復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆探卡心與取樣技術(shù)

孫凱

摘 要：在鉆探工作中，遇到相對(duì)比較復(fù)雜的地質(zhì)條件是比較常見的情況。而且獲取相應(yīng)的巖石樣本是鉆探工作人員的主要工作內(nèi)容。因?yàn)檫@些巖石樣本，包括巖石的碎屑或者是巖心都具有較高的研究?jī)r(jià)值。久而久之，獲得礦物樣品成為鉆探工作不可缺少的內(nèi)容之一。眾所周知，由于我國(guó)國(guó)土面積廣闊，南北方地質(zhì)差異相對(duì)較大，無論是從地形還是地貌上都有本質(zhì)的卻別。因此，鉆探工作所面臨的問題和挑戰(zhàn)層出不窮。對(duì)此，應(yīng)用鉆探卡心和取樣技術(shù)是保證鉆探工作得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)條件；鉆探卡心；取樣技術(shù)；研究分析

現(xiàn)如今，生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐漸融為一體，所以，在進(jìn)行鉆探工作中，更多地是對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行保護(hù)。為了充分地滿足科學(xué)研究的需要，鉆探卡心與取樣技術(shù)逐漸廣為應(yīng)用。在現(xiàn)有的取樣技術(shù)的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員經(jīng)過努力研究，不斷地完善和改進(jìn)技術(shù)條件。在多種地區(qū)進(jìn)行鉆探工作時(shí)，都采用鉆探卡心和取樣技術(shù)。其中比較典型的就是新疆地區(qū)和北京地區(qū)。只有高質(zhì)量的鉆探工作才能夠保證對(duì)巖石礦石樣本研究的準(zhǔn)確度越高。因此，促進(jìn)鉆探卡心和取樣技術(shù)的高效發(fā)展成為現(xiàn)如今鉆探領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

1 地質(zhì)工作對(duì)鉆探巖石樣本的基本要求

由于鉆探工作的重要性不言而喻，因此在實(shí)際的工作中，無論是技術(shù)人員的專業(yè)水平還是所用鉆探機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量都應(yīng)該達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。高質(zhì)量的設(shè)備是提升鉆探效率和安全性的前提和基礎(chǔ)。與此同時(shí)，地質(zhì)工作對(duì)巖石樣本也提出了較高的要求。因此，在進(jìn)行巖石取樣的過程中，采取率就是工作人員必須重視的內(nèi)容之一。因?yàn)閹r石樣品的采取率直接影響到以后物理實(shí)驗(yàn)或者是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度。不僅如此，巖石樣本本身還應(yīng)該具有一定的完整性。因?yàn)?，巖層結(jié)構(gòu)本身是固定的，只有相對(duì)比較完整的巖石樣本才能夠給研究人員提供相對(duì)比較明確的信息，進(jìn)而使得地質(zhì)工作達(dá)到事半功倍的效果。另外，樣品還需要具有一定的代表性。所謂的代表性就是指巖石是些能夠充分體現(xiàn)一個(gè)地區(qū)或者是一定范圍內(nèi)巖石的特點(diǎn)。通過對(duì)樣品的成分進(jìn)行測(cè)量，可以直接斷定這一地區(qū)巖石的特點(diǎn)。最后，鉆探樣品所處的坐標(biāo)應(yīng)該具有一定的精準(zhǔn)性，這也是比較重要的特點(diǎn)。

2 比較常見的卡心工具

由于鉆探巖石樣本僅僅依靠人力不可能實(shí)現(xiàn)，因此需要依靠技術(shù)水平相對(duì)較高的機(jī)械設(shè)備來對(duì)巖屑進(jìn)行充分采集。一般來說，選擇適當(dāng)?shù)目ㄐ目梢越档豌@探的難度，提升工作效率。更重要的是，工作人員要保證卡心工具和巖石的性質(zhì)達(dá)到一致。工作人員要注重巖石拉斷工作的操作方式和時(shí)間。常見的卡心類型有三點(diǎn)：第一是內(nèi)槽式。第二是外槽式。第三是切槽式。在對(duì)這三種卡心形式進(jìn)行選擇的過程中，工作人員主要應(yīng)該以鉆探地區(qū)的地質(zhì)條件為依據(jù)。

3 卡心工作失敗的原因分析

在具體的鉆探工作中，卡心失敗現(xiàn)象也比較常見（圖1為幾種不同類型的卡心），主要原因如下所示：第一，a種類型的卡心主要是以小塊巖石的鉆探為主，卡心卡簧的直徑和巖心相比相對(duì)較大。所以在遇到破損程度相對(duì)較大的巖石時(shí)，卡心工具就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重地破損現(xiàn)象。第二，b種類型的卡心出現(xiàn)失敗現(xiàn)象的原因主要應(yīng)該歸結(jié)于巖石的堅(jiān)硬程度。如果鉆孔徑超過的規(guī)定范圍，卡簧會(huì)出現(xiàn)纏繞巖心的狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)拉斷操作的正常進(jìn)行。第三，c種類型的卡心失敗主要是巖石表面存在厚度較大的包裹層，而且?guī)r心的凸凹程度不均勻，所以直接影響到卡心的操作。第四，d種類型的卡心出現(xiàn)失敗現(xiàn)象的原因出現(xiàn)在卡簧上。其剛度和孔底之間的差異相對(duì)較大，卡簧和巖心的契合程度就相對(duì)較低。技術(shù)人員和研究人員只有充分認(rèn)識(shí)到各種不同類型卡心工作出現(xiàn)失敗現(xiàn)象的主要原因之后，才能夠根據(jù)不同的巖石特點(diǎn)選擇相對(duì)比較合適的卡心類型，保證鉆探工作能夠高效進(jìn)行。

4 獲取孔底巖屑的技術(shù)分析

4.1 鉆進(jìn)過程中獲取巖屑的重要性和基本方法

鉆井股從橫中獲取巖屑在地質(zhì)工作中具有至關(guān)重要的作用。鉆頭破碎巖石的巖屑能直接表現(xiàn)出孔底巖石礦物的基本性質(zhì)和特征；如果是無巖心鉆進(jìn)操作，所收集的巖屑將成為獲取孔底地質(zhì)信息的重要依據(jù)；鉆進(jìn)過程中收集的巖屑還能直接減少孔內(nèi)巖石粉末堆積事故的產(chǎn)生，是凈化泥漿、降低投入資金的重要手段。收集巖屑的方法主要有地表法和孔底法兩種。通常情況下石油鉆井以地表巖屑錄井方法為主，而孔底法主要運(yùn)用于地質(zhì)巖心鉆探過程中。

4.2 獲取孔底巖屑的方法

第一，全孔反循環(huán)法。在收集空地巖屑的過程后中，通常要將鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖屑引入到巖心管中，在滿足以上條件后，空地巖屑的可靠性與孔內(nèi)流體的循環(huán)方式存在緊密的聯(lián)系。如下圖2所示，a、b、c代表的是全孔反循環(huán)法，d代表的是孔底局部反循環(huán)法，I代表的是風(fēng)管，II代表的是氣水混合物；III代表的是巖粉收集器；IV代表的是巖心管；1代表的是噴嘴；2是負(fù)壓區(qū)；3是分流管道；4是巖心管；5是濾網(wǎng)；6是管；7是巖屑收集桶。圖2中a、b表現(xiàn)的是全孔反循環(huán)采集孔底巖屑方式，a中主要使用沉淀法，利用沉淀法將孔底巖屑統(tǒng)一置放在取樣管中，起鉆開始后將其帶到地表位置。b方法在要求工作人員在取樣管以上位置添加螺旋葉片，利用攜帶巖屑的流體在離心力作用下將巖屑分離出來，并利用沉淀法將其聚集在樣品管中。全孔反循環(huán)的方法在使用過程中必須緊閉孔口，由于該方法具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，導(dǎo)致施工過程復(fù)雜，難以順利開展。

第二，孔底局部反循環(huán)法。該方法以噴射式孔底為主，其主要作用是保護(hù)巖心的完整性，能同時(shí)滿足破碎'脆弱性'堅(jiān)硬性演示的取心鉆進(jìn)需求。該方法示意圖如圖2中d所示?？椎拙植糠囱h(huán)法的缺點(diǎn)在于反循環(huán)的效率越低巖屑運(yùn)移的總量越少，沖洗液中巖屑的濃度越低，反循環(huán)的效率越高。因此該方法通常不用在鉆軟和中硬巖石和巖粉的鉆探采集過程中。

結(jié)束語

總而言之，在地質(zhì)鉆探工作中，尤其是在地質(zhì)相對(duì)比較復(fù)雜的情況下，選擇科學(xué)合理的鉆探卡心以及先進(jìn)的取樣技術(shù)是尤為重要的。不僅可以促進(jìn)鉆探行業(yè)的高效發(fā)展，還可以將各種不同類型的取樣技術(shù)進(jìn)行全面地推廣應(yīng)用。進(jìn)而提升巖石樣品的研究力度，促進(jìn)社會(huì)的全面發(fā)展?！?/p>

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