淺談繩索取心鉆具結構及優點

　　摘要：繩索取心是不提鉆取心鉆進方法之一。目前，繩索取心不僅在石油鉆井中應用，已廣泛用于地質巖心鉆探和其他工程鉆探。文章主要介紹這種鉆探工藝的結構及優點。
　　關鍵詞：鉆探；取心；優點
　　繩索取心鉆具是一種用鋼絲繩將打撈器從鉆桿中下到孔內，把容納巖心的內管打撈提升上來進行取心，不必提升鉆桿的單動雙管鉆具。繩索取心鉆進是一種先進的鉆探方法，是巖心鉆探領域的一次重大的技術革命，目前在國內外得到了廣泛的應用。
　　一、繩索取心鉆具結構和工作原理
　　（一）雙管部分
　　雙管部分由外管總成和內管總成組成。
　　1、外管總成
　　它由變徑接頭、上擴孔器、彈卡擋頭、彈卡室、座環、外管、扶正環、下擴孔器、鉆頭等件組成，其作用是傳遞鉆壓和扭矩，帶動鉆頭進行鉆進。其中：上擴孔器對鉆具起著導正作用。外管下端安有扶正環，提高了內管的穩定性和與鉆頭的同軸度，使巖心順利地進入內管，從而提高了采取率。
　　2、內管總成
　　內管總成的作用主要是單動通水、容納和提取巖心。為此設有如下機構：
　　（1）打撈機構
　　打撈機構由撈矛頭、矛頭座、銷、回收管等件組成。當打撈鉤抓住撈矛頭向上提升時，帶動回收管上移，迫使彈卡合攏，脫離了彈卡擋頭的限制，繼而將內管總成提升上來。當提升到地面時，撈矛頭與矛頭座轉成90°，把內管總成平穩地放在地面上。
　　（2）彈卡機構
　　彈卡機構由彈卡、彈卡架、圓錐桿、彈卡擋頭、彈卡室、彈簧及其一些附件組成。其作用是內管總成到位后，彈卡在彈簧和圓錐桿的作用下張開，并貼在彈卡室的內壁上被鎖定，其上端受彈卡擋頭的限制，使內管總成不會向上竄動。當打撈內管總成時，圓錐桿在矛頭座的帶動下上行，解除了對彈卡的限制，與此同時回收管將彈卡合攏，脫離了彈卡擋頭的限制，繼而提升內管總成。
　　（3）懸掛機構
　　懸掛機構由座環、懸掛環、懸掛接頭組成。其作用是內管總成到位后，懸掛環坐落在座環上，把內管總成懸掛起來，從而保證了卡簧座與鉆頭內臺階的間隙。
　　（4）到位報信機構
　　到位報信機構由套、鍵、卡簧圈等件組成。此三件安裝在回收管的下端，利用套的旋移改變彈卡架下部進水孔的過水斷面。內管總成投入后，就接上機上鉆桿開泵送水。當懸掛環坐到座環上時，內管總成與外管的環狀水路被堵，迫使沖洗液全部流入彈卡架下部的進水孔。由于過水斷面變小，泵壓升高，告之內管總成已到位。
　　（5）報警機構
　　報警機構由套、鍵、卡簧圈、閥片等件組成。當巖心滿管或堵塞時，巖心頂著內管上行壓脹閥片，從而減少了環狀過水斷面，導致泵壓升高，警示燒鉆。另外，閥片的壓縮也起到了向上的緩沖作用，防止某些機件損壞。通過套的旋移可調節閥片的有效長度，從而改變泵壓。
　　（6）單動機構
　　單動機構由軸、軸承座、軸承、軸承外套、滑套、O形圈等件組成。通過兩盤軸承和滑套使內管和外管分離，實現外管轉動，內管相對不動。
　　（7）緩沖機構
　　緩沖機構由軸、彈簧、彈簧套、墊圈、槽形螺母、開口銷等件組成。當向上提升鉆具卡取巖心時，提升力通過懸掛機構傳遞給軸，進而壓縮彈簧起到緩沖作用。這時內管不動，卡簧座抵到鉆頭內臺階上，利用鉆頭的上升力卡斷巖心，從而保護了內管、卡簧座和卡簧。
　　（8）調節機構
　　調節機構由兩部組成，上部分在彈卡架與懸掛環之間安有調整墊圈，利用墊圈的厚度調整彈卡上端與彈卡擋頭的間隙；下部分由彈簧套、螺母、接頭等件組成，用以調整卡簧座與鉆頭內臺階的間隙。
　　（9）取心機構
　　取心機構由內管、卡簧擋圈、卡簧、卡簧座等件組成。其作用是容納和卡取巖心。
　　（10）內管水壓平衡機構
　　內管水壓平衡機構由接頭和鋼球組成。在鉆進過程中，巖心不斷地進入內管，使內管中的水壓增高，頂開鋼球溢出，保持內管水壓平衡，使巖心順利進入。當提升內管時，內管總成外部的水壓增高，由于鋼球封閉了內管，使內管中的水壓不變，從而防止了巖心脫落。
　　（二）打撈器部分
　　打撈器是繩索取心鉆具的重要組成部分，它具有打撈內管、送入內管和安全脫卡等功能。
　　1、打撈機構
　　打撈機構由打撈鉤、彈簧、撈鉤架、重錘、銷等件組成。當采取巖心時，將打撈器用鋼絲繩下入鉆桿內，靠自重快速下降，到達內管總成上端時，打撈鉤抓住撈矛頭，牽動內管總成的打撈機構，將其提升上來。
　　2、送入機構
　　在干孔或水位很低的情況下，內管總成不能直接投入。此時要將脫卡管套在重錘上，用打撈器將內管總成送到孔底。當內管總成到位時，打撈器急速停止運動，而脫卡管則依靠慣性繼續下滑，套住打撈鉤上端，使打撈鉤松開撈矛頭。脫鉤后提出打撈器，內管總成便留在孔底。
　　3、安全脫卡機構
　　由脫卡管和安全銷兩件組成。提升內管總成遇阻時，可先將脫卡管套在鋼絲繩上投入鉆桿內，脫卡管迅速下降，把打撈鉤上端收攏，使其下端松開撈矛頭而實現脫卡。另一方法是反復提拉鋼絲繩將安全銷拉斷，實現脫卡。
　　4、提升機構
　　由繩卡外套、軸、軸套、軸承等件組成。其作用是連接鋼絲繩進行提升，并通過軸承保護鋼絲繩不扭勁。
　　二、繩索取心鉆具的主要優點
　　第一，大大減少了升降鉆具的工序，從而減輕了工人的勞動強度，減少了輔助時間，減少了因提、下鉆具造成鉆頭非正常損壞的機率，進而增加了臺班進尺，提高了鉆頭壽命。
　　第二，由于鉆具級配合理，鉆桿和巖心管的壁比較厚，材質好，強度高，再加上孔壁間隙較小，鉆桿不易彎曲，提高了鉆具的穩定性，有利于防斜和減震；并可采用較大的鉆壓和較快的轉速進行鉆進，充分發揮了金剛石鉆頭的效能，提高了鉆速和鉆頭壽命。
　　第三，由于安有扶正環，提高了內管的穩定性和與鉆頭的同軸度，使巖心較順利地進入內管，減少了巖心堵塞和磨損，提高了巖礦心采取率和回次進尺。
　　第四，鉆具設有上、下緩沖機構和報警機構，能有效地防止機件損壞和燒鉆事故。
　　第五，在復雜地層中鉆進適應性較強。它提鉆次數少，減少了孔壁裸露的機會，相對地增加了孔壁的穩定性。另外，鉆桿柱還可起到套管的作用，有利于快速穿過復雜地層。
　　第六，使用范圍廣，既可用乳化液鉆進，又可用優質泥漿鉆進。特別是在中深孔中鉆進，更能顯現出它的優越性，從而獲得很好的經濟效益。
　　（作者單位：河北省地礦局石家莊綜合地質大隊）