浅析绳索取芯钻探技术的施工

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【摘要】近年来，随着绳索取芯钻探技术研究的不断深入，技术上不断改进，相较于普通钻探工艺的优势愈发明显，得到了越来越广泛的应用。尤其是在复杂地层，达到了常规钻进难以实现的效果，大大提高钻探效率和质量。本文将以绳索取芯技术钻探在某矿区钻孔工程中的应用为例，对其施工工艺进行简要的阐述。

【关键词】绳索取芯钻探；技术；施工；工艺

中图分类号：P634.3

一、工程概况

某大型多金属矿床。属国家危机矿山深部找矿项目，之前国内多家钻探公司在此施工，最深施工钻孔深度不超过450m，施工难度大。该矿区最深钻孔为ZK150A20，深度1500.4m，施工中采用进口的XY-6B型钻机，BW250型泥浆泵，钻机配备PW钻杆/套管200m，PQ钻杆/套管500m，HQ钻杆/套管1100m，NQ钻杆1600m。该孔采用绳索取芯钻进，得以顺利且高质量的完成施工任务，

二、钻头的选择和使用

（1）根据该孔的施工经验，不同的层位选用不同级别的钻头（包括胎体硬度、金刚石粒度和强度、唇部形状、水口形式、镶焊形式等），以提高钻头的寿命，延长提钻间隔时间，减少提钻次数，增加纯钻时间，提高钻进工作效率；

（2）钻头选好后，同一批钻头要量好内外径排队使用，其原则是：先用外径大的钻头，后用外径小的钻头，外径相同，先用内径小的钻头，后用内径大的钻头，以免因更换钻头后孔底工作环境不同而发生意外；

（3）每次更换钻头，不论新旧，都存在下井钻头与原孔底形状相吻合的过程，因此每次换钻头都必须轻压慢转5～10min，再以正常参数钻进；

（4）要正确掌握更换钻头时间，在岩层相同、工艺参数相同、无岩芯堵塞的情况下，如果回次进尺逐渐变慢，与前一个钻头提钻间隔比较时间和进尺接近，则可考虑提钻，不可加大压力，盲目追求进尺，使钻头损坏，井径变小，给下个回次带来影响；

（5）要详细研究换下的旧钻头，观察岩芯和钻头唇部变相，从而判断压力、泵量、转数等技术参数是否合理，判定所用钻头是否适合钻进该岩层，从而决定下一个回次选择使用哪种钻头，是否要改变钻进参数等。

三、绳索取芯钻探技术施工措施

该孔全孔采用进口钻机施工，工艺采用绳索取芯钻探，钻探过程中采取的主要施工工艺如下：

（1）在钻进过程中，如遇钻压或泵压突然增高，说明岩芯充满岩芯管或者岩芯堵塞，应停止钻进，卡断岩芯，将钻具提离孔底一小段距离，用夹持器夹住钻杆，拧开机上钻杆，下放内管打捞器进行内管打捞。

（2）当打捞器接近内管总成时，要适当减速，以防捞矛头和打捞钩受到过大的冲击力而损坏，打捞器在冲洗液中的下降速度在1.5～2m/s，当打捞器落到内管总成上端时（在孔口能听到轻微的撞击声），即可开始缓慢提升。当内管总成提动之后，再按正常速度提升。此时，如果钻杆里有大量的冲洗液流出，说明已经打捞成功。否则应停止提升，重新打捞或提钻处理。

（3）提升钻具及打捞内管时，应及时向孔内回灌一定数量的冲洗液，避免因钻杆柱外的液面下降，造成钻杆柱内外之间压力差而使孔壁坍塌。

（4）当内管提升到地面后，从卡簧座或接头处卸开，从岩芯管取出岩芯。倒出岩芯时，用橡胶锤或木锤轻敲内管，切勿用铁器硬敲，以免内管产生凹坑，影响钻进时岩芯的进入，造成岩芯堵塞。取出岩芯后，要用水清洗和检查内管总成，重新组装起来以备待用。

（5）在正常水位时，将内管总成直接从孔口往钻杆内投入，然后接好机上钻杆，用冲洗液往下压送内管。泵压突然升高，表明内管总成已到位，可以开始钻进。

（6）在严重漏失地层钻进时，应先往孔内注入冲洗液，等液面上升到正常位置后，再投放内管总成。如孔内无冲洗液或液面很低，应用打捞器将内管直接送入，以免内管撞坏钻具和钻头，造成事故。

（7）提钻时，应先打捞出内管总成以增大冲洗液的流通断面，减小抽吸作用和压力激动对孔壁的影响；下钻时，应同样先下外管，再下内管，以减小下降的冲击力，有利于孔壁的稳定。

四、钻孔防斜措施

由于钻孔较深，预防钻孔发生偏斜也是一项重要的技术工作，主要结合现场实际情况，采取以下措施：

（1）钻机安装要水平、牢固，地基要平整、坚实，方位角及倾角要在现场业主地质人员确认的情况下符合设计要求，开孔钻进时，要经常检查天车中轴线与孔口中心线是否一致。

（2）开孔孔段钻进，机上钻杆不宜过长，应尽量减少钻具的摆动对钻孔孔口的影响。

（3）随钻进深度的增加，应加大岩芯管（内管）的长度，一般可以增加到6～12m。

（4）钻进过程遇破碎层、松散层时，杜绝使用过大钻压和转速，对钻进速度要控制在一定范围内，必要时要减压钻进，防止钻具走偏。

（5）注意钻进过程中换层，无论地层由软变硬还是由硬变软，无论是由完整变破碎还是由破碎变完整，均按要求减压、减速钻进，一旦换层，要把钻头适当提起一定高度，反复钻扫，通过上部孔径的导正，使钻头在新的岩层界面时，保持钻孔不因地层变化发生偏斜。

（6）现场加强技术管理工作，对遇到的问题要及时进行分析研究，对钻进过程中每隔一定距离进行测斜，以便及时掌握钻孔孔斜变化情况，及时应对处理。

五、钻孔护壁

1、地质概况

在浅部（0～420m）地层属结构性破碎带，不会出现严重掉块，不会大面积坍塌，但在420～780m为安山夹沉凝灰岩，该层位遇性能差的钻井液会发生水化作用，引起井壁缩径、坍塌，所以该矿区钻孔施工的成败在于抑制安山夹沉凝灰岩的水化。

2、冲洗液性能参数

粘度29～35s左右、比重1.08g/L；失水量8mL以内；pH值9；泥皮质量韧、滑、薄；泥浆流动性好；性好；凝灰岩岩样浸泡数天仍不分散。

3、现场冲洗液调节方案

（1）现场冲洗液管理。在加料之前做一些简易的量具，减少误差，同时泥浆技术员应做好监督；泥浆技术员、泥浆搅拌人员交接班应交接清楚；技术员随时根据孔内及冲洗液循环情况，交代冲洗液搅拌人员调节冲洗液，不经允许搅拌人员或非泥浆技术人员不得擅自改动配方；同一地层新浆、返浆误差不能太大，出入大则立即调整，随时根据地层和泥浆使用情况测试泥浆性能，特别是复杂地层，每回次使用泥浆仪器测试泥浆性能，并认真做好泥浆班报表的填写，孔内有重大情况或需配方调整必须请示泥浆负责人。

（2）浆液的维护处理方案：

①冲洗液的维护及处理很关键，处理的好的冲洗液不仅能很好地护壁；而且可以解决成本、降低工人劳动强度，还能为充分搅拌好泥浆提供时间上的空间。首先为该孔建立一个好的循环系统，循环槽宽度20cm，高度15cm，长约10m，坡度小于1°，在入泥浆池口处挖一个溶剂约为25L的沉淀池，循环槽中间设挡板或装有石块的编织袋3处；每2～3个回次进行除砂、清槽作业。

②对返浆粘度与新浆超过5s的进行返浆重配直到达到规定值，重配主要加降失水类的材料。对于返浆失水量增大的应加降失水类材料调节。

③对于返浆含砂量大：先适当提高水解聚丙烯酰胺（PHP）加量，最好在循环槽中用塑料瓶缓慢加溶解好的PHP溶液，如果出砂效果仍不理想，且内管打捞困难及时换新浆，最好根据孔内容积一次性换掉孔内含砂重的浆液。

参考文献：

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[2]王英，刘炳志. 绳索取芯钻进工艺中防斜措施的探讨[J]. 山东煤炭科技，2008，01：116+118.

[3]李平，陈水桥，熊震，陈文华. 绳索取芯钻探中泥皮产生的原因和对策[J]. 江西煤炭科技，2009，04：87-88.