繩索取心工藝在小口徑鉆探中的應用

汪學春

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局 烏魯木齊830000）

1 繩索取心鉆進工藝的使用情況

近年來在小口徑鉆探施工的過程中，人們逐漸承認普通鉆進工藝的頻繁起下鉆，不但勞動強度大，而且花費大量的輔助時間，臺月效率不足（純鉆時間達不到并且材料耗損大，經濟效益低）的事實；隨著繩索取心技術不斷改進，其相對于常規鉆進工藝的優越性愈加凸顯出來：⑴鉆進效率高（由于不提鉆采取巖心，使鉆進輔助時間減少；雖然繩索取心鉆頭的壁厚比普通取心鉆頭厚，鉆進時的機械鉆速略低于普通鉆頭，但由于減少了輔助時間，增大了純鉆進時間，所以總的鉆進效率仍比普通鉆頭高，且這種趨勢隨孔深的增大而增大）。⑵鉆頭壽命長（由于鉆桿與孔壁間隙小，鉆頭在孔內工作平穩；隨著提鉆次數的減少，其擰卸、碰撞的機會及掃孔時的磨損減少，使其壽命延長；通常，繩索取心鉆頭壽命比普通鉆頭壽命高一倍左右）。⑶鉆探成本降低（由于繩索取心鉆進效率高、班進尺的提高，使得施工時間縮短，節約了人工、燃料等費用；據有關資料統計，使用繩索取心鉆進成本降低30%～40%）。⑷鉆進時孔內安全和便于測斜（由于減少了提鉆次數，因而縮短了孔壁的裸露時間，也減少了升降鉆具時對孔壁的破壞；同時鉆桿還可以起到套管的作用，使下放測斜儀器更加方便、安全、敏捷）。⑸地質效果好（繩索取心鉆進基本呈"滿眼"鉆進，具有很好的防斜作用，由于鉆具抖動小使得巖心采取率高，完整度高；由于打撈速度快、提升平穩以及巖心堵塞報警等特點；當巖心堵塞時，便于立即處理，可以減少巖礦心的損耗；因而繩索取心的巖心完整度和純潔性好，采取率高）。⑹減輕勞動強度（由于不提鉆采取巖心，使得在整個鉆探施工過程中，起下鉆具次數少，因此減輕了勞動強度。隨著鉆孔深度的加深，這個優點變得越來越明顯）。

我公司2005年開始組建成立小口徑鉆探施工隊伍，通過近十年的努力和實踐，小口徑鉆探施工從最初使用普鉆工藝發展到現在的繩索取心鉆進工藝，公司的裝備和技術水平有了很大的提高。

2 生產施工中取得的經驗

通過這幾年的機臺工作和施工工藝變化的學習，現談談我們在小口徑鉆探施工中使用繩索取心鉆進工藝的一些看法

2.1 孔身結構設計

小口徑鉆探施工無論是采用普鉆還是繩鉆工藝其孔身結構設計都是一樣的，第四紀覆蓋層采用硬質合金鉆頭（現在已經有專門用于施工卵礫石地層的金剛石鉆頭）跟管鉆進，一般根據覆蓋層厚度、預計下入技術套管的層數來確定開孔口徑，使其保持鉆進至最后完整基巖層時的口徑，逐級下入套管，以利于金剛石鉆進時的孔徑級配。按正常規程鉆進，一定要留有備用口徑作為預留口徑。

2.2 沖洗液的選擇

由于繩索取心鉆進環狀間隙小，而造成泥漿循環壓力過高，容易造成循環漏失壓垮孔壁；頻繁的打撈造成的抽吸，容易使地層變得復雜不穩定；當轉速超過600r/min時，鉆桿內壁會結泥皮，使內管打撈、投放困難等原因，繩索取心鉆進對泥漿質量要求比普鉆要高；在基巖巖層完整，不漏不塌，無縮徑現象，應采用清水加乳化沖洗液。巖層較完整，有輕度坍塌，應使用無固相、低固相泥漿做沖洗液。巖層破碎，有中等坍漏，或超徑、縮徑現象，應采用堵漏泥漿、速凝水泥或高分子聚合物堵漏，然后選用適當的優質沖洗液。嚴重漏失、坍塌的巖層，可在鉆具表面涂潤滑膏、黃油潤滑的辦法，并采用堵漏泥漿。如漏失層位厚度不大，可采用速凝水泥或高分子聚合物堵漏。如漏失層連續出現，厚度較大，采用其他方法處理困難時，應用套管隔離，然后選用適當沖洗液。

繩索取心鉆進的泥漿中，不能加入一些大顆粒的惰性材料，對漏失嚴重的地層隨鉆堵漏的效果不明顯；普鉆泥漿中的固相含量和惰性材料可進入地層裂隙中起到好的堵漏的效果。

2.3 繩索取心鉆進規程確定

繩索取心鉆具系列中，鉆桿、巖心管、擴孔器和鉆頭的直徑差異小，基本形成滿眼鉆進，合理的鉆徑組合，嚴格的鉆具與孔徑級配（在煤系易縮徑地層使用加大鉆頭、擴孔器組合），有利于使用較大的規程參數，開高速鉆。但鉆進規程的“三要素”，要配合恰當，要根據設備、地層及使用的鉆頭類型等合理確定。

其中，轉速是提高鉆速的決定因素；設備又制約著轉速的提高，泵量必須與鉆速的增長相適應；泵量過大，容易沖毀巖心，降低回次進尺；泵量過小，容易造成巖粉淤積，從而導致冷卻不良，引起燒鉆。鉆壓是輔助要素，施工過程中不要盲目通過增加鉆壓來得高鉆速。鉆壓過高，易造成孔斜；鉆壓過低，不能形成對巖石的體積破碎，同時鉆壓的大小還受鉆具，鉆桿強度的限制。

在沖洗循環液管路中應安裝流量表和泵壓表。地層漏失程度的變化，巖層軟硬的不同，可能引起泵壓較大幅度的變化，但沖洗液的流量應該是一個穩定值；注意流量的變化，使其保持一個穩定值，對于判斷巖心是否堵塞，防止孔內燒鉆，提高效率是非常重要的。

2.4 繩索取心鉆進遇到的一些問題及處理措施

2.4.1 內管總成投入的問題

頂漏鉆進不能像返水孔那樣直接將由內管總成孔口投入，否則會因為鉆孔內無水使內管總成形成自由落體，形成較大的沖擊力而沖毀懸掛環、座環及內管其它部位，造成不必要的事故。要采取：⑴利用打撈器送內管總成到位，同時適當鋸短脫卡管；由孔深確定脫卡管的長度，降低沖擊力從而達到安全脫卡的目的。⑵下入內管總成前，向鉆桿柱內灌水，使之形成零時水位，然后迅速由孔口投入內管總成。

2.4.2 如何提高回次進尺

裂隙較發育、破碎地層的巖心容易堵塞內管，使回次進尺降低。在實踐中總結出:⑴調整鉆頭內臺階與內管卡簧座的間隙在4～6mm之間，使得沖洗液不致將巖心沖蝕；間隙太小內管易被卡死，造成內管打撈不出。⑵內管保持通直、沒有凸凹坑點，否則易卡阻巖心。⑶卡簧不變形。一般用手將卡簧套在已取出的完整巖心上，能輕松通過為宜。⑷確保最佳泵量，在保證孔底干凈的前提下，用最小的水量。⑸轉速均勻，壓力穩定；不要輕易改變鉆進規程參數，并注意倒桿時不提動鉆具；一般轉速較高，回次進尺也相應較高。

2.4.3 內管打撈困難

巖心堵塞時，必須打撈內管取出巖心，但經常遇到打撈時提拉困難或提拉不動的情況，多數是由于以下原因所致:(1)巖心堵塞后施以較大的鉆壓，致使巖心卡死在鉆頭上，導致內管總成在鉆頭與彈卡擋頭之間頂死，彈卡不收擾。出現這種情況時，可以使用脫卡管安全脫卡，然后將打撈器以較快的速度下入孔內，使其以適當的力量撞擊矛頭，巖心受振松動，彈卡收縮回位，打撈可獲得成功。(2)由于卡簧松開，卡簧倒扣，內管總成中某些連接絲扣松動，脫開等原因引起的內管掉落在鉆頭上，導致彈卡不能收攏；或者由于軸承損壞，使滾珠落入內外管間隙中，卡死內外管；矛頭中的個別彈性銷釘斷裂脫出，卡住內外管;懸掛環強硬進入座環被卡死等原因引起內管不能打撈成功時，必須提鉆處理。因此，為防止上述事故發生，應在每次下放內管時做詳細檢查，將卡簧座擰緊并查看是否變形，活動部位的靈活性，絲扣部位的連接緊密，同時要勤于保養內管總成。

2.4.4 其他應注意的問題

繩索取心鉆具、鉆桿加工精度要求高，各絲扣處管壁較薄、結構輕巧，使用過程中一定要注意保護和保養，嚴格按規程操作，搬運時輕拿輕放。鉆桿鉆具有變形、損壞,不符合要求的一定要及時校正或更換；根據巖層、設計孔深等具體情況，鉆頭、擴孔器要排隊輪換使用；先用外徑大的，后用外徑小的，同時也應考慮先用內徑小的，后用內徑大的；在輪換過程中，應保證使排隊的鉆頭、擴孔器都能正常下到孔底，以避免掃孔、掃殘留巖心；提鉆后必須用游標卡尺，精確測量鉆頭和擴孔器的外徑、內徑以及孕鋃鉆頭的高度，并做好記錄，以作為下個回次選擇鉆頭及擴孔器尺寸的依據。

3 采用繩索取心鉆進工藝的小結

⑴鉆孔結構一定要留有備用口徑（由于循環壓力過大在上一級套管內徑允許的情況下，盡量加大鉆頭外徑，以減少循環壓力。）

⑵繩索取心鉆進為防止鉆桿內壁結泥皮，使打撈投放困難，在使用優質泥漿的前提下，不為了追求高時效而刻意采用高轉速。

⑶嚴禁打懶鉆，巖心堵塞后就應及時打撈（有時為了在孔底解除而采取了好些措施，反而造成卡簧倒扣，內管總成上下頂死而打撈失敗、內管彎曲或卡簧進入內管）。

⑷確保內管總成到位，防止打單管；淺孔時可通過聲音判斷、深孔時通過多種報信的方法判斷內管是否到位，為了保險起見不妨多等幾分鐘。

⑸打撈時要擰上孔口護絲，防止鉆桿母扣與鋼絲繩過渡磨損，造成鋼絲繩拉斷或鉆桿絲扣漏水、脫扣、斷裂。

⑹一定要控制打撈及上下鉆速度；提大鉆，特別是打撈時將鉆孔內大部分沖洗液帶上來，容易使孔壁失去穩定，在打撈及上下鉆時（尤其是不穩定地層）切記除了不要過分提高速度外，還要在孔口給孔內注水。

⑺普鉆鉆桿的強度遠遠大于同級施工的繩索取心鉆桿的強度，在復雜地層（像大肚子孔段）繩鉆遠遠大于普鉆鉆桿折斷的幾率；所以提高加工工藝、管材質量還是非常必要的。

⑻繩索取心雖然有滿眼鉆進、提鉆次數少、有利于快速穿過復雜地層的特點，但在一些特殊地層由于繩索取心技術本身的缺陷，它的其效率還趕不上普鉆，甚至于會產生無法鉆進的情況。