繩索取芯鉆探技術淺析

楊少峰

（新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質大隊，新疆 阿勒泰 836500）

當前經(jīng)濟發(fā)展形勢飛快，國民經(jīng)濟快速增長，對礦產(chǎn)資源的需求日益擴大，能源緊張形勢不斷加劇，國家也在積極開展新一輪的礦產(chǎn)地質勘查工作，加大能源開發(fā)力度來緩解當前能源緊張局勢。而在礦產(chǎn)地質勘查中，鉆探技術是重要的技術支撐，是開展地質勘察的重要技術手段。特別是繩索取芯鉆探技術在地質勘查中有著非常廣泛的應用。所謂繩索取芯鉆探技術，是在鉆探過程中不用提鉆，而是從鉆桿內提取巖心的一種先進的鉆探方法，該技術方法與普通的鉆探技術而言，有著很大的技術優(yōu)越性，不僅鉆進效率非常高，而且結構簡單，能夠更好地保證巖芯質量，避免巖芯長時間浸泡，延長鉆頭的使用壽命，降低勞動強度。因此，地質勘探中繩索取芯鉆探技術得到了廣泛的應用。然而，面對復雜地質構造條件的地層進行鉆探施工，經(jīng)常會遇到漏失、涌水、水敏性地層與礦層的坍塌等問題，對繩索取芯鉆探技術的自效率與質量造成很大影響，不利于該技術工藝性能的發(fā)揮。為此，結合實踐，從以下幾個方面對繩索取芯鉆探技術進行探討與分析，旨在促進繩索取芯鉆探技術順利高質量的完成施工任務，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益[1-3]。

1 設備選擇

1.1 配套三級繩索取芯鉆具

開展地質鉆探過程中，將繩索取芯鉆具的三級配套做好，是提升繩索取芯鉆探效果的關鍵，同時還能有效的對復雜水敏性地層漏失問題以及涌水和掉塊等情況進行控制，達到快速鉆進的效果。對于三級配套而言，主要包括S95鉆具、S75鉆具、S59鉆具等聯(lián)合應用。進行礦區(qū)地層轉進時，通過S95鉆具對復雜層Φ89 mm技術套管進行穿過，接下來應用S75+2繩索取芯鉆具進行鉆探，并最終成孔。如果該鉆具鉆進階段遇到坍塌和漏失情況出現(xiàn)時，可選擇Φ71mm套管，利用S59繩索取芯鉆具進行鉆探，來保證鉆探質量。

圖1 鉆具結構示意圖

1.2 附屬機具配置

繩索鉆具為滿眼鉆具，鉆進過程中沒有較大的環(huán)狀間隙，需要高質量的沖洗液。因此，必須要設置泥漿攪拌機，但遇到鉆孔漏失問題時，達到不用停止鉆進進行泥漿配置的效果。通過加強鉆桿的應用來開展深孔及超深孔鉆探，鉆桿具有非常大的強度，切滅風行非常大的好。配套使用雙滑車系統(tǒng)以及夾持器（加強型），來更好的應對孔內事故的發(fā)生，提高鉆進效果。為了促進鉆進工作的有效進行，必須要有泥漿材料以及機械配件的良好保障，避免長時間停料，增強起生產(chǎn)效率。

2 鉆進工藝及參數(shù)選擇

2.1 鉆孔結構的設計

鉆孔孔深結構應當依照鉆探區(qū)域的地質情況以及巖層特點和鉆孔目的、和鉆孔深度與終孔孔徑等進行合理設計。譚若開孔直徑過小，達到一定施工深度之后，便可能由于復雜的孔內情況，無法正常的進行施工，此時則不能對孔徑進行改變，則需要將套管拔出，重新進行下套管。在此階段，會遇到無法拔動套管的情況，易引發(fā)套管折斷問題，而且對套管進行反復的下，對套管事故進行處理，還消耗很大的時間，對鉆進工作效率造成非常大的影響。倘若孔徑過大，應當選擇合理的套管，避免鉆具在運轉過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的事故，導致鉆桿折斷，如此便會使工作量進一步加大。

對某礦施工經(jīng)驗進行總結，劃分為兩類鉆孔結構：普通的鉆孔，通過兩級孔徑的應用進行鉆探，開孔用Φ130mm進行鉆進，將Φ127mm井口管下入完整基巖下，或者開口110mm鉆進，108mm井口管下入完整基巖下；通過S75+2鉆具進行鉆進達到成孔的效果。用150mm五級口徑對復雜鉆孔進行開孔，將146mm井口管下入完整基巖下；中間下127mm、108mm，89mm技術套管；終孔用S75+2進行鉆進。上述著些鉆孔，選擇井口管結構以及鉆桿等都必須要保證間隙不能太大，避免折斷鉆桿的事故發(fā)生，對繩索取芯鉆探效率有著最為直接的影響。

2.2 鉆頭的選擇

面對復雜的地層構造，應當合理地選擇鉆頭，不僅能應用與軟巖層的鉆頭，還要選擇硬巖層的鉆頭。所以應當依照巖石的特征，全面綜合的考慮，在對鉆頭進行合理選擇。

（1）在破碎巖石方面鉆頭唇面必須要鋒利，能夠自由的對巖石進行破碎，增進鉆進效率；確保鉆頭的穩(wěn)定性，避免發(fā)生孔斜情況；對金剛石的分布有著改善作用，能夠是內外徑的能力得到進一步增強，延長鉆頭的使用時間；同時能夠將巖粉進行更好的排除，對鉆頭進行冷卻。

（2）選擇胎體硬度，應當結合巖石的硬度以及其耐磨性進行確定。通常，巖層具有良好的研磨性，切具有非常大的硬度，胎體的選擇必須要硬，如40°、35°胎體，避免金剛石出現(xiàn)掉落。

對于沒有良好研磨性，較小硬度的巖石，胎體應當選擇硬度較低的胎體如30°20°、10°等，確保金剛石能夠很好的出刃。如果巖石為中硬度，研磨性強弱互層，應當利用鋸齒鉆頭或者高低鋸齒鉆頭進行鉆進。

2.3 頂漏鉆進

發(fā)現(xiàn)漏的情況必須要及時堵，同時鉆進過程中，不返水不能鉆進，這是過去堵漏的誤區(qū)。鉆孔漏失情況在礦區(qū)施工中非常常見，切漏失情況不是集中在一個點為，有的是很多漏失點，還有的為一段漏失。所以，對 “頂漏鉆進”分段治漏方法進行分析研究。開展頂漏鉆進，必須要保證具有良好穩(wěn)定的施工段，保證水源，同時泥漿應當選擇優(yōu)質的泥漿，開速開展鉆近，并完工，確保其經(jīng)濟性。

頂漏鉆進階段不會有返水情況出現(xiàn)，因此，必須要對鉆進時間進行精確計算，將泥漿輸送至孔底，在進行鉆進。避免泥漿的浪費。同時開鉆前要保證充足的泥漿，并保證泥漿質量優(yōu)良；另外，鉆進的轉速不宜太快，一般取300～450r/min，水量50L/min。

3 沖洗液的配制

繩索取芯鉆探的主要特點為沖洗液上返速度快、裝置環(huán)狀間隙較小、鉆具在高速下運行極易發(fā)生故障，所以，沖洗液可以實現(xiàn)對鉆探裝置的潤滑、護孔、防漏、保芯等等功能。關于沖洗液類型選擇，應考慮優(yōu)異護壁性、實用性、技術經(jīng)濟性。

一類是無固相泥漿，二類是防塌低固相泥漿。一般均采用無固相泥漿。因為高分子量的聚丙烯酰胺（PHP）有較強絮凝效果（能對巖屑絮凝），又有很好潤滑性能。所以，均采用1600萬分子量PHP作為無固相泥漿的主體，加量一般在800～1000 ppm。當遇到發(fā)生坍塌的地層或存在漏失的情況，使用下套管快速處理方法對上部出現(xiàn)坍塌部位進行處理，深部位置加入防塌試劑與堵漏劑。優(yōu)選用植物膠、腐植酸鉀作為防塌劑。這兩種材料不僅能使沖洗液的防塌效果大大增強，而且也具有降失水、堵漏效果。腐植酸鉀的一般加量為0.4～0.5%，植物膠加量一般為0.5～0.8%。結合繩索取芯鉆進的特點，在一般穩(wěn)定地層或較穩(wěn)定地層采用1號無固相沖洗液配方，在破碎易塌地層采用2號低固相防塌泥漿配方。

4 孔內事故的預防和處理

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