淺談繩索取芯鉆探技術(shù)

劉恒立，董建強(qiáng)

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，河南鄭州 450000）

0 引言

伴隨我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的逐漸提高，我國礦產(chǎn)資源供給與需求方面的形勢越來越緊迫，因此需要進(jìn)一步開展所在地域的地質(zhì)礦區(qū)勘察工作。鉆探作為深部找礦最為常見技術(shù)手段之一，相關(guān)的工作人員需要予以重視。通常來說，繩索取芯鉆探即不提鉆而通過鉆桿撈取巖心的一種新型的鉆進(jìn)手段，整體來說，其架構(gòu)較為簡單，整體鉆進(jìn)效率較高，巖芯品質(zhì)俱佳，巖芯浸泡周期較短，而鉆頭的周期較長，勞動強(qiáng)度較小。值得注意的是，針對地質(zhì)構(gòu)造且地質(zhì)基礎(chǔ)較為復(fù)雜的鉆孔，在施工期間總是會面臨漏失、涌水以及坍塌的難題，所以這在很大程度上會影響繩索取芯鉆進(jìn)效率。基于此，本文將進(jìn)一步闡述繩索取芯鉆探技術(shù)的相關(guān)要點，希望能給同行帶來一定的參考價值。

1 合理選取設(shè)備

1.1 三級繩索取芯鉆具

在勘探地質(zhì)的過程中，相關(guān)的工作人員需要配備一系列繩索取芯的鉆具，這是處理好地質(zhì)勘探期間煩瑣水敏性地層塌掉塊、涌水以及漏失等難題的重要一步。通常來說，三級配套即S95 鉆具、S75 鉆具以及S59 鉆具。相關(guān)的工作人員在正式鉆進(jìn)礦區(qū)地層的時候，需要先采取之S95 鉆具越過煩瑣層下φ89mm 技術(shù)套管，接著，相關(guān)的工作人員再替換S75 繩索取芯鉆具鉆入終孔之中。

1.2 配備附屬機(jī)具

考慮到繩索取芯鉆環(huán)狀間隔相對較小，所以對于沖洗液的品質(zhì)有著相當(dāng)高的難度。因此，在施工現(xiàn)場，相關(guān)的工作人員務(wù)必要配備一系列泥漿攪拌裝置，同時需要在鉆孔漏失的條件之下，契合不停止鉆進(jìn)配置泥漿的要求。在進(jìn)行深孔或者超深孔作業(yè)的過程中，相關(guān)的工作人員需要優(yōu)秀選取新鉆桿或強(qiáng)化型鉆桿，由此提升鉆桿的密封程度以及實際強(qiáng)度；同時，還需要采取加強(qiáng)型夾持器以及雙滑車系統(tǒng)，由此降低孔內(nèi)事故出現(xiàn)的概率，達(dá)到安全高效鉆進(jìn)的效果。而各個機(jī)械配件以及泥漿物料等都是鉆機(jī)順利運作的后勤保障基礎(chǔ)，縮減了停待料周期，由此提高運作效率。

2 科學(xué)選取鉆進(jìn)工藝及參數(shù)

2.1 科學(xué)設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)

相關(guān)的工作人員需要依據(jù)鉆孔目標(biāo)、孔內(nèi)巖層以及極易面臨的煩瑣狀況、鉆孔深度以及終孔孔徑等因素，由此合理設(shè)計鉆孔的孔身架構(gòu)。倘若開孔半徑較小，在運作至一定深度之后，一旦出現(xiàn)孔內(nèi)復(fù)雜問題，那就很難進(jìn)行幫助。在此期間，部分時候會出現(xiàn)套管拔不動以及套管折斷的問題，不僅如此，反復(fù)地下套管以及處理套管故障占據(jù)了諸多的時間，這就在一定程度上影響到鉆進(jìn)的效率。倘若開孔半徑偏大，那么相關(guān)的工作人員就需要通過科學(xué)級配的套管來提高繩鉆鉆高轉(zhuǎn)速下的平穩(wěn)程度，由此避免出現(xiàn)鉆桿折斷問題。

與此同時，整合過往在某礦區(qū)作業(yè)的實地考察情況，把鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計劃分成兩種類別：針對普通鉆孔，采取三級孔徑，開孔到基巖一直至108mm 井口管；φ95mm 鉆入巖層φ89mm 套管，將之當(dāng)作一個預(yù)留的口徑，然后再采取S75 鉆具鉆到終孔。而針對復(fù)雜的鉆孔，相關(guān)的工作人員需要采取五級口徑150mm 開孔到基巖146mm 井口管，然后再利用S75 鉆到終孔之中。上述兩種不同的鉆孔類型，不管是何種結(jié)構(gòu)，其井口管以及主動鉆桿的間隔都不可以過大，否則就非常容易導(dǎo)致鉆桿彎曲，這在很大程度上會影響繩索取芯鉆進(jìn)效率。

2.2 合理選取鉆頭

因為部分礦區(qū)地層較為煩瑣且類型豐富，所以，較為合理的鉆頭就是指那些既能夠鉆硬巖層又可以鉆軟巖層的鉆頭。對此，相關(guān)的工作人員需要依據(jù)巖石的硬度、強(qiáng)度、研磨情況以及均質(zhì)情況，合理地選取鉆頭唇面形狀以及胎體硬度等等。具體來說，首先，需要確保鉆頭唇面是有助于破碎巖石的，拓寬破碎自由面，由此提升整體的時效性；其次，有助于提高鉆頭的平穩(wěn)程度，避免出現(xiàn)孔斜問題；再次，需要有助于優(yōu)化金剛石的布局狀態(tài)，提高內(nèi)外徑的補(bǔ)強(qiáng)的水平，從而延長鉆頭的使用周期；最后，有助于冷卻鉆頭，同時還要掃除巖粉，避免出現(xiàn)重復(fù)破碎的問題。除此之外，在選取胎體硬度的過程中，相關(guān)的工作人員要根據(jù)巖石的研磨度以及實際硬度，通常來說，針對研磨性較強(qiáng)、硬度較大的巖層，相關(guān)的工作人員要選取較強(qiáng)的胎體，比如40 度、35 度胎體，由此避免金剛石出現(xiàn)多次掉落的問題，而針對研磨性弱、硬度小的巖層，需要選取較低硬度的胎體，由此確保金剛石可以順利地出刃。針對中巖、硬巖、互層以及弱研磨性巖層，相關(guān)的工作人員需要選取高低鋸齒鉆頭或者鋸齒鉆頭。由于該唇面鉆頭以及孔底觸碰的面積較小，從而可以加大鉆頭的軸向壓力，進(jìn)而有效提升時效性。針對打滑巖層，相關(guān)的工作人員需要優(yōu)先選擇單邊凸起或者粒狀鉆頭。這類鉆頭能夠提升鉆壓，從而緩解崩齒的問題；針對破碎或者較軟的地層中，相關(guān)的工作人員需要優(yōu)秀選取平底或者是圓弧型鉆頭，它們和孔底聯(lián)系較為緊密，整體的平穩(wěn)性較佳，比如說，針對鉆進(jìn)礦層和礦層頂?shù)装?，相關(guān)的工作人員需要采取底噴式鉆頭，由此緩解沖洗液對巖層的不良影響。

2.3 頂漏鉆進(jìn)工作分析

根據(jù)大量的實戰(zhàn)經(jīng)驗表明，在進(jìn)行礦區(qū)作業(yè)時，鉆孔漏失較為多見。通常指的不是一個點的漏失。所以，相關(guān)的工作人員需要研究“頂漏鉆進(jìn)”分段治漏的手段。具體來說，頂漏鉆進(jìn)的基本條件包括如下幾個方面：首先，施工層段較為平穩(wěn)，水源較為充分；其次，采取優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)孔可以迅速實現(xiàn)完工，較下套管更加地經(jīng)濟(jì)實用。頂漏鉆進(jìn)期間，由于無法返水，在開鉆之后，相關(guān)的工作人員要精準(zhǔn)估算時間，將泥漿送到底部才能開鉆。如此一來，就能夠減少泥漿的用量，而且在開鉆之前，務(wù)必要確保充足的泥漿，同時要確保泥漿的品質(zhì)過關(guān)。除此之外，其鉆進(jìn)的轉(zhuǎn)速不可以過快，通常在300～450r/min，其水泵量大致為50L/min。

2.4 合理配制沖洗液

繩索取芯金剛石鉆進(jìn)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾方面，即環(huán)狀間隔小、沖洗液上返速率快、泵壓耗損明顯、鉆具轉(zhuǎn)速高同時還容易產(chǎn)生附加漏失問題。所以，沖洗液需要具備護(hù)孔、保芯、潤滑等多方面的功能。在選取沖洗液種類的過程中，需要充分考量它的實用性以及經(jīng)濟(jì)性。具體來說，包括無固相泥漿以及防塌低固相泥漿。通常情況下會優(yōu)先選取無固相泥漿。由于高分子量的聚丙烯酰胺（PHP）具備較為顯著的絮凝作用，同時還具備俱佳的潤滑作用。因此，相關(guān)的工作人員會采取1600 萬分子量PHP 當(dāng)作無固相泥漿的主體。同時，還會優(yōu)先選取植物膠、腐植酸鉀當(dāng)作防塌劑，上述兩類材料不但可以增強(qiáng)沖洗液的防塌作用，同時還具備降失水、堵漏的作用。相關(guān)的工作人員需要綜合繩索取芯鉆進(jìn)的特征，同時依據(jù)過往施工礦區(qū)特定的地質(zhì)基礎(chǔ)，在一般穩(wěn)定地層或者相對較為穩(wěn)定的地層，采取1 號無固相沖洗液配方，而針對那些破碎極易塌地層，相關(guān)的工作人員可以選取2 號低固相防塌泥漿配方。

3 繩索取芯鉆探技術(shù)施工措施分析

3.1 案例概況

某礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度較高，主要地質(zhì)發(fā)育特征為斷裂。在礦區(qū)鉆探施工中，礦區(qū)地層上覆第四系，厚度在10～20m 之間；在上部部分區(qū)塊地層中，含有金石英脈，地層結(jié)構(gòu)松散，容易發(fā)生漏失。在鉆探施工過程中，在裂隙、孔隙等復(fù)雜地質(zhì)因素的影響下，容易發(fā)生漏失、掉塊、卡鉆等問題。另外，下部地層中含有泥質(zhì)以及鈣質(zhì)板巖，由于存在裂隙，也易出發(fā)生漏失問題。因此，該礦區(qū)地層條件復(fù)雜，繩索取芯鉆探施工難度較大。

3.2 采取措施

鉆探期間主要采用的施工措施如下：首先，在鉆進(jìn)期間，一旦出現(xiàn)鉆壓或者泵壓驟然上升的問題，這就說明巖芯充滿巖芯管或巖芯受到阻塞，此時就要暫停鉆進(jìn)活動，而且要卡斷巖芯，然后將鉆具提離孔底一定間隔，相應(yīng)地使用夾持設(shè)施夾住鉆桿，扭動機(jī)上鉆桿，下放內(nèi)管打撈裝置予以內(nèi)管打撈。其次，如果打撈裝置逐漸靠近內(nèi)管總成的時候，相關(guān)的工作人員要相應(yīng)地放慢速度，避免撈矛頭或者打撈鉤遭到較為強(qiáng)烈的沖擊從而受損，打撈器在沖洗液中的下降速率要控制在一定范圍內(nèi)。如果內(nèi)管總成提動，那么此時就需要按照正常的速率予以提高。不僅如此，倘若鉆桿中出現(xiàn)了諸多沖洗液流出，那就代表其業(yè)已順利打撈，不然的話就需要暫停上升，再次打撈或者提鉆處置。再者，在提高鉆具以及打撈內(nèi)管的過程中，相關(guān)的工作人員要在第一時間向孔內(nèi)回灌一定規(guī)模的沖洗液，防止其由于鉆桿柱外的液面降低，而引發(fā)鉆桿柱內(nèi)外間出現(xiàn)壓力差，從而導(dǎo)致孔壁下榻。最后，如果內(nèi)管提高至地面，那么相關(guān)的工作人員就需要從卡簧座或者接頭處卸開，然后再從巖芯管提取出巖芯。倒出巖芯的過程中，要使用橡膠錘或者木錘敲打內(nèi)管，不允許使用鐵器進(jìn)行強(qiáng)烈敲打，這樣極易導(dǎo)致內(nèi)管出現(xiàn)不良的凹坑，從而影響巖芯地順利進(jìn)入，最終阻塞巖芯。一旦取出巖芯之后，相關(guān)的工作人員要用水清洗，同時要核查內(nèi)管總成，接著再予以組裝，以便將來順利使用。

4 結(jié)束語

綜上所述，在本次研究中，不難看出，合理使用繩索取芯巖心鉆探技術(shù)可以有效提高鉆進(jìn)效率以及鉆孔質(zhì)量，減少勞動強(qiáng)度，不僅如此，科學(xué)的鉆具級配、鉆孔結(jié)構(gòu)以及鉆進(jìn)參數(shù)等方面的工作處理，是有效提高繩索取芯鉆探整體效率以及鉆孔質(zhì)量的核心所在。繩索取芯技術(shù)鉆探效率高，而且能夠保證鉆探質(zhì)量。因此，對繩索取芯鉆探技術(shù)在復(fù)雜地層礦區(qū)鉆探中的應(yīng)用方式進(jìn)行深入研究意義重大。