繩索取芯鉆進技術在東莞地質勘探中的應用

何德源

（廣東省地質工程公司，廣東廣州510425）

1 概況

1.1 工程概況

珠江三角洲（東莞市）深部地熱資源勘查項目屬廣東省財政廳啟動的公益性水文地質勘查項目，目的是為了探明廣東省深部地熱的分布、埋藏情況，為廣東的深部地熱資源開發奠定基礎。

據前期物探顯示在客家圍及橋下街有低阻異常帶，為查明地層巖性及該低阻異常帶與斷裂破碎帶的關系，決定布設勘察孔RK4。

RK4勘察孔位于廣東省東莞市萬江區金泰橋西北側，于莞穗路相連，交通便利。2011年11月6日RK4勘察孔正式開工,目前已完成進尺502.10m，并進行了相應的測溫、洗井、測井、專門水文地質試驗等野外工作任務。

1.2 地質概況

綜合調查、勘探及區域地質資料，RK4勘察孔位于東莞盆地南側邊緣，在北東向河源斷裂帶(東莞斷裂)控制范圍之內，并有北西向黃旗峰斷裂帶經過與之交匯。東莞斷裂與黃旗峰斷裂交匯處的東3井在358.10m揭露到燕山第三期黑云母花崗巖。根據前人資料及本次地熱地質調查，在東莞斷陷盆地西北部，巖漿巖體侵入于下古生界變質巖中，呈巖基產出；在東莞斷陷盆地東南部，巖漿巖體侵入于下古生界變質巖中，呈巖株產出。RK4孔據鉆探揭露地層劃分，0～10.50m為第四系土層；10.50～65.40m為下第三系古新統莘莊村組(Ex)，巖性主要為粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，夾粉砂巖；65.40～150.70m為上白堊統大塱山組(Kdl)，上部為含礫泥質粉砂巖，下部為砂礫巖；150.70～502.10m為下古生界混合片麻巖，變質程度自上而下變深。巖石裂隙不發育，僅局部見閉合裂隙。

2 主要鉆井設備與機具

（1）鉆機。本工程鉆探設備使用江西省江南探礦機械廠生產的XY-4型鉆機。該設備主要適用于固體礦床的金剛石、硬質合金勘探鉆進，也可用于工程地質與水下勘探、淺層石油和天然氣開采，以及礦山坑道的通風、排水等鉆孔。其結構簡單緊湊，布局合理，重量輕，折卸方便，轉速范圍合理。

（2）繩索取芯鉆具。繩索取芯是一種不用提鉆，而由鉆桿內撈取巖芯的先進鉆進方法，它與普通巖芯鉆探相比具有純鉆進時間長、巖芯采取率高、勞動強度低等優點。本次鉆探采用無錫鉆探工具廠生產的S75型繩索取芯鉆具，具體參數見表1。

3 鉆孔結構

RK4勘察孔開孔選用?150mm三牙輪鉆頭鉆至17.30m，下入?146mm套管；之后分別用?130mm牙輪鉆頭鉆至36.30m，下入?127mm套管；?110mm三牙輪鉆頭鉆至39.40m，下入?108mm套管；?91mm金剛石鉆頭鉆至96.20m，下入?89mm套管；后改為?76mm金剛石鉆頭至終孔。終孔后取出?108mm、?89mm套管，井身結構見表2。

表2 井身結構參數

4 鉆進工藝

本次鉆探，40.20m之前采用金剛石巖芯鉆探技術，40.20～96.20m采用金剛石繩索取芯技術，96.20m至終孔分段采用金剛石巖芯鉆探技術及金剛石繩索取芯技術。金剛石巖芯鉆探過程中，升降鉆具是最費時間的一項輔助工序，據統計，一般純鉆時間和升降鉆具各占30%～40%左右。鉆孔越深，升降鉆具所占用的時間越多，同時，它又是機械化程度差、勞動強度大的輔助工序。因此，要增加純鉆時間，提高鉆進效率，最有效的途徑是減少升降鉆具的時間。

繩索取芯鉆進是不提鉆取芯方法之一，即在鉆進過程中，當內巖芯管裝滿巖芯或巖芯堵塞時，不需要把孔內全部鉆桿柱提升到地表，而是借助專用的打撈工具用鋼絲繩把內巖芯管從鉆桿柱內撈取上來。用繩索取芯鉆進，只有當鉆頭被磨損需要檢查更換時，才提升全部鉆桿柱，從而顯著地減少了升降鉆具的次數和輔助時間。

5 繩索取芯鉆具在RK4孔應用效果分析

本鉆孔施工主要采用繩索取芯鉆進技術，為體現繩索取芯鉆進的優越性，選取部分井段采用金剛石巖芯鉆探技術施工鉆探，表3為RK4勘察孔施工過程中采用金剛石繩索取芯鉆探技術與金剛石巖芯鉆探技術對比數據，數據對比結果可以看出，繩索取芯鉆探技術在東莞市地質勘探勘察孔施工中具有以下優勢。

表3 2種鉆探技術數據對比表

（1）可以實現在較長井段內不提鉆連續取芯鉆進，從而顯著降低了鉆進時起下鉆時間，提高鉆進效率。當巖芯裝滿巖芯管時，只需要將機上主動鉆桿提移出孔口，用配套繩索把打撈器從鉆桿中間下入，將巖芯管內管提出孔外，取出巖芯后再將巖芯管內管總成投入孔內，繼續鉆進，整個提取巖芯的過程只有10min左右，而普通的巖芯鉆探，需取出孔內鉆桿，提鉆取芯，一般需要60min左右，隨著深度增加，時間更久。

（2）降低勞動強度。在鉆探施工中，起下鉆工作是較為繁重的工序，需要多人配合操作幾十分鐘，而繩索取芯鉆進技術大大減少了起下鉆次數，從而減低勞動強度。在東莞市RK4勘察孔中，繩索取芯鉆進的起鉆間隔可以達到30m左右，而普通巖芯鉆探，只要巖芯管被充滿，就要及時提鉆取芯，一般為3m左右，勞動強度增加很多。

（3）有效控制孔斜，巖芯采取率高。繩索取芯鉆進過程基本是滿眼鉆進，可以實現較高轉速，施工鉆孔孔身直，有效控制孔斜發生，東莞市RK3勘察孔平均孔斜控制在3°。于此同時，繩索取芯鉆進過程內管的單動性能使得巖芯擾動變小，巖芯完整，采取率高。

（4）降低成本，提高效率。繩索取芯鉆進可以提高金剛石鉆頭的使用壽命，平均一個可鉆進100～150m，節約成本。繩索取芯鉆進過程采用不提鉆取芯，減少了起下鉆的輔助時間，縮短工期，提高鉆進效率。

6 結語

繩索取芯鉆進技術在東莞市RK4勘察孔施工應用中，保證了鉆孔質量及巖芯質量，有效增加了鉆進效率，減少人工勞動強度，保證工期的情況下，保質保量的完成鉆進任務，該項技術在東莞市RK4勘察孔中得到了很好的應用，對今后的生產施工具有指導意義。

參考文獻：

[1] 彭步濤.繩索取心鉆進技術在復雜地層的應用[C]//全國煤炭地質鉆探研討會論文集，中國煤炭地質總局，2007.

[2] 黃開明.復雜地層條件下繩索取芯鉆探工藝運用探討[J].廣東科技，2009(12)：291-292.

[3] 劉森峰，黃瑋，李寧.金剛石繩鉆常見的復雜地層成因及處理措施[J].西部探礦工程，2009，21(12)：120-121.

[4] 辛喜勝.復雜地層中深孔繩索取心鉆探技術對策[J].價值工程，2011，30(5)：67.

[5] 湯志吉.膠東半島山后礦區復雜地層深孔繩索取心鉆探的探索和應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(9)：52-55，92.

[6] 喬彥斌.新疆烏拉根礦區復雜地層繩索取心鉆進技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(11)：18-20，23.