本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭及鉆孔方法。

背景技術(shù)：

被譽(yù)為中國聚寶盆的青海柴達(dá)木盆地，蘊(yùn)藏著極為豐富的鉀鹽類礦產(chǎn)資源。鉀鹽礦鉆孔均為超千米深孔，要求全孔取心鉆進(jìn)，鉆探質(zhì)量要求高。該礦區(qū)地層主要以新近系可溶性鉀鹽、粘土、碎屑巖類為主，水敏性較強(qiáng)，鉀鹽礦層層數(shù)多、厚度大，其巖性脆軟，遇水易溶蝕，采取巖心困難。目前施工所使用的是孕鑲金剛石取心鉆頭鉆進(jìn)，平均巖心采取率僅為40％左右，尤其是鉆遇不易采取的砂礫巖取心率僅為30％，根本達(dá)不到技術(shù)要求，鉆進(jìn)效率低，時(shí)效僅為0.52m/h，回次進(jìn)尺只有1～2m，根據(jù)取心管長度正常回次進(jìn)尺應(yīng)在4～5m之間，進(jìn)度緩慢，并且鉆孔施工不安全，易發(fā)生鉆孔事故，遇到了鉆探施工技術(shù)難題。因此，尋求解決技術(shù)難題的途徑，探索新的適巖鉆進(jìn)取心鉆頭和改進(jìn)鉆進(jìn)方法是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭及鉆孔方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在鉀鹽礦鉆孔效率低以及易發(fā)生鉆孔事故的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭，所述鉆頭包括鉆頭體和切削具，所述鉆頭體通過母絲扣與鉆具連接，所述鉆頭體的前端面中部沿圓周方向一體設(shè)置有多個(gè)階梯型凸起，多個(gè)所述階梯型凸起共同構(gòu)成圓環(huán)狀分布在鉆頭體的前端面上，所述階梯型凸起外圍的鉆頭體前端面上以均勻布置的方式鑲焊有切削具，所述階梯型凸起上以均勻布置的方式鑲焊有切削具，所述階梯型凸起外圍的鉆頭體前端面上以均勻布置的方式開設(shè)有底噴水眼，所述鉆頭體的內(nèi)部具有環(huán)形空腔，所述切削具為金剛石復(fù)合片。

本發(fā)明同時(shí)提供了一種鉀鹽礦鉆探施工用鉆孔方法，將上述的鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭安裝在單動(dòng)雙管鉆具的取心管上，進(jìn)行鉀鹽礦的鉆孔，鉆孔過程中，利用泥漿泵向孔內(nèi)注入鹵水泥漿進(jìn)行護(hù)壁。

進(jìn)一步，所述鹵水泥漿按照如下重量組成的原料混合而成：鈉土5％，gtq抗鹽共聚物1％，降失水劑1％，余量為鹵水。

進(jìn)一步，所述鈉土為鈉基膨潤土，所述降失水劑為na-hpan，所述鹵水取自鉆孔作業(yè)當(dāng)?shù)氐柠}湖鹵水。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提供了一種鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭及鉆孔方法，該鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭結(jié)構(gòu)合理，能夠提高鉆探質(zhì)量和鉆進(jìn)速度，而且鉆探使用壽命延長，降低了鉆探成本，同時(shí)提供的鉆孔方法能夠保證鉆孔的安全順利施工。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的側(cè)視圖。

圖中，1、鉆頭體；2、金剛石復(fù)合片；3、母絲扣；4、底噴水眼；5、階梯型凸起。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭，該鉆頭包括鉆頭體1和切削具，鉆頭體1通過母絲扣3與鉆具連接，鉆頭體1的前端面中部沿圓周方向一體設(shè)置有多個(gè)階梯型凸起5，多個(gè)階梯型凸起5共同構(gòu)成圓環(huán)狀分布在鉆頭體1的前端面上，階梯型凸起5外圍的鉆頭體1前端面上以均勻布置的方式鑲焊有切削具，階梯型凸起5上以均勻布置的方式鑲焊有切削具，階梯型凸起5外圍的鉆頭體1前端面上以均勻布置的方式開設(shè)有底噴水眼4，鉆頭體1的內(nèi)部具有環(huán)形空腔，切削具為金剛石復(fù)合片2。

鉆頭工作原理如下：

本發(fā)明實(shí)施例的鉆頭通過母絲扣3與鉆具連接，是在鉆機(jī)回轉(zhuǎn)工作時(shí)傳遞給鉆具的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力和鉆具重量產(chǎn)生的壓力二者形成的合力作用下，使本發(fā)明鉆頭的切削具壓入鉆孔地層進(jìn)行連續(xù)切削破碎巖石；同時(shí)鉆頭利用泥漿泵工作中產(chǎn)生的高壓泥漿液流經(jīng)底噴水眼4，從而冷卻鉆頭，并利用階梯型凸起5阻擋泥漿直接沖蝕巖心，起到保護(hù)巖心的作用；通過提鉆把所鉆取的巖心提出鉆孔，完成一個(gè)鉆程取巖心的過程；經(jīng)過檢查所述鉆頭磨損情況，確認(rèn)鉆頭合格后，再次下鉆進(jìn)行鉆進(jìn)取心，如此反復(fù)操作，使鉆孔不斷延伸，達(dá)到設(shè)計(jì)深度，完成鉆孔取心工作。

本發(fā)明實(shí)施提供的鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭具有如下特點(diǎn)：

1、結(jié)構(gòu)合理，提高了鉆探質(zhì)量。針對鉀鹽礦地層易縮徑，采用本發(fā)明提供的鉆頭，階梯型凸起5外圍的鉆頭體1前端面上以及階梯型凸起5上以均勻布置的方式鑲焊切削具，增大了鉆孔與鉆具之間的環(huán)狀間隙，消除了由于鉆孔環(huán)狀間隙小出現(xiàn)的憋泵現(xiàn)象，利于泥漿循環(huán)，排除孔底鉆渣干凈，減少了粘附卡鉆和埋鉆事故的發(fā)生；底噴超前階梯鉆頭保護(hù)了松散、破碎、不膠結(jié)的砂礫巖不被泥漿直接沖蝕，巖心采取率達(dá)到了90％，滿足了技術(shù)要求；提高了鉆探質(zhì)量。

2、本發(fā)明提供的鉆頭能夠?qū)崿F(xiàn)超前克取巖石鉆進(jìn)，階梯型凸起5超出鉆頭前端面形成臺(tái)階，提高了鉆效。改進(jìn)前使用孕鑲金剛石為研磨破碎巖石方式，鉆進(jìn)速度較為緩慢現(xiàn)狀，改進(jìn)后為金剛石復(fù)合片被超前壓入巖石，變?yōu)榍邢髌扑閹r石方式，鉆探切削具破碎巖石的方式發(fā)生了改變，從而提高了鉆進(jìn)速度。

3、鉆探使用壽命延長，降低了鉆探成本。由于復(fù)合片鉆頭比孕鑲金剛石鉆頭硬度大10倍以上，復(fù)合片比金剛石鉆頭耐磨損，延長了鉆頭的使用壽命，采用常規(guī)的孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)砂礫巖壽命僅為5～9m，使用改進(jìn)后的鉆頭壽命平均為20～30m，最長為50～60m，鉆頭壽命延長了4～6倍；使用改進(jìn)后的鉆頭提高了鉆進(jìn)效率，降低了鉆探施工成本6％。

本發(fā)明實(shí)施例提供的鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭使用效果：

使用研制的鉆頭進(jìn)行鉀鹽礦鉆孔，改進(jìn)前后4個(gè)鉆孔的效果對比見表1所示。

表1鉆頭改進(jìn)前后效果對比表

本發(fā)明實(shí)施例提供的鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭，不但提高了鉀鹽礦的鉆進(jìn)效率和巖心采取率，增加了回次進(jìn)尺長度和鉆頭使用壽命，還提高了鉆探質(zhì)量，縮短了鉆探施工周期，減少了鉆孔事故的發(fā)生，降低了鉆探施工成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種鉀鹽礦鉆探施工用鉆孔方法，該鉆孔方法是將本發(fā)明實(shí)施例提供的鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭安裝在單動(dòng)雙管鉆具的取心管上，進(jìn)行鉀鹽礦的鉆孔，鉆孔過程中，利用泥漿泵向孔內(nèi)注入鹵水泥漿進(jìn)行護(hù)壁。

在本發(fā)明實(shí)施例中，鹵水泥漿按照如下重量組成的原料混合而成：鈉土5％，gtq抗鹽共聚物1％，降失水劑1％，余量為鹵水。作為本發(fā)明實(shí)施進(jìn)一步優(yōu)選的方案，鈉土為鈉基膨潤土，降失水劑為na-hpan，鹵水取自鉆孔作業(yè)當(dāng)?shù)氐柠}湖鹵水。配方中鈉土為鈉基膨潤土，作為主要造漿材料，是配制鹵水泥漿的分散相；所用gtq抗鹽共聚物是將磺化褐煤樹脂(spnh)、羧甲基纖維素鈉鹽(hv-cmc)、水解聚丙烯晴鈉鹽(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，具有抗電解質(zhì)污染、增粘、提切力、降失水等作用；降失水劑為na-hpan，加入泥漿中，能顯著降低泥漿濾失量，形成質(zhì)量較好的泥皮，其熱穩(wěn)定性較好，抗溫能力強(qiáng)，并具有一定的抗鹽、鈣污染的能力，并對滲透性漏失具有良好的封堵效果。

鉆孔實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，選用的泥漿質(zhì)量直接關(guān)系到鉀鹽巖礦心的采取率和質(zhì)量，在鉀鹽探鉆孔過程中，選擇適宜的泥漿配方是鉆孔安全順利施工的關(guān)鍵所在。

在本發(fā)明實(shí)施例中，采用上述本發(fā)明提供的鉀鹽礦鉆探施工用鉆孔方法，對柴達(dá)木盆地西北部以黒北凹地-察汗斯拉圖凹地區(qū)塊深層鉀鹽礦進(jìn)行鉆探施工，在該礦區(qū)鉆探所遇地層為新近系，是一套近水平的湖泊相沉積地層，以石鹽、芒硝等鉀鹽類礦物沉積為主。本發(fā)明根據(jù)鉀鹽礦地層的特點(diǎn)，并根據(jù)國內(nèi)外對鹵水泥漿研究現(xiàn)狀，經(jīng)過理論研究和現(xiàn)場多次實(shí)驗(yàn)，確定選擇了鉆孔過程中所采用的較為合適的鹵水泥漿進(jìn)行護(hù)壁，同時(shí)利用了本發(fā)明實(shí)施例提供的鉀鹽礦鉆探施工用的鉆頭進(jìn)行鉆孔，鉆孔過程中未發(fā)生坍塌、掉塊現(xiàn)象，而且鉀鹽巖礦心沒有溶蝕現(xiàn)象，泥漿的防塌性增強(qiáng)，更有利于穩(wěn)定孔壁，鉆孔結(jié)束后經(jīng)過電測井，數(shù)據(jù)顯示鉆孔孔徑規(guī)則，而且配制鹵水泥漿主要組成所用鹵水，取材方便，降低了鉆探成本。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。