繩索取心工藝在小口徑鉆探中的應(yīng)用

汪學(xué)春

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局 烏魯木齊830000）

1 繩索取心鉆進(jìn)工藝的使用情況

近年來在小口徑鉆探施工的過程中，人們逐漸承認(rèn)普通鉆進(jìn)工藝的頻繁起下鉆，不但勞動強(qiáng)度大，而且花費大量的輔助時間，臺月效率不足（純鉆時間達(dá)不到并且材料耗損大，經(jīng)濟(jì)效益低）的事實；隨著繩索取心技術(shù)不斷改進(jìn)，其相對于常規(guī)鉆進(jìn)工藝的優(yōu)越性愈加凸顯出來：⑴鉆進(jìn)效率高（由于不提鉆采取巖心，使鉆進(jìn)輔助時間減少；雖然繩索取心鉆頭的壁厚比普通取心鉆頭厚，鉆進(jìn)時的機(jī)械鉆速略低于普通鉆頭，但由于減少了輔助時間，增大了純鉆進(jìn)時間，所以總的鉆進(jìn)效率仍比普通鉆頭高，且這種趨勢隨孔深的增大而增大）。⑵鉆頭壽命長（由于鉆桿與孔壁間隙小，鉆頭在孔內(nèi)工作平穩(wěn)；隨著提鉆次數(shù)的減少，其擰卸、碰撞的機(jī)會及掃孔時的磨損減少，使其壽命延長；通常，繩索取心鉆頭壽命比普通鉆頭壽命高一倍左右）。⑶鉆探成本降低（由于繩索取心鉆進(jìn)效率高、班進(jìn)尺的提高，使得施工時間縮短，節(jié)約了人工、燃料等費用；據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，使用繩索取心鉆進(jìn)成本降低30%～40%）。⑷鉆進(jìn)時孔內(nèi)安全和便于測斜（由于減少了提鉆次數(shù)，因而縮短了孔壁的裸露時間，也減少了升降鉆具時對孔壁的破壞；同時鉆桿還可以起到套管的作用，使下放測斜儀器更加方便、安全、敏捷）。⑸地質(zhì)效果好（繩索取心鉆進(jìn)基本呈"滿眼"鉆進(jìn)，具有很好的防斜作用，由于鉆具抖動小使得巖心采取率高，完整度高；由于打撈速度快、提升平穩(wěn)以及巖心堵塞報警等特點；當(dāng)巖心堵塞時，便于立即處理，可以減少巖礦心的損耗；因而繩索取心的巖心完整度和純潔性好，采取率高）。⑹減輕勞動強(qiáng)度（由于不提鉆采取巖心，使得在整個鉆探施工過程中，起下鉆具次數(shù)少，因此減輕了勞動強(qiáng)度。隨著鉆孔深度的加深，這個優(yōu)點變得越來越明顯）。

我公司2005年開始組建成立小口徑鉆探施工隊伍，通過近十年的努力和實踐，小口徑鉆探施工從最初使用普鉆工藝發(fā)展到現(xiàn)在的繩索取心鉆進(jìn)工藝，公司的裝備和技術(shù)水平有了很大的提高。

2 生產(chǎn)施工中取得的經(jīng)驗

通過這幾年的機(jī)臺工作和施工工藝變化的學(xué)習(xí)，現(xiàn)談?wù)勎覀冊谛】趶姐@探施工中使用繩索取心鉆進(jìn)工藝的一些看法

2.1 孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計

小口徑鉆探施工無論是采用普鉆還是繩鉆工藝其孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計都是一樣的，第四紀(jì)覆蓋層采用硬質(zhì)合金鉆頭（現(xiàn)在已經(jīng)有專門用于施工卵礫石地層的金剛石鉆頭）跟管鉆進(jìn)，一般根據(jù)覆蓋層厚度、預(yù)計下入技術(shù)套管的層數(shù)來確定開孔口徑，使其保持鉆進(jìn)至最后完整基巖層時的口徑，逐級下入套管，以利于金剛石鉆進(jìn)時的孔徑級配。按正常規(guī)程鉆進(jìn)，一定要留有備用口徑作為預(yù)留口徑。

2.2 沖洗液的選擇

由于繩索取心鉆進(jìn)環(huán)狀間隙小，而造成泥漿循環(huán)壓力過高，容易造成循環(huán)漏失壓垮孔壁；頻繁的打撈造成的抽吸，容易使地層變得復(fù)雜不穩(wěn)定；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過600r/min時，鉆桿內(nèi)壁會結(jié)泥皮，使內(nèi)管打撈、投放困難等原因，繩索取心鉆進(jìn)對泥漿質(zhì)量要求比普鉆要高；在基巖巖層完整，不漏不塌，無縮徑現(xiàn)象，應(yīng)采用清水加乳化沖洗液。巖層較完整，有輕度坍塌，應(yīng)使用無固相、低固相泥漿做沖洗液。巖層破碎，有中等坍漏，或超徑、縮徑現(xiàn)象，應(yīng)采用堵漏泥漿、速凝水泥或高分子聚合物堵漏，然后選用適當(dāng)?shù)膬?yōu)質(zhì)沖洗液。嚴(yán)重漏失、坍塌的巖層，可在鉆具表面涂潤滑膏、黃油潤滑的辦法，并采用堵漏泥漿。如漏失層位厚度不大，可采用速凝水泥或高分子聚合物堵漏。如漏失層連續(xù)出現(xiàn)，厚度較大，采用其他方法處理困難時，應(yīng)用套管隔離，然后選用適當(dāng)沖洗液。

繩索取心鉆進(jìn)的泥漿中，不能加入一些大顆粒的惰性材料，對漏失嚴(yán)重的地層隨鉆堵漏的效果不明顯；普鉆泥漿中的固相含量和惰性材料可進(jìn)入地層裂隙中起到好的堵漏的效果。

2.3 繩索取心鉆進(jìn)規(guī)程確定

繩索取心鉆具系列中，鉆桿、巖心管、擴(kuò)孔器和鉆頭的直徑差異小，基本形成滿眼鉆進(jìn)，合理的鉆徑組合，嚴(yán)格的鉆具與孔徑級配（在煤系易縮徑地層使用加大鉆頭、擴(kuò)孔器組合），有利于使用較大的規(guī)程參數(shù)，開高速鉆。但鉆進(jìn)規(guī)程的“三要素”，要配合恰當(dāng)，要根據(jù)設(shè)備、地層及使用的鉆頭類型等合理確定。

其中，轉(zhuǎn)速是提高鉆速的決定因素；設(shè)備又制約著轉(zhuǎn)速的提高，泵量必須與鉆速的增長相適應(yīng)；泵量過大，容易沖毀巖心，降低回次進(jìn)尺；泵量過小，容易造成巖粉淤積，從而導(dǎo)致冷卻不良，引起燒鉆。鉆壓是輔助要素，施工過程中不要盲目通過增加鉆壓來得高鉆速。鉆壓過高，易造成孔斜；鉆壓過低，不能形成對巖石的體積破碎，同時鉆壓的大小還受鉆具，鉆桿強(qiáng)度的限制。

在沖洗循環(huán)液管路中應(yīng)安裝流量表和泵壓表。地層漏失程度的變化，巖層軟硬的不同，可能引起泵壓較大幅度的變化，但沖洗液的流量應(yīng)該是一個穩(wěn)定值；注意流量的變化，使其保持一個穩(wěn)定值，對于判斷巖心是否堵塞，防止孔內(nèi)燒鉆，提高效率是非常重要的。

2.4 繩索取心鉆進(jìn)遇到的一些問題及處理措施

2.4.1 內(nèi)管總成投入的問題

頂漏鉆進(jìn)不能像返水孔那樣直接將由內(nèi)管總成孔口投入，否則會因為鉆孔內(nèi)無水使內(nèi)管總成形成自由落體，形成較大的沖擊力而沖毀懸掛環(huán)、座環(huán)及內(nèi)管其它部位，造成不必要的事故。要采?。孩爬么驌破魉蛢?nèi)管總成到位，同時適當(dāng)鋸短脫卡管；由孔深確定脫卡管的長度，降低沖擊力從而達(dá)到安全脫卡的目的。⑵下入內(nèi)管總成前，向鉆桿柱內(nèi)灌水，使之形成零時水位，然后迅速由孔口投入內(nèi)管總成。

2.4.2 如何提高回次進(jìn)尺

裂隙較發(fā)育、破碎地層的巖心容易堵塞內(nèi)管，使回次進(jìn)尺降低。在實踐中總結(jié)出:⑴調(diào)整鉆頭內(nèi)臺階與內(nèi)管卡簧座的間隙在4～6mm之間，使得沖洗液不致將巖心沖蝕；間隙太小內(nèi)管易被卡死，造成內(nèi)管打撈不出。⑵內(nèi)管保持通直、沒有凸凹坑點，否則易卡阻巖心。⑶卡簧不變形。一般用手將卡簧套在已取出的完整巖心上，能輕松通過為宜。⑷確保最佳泵量，在保證孔底干凈的前提下，用最小的水量。⑸轉(zhuǎn)速均勻，壓力穩(wěn)定；不要輕易改變鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，并注意倒桿時不提動鉆具；一般轉(zhuǎn)速較高，回次進(jìn)尺也相應(yīng)較高。

2.4.3 內(nèi)管打撈困難

巖心堵塞時，必須打撈內(nèi)管取出巖心，但經(jīng)常遇到打撈時提拉困難或提拉不動的情況，多數(shù)是由于以下原因所致:(1)巖心堵塞后施以較大的鉆壓，致使巖心卡死在鉆頭上，導(dǎo)致內(nèi)管總成在鉆頭與彈卡擋頭之間頂死，彈卡不收擾。出現(xiàn)這種情況時，可以使用脫卡管安全脫卡，然后將打撈器以較快的速度下入孔內(nèi)，使其以適當(dāng)?shù)牧α孔矒裘^，巖心受振松動，彈卡收縮回位，打撈可獲得成功。(2)由于卡簧松開，卡簧倒扣，內(nèi)管總成中某些連接絲扣松動，脫開等原因引起的內(nèi)管掉落在鉆頭上，導(dǎo)致彈卡不能收攏；或者由于軸承損壞，使?jié)L珠落入內(nèi)外管間隙中，卡死內(nèi)外管；矛頭中的個別彈性銷釘斷裂脫出，卡住內(nèi)外管;懸掛環(huán)強(qiáng)硬進(jìn)入座環(huán)被卡死等原因引起內(nèi)管不能打撈成功時，必須提鉆處理。因此，為防止上述事故發(fā)生，應(yīng)在每次下放內(nèi)管時做詳細(xì)檢查，將卡簧座擰緊并查看是否變形，活動部位的靈活性，絲扣部位的連接緊密，同時要勤于保養(yǎng)內(nèi)管總成。

2.4.4 其他應(yīng)注意的問題

繩索取心鉆具、鉆桿加工精度要求高，各絲扣處管壁較薄、結(jié)構(gòu)輕巧，使用過程中一定要注意保護(hù)和保養(yǎng)，嚴(yán)格按規(guī)程操作，搬運時輕拿輕放。鉆桿鉆具有變形、損壞,不符合要求的一定要及時校正或更換；根據(jù)巖層、設(shè)計孔深等具體情況，鉆頭、擴(kuò)孔器要排隊輪換使用；先用外徑大的，后用外徑小的，同時也應(yīng)考慮先用內(nèi)徑小的，后用內(nèi)徑大的；在輪換過程中，應(yīng)保證使排隊的鉆頭、擴(kuò)孔器都能正常下到孔底，以避免掃孔、掃殘留巖心；提鉆后必須用游標(biāo)卡尺，精確測量鉆頭和擴(kuò)孔器的外徑、內(nèi)徑以及孕鋃鉆頭的高度，并做好記錄，以作為下個回次選擇鉆頭及擴(kuò)孔器尺寸的依據(jù)。

3 采用繩索取心鉆進(jìn)工藝的小結(jié)

⑴鉆孔結(jié)構(gòu)一定要留有備用口徑（由于循環(huán)壓力過大在上一級套管內(nèi)徑允許的情況下，盡量加大鉆頭外徑，以減少循環(huán)壓力。）

⑵繩索取心鉆進(jìn)為防止鉆桿內(nèi)壁結(jié)泥皮，使打撈投放困難，在使用優(yōu)質(zhì)泥漿的前提下，不為了追求高時效而刻意采用高轉(zhuǎn)速。

⑶嚴(yán)禁打懶鉆，巖心堵塞后就應(yīng)及時打撈（有時為了在孔底解除而采取了好些措施，反而造成卡簧倒扣，內(nèi)管總成上下頂死而打撈失敗、內(nèi)管彎曲或卡簧進(jìn)入內(nèi)管）。

⑷確保內(nèi)管總成到位，防止打單管；淺孔時可通過聲音判斷、深孔時通過多種報信的方法判斷內(nèi)管是否到位，為了保險起見不妨多等幾分鐘。

⑸打撈時要擰上孔口護(hù)絲，防止鉆桿母扣與鋼絲繩過渡磨損，造成鋼絲繩拉斷或鉆桿絲扣漏水、脫扣、斷裂。

⑹一定要控制打撈及上下鉆速度；提大鉆，特別是打撈時將鉆孔內(nèi)大部分沖洗液帶上來，容易使孔壁失去穩(wěn)定，在打撈及上下鉆時（尤其是不穩(wěn)定地層）切記除了不要過分提高速度外，還要在孔口給孔內(nèi)注水。

⑺普鉆鉆桿的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同級施工的繩索取心鉆桿的強(qiáng)度，在復(fù)雜地層（像大肚子孔段）繩鉆遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普鉆鉆桿折斷的幾率；所以提高加工工藝、管材質(zhì)量還是非常必要的。

⑻繩索取心雖然有滿眼鉆進(jìn)、提鉆次數(shù)少、有利于快速穿過復(fù)雜地層的特點，但在一些特殊地層由于繩索取心技術(shù)本身的缺陷，它的其效率還趕不上普鉆，甚至于會產(chǎn)生無法鉆進(jìn)的情況。