la tubería de perforación; taladro La longitud lateral de la sección de la varilla; e - la longitud del pasador cónico F - el diámetro de la cabeza grande del pasador cónico;
Las uniones de cables metálicos también se denominan sujetacables. Su función es conectar el cable metálico y la herramienta de perforación. Bajo la torsión del cable metálico, la broca girará automáticamente en un cierto ángulo después de un impacto.
La estructura de la unión del cable metálico se muestra en la Figura 4-22. El cable metálico se extiende dentro del pistón hueco de la junta a través del extremo superior, y el anillo se puede sacar de la junta y extenderse hasta el extremo del cable metálico en el anillo. El alambre de acero se dobla hacia atrás en forma de corazón, se inserta en la bobina y se suelda firmemente con una aleación de Babbitt.
Al levantar la herramienta de perforación, dado que el enlazador está conectado a toda la unión del cable, toda la herramienta de perforación se tuerce por la tensión del cable, lo que hace que la herramienta de perforación gire en ángulo. Cuando se baja la herramienta de perforación, el gancho se desprende de la junta y el cable vuelve a su estado tenso original sin ningún estrés. El enlazador conectado al cable se desliza en el espacio de la junta, de modo que el cable se puede apretar sin hacer girar la broca. Es decir, la broca gira en un cierto ángulo durante el proceso de elevación, pero no gira durante el proceso de descenso. Por lo tanto, se obtiene una sección transversal circular regular en el fondo del pozo. Para evitar que el enlazador se atasque, las uniones de los cables deben revisarse y limpiarse con frecuencia.
Tabla 4-14 Especificaciones de la tubería de perforación por impacto
Paso 3: Saque la tubería de arena
La tubería de arena también se llama tubería de succión y se utiliza principalmente para rescate El polvo de roca del pozo también se puede utilizar directamente para perforar formaciones arenosas y arcillosas blandas. El cubo de arena tiene forma de cilindro, con la viga superior conectada a un cable metálico y una válvula en el extremo inferior para extraer el polvo de roca. De acuerdo con las características de la formación, la válvula puede ser del tipo válvula de bola, tipo válvula hemisférica o tipo plano. La forma del cubo de arena se muestra en la Figura 4-23 y las especificaciones se muestran en la Tabla 4-15.
Figura 4-22 Diagrama de estructura de abrazadera de cuerda
1-Aro protector; 2-Arandela; 3-Cuerpo de clip de cuerda;
Figura 4- 23 Balde de arena
a——Diámetro del balde de arena; b——Diámetro de entrada de lodo; c——Altura de la manija de elevación de lodo; d-Longitud de soldadura; manija de elevación de lodo
Tabla 4-15 Especificaciones de la unidad de barco de extracción de arena: mm
4. Cuerda de acero
La perforación por percusión generalmente utiliza un núcleo de cáñamo de 6 × 19 Izquierda. - cable de acero tendido a mano (cable con núcleo de cáñamo de 6 × 19, consulte la Tabla 4-16). El primer número indica que hay 6 hilos de subcuerda y el segundo número indica que cada subcuerda está hecha de 19 alambres de acero. Las especificaciones del cable metálico deben seleccionarse de acuerdo con la masa máxima de la herramienta de perforación y el factor de seguridad es generalmente 10.
Tabla 4-16 Cable con núcleo de cáñamo de 6 × 19
(2) Procedimiento de perforación por impacto
Los parámetros profesionales de la perforación por impacto incluyen la calidad de la herramienta de perforación y el impacto. altura (golpes o golpes), número de impactos y densidad del polvo de roca.
1. Calidad de las herramientas de perforación
La calidad de las herramientas de perforación por impacto se refiere a la masa total de brocas, tubos de perforación, abrazaderas de cable y otras herramientas de perforación que se pueden aplicar a las rocas cuando La herramienta de perforación es estacionaria, su tamaño debe determinarse de acuerdo con las propiedades de la roca de perforación. Se expresa por la gravedad relativa de la herramienta de perforación por unidad de longitud de la hoja (cm) de la broca.
En roca blanda, tome 250 ~ 300 n/cm; en roca semidura, tome 350 ~ 400 n/cm; en roca dura, tome 500 ~ 600 n/cm; cm .
Es un principio seleccionar la calidad de las herramientas de perforación de acuerdo con la naturaleza de la roca, pero al mismo tiempo, también es necesario considerar dejar suficientes "canales" de lodo en las herramientas de perforación de impacto; Asegúrese de que las herramientas de perforación puedan golpear libremente el fondo del agujero. Al mismo tiempo, la herramienta de perforación es demasiado larga y tiene poca estabilidad, lo que consumirá la potencia del impacto y hará que el efecto del impacto disminuya. Por lo tanto, si se cumplen otras condiciones, la longitud de la herramienta de perforación debe acortarse tanto como sea posible.
2. Altura del impacto
La altura del impacto se refiere a la altura de la herramienta de perforación levantada desde el fondo del pozo durante el proceso de impacto. Generalmente, la altura de impacto que puede cambiar un taladro de impacto es de 0,6 a 1,1 m. Tome un valor pequeño para roca dura y un valor grande para roca blanda.
Según los experimentos, aumentar la altura del impacto es más eficaz para mejorar la eficiencia de la perforación que aumentar otros parámetros. Sin embargo, se deben considerar los límites de resistencia de la herramienta de perforación.
El factor que incide en la altura del impacto es el alargamiento elástico del cable, por lo que se utiliza la distancia de suspensión. La distancia de suspensión se controla controlando la cantidad de cuerda. La cantidad de desembolso del cable debe ser "pequeña pero frecuente" para garantizar que sea consistente con la velocidad de extensión del pozo. Cada desembolso del cable debe realizarse en el momento en que la rueda de presión alcanza la posición más alta. El valor de la suspensión debe determinarse en función de la roca. Al perforar en roca blanda, la profundidad de la roca cortada en la roca con cada impacto es mayor, y la distancia de suspensión puede ser menor o incluso inexistente al perforar en roca dura, la profundidad de la roca cortada en la roca; con cada impacto es menor y debe reservarse adecuadamente. La distancia de suspensión también está relacionada con la profundidad del pozo. Cuanto más profundo sea el pozo, mayor será el alargamiento elástico del cable, por lo que se debe dejar adecuadamente. Generalmente, se reservan entre 3 y 4 cm de suspensión para rocas de dureza media o superior.
3. Tiempo de impacto
El número de impactos se refiere al número de veces que la herramienta de perforación impacta el fondo del pozo por minuto. Dado que la perforación por impacto puede romper roca de manera efectiva solo asegurando que la herramienta de perforación caiga libremente al fondo del pozo, se requiere que el mecanismo de impacto de la herramienta de perforación coincida con el momento en que la herramienta de perforación cae en un ciclo. Es decir, el número de golpes debe coincidir con la altura del golpe. Un buen número de influencias se denomina número razonable de influencias. Cuando se debe aumentar la altura del impacto al perforar, el número de impactos se debe reducir adecuadamente para evitar que la herramienta de perforación "ahueque" el agujero.
Los parámetros coincidentes de altura de impacto y tiempos de impacto aplicables a los taladros de impacto existentes se especifican en la Tabla 4-17.
Tabla 4-17 Relación entre la altura del impacto y el número de impactos
4. Densidad del polvo de roca
Debe haber una cierta densidad de la lechada de polvo de piedra. en la perforación por impacto hasta recortes suspendidos para proteger las paredes del pozo. A la masa de polvo de roca contenida en una unidad de volumen de lechada de polvo de roca la llamamos densidad de polvo de roca, y la unidad es kg/L.
La densidad del polvo de roca en el pozo afectará directamente la eficiencia de la perforación. Cuando la densidad del polvo de roca es demasiado pequeña, la herramienta de perforación descenderá a alta velocidad, que será restringida por la rueda de presión que se mueve lentamente al final de la carrera de la herramienta de perforación, de modo que la fuerza de impacto no pueda ejercer completamente su efecto de rotura de roca. El efecto y la eficiencia de la perforación se reducirán; cuando la densidad del polvo de roca es demasiado alta, la herramienta de perforación caerá a baja velocidad, lo que hará que la herramienta de perforación rebote antes de llegar al fondo del pozo, lo que hará que la herramienta de perforación no pueda impactar efectivamente el fondo del pozo, e incluso "perforar hasta vaciarlo". Al mismo tiempo, la lechada de polvo de roca se utiliza en la perforación por impacto para suspender partículas de roca rotas. Si la densidad del polvo de piedra es inadecuada, se formará una capa de almohadilla de polvo de piedra en el fondo del agujero, lo que debilitará el impacto de la broca en el fondo del agujero. Cuando este tipo de plataforma de polvo de roca es severa, la eficiencia de perforación se puede reducir a cero.
En la operación real, el método para controlar la densidad del polvo de roca es controlar el intervalo y la cantidad de pesca en la arena, por lo que existe una disposición de "más tráfico, menos tráfico" en las regulaciones. La experiencia ha demostrado que cuando se utiliza una pajita para sacar arena, la pajita debe moverse dentro del área de la "columna de polvo de roca" en el fondo del pozo, donde la lechada de roca tiene la mayor densidad. La distancia de elevación de la pajita debe ser de 20 a 20 a. 50 mm, y el número de movimientos de la pajita debe ser de 3 a 4 veces.
La coincidencia de varios parámetros técnicos de la perforación por impacto se basa principalmente en las condiciones de la formación y se puede seleccionar consultando la Tabla 4-18.
(3) Aplicación de la perforación por impacto
Aunque el método de perforación por impacto es antiguo, por sus propias características aún tiene cierta aplicación en la construcción de pozos de abastecimiento de agua de gran diámetro y agujeros de pilotes de gran diámetro. Las ventajas. Por tanto, es necesario comprender cómo funciona la perforación por percusión en determinadas formaciones rocosas.
1. Perforación de pozos en formaciones como cantos rodados y cantos rodados.
Este tipo de formación tiene una cementación deficiente, guijarros sueltos, guijarros duros y lisos, paredes de pozo inestables y es propenso a colapsar, desviar el pozo y tener fugas. La perforación por impacto puede lograr buenos resultados.
Tabla 4-18 Tabla de parámetros de reglas de perforación por percusión
La perforación de este tipo de formación debe utilizar una gran altura de impacto, tiempos de impacto bajos y mejorar adecuadamente la calidad de las herramientas de perforación. Si la fuga no es grande, se puede usar lodo para proteger la pared; si la fuga es grave, se pueden arrojar bolas de lodo a la pared del pozo y protegerlas con lodo espeso. Cuando se encuentran rocas grandes, se puede utilizar el método de perforación de "extracción alta" para romper las rocas en pedazos y apretarlas contra la pared del agujero. Cuando el pozo se desvía, la sección desviada se puede llenar con rocas frágiles y volver a perforar usando un pequeño programa. Una vez corregida la perforación, podrá continuar perforando normalmente. Además, durante la operación, es necesario fortalecer la rotación de la herramienta de perforación y utilizar un ángulo de corte grande para evitar que la broca se desgaste demasiado rápido. Revise la herramienta de perforación con frecuencia y repare la broca a tiempo para evitar la contracción de la perforación.
2. Perforación de la capa de arcilla
Este tipo de formación tiene alta viscosidad, poca permeabilidad al agua y gran cantidad de lodo en el pozo. Es probable que se produzcan contracción y perforación fangosa durante la perforación, pero la pared del pozo es estable. Por tanto, la penetración y la protección de paredes no son un problema, lo importante es prevenir accidentes. Generalmente, se puede utilizar una altura de impacto pequeña y un peso ligero de la herramienta de perforación, se debe reducir adecuadamente el número de impactos, se debe cambiar la lechada con frecuencia, se debe poner menos cuerda, el metraje debe ser corto y una cierta cantidad de material fino. Se debe agregar barro al hoyo. Cuando se encuentren estratos con mayor plasticidad y elasticidad, se pueden colocar ladrillos o grava blanda en el hoyo para aumentar la "herramienta afilada" para romper rocas. Cuando se encuentra una capa de arena arcillosa, se puede utilizar la perforación con barril de arena para mejorar la eficiencia de la perforación.
3. Perforación con arena
La perforación en la capa de arena es principalmente para proteger la pared del pozo, y se debe utilizar lodo de alta calidad para proteger la pared. En la fina capa de arenas movedizas se pueden colocar bolas de barro para aumentar la capacidad de protección de la pared. En la capa de arenas movedizas más gruesa se puede seleccionar la perforación posterior.
4. Perforación en formación de piedra caliza
Las grietas en la piedra caliza están relativamente desarrolladas y es fácil que se caigan piezas durante la perforación y que la herramienta de perforación se atasque. Si se manipula incorrectamente, el cable podría romperse y provocar un accidente.
Al perforar formaciones de piedra caliza, el ángulo de relieve de la broca debe ser grande para que el espacio entre la broca y la pared del orificio esté dentro del rango de 30 ~ 50 mm. Durante la operación, se debe minimizar la oscilación de la herramienta de perforación y se debe controlar la distancia de suspensión. El cable debe ser pequeño y diligente, y la altura del impacto y el número de impactos deben coincidir adecuadamente. Cuando la formación está particularmente rota, se pueden lanzar bolas de lodo y apretarlas en las grietas para aumentar la estabilidad de la pared del pozo. La broca debe repararse con material duro y se deben preparar de 2 a 3 brocas para la rotación. Se puede utilizar lodo de alta calidad para suspender los recortes de perforación. Donde hay cuevas, se debe tener cuidado para evitar la desviación del pozo.