淺析繩索取芯技術在深孔鉆探施工中的應用

張倫永

摘要：鉆探是深部找礦最基本的重要手段和技術方法。所謂繩索取芯鉆探，是不提鉆而由鉆桿內撈取巖心的先進鉆進方法。具有結構簡單，鉆進效率高，巖芯質量好，巖芯浸泡時間最短，鉆頭壽命長，勞動強度低等特點。對于地質構造多變、地層條件復雜的鉆孔，施工中常遇漏失、涌水、水敏性地層與礦層的坍塌等問題，嚴重影響繩索取芯鉆進工藝性能的發揮。本文主要對繩索取芯技術進行了分析探討。

關鍵詞：地質鉆探；繩索取芯鉆探；鉆進工藝

引言

隨著我國國民經濟的發展，礦產資源供需形勢嚴峻。全國開展了新一輪地質礦區勘察工作。“繩鉆”技術，被廣泛應用于巖芯鉆探。隨地質勘探鉆孔深度的不斷增加，以及起下鉆占輔助作業時間的逐漸增大，嚴重影響整體鉆進效率。因此，繩鉆技術在地質勘探中得到廣泛應用。

1 設備選擇

1.1 配套三級繩索取芯鉆具

地質勘探中，搞好繩索取芯鉆具三級配套，是解決地質勘探過程中復雜水敏性地層嚴重塌掉塊、涌水、漏失等問題，實現安全高效鉆進最有效的方法。三級配套，是指S95鉆具、S75鉆具、S59鉆具配套使用。在鉆進礦區地層之前，用S95鉆具穿過復雜層下Φ89 mm技術套管（扣型為反扣，套管為外絲，接頭為內絲），換S75+2繩索取芯鉆具鉆進至終孔。如S75+2繩索取芯鉆具再遇較大漏失或坍塌難以處理時，則以Φ71mm為套管換S59繩索取芯鉆具鉆進至終孔。

1.2 附屬機具配置

由于繩索取芯鉆進是滿眼鉆具環狀間隙小，對沖洗液的質量有較高要求，所以，現場必須配泥漿攪拌機，且能在鉆孔漏失情況下，滿足不停止鉆進配置泥漿的需要。深孔或超深孔（1000～1500m以上）施工，應采用新鉆桿或加強型鉆桿以提高鉆桿的密封性與強度；采用加強型夾持器和雙滑車系統與其配套，以達到預防與減少孔內事故，實現安全高效鉆進目的。各類機械配件及泥漿材料等為鉆機提供可靠后勤保障，減少停待料時間提高生產效率。

2深孔巖心鉆探技術

深孔巖心鉆探過程中，可用的技術手段主要表現在以下幾個方面：

第一，深孔巖心鉆探過程中的全液壓動力頭鉆機應用技術。

實踐中可以看到，國內現行的全液壓動力頭鉆機應用技術與國外的應用技術手段之間，存在著一定的差距，為了能夠確保鉆探質量和效率，應當不斷進行應用技術優化和改進，以此來確保全液壓動力頭鉆機應用效率。基于此，實踐中應當從鉆機的基本應用功能、維護管理以及操作便利和搬運方便等方面著手，不斷優化和改進結構布局形勢，最大限度地增加孔口有效空間，提高操作面板的人性化水平。

同時，還要進一步改進動力配置、降低能耗，使主卷揚機具備自由落體功能，而且鉆柱下降過程中配合水剎車設施，以此來實現動力負荷的降低。對于安全防護措施而言，應當以鉆機基本運行原理、運行狀況以及結構為基礎，對其采取安全防護措施，以免出現墜落、夾傷等事故。對于鉆機而言，其動力頭自重非常的大，而且機動性有限，所以在應用動力頭擰卸繩索取心鉆桿過程中，可能會導致鉆桿螺紋受損。針對該種問題，一定要注意對動力頭的基本機理進行適當的優化和改進，以確保鉆桿螺紋不會受傷。

在環保設計過程中，鉆機油路比較多，如果出現泄漏等問題，則液壓油在短時間范圍內可能會消耗殆盡，這樣就會造成資源的嚴重浪費，并且造成非常嚴重的污染；需要強調的是當前國內現行的油溫油位顯示設備難以預測油路管道是否存在泄漏問題，因此需在管路適當位置安裝報警設備，以此來實現動態化全程監控。

第二，泥漿泵應用技術。

對于深孔巖心鉆機而言，泥漿泵較之于普通的鉆機泥漿泵，其泵壓相對較高。深孔鉆機鉆孔直徑相對較小、而且鉆桿比較細，通常會遇到火成巖或者變質巖等地質結構，所以鉆孔自然彎曲度非常的大，特別是在斜地層中，鉆孔的彎曲度明顯要高一些。上述情況下，斜孔鉆孔施工操作難度比較多，科學合理地選擇開孔方位角以及鉆塔至關重要。泥漿泵選擇應用過程中，需要充分考慮斜孔鉆探工藝，科學選擇泥漿泵參數。近年來，隨著深孔巖心鉆探技術的快速發展，不斷變化、復雜的環境條件對泥漿泵提出了更高的要求，這在很大程度上有效地推動了泥漿泵技術的發展，并逐漸使其能夠從全液壓動力頭鉆機中有效地分離出來，成為單獨動力配置。

第三，鉆桿柱。

深孔巖心鉆探過程中，如果孔深超過了1500米，則需在鉆探之前對繩索取芯鉆桿自身的強度進行嚴格檢查。從國內鉆桿生產廠家調查發現，沒有指出鉆桿應用時的額定深度，所以鉆孔之前的鉆桿柱強度檢查是必不可少的，只有這樣才能保證深孔巖心鉆探順利進行。基于此，筆者認為可根據鉆桿壁實際厚薄情況、強度等因素來確定，厚度、螺紋形狀以及材質的不同，會導致取芯鉆具存在著較大的差異性，所以建議廠家將傳統的取芯鉆桿進行分類生產，即分成普通型、薄壁型以及高強度型取芯鉆桿，以確保能夠適應各種類型的深刻巖心鉆探需求。鉆探部門從鉆桿管體、接頭材質、螺紋形狀以及管壁厚薄和連接強度等方面進行合理的選擇。

在鉆探施工過程中，根據標準和要求，下鉆過程中的上扣預緊扭矩比普通狀態下的鉆進扭矩要大一些，一般在20%左右。鉆探施工過程中，鉆桿擰卸采用的是人工方式，其具有勞動強度大等特點，所以建議進一步可推廣液壓吊鉗方式，這樣不僅可以有效保證預緊扭矩，而且還能夠有效降低勞動強度。

第四，鉆頭與擴孔器。

深孔巖心鉆探過程中小，為了能夠有效提高巖心鉆探質量和效率，回次進尺以及提鉆之間的間隔應當保持一定的距離，選用使用壽命比較長、性能較好的鉆頭以及擴孔器，比如高胎體鉆頭等。近年來，隨著科技的不斷發展，金剛石鉆頭工作層高度也在不斷的增加，提高鉆頭應用壽命勢在必行。

3 孔內事故的預防和處理

由于繩索取芯鉆具內管總成的存在，大大增加了事故處理的復雜性。特別是發生深孔燒埋鉆事故時，如何強拉內管總成是處理事故的關鍵。多次實驗后發現，通過改進球內管總成打撈器，可一次成功將內管總成強拉上來，大大簡化事故處理。雖然索取芯金剛石鉆進技術工藝在技術及管理上不斷成熟，但作為地質工作人員，應不斷學習，努力提高自身的專業技術水平。

4 結語

深孔鉆探技術是一種可從地下獲取巖礦樣品實物的勘查技術手段，因此應當加強重視和技術創新，只有這樣才能確保鉆探質量和效率，才能確保我國深孔鉆探事業的快速發展。

參考文獻

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（作者單位：云南南方地勘工程總公司）