淺析繩索取芯技術(shù)在深孔鉆探施工中的應(yīng)用

張倫永

摘要：鉆探是深部找礦最基本的重要手段和技術(shù)方法。所謂繩索取芯鉆探，是不提鉆而由鉆桿內(nèi)撈取巖心的先進鉆進方法。具有結(jié)構(gòu)簡單，鉆進效率高，巖芯質(zhì)量好，巖芯浸泡時間最短，鉆頭壽命長，勞動強度低等特點。對于地質(zhì)構(gòu)造多變、地層條件復(fù)雜的鉆孔，施工中常遇漏失、涌水、水敏性地層與礦層的坍塌等問題，嚴(yán)重影響繩索取芯鉆進工藝性能的發(fā)揮。本文主要對繩索取芯技術(shù)進行了分析探討。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)鉆探；繩索取芯鉆探；鉆進工藝

引言

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，礦產(chǎn)資源供需形勢嚴(yán)峻。全國開展了新一輪地質(zhì)礦區(qū)勘察工作?！袄K鉆”技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于巖芯鉆探。隨地質(zhì)勘探鉆孔深度的不斷增加，以及起下鉆占輔助作業(yè)時間的逐漸增大，嚴(yán)重影響整體鉆進效率。因此，繩鉆技術(shù)在地質(zhì)勘探中得到廣泛應(yīng)用。

1 設(shè)備選擇

1.1 配套三級繩索取芯鉆具

地質(zhì)勘探中，搞好繩索取芯鉆具三級配套，是解決地質(zhì)勘探過程中復(fù)雜水敏性地層嚴(yán)重塌掉塊、涌水、漏失等問題，實現(xiàn)安全高效鉆進最有效的方法。三級配套，是指S95鉆具、S75鉆具、S59鉆具配套使用。在鉆進礦區(qū)地層之前，用S95鉆具穿過復(fù)雜層下Φ89 mm技術(shù)套管（扣型為反扣，套管為外絲，接頭為內(nèi)絲），換S75+2繩索取芯鉆具鉆進至終孔。如S75+2繩索取芯鉆具再遇較大漏失或坍塌難以處理時，則以Φ71mm為套管換S59繩索取芯鉆具鉆進至終孔。

1.2 附屬機具配置

由于繩索取芯鉆進是滿眼鉆具環(huán)狀間隙小，對沖洗液的質(zhì)量有較高要求，所以，現(xiàn)場必須配泥漿攪拌機，且能在鉆孔漏失情況下，滿足不停止鉆進配置泥漿的需要。深孔或超深孔（1000～1500m以上）施工，應(yīng)采用新鉆桿或加強型鉆桿以提高鉆桿的密封性與強度；采用加強型夾持器和雙滑車系統(tǒng)與其配套，以達(dá)到預(yù)防與減少孔內(nèi)事故，實現(xiàn)安全高效鉆進目的。各類機械配件及泥漿材料等為鉆機提供可靠后勤保障，減少停待料時間提高生產(chǎn)效率。

2深孔巖心鉆探技術(shù)

深孔巖心鉆探過程中，可用的技術(shù)手段主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，深孔巖心鉆探過程中的全液壓動力頭鉆機應(yīng)用技術(shù)。

實踐中可以看到，國內(nèi)現(xiàn)行的全液壓動力頭鉆機應(yīng)用技術(shù)與國外的應(yīng)用技術(shù)手段之間，存在著一定的差距，為了能夠確保鉆探質(zhì)量和效率，應(yīng)當(dāng)不斷進行應(yīng)用技術(shù)優(yōu)化和改進，以此來確保全液壓動力頭鉆機應(yīng)用效率。基于此，實踐中應(yīng)當(dāng)從鉆機的基本應(yīng)用功能、維護管理以及操作便利和搬運方便等方面著手，不斷優(yōu)化和改進結(jié)構(gòu)布局形勢，最大限度地增加孔口有效空間，提高操作面板的人性化水平。

同時，還要進一步改進動力配置、降低能耗，使主卷揚機具備自由落體功能，而且鉆柱下降過程中配合水剎車設(shè)施，以此來實現(xiàn)動力負(fù)荷的降低。對于安全防護措施而言，應(yīng)當(dāng)以鉆機基本運行原理、運行狀況以及結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對其采取安全防護措施，以免出現(xiàn)墜落、夾傷等事故。對于鉆機而言，其動力頭自重非常的大，而且機動性有限，所以在應(yīng)用動力頭擰卸繩索取心鉆桿過程中，可能會導(dǎo)致鉆桿螺紋受損。針對該種問題，一定要注意對動力頭的基本機理進行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化和改進，以確保鉆桿螺紋不會受傷。

在環(huán)保設(shè)計過程中，鉆機油路比較多，如果出現(xiàn)泄漏等問題，則液壓油在短時間范圍內(nèi)可能會消耗殆盡，這樣就會造成資源的嚴(yán)重浪費，并且造成非常嚴(yán)重的污染；需要強調(diào)的是當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)行的油溫油位顯示設(shè)備難以預(yù)測油路管道是否存在泄漏問題，因此需在管路適當(dāng)位置安裝報警設(shè)備，以此來實現(xiàn)動態(tài)化全程監(jiān)控。

第二，泥漿泵應(yīng)用技術(shù)。

對于深孔巖心鉆機而言，泥漿泵較之于普通的鉆機泥漿泵，其泵壓相對較高。深孔鉆機鉆孔直徑相對較小、而且鉆桿比較細(xì)，通常會遇到火成巖或者變質(zhì)巖等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，所以鉆孔自然彎曲度非常的大，特別是在斜地層中，鉆孔的彎曲度明顯要高一些。上述情況下，斜孔鉆孔施工操作難度比較多，科學(xué)合理地選擇開孔方位角以及鉆塔至關(guān)重要。泥漿泵選擇應(yīng)用過程中，需要充分考慮斜孔鉆探工藝，科學(xué)選擇泥漿泵參數(shù)。近年來，隨著深孔巖心鉆探技術(shù)的快速發(fā)展，不斷變化、復(fù)雜的環(huán)境條件對泥漿泵提出了更高的要求，這在很大程度上有效地推動了泥漿泵技術(shù)的發(fā)展，并逐漸使其能夠從全液壓動力頭鉆機中有效地分離出來，成為單獨動力配置。

第三，鉆桿柱。

深孔巖心鉆探過程中，如果孔深超過了1500米，則需在鉆探之前對繩索取芯鉆桿自身的強度進行嚴(yán)格檢查。從國內(nèi)鉆桿生產(chǎn)廠家調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沒有指出鉆桿應(yīng)用時的額定深度，所以鉆孔之前的鉆桿柱強度檢查是必不可少的，只有這樣才能保證深孔巖心鉆探順利進行?；诖耍P者認(rèn)為可根據(jù)鉆桿壁實際厚薄情況、強度等因素來確定，厚度、螺紋形狀以及材質(zhì)的不同，會導(dǎo)致取芯鉆具存在著較大的差異性，所以建議廠家將傳統(tǒng)的取芯鉆桿進行分類生產(chǎn)，即分成普通型、薄壁型以及高強度型取芯鉆桿，以確保能夠適應(yīng)各種類型的深刻巖心鉆探需求。鉆探部門從鉆桿管體、接頭材質(zhì)、螺紋形狀以及管壁厚薄和連接強度等方面進行合理的選擇。

在鉆探施工過程中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，下鉆過程中的上扣預(yù)緊扭矩比普通狀態(tài)下的鉆進扭矩要大一些，一般在20%左右。鉆探施工過程中，鉆桿擰卸采用的是人工方式，其具有勞動強度大等特點，所以建議進一步可推廣液壓吊鉗方式，這樣不僅可以有效保證預(yù)緊扭矩，而且還能夠有效降低勞動強度。

第四，鉆頭與擴孔器。

深孔巖心鉆探過程中小，為了能夠有效提高巖心鉆探質(zhì)量和效率，回次進尺以及提鉆之間的間隔應(yīng)當(dāng)保持一定的距離，選用使用壽命比較長、性能較好的鉆頭以及擴孔器，比如高胎體鉆頭等。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，金剛石鉆頭工作層高度也在不斷的增加，提高鉆頭應(yīng)用壽命勢在必行。

3 孔內(nèi)事故的預(yù)防和處理

由于繩索取芯鉆具內(nèi)管總成的存在，大大增加了事故處理的復(fù)雜性。特別是發(fā)生深孔燒埋鉆事故時，如何強拉內(nèi)管總成是處理事故的關(guān)鍵。多次實驗后發(fā)現(xiàn)，通過改進球內(nèi)管總成打撈器，可一次成功將內(nèi)管總成強拉上來，大大簡化事故處理。雖然索取芯金剛石鉆進技術(shù)工藝在技術(shù)及管理上不斷成熟，但作為地質(zhì)工作人員，應(yīng)不斷學(xué)習(xí)，努力提高自身的專業(yè)技術(shù)水平。

4 結(jié)語

深孔鉆探技術(shù)是一種可從地下獲取巖礦樣品實物的勘查技術(shù)手段，因此應(yīng)當(dāng)加強重視和技術(shù)創(chuàng)新，只有這樣才能確保鉆探質(zhì)量和效率，才能確保我國深孔鉆探事業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻

[1]孫建華，周紅軍，王漢寶，等.深孔巖心鉆探裝備配置應(yīng)用技術(shù)趨勢分析[J].探礦工程巖土鉆掘工程，2011，38（05）.

[2]吳棣華.關(guān)于深孔巖心鉆探的若干情況和看法[J].地質(zhì)與勘探，2010（02）.

[3]鄧金根，程遠(yuǎn)方，陳勉等.井壁穩(wěn)定預(yù)測技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

（作者單位：云南南方地勘工程總公司）