淺談繩索取芯鉆探技術

劉恒立，董建強

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，河南鄭州 450000）

0 引言

伴隨我國經(jīng)濟發(fā)展水平的逐漸提高，我國礦產(chǎn)資源供給與需求方面的形勢越來越緊迫，因此需要進一步開展所在地域的地質(zhì)礦區(qū)勘察工作。鉆探作為深部找礦最為常見技術手段之一，相關的工作人員需要予以重視。通常來說，繩索取芯鉆探即不提鉆而通過鉆桿撈取巖心的一種新型的鉆進手段，整體來說，其架構較為簡單，整體鉆進效率較高，巖芯品質(zhì)俱佳，巖芯浸泡周期較短，而鉆頭的周期較長，勞動強度較小。值得注意的是，針對地質(zhì)構造且地質(zhì)基礎較為復雜的鉆孔，在施工期間總是會面臨漏失、涌水以及坍塌的難題，所以這在很大程度上會影響繩索取芯鉆進效率。基于此，本文將進一步闡述繩索取芯鉆探技術的相關要點，希望能給同行帶來一定的參考價值。

1 合理選取設備

1.1 三級繩索取芯鉆具

在勘探地質(zhì)的過程中，相關的工作人員需要配備一系列繩索取芯的鉆具，這是處理好地質(zhì)勘探期間煩瑣水敏性地層塌掉塊、涌水以及漏失等難題的重要一步。通常來說，三級配套即S95 鉆具、S75 鉆具以及S59 鉆具。相關的工作人員在正式鉆進礦區(qū)地層的時候，需要先采取之S95 鉆具越過煩瑣層下φ89mm 技術套管，接著，相關的工作人員再替換S75 繩索取芯鉆具鉆入終孔之中。

1.2 配備附屬機具

考慮到繩索取芯鉆環(huán)狀間隔相對較小，所以對于沖洗液的品質(zhì)有著相當高的難度。因此，在施工現(xiàn)場，相關的工作人員務必要配備一系列泥漿攪拌裝置，同時需要在鉆孔漏失的條件之下，契合不停止鉆進配置泥漿的要求。在進行深孔或者超深孔作業(yè)的過程中，相關的工作人員需要優(yōu)秀選取新鉆桿或強化型鉆桿，由此提升鉆桿的密封程度以及實際強度；同時，還需要采取加強型夾持器以及雙滑車系統(tǒng)，由此降低孔內(nèi)事故出現(xiàn)的概率，達到安全高效鉆進的效果。而各個機械配件以及泥漿物料等都是鉆機順利運作的后勤保障基礎，縮減了停待料周期，由此提高運作效率。

2 科學選取鉆進工藝及參數(shù)

2.1 科學設計鉆孔結構

相關的工作人員需要依據(jù)鉆孔目標、孔內(nèi)巖層以及極易面臨的煩瑣狀況、鉆孔深度以及終孔孔徑等因素，由此合理設計鉆孔的孔身架構。倘若開孔半徑較小，在運作至一定深度之后，一旦出現(xiàn)孔內(nèi)復雜問題，那就很難進行幫助。在此期間，部分時候會出現(xiàn)套管拔不動以及套管折斷的問題，不僅如此，反復地下套管以及處理套管故障占據(jù)了諸多的時間，這就在一定程度上影響到鉆進的效率。倘若開孔半徑偏大，那么相關的工作人員就需要通過科學級配的套管來提高繩鉆鉆高轉速下的平穩(wěn)程度，由此避免出現(xiàn)鉆桿折斷問題。

與此同時，整合過往在某礦區(qū)作業(yè)的實地考察情況，把鉆孔結構設計劃分成兩種類別：針對普通鉆孔，采取三級孔徑，開孔到基巖一直至108mm 井口管；φ95mm 鉆入巖層φ89mm 套管，將之當作一個預留的口徑，然后再采取S75 鉆具鉆到終孔。而針對復雜的鉆孔，相關的工作人員需要采取五級口徑150mm 開孔到基巖146mm 井口管，然后再利用S75 鉆到終孔之中。上述兩種不同的鉆孔類型，不管是何種結構，其井口管以及主動鉆桿的間隔都不可以過大，否則就非常容易導致鉆桿彎曲，這在很大程度上會影響繩索取芯鉆進效率。

2.2 合理選取鉆頭

因為部分礦區(qū)地層較為煩瑣且類型豐富，所以，較為合理的鉆頭就是指那些既能夠鉆硬巖層又可以鉆軟巖層的鉆頭。對此，相關的工作人員需要依據(jù)巖石的硬度、強度、研磨情況以及均質(zhì)情況，合理地選取鉆頭唇面形狀以及胎體硬度等等。具體來說，首先，需要確保鉆頭唇面是有助于破碎巖石的，拓寬破碎自由面，由此提升整體的時效性；其次，有助于提高鉆頭的平穩(wěn)程度，避免出現(xiàn)孔斜問題；再次，需要有助于優(yōu)化金剛石的布局狀態(tài)，提高內(nèi)外徑的補強的水平，從而延長鉆頭的使用周期；最后，有助于冷卻鉆頭，同時還要掃除巖粉，避免出現(xiàn)重復破碎的問題。除此之外，在選取胎體硬度的過程中，相關的工作人員要根據(jù)巖石的研磨度以及實際硬度，通常來說，針對研磨性較強、硬度較大的巖層，相關的工作人員要選取較強的胎體，比如40 度、35 度胎體，由此避免金剛石出現(xiàn)多次掉落的問題，而針對研磨性弱、硬度小的巖層，需要選取較低硬度的胎體，由此確保金剛石可以順利地出刃。針對中巖、硬巖、互層以及弱研磨性巖層，相關的工作人員需要選取高低鋸齒鉆頭或者鋸齒鉆頭。由于該唇面鉆頭以及孔底觸碰的面積較小，從而可以加大鉆頭的軸向壓力，進而有效提升時效性。針對打滑巖層，相關的工作人員需要優(yōu)先選擇單邊凸起或者粒狀鉆頭。這類鉆頭能夠提升鉆壓，從而緩解崩齒的問題；針對破碎或者較軟的地層中，相關的工作人員需要優(yōu)秀選取平底或者是圓弧型鉆頭，它們和孔底聯(lián)系較為緊密，整體的平穩(wěn)性較佳，比如說，針對鉆進礦層和礦層頂?shù)装澹嚓P的工作人員需要采取底噴式鉆頭，由此緩解沖洗液對巖層的不良影響。

2.3 頂漏鉆進工作分析

根據(jù)大量的實戰(zhàn)經(jīng)驗表明，在進行礦區(qū)作業(yè)時，鉆孔漏失較為多見。通常指的不是一個點的漏失。所以，相關的工作人員需要研究“頂漏鉆進”分段治漏的手段。具體來說，頂漏鉆進的基本條件包括如下幾個方面：首先，施工層段較為平穩(wěn)，水源較為充分；其次，采取優(yōu)質(zhì)泥漿護孔可以迅速實現(xiàn)完工，較下套管更加地經(jīng)濟實用。頂漏鉆進期間，由于無法返水，在開鉆之后，相關的工作人員要精準估算時間，將泥漿送到底部才能開鉆。如此一來，就能夠減少泥漿的用量，而且在開鉆之前，務必要確保充足的泥漿，同時要確保泥漿的品質(zhì)過關。除此之外，其鉆進的轉速不可以過快，通常在300～450r/min，其水泵量大致為50L/min。

2.4 合理配制沖洗液

繩索取芯金剛石鉆進的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾方面，即環(huán)狀間隔小、沖洗液上返速率快、泵壓耗損明顯、鉆具轉速高同時還容易產(chǎn)生附加漏失問題。所以，沖洗液需要具備護孔、保芯、潤滑等多方面的功能。在選取沖洗液種類的過程中，需要充分考量它的實用性以及經(jīng)濟性。具體來說，包括無固相泥漿以及防塌低固相泥漿。通常情況下會優(yōu)先選取無固相泥漿。由于高分子量的聚丙烯酰胺（PHP）具備較為顯著的絮凝作用，同時還具備俱佳的潤滑作用。因此，相關的工作人員會采取1600 萬分子量PHP 當作無固相泥漿的主體。同時，還會優(yōu)先選取植物膠、腐植酸鉀當作防塌劑，上述兩類材料不但可以增強沖洗液的防塌作用，同時還具備降失水、堵漏的作用。相關的工作人員需要綜合繩索取芯鉆進的特征，同時依據(jù)過往施工礦區(qū)特定的地質(zhì)基礎，在一般穩(wěn)定地層或者相對較為穩(wěn)定的地層，采取1 號無固相沖洗液配方，而針對那些破碎極易塌地層，相關的工作人員可以選取2 號低固相防塌泥漿配方。

3 繩索取芯鉆探技術施工措施分析

3.1 案例概況

某礦區(qū)地質(zhì)構造復雜程度較高，主要地質(zhì)發(fā)育特征為斷裂。在礦區(qū)鉆探施工中，礦區(qū)地層上覆第四系，厚度在10～20m 之間；在上部部分區(qū)塊地層中，含有金石英脈，地層結構松散，容易發(fā)生漏失。在鉆探施工過程中，在裂隙、孔隙等復雜地質(zhì)因素的影響下，容易發(fā)生漏失、掉塊、卡鉆等問題。另外，下部地層中含有泥質(zhì)以及鈣質(zhì)板巖，由于存在裂隙，也易出發(fā)生漏失問題。因此，該礦區(qū)地層條件復雜，繩索取芯鉆探施工難度較大。

3.2 采取措施

鉆探期間主要采用的施工措施如下：首先，在鉆進期間，一旦出現(xiàn)鉆壓或者泵壓驟然上升的問題，這就說明巖芯充滿巖芯管或巖芯受到阻塞，此時就要暫停鉆進活動，而且要卡斷巖芯，然后將鉆具提離孔底一定間隔，相應地使用夾持設施夾住鉆桿，扭動機上鉆桿，下放內(nèi)管打撈裝置予以內(nèi)管打撈。其次，如果打撈裝置逐漸靠近內(nèi)管總成的時候，相關的工作人員要相應地放慢速度，避免撈矛頭或者打撈鉤遭到較為強烈的沖擊從而受損，打撈器在沖洗液中的下降速率要控制在一定范圍內(nèi)。如果內(nèi)管總成提動，那么此時就需要按照正常的速率予以提高。不僅如此，倘若鉆桿中出現(xiàn)了諸多沖洗液流出，那就代表其業(yè)已順利打撈，不然的話就需要暫停上升，再次打撈或者提鉆處置。再者，在提高鉆具以及打撈內(nèi)管的過程中，相關的工作人員要在第一時間向孔內(nèi)回灌一定規(guī)模的沖洗液，防止其由于鉆桿柱外的液面降低，而引發(fā)鉆桿柱內(nèi)外間出現(xiàn)壓力差，從而導致孔壁下榻。最后，如果內(nèi)管提高至地面，那么相關的工作人員就需要從卡簧座或者接頭處卸開，然后再從巖芯管提取出巖芯。倒出巖芯的過程中，要使用橡膠錘或者木錘敲打內(nèi)管，不允許使用鐵器進行強烈敲打，這樣極易導致內(nèi)管出現(xiàn)不良的凹坑，從而影響巖芯地順利進入，最終阻塞巖芯。一旦取出巖芯之后，相關的工作人員要用水清洗，同時要核查內(nèi)管總成，接著再予以組裝，以便將來順利使用。

4 結束語

綜上所述，在本次研究中，不難看出，合理使用繩索取芯巖心鉆探技術可以有效提高鉆進效率以及鉆孔質(zhì)量，減少勞動強度，不僅如此，科學的鉆具級配、鉆孔結構以及鉆進參數(shù)等方面的工作處理，是有效提高繩索取芯鉆探整體效率以及鉆孔質(zhì)量的核心所在。繩索取芯技術鉆探效率高，而且能夠保證鉆探質(zhì)量。因此，對繩索取芯鉆探技術在復雜地層礦區(qū)鉆探中的應用方式進行深入研究意義重大。