復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆探卡心與取樣技術(shù)

孫凱

摘 要：在鉆探工作中，遇到相對比較復(fù)雜的地質(zhì)條件是比較常見的情況。而且獲取相應(yīng)的巖石樣本是鉆探工作人員的主要工作內(nèi)容。因為這些巖石樣本，包括巖石的碎屑或者是巖心都具有較高的研究價值。久而久之，獲得礦物樣品成為鉆探工作不可缺少的內(nèi)容之一。眾所周知，由于我國國土面積廣闊，南北方地質(zhì)差異相對較大，無論是從地形還是地貌上都有本質(zhì)的卻別。因此，鉆探工作所面臨的問題和挑戰(zhàn)層出不窮。對此，應(yīng)用鉆探卡心和取樣技術(shù)是保證鉆探工作得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)條件；鉆探卡心；取樣技術(shù)；研究分析

現(xiàn)如今，生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐漸融為一體，所以，在進(jìn)行鉆探工作中，更多地是對地質(zhì)條件進(jìn)行保護(hù)。為了充分地滿足科學(xué)研究的需要，鉆探卡心與取樣技術(shù)逐漸廣為應(yīng)用。在現(xiàn)有的取樣技術(shù)的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員經(jīng)過努力研究，不斷地完善和改進(jìn)技術(shù)條件。在多種地區(qū)進(jìn)行鉆探工作時，都采用鉆探卡心和取樣技術(shù)。其中比較典型的就是新疆地區(qū)和北京地區(qū)。只有高質(zhì)量的鉆探工作才能夠保證對巖石礦石樣本研究的準(zhǔn)確度越高。因此，促進(jìn)鉆探卡心和取樣技術(shù)的高效發(fā)展成為現(xiàn)如今鉆探領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

1 地質(zhì)工作對鉆探巖石樣本的基本要求

由于鉆探工作的重要性不言而喻，因此在實際的工作中，無論是技術(shù)人員的專業(yè)水平還是所用鉆探機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量都應(yīng)該達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。高質(zhì)量的設(shè)備是提升鉆探效率和安全性的前提和基礎(chǔ)。與此同時，地質(zhì)工作對巖石樣本也提出了較高的要求。因此，在進(jìn)行巖石取樣的過程中，采取率就是工作人員必須重視的內(nèi)容之一。因為巖石樣品的采取率直接影響到以后物理實驗或者是化學(xué)實驗的精準(zhǔn)度。不僅如此，巖石樣本本身還應(yīng)該具有一定的完整性。因為，巖層結(jié)構(gòu)本身是固定的，只有相對比較完整的巖石樣本才能夠給研究人員提供相對比較明確的信息，進(jìn)而使得地質(zhì)工作達(dá)到事半功倍的效果。另外，樣品還需要具有一定的代表性。所謂的代表性就是指巖石是些能夠充分體現(xiàn)一個地區(qū)或者是一定范圍內(nèi)巖石的特點(diǎn)。通過對樣品的成分進(jìn)行測量，可以直接斷定這一地區(qū)巖石的特點(diǎn)。最后，鉆探樣品所處的坐標(biāo)應(yīng)該具有一定的精準(zhǔn)性，這也是比較重要的特點(diǎn)。

2 比較常見的卡心工具

由于鉆探巖石樣本僅僅依靠人力不可能實現(xiàn)，因此需要依靠技術(shù)水平相對較高的機(jī)械設(shè)備來對巖屑進(jìn)行充分采集。一般來說，選擇適當(dāng)?shù)目ㄐ目梢越档豌@探的難度，提升工作效率。更重要的是，工作人員要保證卡心工具和巖石的性質(zhì)達(dá)到一致。工作人員要注重巖石拉斷工作的操作方式和時間。常見的卡心類型有三點(diǎn)：第一是內(nèi)槽式。第二是外槽式。第三是切槽式。在對這三種卡心形式進(jìn)行選擇的過程中，工作人員主要應(yīng)該以鉆探地區(qū)的地質(zhì)條件為依據(jù)。

3 卡心工作失敗的原因分析

在具體的鉆探工作中，卡心失敗現(xiàn)象也比較常見（圖1為幾種不同類型的卡心），主要原因如下所示：第一，a種類型的卡心主要是以小塊巖石的鉆探為主，卡心卡簧的直徑和巖心相比相對較大。所以在遇到破損程度相對較大的巖石時，卡心工具就會出現(xiàn)嚴(yán)重地破損現(xiàn)象。第二，b種類型的卡心出現(xiàn)失敗現(xiàn)象的原因主要應(yīng)該歸結(jié)于巖石的堅硬程度。如果鉆孔徑超過的規(guī)定范圍，卡簧會出現(xiàn)纏繞巖心的狀態(tài)，無法實現(xiàn)拉斷操作的正常進(jìn)行。第三，c種類型的卡心失敗主要是巖石表面存在厚度較大的包裹層，而且?guī)r心的凸凹程度不均勻，所以直接影響到卡心的操作。第四，d種類型的卡心出現(xiàn)失敗現(xiàn)象的原因出現(xiàn)在卡簧上。其剛度和孔底之間的差異相對較大，卡簧和巖心的契合程度就相對較低。技術(shù)人員和研究人員只有充分認(rèn)識到各種不同類型卡心工作出現(xiàn)失敗現(xiàn)象的主要原因之后，才能夠根據(jù)不同的巖石特點(diǎn)選擇相對比較合適的卡心類型，保證鉆探工作能夠高效進(jìn)行。

4 獲取孔底巖屑的技術(shù)分析

4.1 鉆進(jìn)過程中獲取巖屑的重要性和基本方法

鉆井股從橫中獲取巖屑在地質(zhì)工作中具有至關(guān)重要的作用。鉆頭破碎巖石的巖屑能直接表現(xiàn)出孔底巖石礦物的基本性質(zhì)和特征；如果是無巖心鉆進(jìn)操作，所收集的巖屑將成為獲取孔底地質(zhì)信息的重要依據(jù)；鉆進(jìn)過程中收集的巖屑還能直接減少孔內(nèi)巖石粉末堆積事故的產(chǎn)生，是凈化泥漿、降低投入資金的重要手段。收集巖屑的方法主要有地表法和孔底法兩種。通常情況下石油鉆井以地表巖屑錄井方法為主，而孔底法主要運(yùn)用于地質(zhì)巖心鉆探過程中。

4.2 獲取孔底巖屑的方法

第一，全孔反循環(huán)法。在收集空地巖屑的過程后中，通常要將鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖屑引入到巖心管中，在滿足以上條件后，空地巖屑的可靠性與孔內(nèi)流體的循環(huán)方式存在緊密的聯(lián)系。如下圖2所示，a、b、c代表的是全孔反循環(huán)法，d代表的是孔底局部反循環(huán)法，I代表的是風(fēng)管，II代表的是氣水混合物；III代表的是巖粉收集器；IV代表的是巖心管；1代表的是噴嘴；2是負(fù)壓區(qū)；3是分流管道；4是巖心管；5是濾網(wǎng)；6是管；7是巖屑收集桶。圖2中a、b表現(xiàn)的是全孔反循環(huán)采集孔底巖屑方式，a中主要使用沉淀法，利用沉淀法將孔底巖屑統(tǒng)一置放在取樣管中，起鉆開始后將其帶到地表位置。b方法在要求工作人員在取樣管以上位置添加螺旋葉片，利用攜帶巖屑的流體在離心力作用下將巖屑分離出來，并利用沉淀法將其聚集在樣品管中。全孔反循環(huán)的方法在使用過程中必須緊閉孔口，由于該方法具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，導(dǎo)致施工過程復(fù)雜，難以順利開展。

第二，孔底局部反循環(huán)法。該方法以噴射式孔底為主，其主要作用是保護(hù)巖心的完整性，能同時滿足破碎'脆弱性'堅硬性演示的取心鉆進(jìn)需求。該方法示意圖如圖2中d所示。孔底局部反循環(huán)法的缺點(diǎn)在于反循環(huán)的效率越低巖屑運(yùn)移的總量越少，沖洗液中巖屑的濃度越低，反循環(huán)的效率越高。因此該方法通常不用在鉆軟和中硬巖石和巖粉的鉆探采集過程中。

結(jié)束語

總而言之，在地質(zhì)鉆探工作中，尤其是在地質(zhì)相對比較復(fù)雜的情況下，選擇科學(xué)合理的鉆探卡心以及先進(jìn)的取樣技術(shù)是尤為重要的。不僅可以促進(jìn)鉆探行業(yè)的高效發(fā)展，還可以將各種不同類型的取樣技術(shù)進(jìn)行全面地推廣應(yīng)用。進(jìn)而提升巖石樣品的研究力度，促進(jìn)社會的全面發(fā)展。■

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