煤田地质钻探中的普通取心技术

申振

（黑龙江省煤田地质二○四勘探队，黑龙江 七台河154600）

取心技术在煤炭钻探工程中占有十分重要的地位。不管地质钻孔、水文钻孔、井筒检查钻孔，一般都要进行取心钻进，从钻孔中取出的岩、煤心是进行煤田地质研究的基础资料。通过对这些地质资料的研究，能了解煤层厚度、煤层结构、埋藏深度、分布规律、埋藏规律、埋藏条件，尤其是通过煤心煤样进行工业分析和化学成分分析，确定煤质、煤质牌号、瓦斯含量等情况。

1 常用取心钻具

1.1 单管取心钻具

单层岩心管钻具即单管钻具，它是最简单的取心钻具。为提高岩心采取率，避免提钻过程中岩心脱落，一般在单管钻具中增加分水投球接头盒活动分水帽（如图1）。

图1 单管取心活动分水投球钻具

1.2 双管取心钻具

钻具是提高岩矿心采取率和采样质量的重要工具，在复杂地层和金刚石钻进中应用广泛。为适应各类不同特点的岩、煤层，双管钻具的结构又分为单动双管钻具和双动双管钻具。

其一，双动双管钻具。双动双管是内、外两层岩心管同时回转的钻具（如图2），主要由双管接头，内、外岩心管，内、外钻头和止逆阀组成。一般适用于松散、易坍塌和怕冲刷的岩、煤层。

图2 双动双管钻具

其二，单动双管钻具钻进过程中，外管转动而内管不转动的双管钻具称为单动双管钻具（如图3）。它比双动双管钻具优越，钻进中不仅避免了冲洗液直接冲刷岩、煤心，而且避免了振动、摆动和摩擦力对岩、煤心的破坏作用。有些单动双管还设有防振、防污、防脱及退心的装置。所以，岩煤心的采取率、完整度、纯洁性等都有较大提高，代表性强。

图3 单动双管钻具

2 卡断岩心的方法

在钻进回次结束前，尤其是在完整岩、煤层中要先把岩、煤心卡断，再将岩、煤心管提至地表。

2.1 卡料卡取法

在用硬质合金和钢粒钻进中硬及中硬以上、完整的岩、煤层时，钻进回次终了时，应从钻杆内向孔底投入卡料卡紧并扭断岩、煤心。用卡料卡心时，要注意卡料的粒度、长度、粗细、硬度和投入量，卡料的粒度和粗细应与岩、煤心和岩心管之间的间隙相适应。

2.2 卡簧卡取法

卡簧即提断器，装于钻头体或双管钻具卡簧座的内锥面上，回次终了时稍上提钻具，能把岩、煤心卡住并拉断。它主要适用于岩、煤心完整、直径均匀的中硬以上地层，卡簧通常用40铬钢或65锰钢加工，并经淬火处理。要注意卡簧与卡簧座与岩、煤心之间隙的很好配合。常用的卡簧结构有内槽式卡簧、外槽式卡簧和切槽式卡簧三种形式。

卡簧卡取法多用于金刚石钻进。因金刚石钻进内出刃小且于钻进中变化较小，所以，岩、煤心直径均匀性好，在回次进尺结束，只需要上下提动钻具，卡簧即可把岩、煤心抱住，确保把岩、煤心取出。

2.3 干钻卡取法

在回次终了停止送水，干钻进尺一小段（20～30cm），利用未排除的岩粉来挤塞住岩、煤心，再通过回转把其扭断提出。它主要适合于硬质合金钻进用卡料和卡簧都卡不住的松散、软质和塑性岩煤层。

2.4 沉淀卡取法

在回次终了停止冲洗液循环，利用岩心管内悬浮岩粉的沉淀，挤塞卡牢岩、煤心。这种方法适用于反循环钻进和在松软、脆、碎的岩煤层，一般沉淀10～20min。

2.5 橇断器卡取法

在钻进回次终了把钻具提出孔，下入楔断器，利用吊锤冲击楔子把岩心楔断，再下入夹具把岩、煤心提出。这种方法适用于大直径和岩石比较坚硬、完整的岩、煤层钻进。

2.6 无水录孔底反循环取心法

这是煤田钻探中广泛采用的取心方法。如使用投球式，在每次取心时，先把钢球由钻杆内投入，到达无水泵接头球阀座。取心时，钻具在回转的同时上下提动，在向上提动时，钢球把钻杆内的冲洗液全部带动上提，在孔底产生一定负压，孔内水位下降。钻具上提后又迅速下降，下降过程中，孔内冲洗液进入岩心管顶开钢球而进入钻杆内，冲洗液在孔底形成局部反循环，达到循环冷却钻头作用。在下放钻具时，冲洗液自回水管返地面。

无水泵取心适用于冲积层、松散岩层、破碎带或断层带以及煤层顶板等岩层，特别适合软岩层。在上述岩层钻进时，先给水钻进一定深度，再投球取心。在钻进一定深度，准备投球前，先开泵冲洗钻孔，把孔底冲洗干净，再关泵停车投球。

［1］ 周代庆.S75绳索取芯钻具的结构原理及使用［J］.黑龙江科技信息，2012，（05）：27-28.

［2］ 郝永生.单动双管取芯技术在松散、破碎地层中的应用［J］.铁道工程学报，2010，（11）：62-63.

［3］ 徐小兵.国产NQ绳索取心钻具的特点及应用分析［J］.湖南有色金属，2011，（08）：90-91.