绳索取芯钻进技术在东莞地质勘探中的应用

何德源

（广东省地质工程公司，广东广州510425）

1 概况

1.1 工程概况

珠江三角洲（东莞市）深部地热资源勘查项目属广东省财政厅启动的公益性水文地质勘查项目，目的是为了探明广东省深部地热的分布、埋藏情况，为广东的深部地热资源开发奠定基础。

据前期物探显示在客家围及桥下街有低阻异常带，为查明地层岩性及该低阻异常带与断裂破碎带的关系，决定布设勘察孔RK4。

RK4勘察孔位于广东省东莞市万江区金泰桥西北侧，于莞穗路相连，交通便利。2011年11月6日RK4勘察孔正式开工,目前已完成进尺502.10m，并进行了相应的测温、洗井、测井、专门水文地质试验等野外工作任务。

1.2 地质概况

综合调查、勘探及区域地质资料，RK4勘察孔位于东莞盆地南侧边缘，在北东向河源断裂带(东莞断裂)控制范围之内，并有北西向黄旗峰断裂带经过与之交汇。东莞断裂与黄旗峰断裂交汇处的东3井在358.10m揭露到燕山第三期黑云母花岗岩。根据前人资料及本次地热地质调查，在东莞断陷盆地西北部，岩浆岩体侵入于下古生界变质岩中，呈岩基产出；在东莞断陷盆地东南部，岩浆岩体侵入于下古生界变质岩中，呈岩株产出。RK4孔据钻探揭露地层划分，0～10.50m为第四系土层；10.50～65.40m为下第三系古新统莘庄村组(Ex)，岩性主要为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹粉砂岩；65.40～150.70m为上白垩统大塱山组(Kdl)，上部为含砾泥质粉砂岩，下部为砂砾岩；150.70～502.10m为下古生界混合片麻岩，变质程度自上而下变深。岩石裂隙不发育，仅局部见闭合裂隙。

2 主要钻井设备与机具

（1）钻机。本工程钻探设备使用江西省江南探矿机械厂生产的XY-4型钻机。该设备主要适用于固体矿床的金刚石、硬质合金勘探钻进，也可用于工程地质与水下勘探、浅层石油和天然气开采，以及矿山坑道的通风、排水等钻孔。其结构简单紧凑，布局合理，重量轻，折卸方便，转速范围合理。

（2）绳索取芯钻具。绳索取芯是一种不用提钻，而由钻杆内捞取岩芯的先进钻进方法，它与普通岩芯钻探相比具有纯钻进时间长、岩芯采取率高、劳动强度低等优点。本次钻探采用无锡钻探工具厂生产的S75型绳索取芯钻具，具体参数见表1。

3 钻孔结构

RK4勘察孔开孔选用Ø150mm三牙轮钻头钻至17.30m，下入Ø146mm套管；之后分别用Ø130mm牙轮钻头钻至36.30m，下入Ø127mm套管；Ø110mm三牙轮钻头钻至39.40m，下入Ø108mm套管；Ø91mm金刚石钻头钻至96.20m，下入Ø89mm套管；后改为Ø76mm金刚石钻头至终孔。终孔后取出Ø108mm、Ø89mm套管，井身结构见表2。

表2 井身结构参数

4 钻进工艺

本次钻探，40.20m之前采用金刚石岩芯钻探技术，40.20～96.20m采用金刚石绳索取芯技术，96.20m至终孔分段采用金刚石岩芯钻探技术及金刚石绳索取芯技术。金刚石岩芯钻探过程中，升降钻具是最费时间的一项辅助工序，据统计，一般纯钻时间和升降钻具各占30%～40%左右。钻孔越深，升降钻具所占用的时间越多，同时，它又是机械化程度差、劳动强度大的辅助工序。因此，要增加纯钻时间，提高钻进效率，最有效的途径是减少升降钻具的时间。

绳索取芯钻进是不提钻取芯方法之一，即在钻进过程中，当内岩芯管装满岩芯或岩芯堵塞时，不需要把孔内全部钻杆柱提升到地表，而是借助专用的打捞工具用钢丝绳把内岩芯管从钻杆柱内捞取上来。用绳索取芯钻进，只有当钻头被磨损需要检查更换时，才提升全部钻杆柱，从而显著地减少了升降钻具的次数和辅助时间。

5 绳索取芯钻具在RK4孔应用效果分析

本钻孔施工主要采用绳索取芯钻进技术，为体现绳索取芯钻进的优越性，选取部分井段采用金刚石岩芯钻探技术施工钻探，表3为RK4勘察孔施工过程中采用金刚石绳索取芯钻探技术与金刚石岩芯钻探技术对比数据，数据对比结果可以看出，绳索取芯钻探技术在东莞市地质勘探勘察孔施工中具有以下优势。

表3 2种钻探技术数据对比表

（1）可以实现在较长井段内不提钻连续取芯钻进，从而显著降低了钻进时起下钻时间，提高钻进效率。当岩芯装满岩芯管时，只需要将机上主动钻杆提移出孔口，用配套绳索把打捞器从钻杆中间下入，将岩芯管内管提出孔外，取出岩芯后再将岩芯管内管总成投入孔内，继续钻进，整个提取岩芯的过程只有10min左右，而普通的岩芯钻探，需取出孔内钻杆，提钻取芯，一般需要60min左右，随着深度增加，时间更久。

（2）降低劳动强度。在钻探施工中，起下钻工作是较为繁重的工序，需要多人配合操作几十分钟，而绳索取芯钻进技术大大减少了起下钻次数，从而减低劳动强度。在东莞市RK4勘察孔中，绳索取芯钻进的起钻间隔可以达到30m左右，而普通岩芯钻探，只要岩芯管被充满，就要及时提钻取芯，一般为3m左右，劳动强度增加很多。

（3）有效控制孔斜，岩芯采取率高。绳索取芯钻进过程基本是满眼钻进，可以实现较高转速，施工钻孔孔身直，有效控制孔斜发生，东莞市RK3勘察孔平均孔斜控制在3°。于此同时，绳索取芯钻进过程内管的单动性能使得岩芯扰动变小，岩芯完整，采取率高。

（4）降低成本，提高效率。绳索取芯钻进可以提高金刚石钻头的使用寿命，平均一个可钻进100～150m，节约成本。绳索取芯钻进过程采用不提钻取芯，减少了起下钻的辅助时间，缩短工期，提高钻进效率。

6 结语

绳索取芯钻进技术在东莞市RK4勘察孔施工应用中，保证了钻孔质量及岩芯质量，有效增加了钻进效率，减少人工劳动强度，保证工期的情况下，保质保量的完成钻进任务，该项技术在东莞市RK4勘察孔中得到了很好的应用，对今后的生产施工具有指导意义。

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