绳索取芯钻探技术浅析

绳索取芯钻探技术浅析

徐跃卓

黑龙江省地球物理地球化学勘查院 黑龙江省哈尔滨市 150036

摘要：随着科技的进步，在我国的钻探行业中，绳索取芯技术也取得了较大的进步，具有安全系数高，钻探效率高，和能量消耗的优势，其应用范围也更加广泛。促进了钻探工程工作效率的提高和钻探质量的提升。 关键词：绳索取芯；钻探；技术

引言

绳索取芯钻探以其少起大钻增加纯钻进时间，提高钻进效率，降低劳动强度的特点，在地质资料收集中起到了重要的作用，并在岩心钻探项目中成为常用的技术。该技术在钻进较硬岩层（如白云岩、石灰岩），表现出了极佳的效果，具有较高的效率。如何在复杂的地层条件下有效利用绳索取心钻进技术在钻探施工的实际过程中，结合钻探现场的施工情况，提高钻探效率与钻探质量、安全，具有重要意义。

1绳索取心技术的实际应用范围

在我国，绳索取心钻探技术的发展较晚，与一些先进的发达国家相比，绳索取心钻探的综合效率和使用寿命存在差异。然而，在众多钻探专家学者的不懈努力下，我国绳索取心钻探技术取得了很大的进步。绳索取心钻探技术已广泛应用于岩矿勘探，工程地质勘探，水文水资源工程地质勘查等实际工程中。目前，我国绳索平均月效率可达600m~1000m，平均工作效率可达7m/h~10m/h。在正常情况下，钻杆的综合使用寿命超过20000m。然而，大量国内钻探的实际施工经验表明，使用绳索取心钻探技术后，并非所有钻探项目都能获得满意的效果。在岩石的钻探中，应该综合考虑钻探条件，比如钻孔深度，钻头质量水平和绳索取心钻具及辅助设备等因素。根据现场条件以及投资成本，合理选择钻探技术。绳索取心技术，从理论上讲适合各种岩层条件，应用范围比较广泛。绳索取心技术适合于4级~9级岩层，钻探效率及质量、安全都有一定的保障。但是，就我国目前的钻探施工技术水平来说，不建议采用绳索取心技术进行10级~12级凿岩施工。特别是当岩层是非常坚硬的岩层，如果采用绳索取心技术，密度大，颗粒细小，在上述岩层条件下，钻头打滑，钻速效率也相对较低，不能充分发挥绳索取心钻孔技术的优势，造成钻探效率、质量下降。根据以往的施工经验，绳索取心技术既可以用于浅孔钻探，也可以用于深孔岩石钻探。一般情况下，在绳索取心技术工艺范围内，孔深越深，经济效益就越好。然而，在具体工程中，一定要选择质量较好的钻头及钻具组合，保证钻孔过程的稳定、高效。如果钻头质量有缺陷，就会造成钻头在施工过程中出现故障，就大大降低了绳索取心深孔钻探的优点和使用意义。

2钻杆、附属设备及其工具

2.1钻杆

钻杆两端直接加工成公母螺纹，钻杆间直接连接。钻杆螺纹加工量小，同心度好，应用广泛，螺纹部分管壁较薄，需要进行热处理(正火加回果或淬火加回火)，以使其达到足够的强度。随着加工工艺的不断改进，已开始逐渐应用钻杆两端墩粗技术，墩粗钻杆两端后加工螺纹，大大提高了钻杆螺纹连接强度，提高了钻杆使用寿命。此外，为了增强母螺纹的耐久性，在螺纹外表面长100～150mrn范围内镀铬或镍，并进行磷化处理。2)螺纹粘结公母接头钻杆，钻杆的两端车成公螺纹。采用有机粘结剂或无机粘结剂。公母接头材质较好，壁较厚，经过调质淬火、镀铬处理，提高了螺纹部位的强度。采用螺纹和粘结的方式可以增大配合表面的摩擦力，提高钻杆的抗扭强度。3)焊接式绳索取心钻杆。焊接式绳索取心钻杆，就是把钻杆接头与钻杆体利用焊接技术焊接为一体。该技术在石油钻进中应用历史悠久，但由于绳索取心钻探技术的特殊要求(薄壁、接头与钻杆体同心度要求高等)，绳索取心钻杆长期以来基本上都采用螺纹粘结公母接头的方法。

2.2提引器

球卡提引器操作简便，节省时间，有助于实现钻具升降自动化。但由于卡球在钻杆与卡瓦间容易“楔死”，不易松开，并有夹伤钻杆的现象，特别是在孔深时，这种现象将更加严重。因此，应根据具体条件选用手搓或球卡提引器。

2.3钻机的选择

绳索取芯液动冲击锤一般用于较高转速的金刚石回转钻进，钻机的选择比较广，目前国产的XY系列钻机、YDXD系列、进口的CS14型全液压钻机等都能满足相关要求，只需根据钻孔孔径、孔深的要求进行合理选择即可。

3钻进工艺及参数选择

3.1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。

3.2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。

3.3钻进参数

由于绳索取心具有取心和取心不提钻的特点，所以其应用范围非常广泛。但是，在实际的钻探中，岩层的物理性质有一定的变化，所以，相关操作人员注意具体实践过程中的技能。如果岩层的性质具有差异，那么钻探工艺也应随之发生变化。所以，只有熟练掌握相关技术参数，才能得到更好的效果。

3.4取心技术措施

（1）下钻操作要求。①需要熟练职工操作钻机。②下钻前认真检查钻具、钻头、卡簧、扩孔器及卡簧底端与钻头的间隙。③下钻要稳，要慢，遇卡不要猛墩强拉。④下钻遇阻要慢转扫孔。⑤下钻至换径部位要慢，尤其是破碎地层要慢。⑥下钻至离孔底0.5m左右，就要冲孔，慢转扫孔到底。（2）钻进要求。①一个钻进回次要有一个人操作，操作人员要注意力集中。②认真观察钻速、孔口返浆情况、泵压及设备运转情况，如有情况要及时排查。③岩层变化时，应调整钻进参数，岩层由硬变软时，进尺速度过快，要适当减小压力；岩层由软变硬时，不要盲目加压。④应有专人管理冲洗液，定时检测冲洗液质量，及时保养冲洗液，保证施工顺利进行。（3）复杂地层钻进。①遇复杂地层时可采用超径钻头，增加钻杆与孔壁的环状间隙。②复杂地层卡簧底端与钻头距离可以适当调小。③控制回次进尺长度。④提钻时采取回灌措施，提下钻要慢

结语

绳索取心技术是一种新型的钻探技术，可以缩短辅助时间，延长设备使用寿命，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，从而提高钻探效率。

参考文献

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