浅析绳索取芯技术在深孔钻探施工中的应用

张伦永

摘要：钻探是深部找矿最基本的重要手段和技术方法。所谓绳索取芯钻探，是不提钻而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法。具有结构简单，钻进效率高，岩芯质量好，岩芯浸泡时间最短，钻头寿命长，劳动强度低等特点。对于地质构造多变、地层条件复杂的钻孔，施工中常遇漏失、涌水、水敏性地层与矿层的坍塌等问题，严重影响绳索取芯钻进工艺性能的发挥。本文主要对绳索取芯技术进行了分析探讨。

关键词：地质钻探；绳索取芯钻探；钻进工艺

引言

随着我国国民经济的发展，矿产资源供需形势严峻。全国开展了新一轮地质矿区勘察工作。“绳钻”技术，被广泛应用于岩芯钻探。随地质勘探钻孔深度的不断增加，以及起下钻占辅助作业时间的逐渐增大，严重影响整体钻进效率。因此，绳钻技术在地质勘探中得到广泛应用。

1 设备选择

1.1 配套三级绳索取芯钻具

地质勘探中，搞好绳索取芯钻具三级配套，是解决地质勘探过程中复杂水敏性地层严重塌掉块、涌水、漏失等问题，实现安全高效钻进最有效的方法。三级配套，是指S95钻具、S75钻具、S59钻具配套使用。在钻进矿区地层之前，用S95钻具穿过复杂层下Φ89 mm技术套管（扣型为反扣，套管为外丝，接头为内丝），换S75+2绳索取芯钻具钻进至终孔。如S75+2绳索取芯钻具再遇较大漏失或坍塌难以处理时，则以Φ71mm为套管换S59绳索取芯钻具钻进至终孔。

1.2 附属机具配置

由于绳索取芯钻进是满眼钻具环状间隙小，对冲洗液的质量有较高要求，所以，现场必须配泥浆搅拌机，且能在钻孔漏失情况下，满足不停止钻进配置泥浆的需要。深孔或超深孔（1000～1500m以上）施工，应采用新钻杆或加强型钻杆以提高钻杆的密封性与强度；采用加强型夹持器和双滑车系统与其配套，以达到预防与减少孔内事故，实现安全高效钻进目的。各类机械配件及泥浆材料等为钻机提供可靠后勤保障，减少停待料时间提高生产效率。

2深孔岩心钻探技术

深孔岩心钻探过程中，可用的技术手段主要表现在以下几个方面：

第一，深孔岩心钻探过程中的全液压动力头钻机应用技术。

实践中可以看到，国内现行的全液压动力头钻机应用技术与国外的应用技术手段之间，存在着一定的差距，为了能够确保钻探质量和效率，应当不断进行应用技术优化和改进，以此来确保全液压动力头钻机应用效率。基于此，实践中应当从钻机的基本应用功能、维护管理以及操作便利和搬运方便等方面着手，不断优化和改進结构布局形势，最大限度地增加孔口有效空间，提高操作面板的人性化水平。

同时，还要进一步改进动力配置、降低能耗，使主卷扬机具备自由落体功能，而且钻柱下降过程中配合水刹车设施，以此来实现动力负荷的降低。对于安全防护措施而言，应当以钻机基本运行原理、运行状况以及结构为基础，对其采取安全防护措施，以免出现坠落、夹伤等事故。对于钻机而言，其动力头自重非常的大，而且机动性有限，所以在应用动力头拧卸绳索取心钻杆过程中，可能会导致钻杆螺纹受损。针对该种问题，一定要注意对动力头的基本机理进行适当的优化和改进，以确保钻杆螺纹不会受伤。

在环保设计过程中，钻机油路比较多，如果出现泄漏等问题，则液压油在短时间范围内可能会消耗殆尽，这样就会造成资源的严重浪费，并且造成非常严重的污染；需要强调的是当前国内现行的油温油位显示设备难以预测油路管道是否存在泄漏问题，因此需在管路适当位置安装报警设备，以此来实现动态化全程监控。

第二，泥浆泵应用技术。

对于深孔岩心钻机而言，泥浆泵较之于普通的钻机泥浆泵，其泵压相对较高。深孔钻机钻孔直径相对较小、而且钻杆比较细，通常会遇到火成岩或者变质岩等地质结构，所以钻孔自然弯曲度非常的大，特别是在斜地层中，钻孔的弯曲度明显要高一些。上述情况下，斜孔钻孔施工操作难度比较多，科学合理地选择开孔方位角以及钻塔至关重要。泥浆泵选择应用过程中，需要充分考虑斜孔钻探工艺，科学选择泥浆泵参数。近年来，随着深孔岩心钻探技术的快速发展，不断变化、复杂的环境条件对泥浆泵提出了更高的要求，这在很大程度上有效地推动了泥浆泵技术的发展，并逐渐使其能够从全液压动力头钻机中有效地分离出来，成为单独动力配置。

第三，钻杆柱。

深孔岩心钻探过程中，如果孔深超过了1500米，则需在钻探之前对绳索取芯钻杆自身的强度进行严格检查。从国内钻杆生产厂家调查发现，没有指出钻杆应用时的额定深度，所以钻孔之前的钻杆柱强度检查是必不可少的，只有这样才能保证深孔岩心钻探顺利进行。基于此，笔者认为可根据钻杆壁实际厚薄情况、强度等因素来确定，厚度、螺纹形状以及材质的不同，会导致取芯钻具存在着较大的差异性，所以建议厂家将传统的取芯钻杆进行分类生产，即分成普通型、薄壁型以及高强度型取芯钻杆，以确保能够适应各种类型的深刻岩心钻探需求。钻探部门从钻杆管体、接头材质、螺纹形状以及管壁厚薄和连接强度等方面进行合理的选择。

在钻探施工过程中，根据标准和要求，下钻过程中的上扣预紧扭矩比普通状态下的钻进扭矩要大一些，一般在20%左右。钻探施工过程中，钻杆拧卸采用的是人工方式，其具有劳动强度大等特点，所以建议进一步可推广液压吊钳方式，这样不仅可以有效保证预紧扭矩，而且还能够有效降低劳动强度。

第四，钻头与扩孔器。

深孔岩心钻探过程中小，为了能够有效提高岩心钻探质量和效率，回次进尺以及提钻之间的间隔应当保持一定的距离，选用使用寿命比较长、性能较好的钻头以及扩孔器，比如高胎体钻头等。近年来，随着科技的不断发展，金刚石钻头工作层高度也在不断的增加，提高钻头应用寿命势在必行。

3 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。

4 结语

深孔钻探技术是一种可从地下获取岩矿样品实物的勘查技术手段，因此应当加强重视和技术创新，只有这样才能确保钻探质量和效率，才能确保我国深孔钻探事业的快速发展。

参考文献

[1]孙建华，周红军，王汉宝，等.深孔岩心钻探装备配置应用技术趋势分析[J].探矿工程岩土钻掘工程，2011，38（05）.

[2]吴棣华.关于深孔岩心钻探的若干情况和看法[J].地质与勘探，2010（02）.

[3]邓金根，程远方，陈勉等.井壁稳定预测技术[M].北京：石油工业出版社，2008.

（作者单位：云南南方地勘工程总公司）