繩索取芯鉆探技術(shù)淺析

楊少峰

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊，新疆 阿勒泰 836500）

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢飛快，國民經(jīng)濟(jì)快速增長，對礦產(chǎn)資源的需求日益擴(kuò)大，能源緊張形勢不斷加劇，國家也在積極開展新一輪的礦產(chǎn)地質(zhì)勘查工作，加大能源開發(fā)力度來緩解當(dāng)前能源緊張局勢。而在礦產(chǎn)地質(zhì)勘查中，鉆探技術(shù)是重要的技術(shù)支撐，是開展地質(zhì)勘察的重要技術(shù)手段。特別是繩索取芯鉆探技術(shù)在地質(zhì)勘查中有著非常廣泛的應(yīng)用。所謂繩索取芯鉆探技術(shù)，是在鉆探過程中不用提鉆，而是從鉆桿內(nèi)提取巖心的一種先進(jìn)的鉆探方法，該技術(shù)方法與普通的鉆探技術(shù)而言，有著很大的技術(shù)優(yōu)越性，不僅鉆進(jìn)效率非常高，而且結(jié)構(gòu)簡單，能夠更好地保證巖芯質(zhì)量，避免巖芯長時間浸泡，延長鉆頭的使用壽命，降低勞動強(qiáng)度。因此，地質(zhì)勘探中繩索取芯鉆探技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，面對復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件的地層進(jìn)行鉆探施工，經(jīng)常會遇到漏失、涌水、水敏性地層與礦層的坍塌等問題，對繩索取芯鉆探技術(shù)的自效率與質(zhì)量造成很大影響，不利于該技術(shù)工藝性能的發(fā)揮。為此，結(jié)合實(shí)踐，從以下幾個方面對繩索取芯鉆探技術(shù)進(jìn)行探討與分析，旨在促進(jìn)繩索取芯鉆探技術(shù)順利高質(zhì)量的完成施工任務(wù)，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。

1 設(shè)備選擇

1.1 配套三級繩索取芯鉆具

開展地質(zhì)鉆探過程中，將繩索取芯鉆具的三級配套做好，是提升繩索取芯鉆探效果的關(guān)鍵，同時還能有效的對復(fù)雜水敏性地層漏失問題以及涌水和掉塊等情況進(jìn)行控制，達(dá)到快速鉆進(jìn)的效果。對于三級配套而言，主要包括S95鉆具、S75鉆具、S59鉆具等聯(lián)合應(yīng)用。進(jìn)行礦區(qū)地層轉(zhuǎn)進(jìn)時，通過S95鉆具對復(fù)雜層Φ89 mm技術(shù)套管進(jìn)行穿過，接下來應(yīng)用S75+2繩索取芯鉆具進(jìn)行鉆探，并最終成孔。如果該鉆具鉆進(jìn)階段遇到坍塌和漏失情況出現(xiàn)時，可選擇Φ71mm套管，利用S59繩索取芯鉆具進(jìn)行鉆探，來保證鉆探質(zhì)量。

圖1 鉆具結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 附屬機(jī)具配置

繩索鉆具為滿眼鉆具，鉆進(jìn)過程中沒有較大的環(huán)狀間隙，需要高質(zhì)量的沖洗液。因此，必須要設(shè)置泥漿攪拌機(jī)，但遇到鉆孔漏失問題時，達(dá)到不用停止鉆進(jìn)進(jìn)行泥漿配置的效果。通過加強(qiáng)鉆桿的應(yīng)用來開展深孔及超深孔鉆探，鉆桿具有非常大的強(qiáng)度，切滅風(fēng)行非常大的好。配套使用雙滑車系統(tǒng)以及夾持器（加強(qiáng)型），來更好的應(yīng)對孔內(nèi)事故的發(fā)生，提高鉆進(jìn)效果。為了促進(jìn)鉆進(jìn)工作的有效進(jìn)行，必須要有泥漿材料以及機(jī)械配件的良好保障，避免長時間停料，增強(qiáng)起生產(chǎn)效率。

2 鉆進(jìn)工藝及參數(shù)選擇

2.1 鉆孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計

鉆孔孔深結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)依照鉆探區(qū)域的地質(zhì)情況以及巖層特點(diǎn)和鉆孔目的、和鉆孔深度與終孔孔徑等進(jìn)行合理設(shè)計。譚若開孔直徑過小，達(dá)到一定施工深度之后，便可能由于復(fù)雜的孔內(nèi)情況，無法正常的進(jìn)行施工，此時則不能對孔徑進(jìn)行改變，則需要將套管拔出，重新進(jìn)行下套管。在此階段，會遇到無法拔動套管的情況，易引發(fā)套管折斷問題，而且對套管進(jìn)行反復(fù)的下，對套管事故進(jìn)行處理，還消耗很大的時間，對鉆進(jìn)工作效率造成非常大的影響。倘若孔徑過大，應(yīng)當(dāng)選擇合理的套管，避免鉆具在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的事故，導(dǎo)致鉆桿折斷，如此便會使工作量進(jìn)一步加大。

對某礦施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，劃分為兩類鉆孔結(jié)構(gòu)：普通的鉆孔，通過兩級孔徑的應(yīng)用進(jìn)行鉆探，開孔用Φ130mm進(jìn)行鉆進(jìn)，將Φ127mm井口管下入完整基巖下，或者開口110mm鉆進(jìn)，108mm井口管下入完整基巖下；通過S75+2鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)達(dá)到成孔的效果。用150mm五級口徑對復(fù)雜鉆孔進(jìn)行開孔，將146mm井口管下入完整基巖下；中間下127mm、108mm，89mm技術(shù)套管；終孔用S75+2進(jìn)行鉆進(jìn)。上述著些鉆孔，選擇井口管結(jié)構(gòu)以及鉆桿等都必須要保證間隙不能太大，避免折斷鉆桿的事故發(fā)生，對繩索取芯鉆探效率有著最為直接的影響。

2.2 鉆頭的選擇

面對復(fù)雜的地層構(gòu)造，應(yīng)當(dāng)合理地選擇鉆頭，不僅能應(yīng)用與軟巖層的鉆頭，還要選擇硬巖層的鉆頭。所以應(yīng)當(dāng)依照巖石的特征，全面綜合的考慮，在對鉆頭進(jìn)行合理選擇。

（1）在破碎巖石方面鉆頭唇面必須要鋒利，能夠自由的對巖石進(jìn)行破碎，增進(jìn)鉆進(jìn)效率；確保鉆頭的穩(wěn)定性，避免發(fā)生孔斜情況；對金剛石的分布有著改善作用，能夠是內(nèi)外徑的能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)，延長鉆頭的使用時間；同時能夠?qū)r粉進(jìn)行更好的排除，對鉆頭進(jìn)行冷卻。

（2）選擇胎體硬度，應(yīng)當(dāng)結(jié)合巖石的硬度以及其耐磨性進(jìn)行確定。通常，巖層具有良好的研磨性，切具有非常大的硬度，胎體的選擇必須要硬，如40°、35°胎體，避免金剛石出現(xiàn)掉落。

對于沒有良好研磨性，較小硬度的巖石，胎體應(yīng)當(dāng)選擇硬度較低的胎體如30°20°、10°等，確保金剛石能夠很好的出刃。如果巖石為中硬度，研磨性強(qiáng)弱互層，應(yīng)當(dāng)利用鋸齒鉆頭或者高低鋸齒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。

2.3 頂漏鉆進(jìn)

發(fā)現(xiàn)漏的情況必須要及時堵，同時鉆進(jìn)過程中，不返水不能鉆進(jìn)，這是過去堵漏的誤區(qū)。鉆孔漏失情況在礦區(qū)施工中非常常見，切漏失情況不是集中在一個點(diǎn)為，有的是很多漏失點(diǎn)，還有的為一段漏失。所以，對 “頂漏鉆進(jìn)”分段治漏方法進(jìn)行分析研究。開展頂漏鉆進(jìn)，必須要保證具有良好穩(wěn)定的施工段，保證水源，同時泥漿應(yīng)當(dāng)選擇優(yōu)質(zhì)的泥漿，開速開展鉆近，并完工，確保其經(jīng)濟(jì)性。

頂漏鉆進(jìn)階段不會有返水情況出現(xiàn)，因此，必須要對鉆進(jìn)時間進(jìn)行精確計算，將泥漿輸送至孔底，在進(jìn)行鉆進(jìn)。避免泥漿的浪費(fèi)。同時開鉆前要保證充足的泥漿，并保證泥漿質(zhì)量優(yōu)良；另外，鉆進(jìn)的轉(zhuǎn)速不宜太快，一般取300～450r/min，水量50L/min。

3 沖洗液的配制

繩索取芯鉆探的主要特點(diǎn)為沖洗液上返速度快、裝置環(huán)狀間隙較小、鉆具在高速下運(yùn)行極易發(fā)生故障，所以，沖洗液可以實(shí)現(xiàn)對鉆探裝置的潤滑、護(hù)孔、防漏、保芯等等功能。關(guān)于沖洗液類型選擇，應(yīng)考慮優(yōu)異護(hù)壁性、實(shí)用性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

一類是無固相泥漿，二類是防塌低固相泥漿。一般均采用無固相泥漿。因?yàn)楦叻肿恿康木郾０罚≒HP）有較強(qiáng)絮凝效果（能對巖屑絮凝），又有很好潤滑性能。所以，均采用1600萬分子量PHP作為無固相泥漿的主體，加量一般在800～1000 ppm。當(dāng)遇到發(fā)生坍塌的地層或存在漏失的情況，使用下套管快速處理方法對上部出現(xiàn)坍塌部位進(jìn)行處理，深部位置加入防塌試劑與堵漏劑。優(yōu)選用植物膠、腐植酸鉀作為防塌劑。這兩種材料不僅能使沖洗液的防塌效果大大增強(qiáng)，而且也具有降失水、堵漏效果。腐植酸鉀的一般加量為0.4～0.5%，植物膠加量一般為0.5～0.8%。結(jié)合繩索取芯鉆進(jìn)的特點(diǎn)，在一般穩(wěn)定地層或較穩(wěn)定地層采用1號無固相沖洗液配方，在破碎易塌地層采用2號低固相防塌泥漿配方。

4 孔內(nèi)事故的預(yù)防和處理

由于繩索取芯鉆具內(nèi)管總成的存在，大大增加了事故處理的復(fù)雜性。特別是發(fā)生深孔燒埋鉆事故時，如何強(qiáng)拉內(nèi)管總成是處理事故的關(guān)鍵。多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，通過改進(jìn)球內(nèi)管總成打撈器，可一次成功將內(nèi)管總成強(qiáng)拉上來，大大簡化事故處理。雖然索取芯金剛石鉆進(jìn)技術(shù)工藝在技術(shù)及管理上不斷成熟，但作為地質(zhì)工作人員，應(yīng)不斷學(xué)習(xí)，努力提高自身的專業(yè)技術(shù)水平。