绳索取芯钻探技术浅析

杨少峰

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第四地质大队，新疆 阿勒泰 836500）

当前经济发展形势飞快，国民经济快速增长，对矿产资源的需求日益扩大，能源紧张形势不断加剧，国家也在积极开展新一轮的矿产地质勘查工作，加大能源开发力度来缓解当前能源紧张局势。而在矿产地质勘查中，钻探技术是重要的技术支撑，是开展地质勘察的重要技术手段。特别是绳索取芯钻探技术在地质勘查中有着非常广泛的应用。所谓绳索取芯钻探技术，是在钻探过程中不用提钻，而是从钻杆内提取岩心的一种先进的钻探方法，该技术方法与普通的钻探技术而言，有着很大的技术优越性，不仅钻进效率非常高，而且结构简单，能够更好地保证岩芯质量，避免岩芯长时间浸泡，延长钻头的使用寿命，降低劳动强度。因此，地质勘探中绳索取芯钻探技术得到了广泛的应用。然而，面对复杂地质构造条件的地层进行钻探施工，经常会遇到漏失、涌水、水敏性地层与矿层的坍塌等问题，对绳索取芯钻探技术的自效率与质量造成很大影响，不利于该技术工艺性能的发挥。为此，结合实践，从以下几个方面对绳索取芯钻探技术进行探讨与分析，旨在促进绳索取芯钻探技术顺利高质量的完成施工任务，创造更大的经济效益[1-3]。

1 设备选择

1.1 配套三级绳索取芯钻具

开展地质钻探过程中，将绳索取芯钻具的三级配套做好，是提升绳索取芯钻探效果的关键，同时还能有效的对复杂水敏性地层漏失问题以及涌水和掉块等情况进行控制，达到快速钻进的效果。对于三级配套而言，主要包括S95钻具、S75钻具、S59钻具等联合应用。进行矿区地层转进时，通过S95钻具对复杂层Φ89 mm技术套管进行穿过，接下来应用S75+2绳索取芯钻具进行钻探，并最终成孔。如果该钻具钻进阶段遇到坍塌和漏失情况出现时，可选择Φ71mm套管，利用S59绳索取芯钻具进行钻探，来保证钻探质量。

图1 钻具结构示意图

1.2 附属机具配置

绳索钻具为满眼钻具，钻进过程中没有较大的环状间隙，需要高质量的冲洗液。因此，必须要设置泥浆搅拌机，但遇到钻孔漏失问题时，达到不用停止钻进进行泥浆配置的效果。通过加强钻杆的应用来开展深孔及超深孔钻探，钻杆具有非常大的强度，切灭风行非常大的好。配套使用双滑车系统以及夹持器（加强型），来更好的应对孔内事故的发生，提高钻进效果。为了促进钻进工作的有效进行，必须要有泥浆材料以及机械配件的良好保障，避免长时间停料，增强起生产效率。

2 钻进工艺及参数选择

2.1 钻孔结构的设计

钻孔孔深结构应当依照钻探区域的地质情况以及岩层特点和钻孔目的、和钻孔深度与终孔孔径等进行合理设计。谭若开孔直径过小，达到一定施工深度之后，便可能由于复杂的孔内情况，无法正常的进行施工，此时则不能对孔径进行改变，则需要将套管拔出，重新进行下套管。在此阶段，会遇到无法拔动套管的情况，易引发套管折断问题，而且对套管进行反复的下，对套管事故进行处理，还消耗很大的时间，对钻进工作效率造成非常大的影响。倘若孔径过大，应当选择合理的套管，避免钻具在运转过程中出现不稳定的事故，导致钻杆折断，如此便会使工作量进一步加大。

对某矿施工经验进行总结，划分为两类钻孔结构：普通的钻孔，通过两级孔径的应用进行钻探，开孔用Φ130mm进行钻进，将Φ127mm井口管下入完整基岩下，或者开口110mm钻进，108mm井口管下入完整基岩下；通过S75+2钻具进行钻进达到成孔的效果。用150mm五级口径对复杂钻孔进行开孔，将146mm井口管下入完整基岩下；中间下127mm、108mm，89mm技术套管；终孔用S75+2进行钻进。上述着些钻孔，选择井口管结构以及钻杆等都必须要保证间隙不能太大，避免折断钻杆的事故发生，对绳索取芯钻探效率有着最为直接的影响。

2.2 钻头的选择

面对复杂的地层构造，应当合理地选择钻头，不仅能应用与软岩层的钻头，还要选择硬岩层的钻头。所以应当依照岩石的特征，全面综合的考虑，在对钻头进行合理选择。

（1）在破碎岩石方面钻头唇面必须要锋利，能够自由的对岩石进行破碎，增进钻进效率；确保钻头的稳定性，避免发生孔斜情况；对金刚石的分布有着改善作用，能够是内外径的能力得到进一步增强，延长钻头的使用时间；同时能够将岩粉进行更好的排除，对钻头进行冷却。

（2）选择胎体硬度，应当结合岩石的硬度以及其耐磨性进行确定。通常，岩层具有良好的研磨性，切具有非常大的硬度，胎体的选择必须要硬，如40°、35°胎体，避免金刚石出现掉落。

对于没有良好研磨性，较小硬度的岩石，胎体应当选择硬度较低的胎体如30°20°、10°等，确保金刚石能够很好的出刃。如果岩石为中硬度，研磨性强弱互层，应当利用锯齿钻头或者高低锯齿钻头进行钻进。

2.3 顶漏钻进

发现漏的情况必须要及时堵，同时钻进过程中，不返水不能钻进，这是过去堵漏的误区。钻孔漏失情况在矿区施工中非常常见，切漏失情况不是集中在一个点为，有的是很多漏失点，还有的为一段漏失。所以，对 “顶漏钻进”分段治漏方法进行分析研究。开展顶漏钻进，必须要保证具有良好稳定的施工段，保证水源，同时泥浆应当选择优质的泥浆，开速开展钻近，并完工，确保其经济性。

顶漏钻进阶段不会有返水情况出现，因此，必须要对钻进时间进行精确计算，将泥浆输送至孔底，在进行钻进。避免泥浆的浪费。同时开钻前要保证充足的泥浆，并保证泥浆质量优良；另外，钻进的转速不宜太快，一般取300～450r/min，水量50L/min。

3 冲洗液的配制

绳索取芯钻探的主要特点为冲洗液上返速度快、装置环状间隙较小、钻具在高速下运行极易发生故障，所以，冲洗液可以实现对钻探装置的润滑、护孔、防漏、保芯等等功能。关于冲洗液类型选择，应考虑优异护壁性、实用性、技术经济性。

一类是无固相泥浆，二类是防塌低固相泥浆。一般均采用无固相泥浆。因为高分子量的聚丙烯酰胺（PHP）有较强絮凝效果（能对岩屑絮凝），又有很好润滑性能。所以，均采用1600万分子量PHP作为无固相泥浆的主体，加量一般在800～1000 ppm。当遇到发生坍塌的地层或存在漏失的情况，使用下套管快速处理方法对上部出现坍塌部位进行处理，深部位置加入防塌试剂与堵漏剂。优选用植物胶、腐植酸钾作为防塌剂。这两种材料不仅能使冲洗液的防塌效果大大增强，而且也具有降失水、堵漏效果。腐植酸钾的一般加量为0.4～0.5%，植物胶加量一般为0.5～0.8%。结合绳索取芯钻进的特点，在一般稳定地层或较稳定地层采用1号无固相冲洗液配方，在破碎易塌地层采用2号低固相防塌泥浆配方。

4 孔内事故的预防和处理

由于绳索取芯钻具内管总成的存在，大大增加了事故处理的复杂性。特别是发生深孔烧埋钻事故时，如何强拉内管总成是处理事故的关键。多次实验后发现，通过改进球内管总成打捞器，可一次成功将内管总成强拉上来，大大简化事故处理。虽然索取芯金刚石钻进技术工艺在技术及管理上不断成熟，但作为地质工作人员，应不断学习，努力提高自身的专业技术水平。