常规口径的取心钻进可以分为软地层和松散地层钻进、基岩硬地层钻进。
(一)软地层和松散地层取心钻进
这类地层主要为黏土质地层、砂层、砾石层、泥岩及无硅化的灰岩等地层。特点是松散、不稳定,钻进中易发生缩径、糊钻、坍塌或孔径扩大。故在钻进措施和钻具选择上应适合这类地层特点。
取心钻进所用井内钻具包括钻头、岩心管、异径接头、取粉管、钻杆和钻铤等。
适用于这类地层的取心钻头,目前主要采用硬质合金肋骨钻头。主要形式有3种:螺旋肋骨钻头、阶梯肋骨钻头、内外肋骨钻头。
肋骨钻头结构可参照岩心钻进中的有关图表。
适用于取心钻进的钻杆,一般采用石油钻井用的钻杆,以适应钻进时所遇的强大扭矩。并且采用钻铤加压。为防止井斜,在钻铤上部加入一段扶正器,扶正器外径与粗径钻具相同,扶正器外形可为棱状或螺旋形棱状。
这类地层取心钻具的组装形式,取决于地层的松散程度和取心的难易程度。当地层有一定的胶结力或易于取心时,可选用普通钻具。随地层松散程度的增加,可选用双管钻具、无泵反循环钻具或喷反钻具,以提高岩心采取率和岩心的质量。这些钻具的结构形式与岩心钻探相同。取心钻具的连接方式,在直径较小或扭力不大时,可采用丝扣连接。当直径较大或扭力较大时,可采用丝扣加焊接或完全焊接方式连接,并在岩心管上部连接钻铤和扶正器。
黏土类软地层取心钻进,宜采用肋骨钻头配合弹子钻具进行钻进和采取岩心。使用弹子钻具是在回次终了时从水龙头处投入弹子,用弹子封闭岩心管顶部,消除钻杆内液柱对岩心的压力,防止提钻时岩心脱落。弹子钻具有单管和双管,根据地层松散程度选用。常用弹子钻具的接头如图4-13所示。
图4-13 弹子钻具接头
1—球阀座;2—小卡;3—小卡弹簧;4—小卡堵丝;5—弹簧弹;6—弹簧;7—排水孔
黏土类地层硬度小、黏性大,切削具易于压入并有冲洗液的溶蚀、分解作用。宜选用低黏度、低密度优质泥浆或抑制体系冲洗液护壁,配合低压力、中转速、较大泵量的钻进参数,适当控制钻进速度的操作方法。
砂岩地层使用双动双管即可满足水文地质钻孔的取心要求。岩心管以2～3m为宜,内外管高差应视地层松散程度而定,内外管之间应有足够的通水断面,以保证冲洗液畅通。当钻进非常松散砂层时,可采用内钻头带钢丝的单动双管钻具。
由于砂层结构松散,在冲洗液冲刷作用下容易进尺,因而应选用高黏度优质泥浆或胶结体系的冲洗液护壁,配合轻压、中转速、中排量的钻进参数,适当控制钻进速度的操作方法。软岩取心钻进参数可参考表4-11的规定范围。
表4-11 软岩取心钻进参数表
(二)基岩硬地层取心钻进
水文水井钻探所遇硬地层,多为基岩破碎带、石灰岩及河床上的大漂石、大砾石、卵石等富水地层。由于卵砾石硬度大,又无胶结,如采用带切削具的钻头钻进,切削具很易崩落。不仅钻进效率低,且取心困难,还易造成井斜。因此,在基岩硬地层中进行水文水井钻探时,一般多采用密集式硬质合金钻进。
大直径基岩取心钻进岩心的采取方法,应根据岩心的直径、完整程度确定。
1)卡料卡取法。卡料可用钢粒、卡石、铅丝,其规格应视岩心与岩心管的间隙而定。铅丝可用8号拧成2～3股,长200～300mm。操作方法与岩心钻探相同。
2)楔断法。对坚硬完整,又有一定长度的岩心柱,可先用岩心楔断器楔断后,再下岩心管将其卡取。岩心楔断器及楔断岩心的过程如图4-14所示。
图4-14 岩心楔断器及楔断岩心示意图
3)特大直径岩心可用截断岩心的工具或在岩心中部钻一小直径孔后,采用放炮炸断岩心根部的办法采取。