一种钾盐矿钻探施工用的钻头及钻孔方法与流程

本发明涉及地质勘探技术领域，更具体的涉及一种钾盐矿钻探施工用的钻头及钻孔方法。

背景技术：

被誉为中国聚宝盆的青海柴达木盆地，蕴藏着极为丰富的钾盐类矿产资源。钾盐矿钻孔均为超千米深孔，要求全孔取心钻进，钻探质量要求高。该矿区地层主要以新近系可溶性钾盐、粘土、碎屑岩类为主，水敏性较强，钾盐矿层层数多、厚度大，其岩性脆软，遇水易溶蚀，采取岩心困难。目前施工所使用的是孕镶金刚石取心钻头钻进，平均岩心采取率仅为40％左右，尤其是钻遇不易采取的砂砾岩取心率仅为30％，根本达不到技术要求，钻进效率低，时效仅为0.52m/h，回次进尺只有1～2m，根据取心管长度正常回次进尺应在4～5m之间，进度缓慢，并且钻孔施工不安全，易发生钻孔事故，遇到了钻探施工技术难题。因此，寻求解决技术难题的途径，探索新的适岩钻进取心钻头和改进钻进方法是很有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钾盐矿钻探施工用的钻头及钻孔方法，用以解决现有技术中存在钾盐矿钻孔效率低以及易发生钻孔事故的问题。

本发明是这样实现的，一种钾盐矿钻探施工用的钻头，所述钻头包括钻头体和切削具，所述钻头体通过母丝扣与钻具连接，所述钻头体的前端面中部沿圆周方向一体设置有多个阶梯型凸起，多个所述阶梯型凸起共同构成圆环状分布在钻头体的前端面上，所述阶梯型凸起外围的钻头体前端面上以均匀布置的方式镶焊有切削具，所述阶梯型凸起上以均匀布置的方式镶焊有切削具，所述阶梯型凸起外围的钻头体前端面上以均匀布置的方式开设有底喷水眼，所述钻头体的内部具有环形空腔，所述切削具为金刚石复合片。

本发明同时提供了一种钾盐矿钻探施工用钻孔方法，将上述的钾盐矿钻探施工用的钻头安装在单动双管钻具的取心管上，进行钾盐矿的钻孔，钻孔过程中，利用泥浆泵向孔内注入卤水泥浆进行护壁。

进一步，所述卤水泥浆按照如下重量组成的原料混合而成：钠土5％，gtq抗盐共聚物1％，降失水剂1％，余量为卤水。

进一步，所述钠土为钠基膨润土，所述降失水剂为na-hpan，所述卤水取自钻孔作业当地的盐湖卤水。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种钾盐矿钻探施工用的钻头及钻孔方法，该钾盐矿钻探施工用的钻头结构合理，能够提高钻探质量和钻进速度，而且钻探使用寿命延长，降低了钻探成本，同时提供的钻孔方法能够保证钻孔的安全顺利施工。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种钾盐矿钻探施工用的钻头结构示意图；

图2为图1的侧视图。

图中，1、钻头体；2、金刚石复合片；3、母丝扣；4、底喷水眼；5、阶梯型凸起。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种钾盐矿钻探施工用的钻头，该钻头包括钻头体1和切削具，钻头体1通过母丝扣3与钻具连接，钻头体1的前端面中部沿圆周方向一体设置有多个阶梯型凸起5，多个阶梯型凸起5共同构成圆环状分布在钻头体1的前端面上，阶梯型凸起5外围的钻头体1前端面上以均匀布置的方式镶焊有切削具，阶梯型凸起5上以均匀布置的方式镶焊有切削具，阶梯型凸起5外围的钻头体1前端面上以均匀布置的方式开设有底喷水眼4，钻头体1的内部具有环形空腔，切削具为金刚石复合片2。

钻头工作原理如下：

本发明实施例的钻头通过母丝扣3与钻具连接，是在钻机回转工作时传递给钻具的旋转动力和钻具重量产生的压力二者形成的合力作用下，使本发明钻头的切削具压入钻孔地层进行连续切削破碎岩石；同时钻头利用泥浆泵工作中产生的高压泥浆液流经底喷水眼4，从而冷却钻头，并利用阶梯型凸起5阻挡泥浆直接冲蚀岩心，起到保护岩心的作用；通过提钻把所钻取的岩心提出钻孔，完成一个钻程取岩心的过程；经过检查所述钻头磨损情况，确认钻头合格后，再次下钻进行钻进取心，如此反复操作，使钻孔不断延伸，达到设计深度，完成钻孔取心工作。

本发明实施提供的钾盐矿钻探施工用的钻头具有如下特点：

1、结构合理，提高了钻探质量。针对钾盐矿地层易缩径，采用本发明提供的钻头，阶梯型凸起5外围的钻头体1前端面上以及阶梯型凸起5上以均匀布置的方式镶焊切削具，增大了钻孔与钻具之间的环状间隙，消除了由于钻孔环状间隙小出现的憋泵现象，利于泥浆循环，排除孔底钻渣干净，减少了粘附卡钻和埋钻事故的发生；底喷超前阶梯钻头保护了松散、破碎、不胶结的砂砾岩不被泥浆直接冲蚀，岩心采取率达到了90％，满足了技术要求；提高了钻探质量。

2、本发明提供的钻头能够实现超前克取岩石钻进，阶梯型凸起5超出钻头前端面形成台阶，提高了钻效。改进前使用孕镶金刚石为研磨破碎岩石方式，钻进速度较为缓慢现状，改进后为金刚石复合片被超前压入岩石，变为切削破碎岩石方式，钻探切削具破碎岩石的方式发生了改变，从而提高了钻进速度。

3、钻探使用寿命延长，降低了钻探成本。由于复合片钻头比孕镶金刚石钻头硬度大10倍以上，复合片比金刚石钻头耐磨损，延长了钻头的使用寿命，采用常规的孕镶金刚石钻头钻进砂砾岩寿命仅为5～9m，使用改进后的钻头寿命平均为20～30m，最长为50～60m，钻头寿命延长了4～6倍；使用改进后的钻头提高了钻进效率，降低了钻探施工成本6％。

本发明实施例提供的钾盐矿钻探施工用的钻头使用效果：

使用研制的钻头进行钾盐矿钻孔，改进前后4个钻孔的效果对比见表1所示。

表1钻头改进前后效果对比表

本发明实施例提供的钾盐矿钻探施工用的钻头，不但提高了钾盐矿的钻进效率和岩心采取率，增加了回次进尺长度和钻头使用寿命，还提高了钻探质量，缩短了钻探施工周期，减少了钻孔事故的发生，降低了钻探施工成本，取得了较好的经济效益。

本发明实施例还提供了一种钾盐矿钻探施工用钻孔方法，该钻孔方法是将本发明实施例提供的钾盐矿钻探施工用的钻头安装在单动双管钻具的取心管上，进行钾盐矿的钻孔，钻孔过程中，利用泥浆泵向孔内注入卤水泥浆进行护壁。

在本发明实施例中，卤水泥浆按照如下重量组成的原料混合而成：钠土5％，gtq抗盐共聚物1％，降失水剂1％，余量为卤水。作为本发明实施进一步优选的方案，钠土为钠基膨润土，降失水剂为na-hpan，卤水取自钻孔作业当地的盐湖卤水。配方中钠土为钠基膨润土，作为主要造浆材料，是配制卤水泥浆的分散相；所用gtq抗盐共聚物是将磺化褐煤树脂(spnh)、羧甲基纤维素钠盐(hv-cmc)、水解聚丙烯晴钠盐(hpna-na)、丙烯晴/丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸基合成的共聚物，具有抗电解质污染、增粘、提切力、降失水等作用；降失水剂为na-hpan，加入泥浆中，能显著降低泥浆滤失量，形成质量较好的泥皮，其热稳定性较好，抗温能力强，并具有一定的抗盐、钙污染的能力，并对渗透性漏失具有良好的封堵效果。

钻孔实践发现，选用的泥浆质量直接关系到钾盐岩矿心的采取率和质量，在钾盐探钻孔过程中，选择适宜的泥浆配方是钻孔安全顺利施工的关键所在。

在本发明实施例中，采用上述本发明提供的钾盐矿钻探施工用钻孔方法，对柴达木盆地西北部以黒北凹地-察汗斯拉图凹地区块深层钾盐矿进行钻探施工，在该矿区钻探所遇地层为新近系，是一套近水平的湖泊相沉积地层，以石盐、芒硝等钾盐类矿物沉积为主。本发明根据钾盐矿地层的特点，并根据国内外对卤水泥浆研究现状，经过理论研究和现场多次实验，确定选择了钻孔过程中所采用的较为合适的卤水泥浆进行护壁，同时利用了本发明实施例提供的钾盐矿钻探施工用的钻头进行钻孔，钻孔过程中未发生坍塌、掉块现象，而且钾盐岩矿心没有溶蚀现象，泥浆的防塌性增强，更有利于稳定孔壁，钻孔结束后经过电测井，数据显示钻孔孔径规则，而且配制卤水泥浆主要组成所用卤水，取材方便，降低了钻探成本。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。