繩索取芯鉆探技術(shù)在石墨礦層的應(yīng)用

劉飛+朱何文+張志文

摘 要：隨著繩索取芯鉆探技術(shù)的逐漸完善和發(fā)展，繩索取芯技術(shù)鉆探在各種地質(zhì)條件下得以開(kāi)發(fā)和利用。本文對(duì)繩索取芯技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，以清潭石墨礦區(qū)為例，進(jìn)行了礦層的特點(diǎn)介紹、鉆探設(shè)備選用、確定鉆孔結(jié)構(gòu)和鉆孔護(hù)壁具體措施。

關(guān)鍵詞：繩索取芯鉆探；石墨礦層；技術(shù)；施工技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

通過(guò)鉆取巖心的方法探明地層的情況是地質(zhì)勘探中常用的方法。通過(guò)取芯分析可以根據(jù)樣本的各種資料和特征來(lái)估計(jì)確定礦產(chǎn)或者油氣資源的結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)量。這也是勘探技術(shù)中比較可靠的一種方法。近年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)化成本的需要，發(fā)展低成本可靠的鉆探技術(shù)已經(jīng)成了行業(yè)內(nèi)的共識(shí)，繩索取芯鉆探技術(shù)以其不可替代的優(yōu)點(diǎn)逐漸得以發(fā)展。這種鉆探技術(shù)較其他普通鉆探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)巨大，尤其是在應(yīng)對(duì)地層情況復(fù)雜的區(qū)塊，其鉆探效率高、鉆探質(zhì)量好、成本可控、事故率低。操作繩索取芯技術(shù)的工作人員應(yīng)對(duì)技術(shù)進(jìn)行全面的了解掌握后再進(jìn)行施工作業(yè)，保障鉆探工程的順利進(jìn)行。

1.繩索取芯技術(shù)簡(jiǎn)介

在我國(guó)高速發(fā)展的幾十年以來(lái)，能源逐漸成了發(fā)展的瓶頸，因此深部找礦等項(xiàng)目受到了國(guó)家層面的重視。隨著這些項(xiàng)目的增加，之前的老式鉆探設(shè)備和機(jī)具無(wú)法達(dá)到鉆探施工的情況下，繩索取芯技術(shù)的需求開(kāi)始不斷增大，繩索取芯技術(shù)也受到了前所未有的青睞和發(fā)展。目前這種優(yōu)越的鉆探技術(shù)廣泛應(yīng)用于煤田、金屬和非金屬找礦等領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域的礦產(chǎn)資源探尋進(jìn)程中扮演著極其重要的角色。

1.1 繩索取芯技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

繩索取芯技術(shù)之所以發(fā)展得這么迅速，與其自身工藝不可取代的優(yōu)點(diǎn)直接相關(guān)。其主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）繩索取芯技術(shù)在施工過(guò)程中操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度低

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，單位人工成本的價(jià)格越來(lái)越高，為了降低整個(gè)作業(yè)的施工成本，減少現(xiàn)場(chǎng)人員數(shù)量、降低現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度在鉆井施工作業(yè)中已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在傳統(tǒng)的鉆井作業(yè)中人力資源浪費(fèi)現(xiàn)象非常明顯，繩索取芯技術(shù)通過(guò)優(yōu)先選用不提鉆或者少提鉆的鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)，大大地降低了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和人員用量，一般情況下2～3人就能完成繩索取芯技術(shù)的鉆探工作。

（2）繩索取芯技術(shù)的鉆進(jìn)效率高

繩索取芯技術(shù)通過(guò)優(yōu)先選用不提鉆或者少提鉆的鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)，節(jié)約了其他條件的時(shí)間成本和繁重的勞動(dòng)作業(yè)，節(jié)約時(shí)間效果明顯，隨著設(shè)計(jì)鉆孔深度的增加這種節(jié)約時(shí)間的優(yōu)勢(shì)會(huì)更明顯。

（3）繩索取芯技術(shù)在鉆進(jìn)過(guò)程中孔內(nèi)事故率低

在地質(zhì)勘探鉆井過(guò)程中，鉆桿在這一過(guò)程中同樣扮演了非常重要的角色。通常的鉆進(jìn)是依靠鉆桿提供相應(yīng)的壓力和扭矩使得鉆頭磨削地層來(lái)完成，一般鉆桿的長(zhǎng)度為3m，通過(guò)螺紋連接加長(zhǎng)的方式，普通鉆進(jìn)過(guò)程中需要反復(fù)地提升和反復(fù)的擰卸，一方面浪費(fèi)了時(shí)間，另一方面還加大了螺紋的磨損，進(jìn)而使得鉆桿損壞加劇，導(dǎo)致事故率上升。

（4）繩索取芯技術(shù)在鉆進(jìn)過(guò)程中降低了施工成本

由于繩索取芯技術(shù)在鉆進(jìn)過(guò)程中時(shí)間利用率高、使用工作人員少、孔壁坍塌掉塊事故發(fā)生率低、鉆具使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)決定了其經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)于普通鉆進(jìn)技術(shù)，尤其是在鉆孔設(shè)計(jì)深度大、地層情況復(fù)雜情況下經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2.鉆探設(shè)備選用

在鉆探取芯過(guò)程中，不同施工設(shè)備的選擇對(duì)施工的順利進(jìn)行有極為重大的影響。繩索取芯技術(shù)的鉆探設(shè)備和相關(guān)機(jī)具的選擇主要有以下幾點(diǎn)：

（1）綜合考慮勘探區(qū)域的地層條件和鉆機(jī)的性能以及鉆探的預(yù)算經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，選擇合適的鉆機(jī)。

（2）在相同的施工條件和鉆機(jī)條件下，優(yōu)選不提鉆取巖芯或者是提鉆次數(shù)相對(duì)少的方法，這樣的鉆探設(shè)備和機(jī)具應(yīng)通過(guò)嚴(yán)格的工藝論證，同時(shí)結(jié)合前人的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。不提鉆或者提鉆少的方式可以減少升鉆下鉆的時(shí)間，節(jié)約鉆探的時(shí)間成本和相關(guān)設(shè)備的租賃費(fèi)用。這種技術(shù)在業(yè)內(nèi)有鉆速高、鉆頭壽命長(zhǎng)、時(shí)間利率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低的好評(píng)。在這種“三高一低”的優(yōu)點(diǎn)下，繩索取心鉆桿較其他普通鉆桿更安全更可靠。

（3）在鉆探設(shè)備和相關(guān)機(jī)具的選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮孔壁穩(wěn)定性和沖洗液正常循環(huán)，在這兩個(gè)重要前提下才可以進(jìn)行相關(guān)的鉆探設(shè)備和機(jī)具的選擇。

3.確定鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)的確定在任何鉆探取芯工程中都很重要，同樣的這種結(jié)構(gòu)的確定在繩索取芯技術(shù)中也扮演著最重要的角色?，F(xiàn)場(chǎng)和設(shè)計(jì)階段的相關(guān)工作人員首先應(yīng)根據(jù)之前勘測(cè)的地層剖面圖以及鉆孔的深度來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的初步合理選擇。其次設(shè)計(jì)階段的相關(guān)工作人員應(yīng)進(jìn)一步地根據(jù)設(shè)計(jì)施工具體地點(diǎn)的地層條件特點(diǎn)進(jìn)一步優(yōu)化鉆孔結(jié)構(gòu)。綜合考慮在施工過(guò)程中套管的使用對(duì)工藝的影響情況來(lái)優(yōu)選確定鉆孔的結(jié)構(gòu)。通過(guò)嚴(yán)格的論證后再最終確定鉆孔的結(jié)構(gòu)，來(lái)確保實(shí)際操過(guò)程中繩索取芯技術(shù)在石墨礦層中少出或者不出問(wèn)題。

4.鉆孔護(hù)壁

4.1 地質(zhì)概況

大地構(gòu)造位置處于青峰-襄樊-廣濟(jì)大斷裂的北部邊緣。區(qū)域上以襄-廣斷裂為界，以北屬秦嶺褶皺系，以南屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)。本區(qū)處于秦嶺褶皺系之南秦嶺-淮陽(yáng)褶皺帶（Ⅱ2）大狼山復(fù)背斜（Ⅱ23）之應(yīng)山褶皺束（Ⅱ23-1）南部。在115m～164m處為含石墨絹云鈉長(zhǎng)片巖、（含）石墨石英二云片巖、碳質(zhì)石英二云片巖、含石墨碳泥質(zhì)板巖。當(dāng)遇到該層位時(shí)鉆井液可能會(huì)水化而引起井壁縮徑、坍塌。

4.2 沖洗液性能參數(shù)

沖洗液比重 1.08g/ L、黏度為 29s 左右；其pH 值為9；失水量小于 8mL；含石墨絹云鈉長(zhǎng)片巖巖樣浸泡數(shù)天仍不分散；沖洗液的泥皮質(zhì)量具有韌、滑、薄特點(diǎn)；流動(dòng)性和潤(rùn)滑性較好。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)沖洗液調(diào)節(jié)方案

（1）現(xiàn)場(chǎng)沖洗液管理。泥漿技術(shù)員和攪拌人員交接班應(yīng)清楚明了；技術(shù)員不得擅自改動(dòng)配方；如果新漿、返漿誤差過(guò)大應(yīng)立即調(diào)整，認(rèn)真做好泥漿班報(bào)表的填寫(xiě)，有重大情況須請(qǐng)示泥漿負(fù)責(zé)人。

（2）漿液的維護(hù)處理方案。

①建立性能工藝滿足實(shí)際生產(chǎn)的循環(huán)系統(tǒng)，要求坡度小于1°，配備25L的沉淀池，循環(huán)槽中間設(shè)擋板3 處；每 2～3回次需要對(duì)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行除砂和清槽作業(yè)。

②對(duì)黏度變化大于 5s 情況對(duì)返漿重配處理。

③返漿含砂量大情況應(yīng)合理提高PHP的用量，如果處理后結(jié)果不理想可以一次性換掉孔內(nèi)含砂重的漿液。

結(jié)語(yǔ)

繩索取芯技術(shù)湖北省棗陽(yáng)清潭石墨礦層中應(yīng)用，效果明顯，為國(guó)家節(jié)約了勘探開(kāi)發(fā)的成本。繩索取芯技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：施工過(guò)程中操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆進(jìn)效率高、孔內(nèi)事故率低、鉆進(jìn)過(guò)程中降低了施工成本等。繩索取芯技術(shù)主要缺點(diǎn)有：鉆具結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜，總體強(qiáng)度低；國(guó)內(nèi)對(duì)于繩索取芯技術(shù)在高頻率壓下沒(méi)有相關(guān)成型標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)件需要定制沒(méi)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件，同時(shí)國(guó)內(nèi)對(duì)于繩索取芯技術(shù)在高頻率壓下液動(dòng)錘內(nèi)部的精細(xì)部件容易失靈。

隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，繩索取芯技術(shù)將會(huì)在地質(zhì)勘查中扮演越來(lái)越重要的角色。

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