繩索取芯鉆探技術在石墨礦層的應用

劉飛+朱何文+張志文

摘 要：隨著繩索取芯鉆探技術的逐漸完善和發展，繩索取芯技術鉆探在各種地質條件下得以開發和利用。本文對繩索取芯技術特點進行介紹，以清潭石墨礦區為例，進行了礦層的特點介紹、鉆探設備選用、確定鉆孔結構和鉆孔護壁具體措施。

關鍵詞：繩索取芯鉆探；石墨礦層；技術；施工技術應用

中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A

0.引言

通過鉆取巖心的方法探明地層的情況是地質勘探中常用的方法。通過取芯分析可以根據樣本的各種資料和特征來估計確定礦產或者油氣資源的結構以及儲量。這也是勘探技術中比較可靠的一種方法。近年來隨著技術的進步和工業化成本的需要，發展低成本可靠的鉆探技術已經成了行業內的共識，繩索取芯鉆探技術以其不可替代的優點逐漸得以發展。這種鉆探技術較其他普通鉆探技術的優勢巨大，尤其是在應對地層情況復雜的區塊，其鉆探效率高、鉆探質量好、成本可控、事故率低。操作繩索取芯技術的工作人員應對技術進行全面的了解掌握后再進行施工作業，保障鉆探工程的順利進行。

1.繩索取芯技術簡介

在我國高速發展的幾十年以來，能源逐漸成了發展的瓶頸，因此深部找礦等項目受到了國家層面的重視。隨著這些項目的增加，之前的老式鉆探設備和機具無法達到鉆探施工的情況下，繩索取芯技術的需求開始不斷增大，繩索取芯技術也受到了前所未有的青睞和發展。目前這種優越的鉆探技術廣泛應用于煤田、金屬和非金屬找礦等領域，在這些領域的礦產資源探尋進程中扮演著極其重要的角色。

1.1 繩索取芯技術的優點

繩索取芯技術之所以發展得這么迅速，與其自身工藝不可取代的優點直接相關。其主要優點有：

（1）繩索取芯技術在施工過程中操作人員的勞動強度低

隨著社會的發展和進步，單位人工成本的價格越來越高，為了降低整個作業的施工成本，減少現場人員數量、降低現場操作人員的勞動強度在鉆井施工作業中已經成為一種趨勢。在傳統的鉆井作業中人力資源浪費現象非常明顯，繩索取芯技術通過優先選用不提鉆或者少提鉆的鉆進方式鉆進，大大地降低了現場工作人員的勞動強度和人員用量，一般情況下2～3人就能完成繩索取芯技術的鉆探工作。

（2）繩索取芯技術的鉆進效率高

繩索取芯技術通過優先選用不提鉆或者少提鉆的鉆進方式鉆進，節約了其他條件的時間成本和繁重的勞動作業，節約時間效果明顯，隨著設計鉆孔深度的增加這種節約時間的優勢會更明顯。

（3）繩索取芯技術在鉆進過程中孔內事故率低

在地質勘探鉆井過程中，鉆桿在這一過程中同樣扮演了非常重要的角色。通常的鉆進是依靠鉆桿提供相應的壓力和扭矩使得鉆頭磨削地層來完成，一般鉆桿的長度為3m，通過螺紋連接加長的方式，普通鉆進過程中需要反復地提升和反復的擰卸，一方面浪費了時間，另一方面還加大了螺紋的磨損，進而使得鉆桿損壞加劇，導致事故率上升。

（4）繩索取芯技術在鉆進過程中降低了施工成本

由于繩索取芯技術在鉆進過程中時間利用率高、使用工作人員少、孔壁坍塌掉塊事故發生率低、鉆具使用壽命長等特點決定了其經濟效果優于普通鉆進技術，尤其是在鉆孔設計深度大、地層情況復雜情況下經濟效益明顯。

2.鉆探設備選用

在鉆探取芯過程中，不同施工設備的選擇對施工的順利進行有極為重大的影響。繩索取芯技術的鉆探設備和相關機具的選擇主要有以下幾點：

（1）綜合考慮勘探區域的地層條件和鉆機的性能以及鉆探的預算經濟成本和時間成本，選擇合適的鉆機。

（2）在相同的施工條件和鉆機條件下，優選不提鉆取巖芯或者是提鉆次數相對少的方法，這樣的鉆探設備和機具應通過嚴格的工藝論證，同時結合前人的現場經驗來確定。不提鉆或者提鉆少的方式可以減少升鉆下鉆的時間，節約鉆探的時間成本和相關設備的租賃費用。這種技術在業內有鉆速高、鉆頭壽命長、時間利率高，工人勞動強度低的好評。在這種“三高一低”的優點下，繩索取心鉆桿較其他普通鉆桿更安全更可靠。

（3）在鉆探設備和相關機具的選擇時，應充分考慮孔壁穩定性和沖洗液正常循環，在這兩個重要前提下才可以進行相關的鉆探設備和機具的選擇。

3.確定鉆孔結構

鉆孔結構的確定在任何鉆探取芯工程中都很重要，同樣的這種結構的確定在繩索取芯技術中也扮演著最重要的角色。現場和設計階段的相關工作人員首先應根據之前勘測的地層剖面圖以及鉆孔的深度來進行結構的初步合理選擇。其次設計階段的相關工作人員應進一步地根據設計施工具體地點的地層條件特點進一步優化鉆孔結構。綜合考慮在施工過程中套管的使用對工藝的影響情況來優選確定鉆孔的結構。通過嚴格的論證后再最終確定鉆孔的結構，來確保實際操過程中繩索取芯技術在石墨礦層中少出或者不出問題。

4.鉆孔護壁

4.1 地質概況

大地構造位置處于青峰-襄樊-廣濟大斷裂的北部邊緣。區域上以襄-廣斷裂為界，以北屬秦嶺褶皺系，以南屬揚子準地臺。本區處于秦嶺褶皺系之南秦嶺-淮陽褶皺帶（Ⅱ2）大狼山復背斜（Ⅱ23）之應山褶皺束（Ⅱ23-1）南部。在115m～164m處為含石墨絹云鈉長片巖、（含）石墨石英二云片巖、碳質石英二云片巖、含石墨碳泥質板巖。當遇到該層位時鉆井液可能會水化而引起井壁縮徑、坍塌。

4.2 沖洗液性能參數

沖洗液比重 1.08g/ L、黏度為 29s 左右；其pH 值為9；失水量小于 8mL；含石墨絹云鈉長片巖巖樣浸泡數天仍不分散；沖洗液的泥皮質量具有韌、滑、薄特點；流動性和潤滑性較好。

4.3 現場沖洗液調節方案

（1）現場沖洗液管理。泥漿技術員和攪拌人員交接班應清楚明了；技術員不得擅自改動配方；如果新漿、返漿誤差過大應立即調整，認真做好泥漿班報表的填寫，有重大情況須請示泥漿負責人。

（2）漿液的維護處理方案。

①建立性能工藝滿足實際生產的循環系統，要求坡度小于1°，配備25L的沉淀池，循環槽中間設擋板3 處；每 2～3回次需要對循環系統進行除砂和清槽作業。

②對黏度變化大于 5s 情況對返漿重配處理。

③返漿含砂量大情況應合理提高PHP的用量，如果處理后結果不理想可以一次性換掉孔內含砂重的漿液。

結語

繩索取芯技術湖北省棗陽清潭石墨礦層中應用，效果明顯，為國家節約了勘探開發的成本。繩索取芯技術的主要優點有：施工過程中操作人員的勞動強度低、鉆進效率高、孔內事故率低、鉆進過程中降低了施工成本等。繩索取芯技術主要缺點有：鉆具結構一般較為復雜，總體強度低；國內對于繩索取芯技術在高頻率壓下沒有相關成型標準，構件需要定制沒有設計標準件，同時國內對于繩索取芯技術在高頻率壓下液動錘內部的精細部件容易失靈。

隨著相關技術的進步和發展，繩索取芯技術將會在地質勘查中扮演越來越重要的角色。

參考文獻

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