DDW_3型钻探微机监测系统绳索取心钻进应用试验

第 � � � � � � 河 南 地 质 � � � � � � � � �� � � � � �� � � �� � � � � � � � � � � 卷年 � � � 一 � 型钻探微机监测系统 绳索取心钻进应用试验 石 昆山 � �河南省地质矿产厅 � 摘 要 本文简述了 � � � 一 � 型钻探微机多功能监测系统的组成 、 主要功能 、 特点 、钻探参数测试范 围及精度指标 。 讨论了该系统在豫西小秦岭金矿 田绳索取 心钻进应用试验效果及前景 。 关键词 微机监测系统 , 绳索取心钻进 , 经济效益 � 概述 钻探工程是地质勘探中耗资巨大的工程 , 由于地层的复杂性和钻进过程中影响进尺因素 的多变性 、 风险性 , 目前野外生产单位尚处于凭经验打钻的现状 , 不仅因经常出现孔 内事故造 成重大经济损失 , 且由于孔内工作情况不清而严重影响生产效率和工程质量 , 制约了经济效益 的提高和钻探技术的进步 。 因此 , 对钻探工程实现高效 、 优质 、 安全 、 低耗的 目标 , 除了要对 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 技术进行优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 外 , 还必须在生产过程中适时地掌握各技术参数的变化 , 并及时有效地对钻 进工艺进行调整和控制 。 � � � 一� 型钻探微机监测系统正是为适应这一需要而研制的 。 它集现 代测试技术 、 电子计算机技术 、 信息采集 、通讯与数据处理技术于一体 , 把 � 种传感器 、 专用电 源 、接 口 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 、工业控制微机及外围设备组成一个 以双 � �� 为核心的能适用于野外恶劣环境 的多功能监测系统 , 可及时准确地掌握钻探参数的实施情况和孔 内过程的变化情况 , 并具有一 定智能 , 进行事故报警 、辅助操作者优选钻进参数 , 跟踪钻孔空间轨迹等 , 使经验打钻向科学打 钻迈进了一大步 。 在地矿部勘技司和河南省地矿厅的大力支持下 , 河南省地矿厅探矿四 队引进了 � � � 一� 型钻探微机监测系统 。 该系统是中国地质大学 �武汉 �与四川地矿局合作研制的 � � � 一� 型系 统 , 经部级鉴定后的改进产品 , 其内存容量大 � ��� � � 、功能强 、 操作方便 、 结构紧凑 、 外型美观 、 搬迁灵便 。 该系统于 �� � � 年 � 月 � 日一 � 月 �� 日在灵宝县 四范 沟东段一淘金沟矿 区的 �� �� � 、� � �� � 、� � � � � 、 � � � �� 四个钻孔进行了生产试验 , 取得 了良好效果 。 � 作者简介 � 石昆山 , 男 , �� 岁 , �� � � 年毕业 于中国地质大学武汉研究生院 , 获工学硕士学位 , 高级工程师 , 探矿工程生 产技术管理 � 邮编 �� � � �� , 河南省郑州市互助路 收稿日期 � �� � 一 ��一�� � 改回 日期 � �� � 一 � �一�� 河 南 地 质 第 �� 卷 � � � � 一 � 系统简介 � � � 组成 该系统 由电源 、各类传感器 、接 口 电路 、工业现场控制微机 、 荧光屏 、打印机 �或绘 图仪 � 、磁 带机等组成 �图 � � 。 分分分分分分分分分 离离钻钻 压 传 感 器器器 式 健盘盘 ��������������� � 丁丁丁丁模模模模 放放放放放放放放 工业业业业拟拟拟拟 大大大 � ��� ����� 控制制制制制制制制 开开开开 滤滤滤 单单单单单单单 徽机机 关关关关关关关关关关关 波波波波波波 片片片 接 口口口口泵泵 量 传 感 器器器器器器器 � ����� 机机机 电路路路路 功功 率 传 感 器器器器器器器器器器器器器器器 ·············· 胜 带 机机 钻钻 速 传 感 器器器器器器器器器器器器器器器器 声声声声声声声声声声声声 光 报 警警 转转 速 传 感 器器 图 � � � � 一 � 型钻探微机监测系统组成结构图 � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 一 � � � � � � �� � �� �� � � � � � ��� ��� � � � ��� � � � � 主要功能 ��� 钻压 、钻速 、 扭矩 、泵压 、泵量 、功率 、 转速 、进尺 、孔深 � 个钻探参数的适时采集与显示 �� 次 �� � , 在钻进过程 中可同时监测其中的 � � � 条 �钻压 、泵压 、泵量 、转速 、 钻速 、 扭矩等 �回 次过程曲线 , 显示 、记录钻进时这些参数的动态过程 。 对 � 个主要参数可任意设置上 、 下报警 限 , 并显示在屏幕上 , 当任一参数超限时 , 系统可发出声光报警 , 同时屏幕上显示是哪一个参数 超限 。 ��� 可将回次中 � 个参数变化情况进行采集存储 , 正常钻进时记录速度是每分钟 � 个参 数 , 并存入存储 区 � , 当任一参数超载或孔 内出现异常时 , 系统可 自动转入加密采集 �每分钟 �� 组数据 � , 存入存储区 � , 以便详细记录孔内异常的发生过程 。 ��� 记录的数据与曲线可长期保存亦可随时调 出显示或绘图�打印� 。 ��� 具有孔内简单异常识别功能 , 可对烧钻 、断钻杆 、岩心堵塞等情况进行报警 。 �� �可在屏幕上显示或打印出 � � � 个设计钻孔和实际钻孔 �垂直孔 、斜孔 、 定向孔 、分支 孔�的轨迹 �勘探线剖面投影及水平投影� , 显示或打印设计钻孔与实际钻孔各点三维坐标及偏 距 。 ��� 可打印钻孔原始数据记录表 。 ��� 以上记录的数据 、 曲线 、 钻孔空间轨迹等信息均可存入磁带 , 既可长期保存或转储 , 又 可把野外大量的钻进动态信息带到室内进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 研究 。 第 � 期 石昆山 � � � � 一� 型钻探微机监测系统绳索取心钻进应用试验 � � � 测试范围及精度指标 参 数 钻 压 �尸� 泵压 �尸� 泵量�� � 功率�� � 钻速�� � 回次进尺 �� � 转速�� � 扭矩 ��� 测试范 围 � � � �� � � � � ��� � � � � � � � � � �� � � � � �� � � � � � ��� � � � � � �� � � � �� � � � � � �� � � � �� � � · � 精度等级 ��� ���� ���� � 试验情况 � � � 试验条件 ��� 钻进岩层 � 四范沟东段一淘金沟金矿区属于小秦岭金矿 田 , 最高海拔高度 � � � � � 。钻孔 所穿岩性 , 主要是条痕状混合岩 、斜长角闪片麻岩 、 混合岩 、伟 晶岩 、 碎裂岩 、混合糜棱岩 、石英 岩 、辉绿岩 、 黑云母花岗岩等 , 可钻性 ���� � � 级 , 研磨性中等 。 裂隙性漏失 , 钻进 中不返水 。 ��� 主要钻探设备 � � � 一 � 型钻机 � �� 一 � �� 型泥浆泵 � � � � � � � � � �� � 柴油发电机组供 电 � �� �� 型钻塔 。 ��� 钻进方法 � 全部采用绳索取心钻进 。 开孔直径 中�� � � , 终孔直径 中�� � � 。 钻头采用辽 宁汾水金刚石制品厂的 �� �� � � 单阶梯 � 型槽式和冶金部第一地勘局探矿技术研究所研制 的 � � � � � � 真空热压烧结单阶梯 � 型槽式人孕钻头 。 � � � 试验效果 � � � 一 � 型钻探微机监测系统在试验矿区的 � � � � � 、 � � � � �、 � � � � � 、 � � � � � 四个钻孔中与 钻机联机监测 , 实际进尺 � � � � � � �� 。 其中 �� � �� 孔第一次开孔钻至 �� � �� � 遇旧采坑无法下 暗管而移孔位打倾角 �� “斜孔 。 � � �� � 孔开孔后仪器遭雷击而停用 , 其进尺未统计 。 其他孔试 验效果如下 � ��� 可辅助操作者优选钻进参数 , 有利于提高钻探效率 。 由于钻进过程中影响效率的因素 诸多 , 《钻探规程》中给出的规程参数较笼统 , 变化幅度范围宽 , 在特定的钻进地层条件下 , 如何 取值才算优化 � 钻工们不易掌准 。 而操作者借助该系统 , 通过对 比有关曲线和在对应时间域中 提供的孔内动态工况信息分析判断 , 可选取最佳钻进参数组合 , 提高钻效 。 同时 , 可预报事故前 兆 , 减少孔内事故 , 提高纯钻时间 。 从该矿区各钻孔主要技术指标对 比情况 �表 � � , 可看 出采用 监测系统与否 , 差别较显著 。 从表 � 可知 , � � � 一 � 系统与钻机联机钻进后 , 时效提高了 �� � , 纯钻时间提高了 � � , 孔 内事故率降低了 �� , 钻探台月效率提高了 �� , 这无疑大大有利于提高探矿工程的综合经 济效益 。 ��� 实现超限报警 , 预防孔内事故 。钻压 、 泵压 、 泵量 、扭矩 、钻速是钻进中较敏感 、应密切注 视的技术参数和指标 , 其过高或过低均可导致某种孔内事故或反映某种事故前兆 。利用微机的 监测功能 , 可较好地预防孔内事故发生 。 根据钻探实践和理论参量 , 我们对泵压 、 钻压 、钻速三 个参数设置了上下报警线 , 变化曲线在两条报警线之间变化视为正常 , 并结合观察扭矩 、功率 指标曲线变化情况判断孔内工况 , 有时也可辅助观察电流表 、 泵压表的变化 , 综合分析 。上述三 河 南 地 质 第 �� 卷 个参数的报警限分别为 � 泵压上限 � � �� �� , 下限 。� �� � � �钻压上限 � �� � , 下限不设 �钻速上 限 � � � � � , 下限 �� � � 。� � � � � 孔钻进至 � � � � 年 � 月 � � 日中班 , 孔深 � � � � � � , 听到声光报警 , 观看荧光屏 , 泵压超过 �� �� �正常钻进为 � 一 �� �� � 、钻速曲线急剧下降 , 立即提钻 , 发现钻头 微烧 、岩心堵死 、 卡簧脱落 , 及时避免了一次恶性事故 。 表 � 四范沟一淘金沟矿区 � � � 一 � 监测钻进效果对比表 � � ��� � � � � �� ! � ∀ # ∃ ∃ % 一 3 m o r n i t o r i n g d r i l l i n g r e s u l t s i n s i f a n g o u 一 T ao jin gou m in eral d istriet 孔号 愁呼气 11 1夕 台月效率〔m /台 · 月) 小时效率(m /h ) 时 间利用率 (% ) 备 注 纯钻 辅助 孔内 Z K 405 Z K 4O7 Z K I一 1 Z K I O g 2 8 0 . 8 9 3 1 0 . 4 3 3 3 7 . 8 8 2 3 7 . 2 0 3 8 4 . 5 5 3 2 1 . 0 7 1 8 3 4 . 8 2 2 9 5 . 3 9 5 3 1 2 1 3 1 4 4 8 1 1 9 3 5 2 7 9 6 3 5 7 3 6 4 5 8 6 4 1 2 5 7 1 2 3 2 1 4 8 9 1 0 0 7 4 . 4 5 5 . 3 0 4 5 3 l Z K 7 0 5 Z K 7 O 4 5 9 4 5 4 1 4 3 小 计 (平均) 39 22 34 3l ZK SOZ ZK 504 未用 D D W 一 3 系统 ¹ 1992 年进 尺 65m , 全 孔时 间率 。 º 未 用 D D W 一 3 系统 未联机 未联机 未联机 未联机 未联机 1991 年钻进 115 m 。 全孔时间 率 。 D D w 一 3 与钻机联机 倾 角 800 斜孔 。 D D W 一 3 与钻机 联机 。 Z K S O 4 一1 69.32 38 38 0 钻遇采坑 , 无法下暗管 , 联机 H016ZK 605 369.54 ZK 506 25 76 小 计(平均 ) 1202.91 45 33 42 48 D D W 一 3 联机钻进 D D w 一 3 联机钻进 D D W 一 3 联机钻进 1 9 9 1 年 6 月 18 日晚班 , 监测系统因故障检修 , z K 5 0 2 孔发生了严重烧钻事故 , 局部钻杆 多处折断 , 呈 “麻花 ”状 。 若系统正常工作 , 这场恶性事故完全可以避免 。 又如钻进 ZK 605 孔 , 泵 压表损坏 , 钻工全靠观察系统曲线及时调整钻进参数安全地进行了钻进 , 台效高达 1232m /台 · 月 。 ( 3) 辅助判断见矿或换层 , 有效防止丢失矿层或软碎带岩矿心 。 本矿区属于石英脉型金矿 床 , 围岩及矿体受多期构造活动影响 , 断裂十分发育 。金矿脉主要赋存于构造破碎岩里 , 如含金 石英脉 、糜棱岩 、构造泥砾岩 、 碎裂岩等 。 钻进至矿层 、 围岩与矿层交界的顶底板和矿层十分破 碎时 , 钻进泵压和钻速记录曲线脉动剧烈 , 这是见矿或换层仪器反映的主要特征 。 而围岩一般 较完整 , 各记录 曲线较平 稳 , 操作 人员借助这 种特征判断是 否见矿或换层 , 效果很好 。 如 zK 502 孔钻进至 177 .37 一 178 .24m (1 16 回次 )时 , 发现一直较平稳的钻速曲线突然变得抖动 起来 , 较稳定的泵压 曲线也相应振动剧烈起来 , 且大幅度上升 (1 .5 ~ 2.OM Pa 升高至 2. 5 ~ 3. oM P a ) 。这一现象提示遇见矿层或构造带 , 操作者很快调整参数 , 限制回次进尺 , 发现钻速急 第 2期 石昆山 :D D W 一 3 型钻探微机监测 系统绳索取心钻进应 用试验 背嘿 }O }2N…M0000月马,d 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 图 2 见矿换层记录曲线 Fig.2 R eeord eurve of seeing ore and turning layer 厂 ‘m m 川 、M ( N 。 m ) Z D 卜 40 0 FJRl.esesesJ‘ 门曰 a八UPl2 口‘、 . 5卜 300卜 , 厂 一<”八卜n†O 图 3一A 停钻操作时记录曲线 停钻操作 M .v 记录曲线Fig· 3 一 A R eeord o f oP erating 图 3一B F19· 3 一 B w itho ut dr一l lin g M . 犷 re e o r d e u rv e o f o P e ra tin g w ith o u t d r illin g 降 , 立即提钻取心 , 果然是矿化带 , 保证了岩矿心采取数量和质量 。 图 2 是打印出的部分曲线 。 ( 4) 根据记录曲线 , 可帮助钻工纠正违章操作 。该系统可将钻工的操作动作次序 、参数大小 及变化准确记入内存 , 反映在屏幕上或打印出来 , 从中判断操作的合理性 , 不断提高操作水平 , 减少人为事故 。 图 3 是 ZK 502 孔某 回次矿心堵塞提钻前后的泵压 、 转速 曲线 , 在同一坐标系 中 , 显然是先关泵后停钻的 , 违章操作证据确凿 , 无可争辩 。 ( 5) 通过 D D w 一 3 型微机监测系统与钻机联机钻进 , 可以获得一些新的认识 。 河 南 地 质 第 12 卷 其一 , 一般认为 , 人造金刚石孕镶钻头钻进是金刚石随机均布于钻头胎体内的恒速破岩过 程 , 而实际钻进 曲线表示 , 一些硬质 、致密 、弱研磨性的所谓 “打滑”岩层中钻进并非如此 , 而是 呈表镶金刚石钻头破碎岩石时钻进曲线下降趋势 。为保持较稳定的碎岩性能 , 必须辅以人工出 刃 (如向孔底投碎石英颗粒 、孔 口研磨 、酸蚀 出刃等)措施或依据岩性调整钻头结构参数 。 其二 , 按照《岩心钻探规程》, 正常钻进过程中 , 或遇岩矿心堵塞不进尺 , 禁止上下串动钻具 以防岩矿心脱落 , 应立即提钻 。而现在追求经济效益的钻探生产中 , 尤其是较大孔深时 , 提一次 钻往往需要一二小时甚至更多 , 钻工劳动强度大 , 耽误纯钻时间 , 绳索取心钻进提大钻更非易 事 , 所以遇到上述情况 , 操作者 串动少数几下钻具实现解堵 , 转入正常钻进 已司空见惯 。 在 ZK 5oZ 孔钻进到 161 .18 m 时 , 钻速逐渐下降 , 由 sm /h 以上降至 lm /h 左右 , 操作者串动一次 钻具 , 钻速陡上升到 sm /h 左右 , 又出现逐降趋势 , 再串动一次钻具 , 岩矿心解堵 , 转入正常钻 进 , 时效基本稳定在 4一sm /h , 减少了一次提钻 , 节约了时间 , 多打 了进尺 , 及时采集数据并打 印了这段典型曲线 。 岩心堵塞钻速下降的原因主要是先进入岩心管的破碎岩矿心不能顺利进 入 , 岩矿心与内管内壁之间阻力很大 , 从而限制了后来矿心的进入并抵销部分轴压 。 而串动钻 具可以缓解岩矿心的阻力使之顺利进入 内管 。 应该指出 , 钻具已容纳大量岩矿心 、或下钻具刚 转入正常钻进 、或岩矿心十分破碎 、呈松散颗粒状 、泥 巴状等极易丢失岩矿心情况 , 不宜采用上 下 串动钻具办法而必须立即提钻取心或检查 , 必要时要专程打捞脱落岩矿心 。 其三 , 根据人造孕镶钻头的破岩特征 , 一般认为 , 其钻速应控制在 2.5一 3.om /h 较合理 , 探矿四队施工的四范沟一淘金沟矿区 , 岩石可钻性为vIII 一 x 级 , 时效一般在 3.5一5.sm /h , 有 时高达 sm /h 以上 , 并未出现严重烧钻 、脱胎掉块 、拉槽 、钻杆频繁折断等不 良后果 。 钻机因连 续多年效率高 、质量好 , 成本低 , 进尺多而连续五年被评为 “ 厅级文明机台” , 三次被评为“部级 文明机台” , 1 9 9 2 年还创造了单孔最高台月效率达 1489m 的新纪录 , 其各项指标均达 “部级文 明机台” 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 这说明 , 在一定技术条件下 , 人孕钻头可以实现更高钻速钻进 。 主要措施一是依 据岩石物理力学性质优选钻头结构参数 ;二是采用新唇型 、 新品种钻头 (真空烧结钻头等);三 是大胆采用两大两高 (大压力 、大泵量 、 高转速 、高效率)的钻进规程 , 和润滑钻进液 ;四是大胆 起用素质较高的青工担任机班长 , 发挥青年人反应快 、动作灵 、精力充沛体力强等优势 ;五是精 心操作 , 照章操作 。 其四 , 按照现行的“金刚石钻探岩石分级表 ” , 姗 一 x 级岩石的可钻性指标为 2.38m /h ~ 0.5 3m /h , 而探矿四队与 D D W 一3 钻探微机监测系统联机钻进的 1203m 姗~ X 级岩石平均钻 速为 4.24 m /h , 说明现行的岩石可钻性指标尚存在较大潜力 , 不应作为控制合理钻速的界限 , 随着钻探科学化水平的不断提高 , 岩石可钻性级别和可钻性指标相关曲线应修改或向上平移 。 否则 , 它就不再是平均先进水平的指标 , 而是鼓励落后的保守指标 , 不利于制定合理的生产定 额 , 不利于钻探生产的发展和探矿科技的进步 。 4 几点认识 (1) 实践表 明 , D D w 一 3 型以工业控制微机为核心的多 C P U 钻探现场多功能监测系统是 成功的 , 属国内首创 , 其功能超过美 国的 D A T A S E N T R Y 系统 , 价格仅是它的 1/23 , 达到 80 年代国际先进水平 , 为我国优化钻探 、 自动化钻探和科学深钻做了一定的前期工作 。 第 2 期 石昆山 :D D W 一 3 型钻探微机监测系统绳索取心钻进应用试验 (2) 利用该系统适时采集的 9个参数和 1~ 6 条回次过程 曲线 , 准确记录了钻进工况各技 术参数的变化 , 彩色屏幕显示 , 清晰直观 ;选择敏感参数超限报警 , 提示操作者迅速反应 , 避免 异常操作和孔内事故;为钻探工作者总结分析 , 判断孔内工况 , 改善操作和正确决策提供了可 靠的依据 ;为优化钻进 、安全钻进 、快速钻进 、低耗钻进创造了重要条件 。 ( 3) 系统可辅助操作者优选钻进参数 , 提高钻探效率 ;可辅助判断地层 , 提高地质钻探生产 技术水平和地质效果 ;可判断孔内异常情况 , 纠正违章操作 , 减少孔内事故发生和经济损失 , 可 通过分析数据和 曲线 , 得出一些新认识 , 这些认识对一些传统经验 、 观点和现行规定的某些条 文提出了质疑 , 可促进实践向理论的升华 , 促进岩石破碎理论的不断丰富 、 完善和发展 。 (4 ) 该系统监测的孔内动态信息量大 , 结构简单 , 体积小 , 可靠性好 , 易于操作 , 价格低廉 , 实用价值高 。 ( 5 ) 小秦岭海拔高度 2183m , 矿区道路崎岖不平 , 搬运途中系统经受了剧烈颠簸 ;钻进中柴 油机发 电 , 电压波动幅度大 , 工作电压有时高达 260 V , 超出了额定电压 170 ~ 250 V 的范围 , 加 之钻机频繁起动 , 对仪器工作十分不利;小秦岭气候条件恶劣 , 系统在多雨 、多雾 、 多雷电环境 中 , 加之机场冲洗液四溅 , 工作现场非常潮湿 。 系统在此条件下运行 , 经受了严峻考验 。 ( 6) 在 “ D D W 一 3 型钻探微机监测系统 ”的基础上 , 应早 日着手研制适合野外钻探现场的 “ D D W 钻探微机 自动控制系统” , 真正实现钻探科学化 、 自动化 、智能化 , 彻底改变传统操作方 式 , 使钻工从站着操作手柄 、手把变为坐在控制台前看着显示器敲击键盘控制 。 此外 , 系统的钻压传感器 , 转速传感器应进一步增加强度和防护 , 功率传感器应进一步提 高敏感度 , 流量传感器对清水 、 皂水液等无固相冲洗液的测量精度不及泥浆钻进情况 。 应随机 配备适量备用传感器并加强跟踪指导 、 维护等服务工作 , 从而进一步提高应用效果 。 T E S T O N D D W 一3 M O D E L D R IL L IN G C O M P U TE R h厦O R N I T O R I N G S Y S T E M I N 、V IR E 一 L I N E D I O M O N D D R I L L I N G S h i K u n s h a n (。己户a rt m en t of G eolo舒 and 从neralResourcesof H enan Pro vince) A bstraCt The eom ponents, m a i n f u n e t i o n s , e h a r a e t e r i s t i e s , m e a s u r i n g r a n g e a n d p r e e i s i o n o f D r i l l i n g p a r a m e t e r s o f D D W 一 3 M od el D rilling C om p u ter M u ltifun etion M ornitoring S ystem are introd ueed by the au th or .T he test results o n w ire一 lin e d ia m o n d d rillin g in X iao q in lin g g o ld o re field o f W e stern H en a n a n d u sin g p ro sp e ets o f th e s ys tem a re d ise u s sed in th is p a - P er · K e y w o r d s C o m p u t e r M o r n i t o r i n g S y s t e m , w i r e 一line d iam ond d rilling , e e o n o m i e b e n e - f i t