地质钻探中绳索取芯钻探技术的应用分析

地质钻探中绳索取芯钻探技术的应用分析

姜斌

河南省资源环境调查四院有限公司  河南郑州  450000

摘要：在地质调查工作中绳索取样技术的应用范围比较广泛，绳索取样技术的可操作性强，并且勘探结果准确性高。伴随我国地质勘探钻孔深度的逐渐加深，再加上起下钻占辅助环节的时间周期越来越长，这在很大程度上不利于提高总体钻进的效率。基于此，本文将进一步阐述绳索取芯钻探技术的相关应用，希望以此能够给同行带来一定的参考价值。

关键词：地质钻探；绳索取芯钻探；钻进工艺

引言

在绳索取样技术的应用中，需采用绳索取出钻杆柱中的取样管，在此过程中无须移动钻探柱，一般只需在钻头检查时提起钻杆柱。对于绳索取新而言，其是一种提钻取心的重要技术，只有在钻头出现问题，需要对其进行检查或者是更换的时候才将钻杆进行提升。基本的原理是：当在岩心管内装满岩矿心或者是岩矿心被堵塞的时候，才需要对专门的绳索打捞工具进行运用，在钻杆当中，对岩矿心容纳管进行提取，不需要将钻杆柱提升到地表上来。绳索取样技术实际应用的主要工具为岩心管以及打捞设备，钻孔所需时间比较短。另外，在钻探过程中升降钻杆比较少，因此能够有效降低钻头摩擦力，进而延长钻头使用寿命。现如今，绳索取样技术主要被应用于岩芯钻探、石油、天然气、地热等资源勘探中。

1 合理选取设备

1.1 三级绳索取芯钻具

在勘探地质的过程中，相关的工作人员需要配备一系列绳索取芯的钻具，这是处理好地质勘探期间烦琐水敏性地层塌掉块、涌水以及漏失等难题的重要一步。通常来说，三级配套即S95 钻具、S75 钻具以及S59 钻具。相关的工作人员在正式钻进矿区地层的时候，需要先采取S95 钻具越过烦琐层下φ89mm 技术套管，接着，相关的工作人员再替换S75 绳索取芯钻具钻入终孔之中。

1.2 配备附属机具

考虑到绳索取芯钻环状间隔相对较小，所以对于冲洗液的品质有着相当高的难度。因此，在施工现场，相关的工作人员务必要配备一系列泥浆搅拌装置，同时需要在钻孔漏失的条件之下，契合不停止钻进配置泥浆的要求。在进行深孔或者超深孔作业的过程中，相关的工作人员需要优先选取新钻杆或强化型钻杆，由此提升钻杆的密封程度以及实际强度；同时，还需要采取加强型夹持器以及双滑车系统，由此降低孔内事故出现的概率，达到安全高效钻进的效果。而各个机械配件以及泥浆物料等都是钻机顺利运作的后勤保障基础，缩减了停待料周期，由此提高运作效率。

2 科学选取钻进工艺及参数

2.1 科学设计钻孔结构

相关的工作人员需要依据钻孔目标、孔内岩层以及极易面临的烦琐状况、钻孔深度以及终孔孔径等因素，由此合理设计钻孔的孔身架构。倘若开孔半径较小，在运作至一定深度之后，一旦出现孔内复杂问题，那就很难进行帮助。在此期间，部分时候会出现套管拔不动以及套管折断的问题，不仅如此，反复地下套管以及处理套管故障占据了诸多的时间，这就在一定程度上影响到钻进的效率。倘若开孔半径偏大，那么相关的工作人员就需要通过科学级配的套管来提高绳钻钻高转速下的平稳程度，由此避免出现钻杆折断问题。与此同时，整合过往在某区作业的实地考察情况，把钻孔结构设计划分成两种类别：针对普通钻孔，采取三级孔径，开孔到基岩一直至108mm 井口管；φ95mm 钻入岩层φ89mm 套管，将之当作一个预留的口径，然后再采取S75 钻具钻到终孔。而针对复杂的钻孔，相关的工作人员需要采取五级口径150mm 开孔到基岩146mm 井口管，然后再利用S75 钻到终孔之中。上述两种不同的钻孔类型，不管是何种结构，其井口管以及主动钻杆的间隔都不可以过大，否则就非常容易导致钻杆弯曲，这在很大程度上会影响绳索取芯钻进效率。

2.2 合理选取钻头

因为部分区域地层较为烦琐且类型丰富，所以，较为合理的钻头就是指那些既能够钻硬岩层又可以钻软岩层的钻头。对此，相关的工作人员需要依据岩石的硬度、强度、研磨情况以及均质情况，合理地选取钻头唇面形状以及胎体硬度等等。具体来说，首先，需要确保钻头唇面是有助于破碎岩石的，拓宽破碎自由面，由此提升整体的时效性；其次，有助于提高钻头的平稳程度，避免出现孔斜问题；再次，需要有助于优化金刚石的布局状态，提高内外径的补强的水平，从而延长钻头的使用周期；最后，有助于冷却钻头，同时还要扫除岩粉，避免出现重复破碎的问题。除此之外，在选取胎体硬度的过程中，相关的工作人员要根据岩石的研磨度以及实际硬度，通常来说，针对研磨性较强、硬度较大的岩层，相关的工作人员要选取较强的胎体，比如40 度、35 度胎体，由此避免金刚石出现多次掉落的问题，而针对研磨性弱、硬度小的岩层，需要选取较低硬度的胎体，由此确保金刚石可以顺利地出刃。针对中岩、硬岩、互层以及弱研磨性岩层，相关的工作人员需要选取高低锯齿钻头或者锯齿钻头。由于该唇面钻头以及孔底触碰的面积较小，从而可以加大钻头的轴向压力，进而有效提升时效性。针对打滑岩层，相关的工作人员需要优先选择单边凸起或者粒状钻头。这类钻头能够提升钻压，从而缓解崩齿的问题；针对破碎或者较软的地层中，相关的工作人员需要优先选取平底或者是圆弧形钻头，它们和孔底联系较为紧密，整体的平稳性较佳，比如说，针对钻进矿层和矿层顶底板，相关的工作人员需要采取底喷式钻头，由此缓解冲洗液对岩层的不良影响。

2.3 顶漏钻进工作分析

根据大量的实战经验表明，在进行矿区作业时，钻孔漏失较为多见。通常指的不是一个点的漏失。所以，相关的工作人员需要研究“顶漏钻进”分段治漏的手段。具体来说，顶漏钻进的基本条件包括如下几个方面：首先，施工层段较为平稳，水源较为充分；其次，采取优质泥浆护孔可以迅速实现完工，较下套管更加经济实用。顶漏钻进期间，由于无法返水，在开钻之后，相关的工作人员要精准估算时间，将泥浆送到底部才能开钻。如此一来，就能够减少泥浆的用量，而且在开钻之前，务必要确保充足的泥浆，同时要确保泥浆的品质过关。除此之外，其钻进的转速不可以过快，通常在300～450r/min，其水泵量大致为50L/min。

2.4 合理配置冲洗液

绳索取芯金刚石钻进的优势主要体现在如下几个方面，即环状间隔小、冲洗液上返速率快、泵压耗损明显、钻具转速高同时还容易产生附加漏失问题。所以，冲洗液需要具备护孔、保芯、润滑等多方面的功能。在选取冲洗液种类的过程中，需要充分考量它的实用性以及经济性。具体来说，包括无固相泥浆以及防塌低固相泥浆。通常情况下会优先选取无固相泥浆。由于高分子量的聚丙烯酰胺（PHP）具备较为显著的絮凝作用，同时还具备极佳的润滑作用。因此，相关的工作人员会采取1600 万分子量PHP 当作无固相泥浆的主体。同时，还会优先选取植物胶、腐植酸钾当作防塌剂，上述两类材料不但可以增强冲洗液的防塌作用，同时还具备降失水、堵漏的作用。相关的工作人员需要综合绳索取芯钻进的特征，同时依据过往施工矿区特定的地质基础，在一般稳定地层或者相对较为稳定的地层，采取1 号无固相冲洗液配方，而针对那些破碎极易塌地层，相关的工作人员可以选取2 号低固相防塌泥浆配方。

3 绳索取芯钻探技术措施分析

3.1 案例概况

某区域地质构造复杂程度较高，主要地质发育特征为断裂。在矿区钻探施工中，矿区地层上覆第四系，厚度在10～20m 之间；在上部部分区块地层中，含有金石英脉，地层结构松散，容易发生漏失。在钻探施工过程中，在裂隙、孔隙等复杂地质因素的影响下，容易发生漏失、掉块、卡钻等问题。另外，下部地层中含有泥质以及钙质板岩，由于存在裂隙，也易发漏失问题。因此，该矿区地层条件复杂，绳索取芯钻探施工难度较大。

3.2 采取措施

钻探期间主要采用的施工措施如下：首先，在钻进期间，一旦出现钻压或者泵压骤然上升的问题，这就说明岩芯充满岩芯管或岩芯受到阻塞，此时就要暂停钻进活动，而且要卡断岩芯，然后将钻具提离孔底一定间隔，相应地使用夹持设施夹住钻杆，扭动机上钻杆，下放内管打捞装置予以内管打捞。其次，如果打捞装置逐渐靠近内管总成的时候，相关的工作人员要相应地放慢速度，避免捞矛头或者打捞钩遭到较为强烈的冲击从而受损，打捞器在冲洗液中的下降速率要控制在一定范围内。如果内管总成提动，那么此时就需要按照正常的速率予以提高。不仅如此，倘若钻杆中出现了诸多冲洗液流出，那就代表其业已顺利打捞，不然的话就需要暂停上升，再次打捞或者提钻处置。再者，在提高钻具以及打捞内管的过程中，相关的工作人员要在第一时间向孔内回灌一定规模的冲洗液，防止其由于钻杆柱外的液面降低，而引发钻杆柱内外间出现压力差，从而导致孔壁下沉。最后，如果内管提高至地面，那么相关的工作人员就需要从卡簧座或者接头处卸开，然后再从岩芯管提取出岩芯。倒出岩芯的过程中，要使用橡胶锤或者木槌敲打内管，不允许使用铁器进行强烈敲打，这样极易导致内管出现不良的凹坑，从而影响岩芯地顺利进入，最终阻塞岩芯。一旦取出岩芯之后，相关的工作人员要用水清洗，同时要核查内管总成，接着再予以组装，以便将来顺利使用。

4 结语

综上所述，不难看出合理使用绳索取芯岩心钻探技术可以有效提高钻进效率以及钻孔质量，减小劳动强度，不仅如此，科学的钻具级配、钻孔结构以及钻进参数等方面的工作处理，是有效提高绳索取芯钻探整体效率以及钻孔质量的核心所在。绳索取芯技术钻探效率高，而且能够保证钻探质量。因此，对绳索取芯钻探技术在复杂地层矿区钻探中的应用方式进行深入研究意义重大。

参考文献：

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[3]袁萌萌.浅谈绳索取芯技术在矿区钻探施工中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018（33）：177.