地质勘探钻孔是不是都要下套管？( 六 ) _套管质量要求

在地质岩心钻探中,由于孔径较小,套管间的环状间隙小,尾管悬挂装置横向尺寸受到限制,给悬挂装置设计带来难度。近年来,为了适应深部钻探的需要,部分地勘单位也进行了小口径尾管悬挂技术的尝试与研究。安徽省地矿局313地质队探矿工程技术研究所设计的小口径简易尾管悬挂装置在使用中取得了良好的效果。小直径尾管悬挂装置结构如图3-16所示。小口径尾管悬挂装置主要设计尺寸见表3-7 。
图3-15 典型尾管悬挂器
(a)卡瓦封隔式;(b)旋转式;(c)机械式;(d)液压式;(e)膨胀式
图3-16 小直径尾管悬挂装置
(a)悬挂座;(b)反脱接头
表3-7 小口径尾管悬挂装置主要设计尺寸
小口径尾管悬挂装置工作原理示于图3-17,该装置利用上层套管座内锥面和尾管悬挂座外锥面相吻合的机构,实现在重力作用下的嵌入自卡来悬挂尾管。为了增加悬挂锥面间的摩擦阻力,在尾管悬挂装置下到位后,从钻杆内投入分水钢球,并投放1kg左右细颗粒(Ф0.5～Ф1.0mm)钢砂或石英砂,用泵将石英砂通过分水口送至上层套管座和尾管悬挂座间隙中。然后正向回转钻杆将反脱接头回扣提出孔口,尾管便安装结束。若尾管安装后需要水泥固井,应提前在尾管下端钻3～4个直径15mm的返浆孔(为保证尾管强度不要在同一横截面钻孔) 。注水泥浆时,将钻杆下入尾管底部进行注浆固孔。
图3-17 小直径尾管悬挂装置工作原理示意图
套管起拔技术地质勘探、工程地质勘探和水文地质勘探等钻孔,一般在达到地质和工程目的后大都进行填封,不保留钻孔。须把以前施工过程中下入的未用水泥固孔的套管起拔出来,以节约钻探成本。
一般情况下,活动内套管可以一次性起出,因为它下在外套管内不与孔壁接触。而外套管四周受到岩粉、黏土、砂砾包裹,吸附和夹卡,很难从钻孔中一次性起出,需要逐根套管用套扩、反、割、冲等方法处理才能起拔。
(一)套扩起管法
采用大1～2级口径的钻具罩在孔内套管上进行套扩,一般一次套扩10～20m,后下入反丝公锥将套管回扣起出;然后再下钻具套扩和反管,这样循环数次,把套管起出钻孔,如图3-30所示。
图3-30 套扩起管法示意图
1—钻孔;2—套扩筒;3—钻头;4—卡附物;5—套管
这种方法主要用于第四系松散地层,但套扩时间长,套扩后超径孔段易出现套管头侧偏,公锥难进入套管头,造成套管起拔事故。
(二)反、割起管法
反、割起管法是指在套管下入之前,已在套管串中以一定间隔(20～40m)接有左螺纹接箍,起套管时,可以不用反丝钻杆逐段反出。如果遇到套管局部卡夹,可采用套管割刀,割断被卡部位套管后再进行起拔,这种方法多用于基岩孔段套管起拔。
(三)松散地层一次性解卡起管法
为解决松散地层套管起拔问题,安徽省地矿局313地质队探矿工程技术研究所研制了“松散地层井管解卡装置”(获国家发明专利,专利号:ZL200810195812.0) 。
1.结构及工作原理
松散地层井管解卡装置包括冲击杆、套箍、合金刃片、斜楔面、上喷水孔、中心喷水孔、下喷水孔和鸭嘴孔等部件,如图3-31所示。
图3-31 松散地层井管解卡装置结构图
1—冲击杆;2—套箍;3—合金刃片;4—斜楔面;5—上喷水孔;6—中心喷水孔;7—下喷水孔;8—鸭嘴孔
解卡装置主要由中空圆柱形冲击杆1和冲击杆中部的圆筒形套箍2构成,套箍2与冲击杆1的中轴线相互平行,套箍的纵剖面为一梯形,圆柱形冲击杆的下部经锻打形成一个斜楔面4,斜楔面与冲击杆中轴线的夹角为10°～15°,这样冲击杆在工作时就更容易冲击进入土层。套箍2可用厚约10mm的梯形钢板卷制而成,也可选用内径略大于孔内套箍外径的无缝钢管,将钢管的上、下两端倾斜切割制成,再沿钢管纵向开一切口,焊接在冲击杆的中部即可。斜楔面4与冲击杆本体在冲击杆的底部形成鸭嘴孔8,并在冲击杆的中部开设有若干朝向套箍一侧的喷水孔。
松散地层井管解卡装置作用原理如图3-32所示。解卡作业时,将解卡装置冲击杆上端与地质钻杆连接(Ф50mm或Ф42mm钻杆),套箍套在孔内的套管上,冲击杆上下冲击套管外沉渣,并同时用泥浆泵向冲击杆内送高压泥浆,高压泥浆由冲击杆底部的鸭嘴孔射出,将套管外壁的卡附物(如泥土、砂石等)返至地表。
图3-32 松散地层井管解卡装置工作原理示意图
1—套管;2—套箍;3—冲击杆;4—卡附物;5—孔壁
2.技术特点
松散地层井管解卡装置是利用水力学和机械原理设计而成,它克服了传统套管起拔解卡方法的多种弊端,具有不用钻机回转,不用长扩孔管钻具扩孔,减少扩孔阻力,避免孔内钻具、套管折断、找不到孔内套管头等事故,对孔内套管可一次性解卡,无需多次套扩起管繁琐工序等优点。冲击杆底部的鸭嘴孔产生高压水流,配合钢管套箍上下冲击,排除套管外围卡附物,以达到套管解卡之目的。