绳索取芯与人工定向钻探技术应用探讨

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【摘要】文章介绍了结合人工定向钻探技术与在中深孔大角度钻孔中绳索取芯技术，分析了绳索取芯的原理。依靠其技术取得的显著成绩确保工程施工的顺利进行与过关的质量。与此同时，在采用了绳索取芯与人工定向钻探技术相结合的方法后，还能够大大节省工程施工的周期。

【关键词】钻探技术；人工定向；绳索取芯

1绳索取芯的原理

绳索取芯钻进是不提出钻具或钻头将岩心从孔底取出的方法。利用弹簧卡销进行锁定，将容纳岩心的内岩心管与钻头的外岩心管相连接，也可以分离脱开。钻头将岩心钻入内岩心管但不超过一定的长度时，停钻、停泵，使用细钢丝绳自地面从钻杆内下入打捞器，在孔底抓住内岩心管打捞头的同时，解开卡销，将内岩心管从钻杆内提到地面，最后取出岩心，再重新投入内岩心管至钻杆内，卡住岩心管的同时，继续取芯进钻进。

绳索取芯所采用的钻具的结构不同，所钻孔岩石性质与钻孔类别也不同。绳索取芯钻具有钻进破碎地层、钻进松软地层、钻进完整地层的各种钻具。钻具的类型分钻进干孔、水平孔、垂直孔用的绳索取芯钻具，增强型绳索取芯钻具适合在特别深的钻孔情况采用。

2人工定向钻探技术

利用人工造斜工具使钻孔产生弯曲，使孔钻的轴线按设计轨迹进行延伸的钻探方法。随着科学技术水平的高速发展以及导航技术的微型计算机的不断使用，已经在实际工程中应用了随钻测量系统以及小口径孔底动力机等。而且随着地表设备的配套逐渐完善，定向钻探的技术也在世界范围被广泛采用。微型计算机的应用使得数据的处理和定向孔的设计既快速又直观，标志着中靶可靠度高、精度高。在人工定向钻探中应用了微机技术，可以再对比多种方案后选出最优的参数，来实现对钻孔方位角和顶角的控制。这样不担提高了经济效益，而且能获取高质量的钻孔，其钻孔轴线的轨迹十分光滑，人工定向钻探技术的应用也越来越普遍。

在对孔内事故进行处理时，除了以定向钻进的方法来进行钻孔造斜，偏斜孔身进行钻进，也会采用造斜的方法来有效避开难处理的事故区域。定向钻孔设计方法有计算法和绘图法，两种方法从本质上没有什么不同。在选择定向钻孔孔身剖面型式时，存在三种型式。具体的有直线、曲线、曲线型；直线、曲线、直线型；曲线型。在金刚石受控定向孔中应用最为广泛的为方位角不变而只有顶角发生变化的平面弯曲型钻孔。在进行施工时，采用侧斜仪时造斜工具进行正确定向，并计算造斜工具的安装角。测量钻孔的方位角及顶角，按照造斜强度来对造斜尺寸进行控制。应在建造好人工孔底后，再对分支孔进行钻进，要想把原施工的钻孔堵塞牢固，可以采用液压金属制的孔底塞或者水泥塞进行堵塞。进行施工工艺可以在新孔底彻底成型后进行。

3矿区应用实例

浙江省核工业二六九大队在2011年上马了衢州市杜泽铀矿普查矿区，已施工的钻孔存在着顶角，方位角变化较大等现象，并且原施工钻孔中有一钻孔未达到施工标准，其八百米终孔向另外勘探线上偏离，由于不易控制钻孔轴线，加之地质设计的标准要求很高，施工区岩层的钻进易发生偏斜，因此，钻孔质量难以保证，我们统计了该矿区原施工的钻孔侧斜资料，发现顶角、方位角的变化分别在100m和300m后较为明显，为解决这些问题，确保掌握矿体的真实状态，我们决定在矿区的ZK11-14#孔采用绳索取芯与人工定向钻探技术。

3.1ZK11-14#钻孔设计主要指标

3.2设计地质要求

0～310m：流纹质熔结晶屑凝灰岩；310～460：花岗斑岩；460～660m：流纹质熔结晶屑凝灰岩；660～675m：花岗斑岩；675～700m：流纹质熔结晶屑凝灰岩，矿体产状推测约75°。

3.3钻孔施工的技术难点

（1）矿区原施工部份钻孔存在方位角、顶角变化较大现象；

（2）拟施工钻孔附近原施工过1个钻孔，800m终孔偏离到另一勘探线上，未达到施工目的；

（3）地质设计指标要求高，中靶区范围小，钻孔轴线不易控制；

（4）施工区岩层钻进易偏斜

3.4钻探施工的技术要点

（1）采用绳索取芯金刚石双管钻进工艺代替普通金刚石双管钻进工艺，减小钻头与孔壁之间环状间隙，实现满眼钻进，提高导正性，一方面可提高施工效率，另一方面可预防钻孔轴线急剧偏移。

（2）采用人工定向钻进，控制钻孔轴线沿设计方向前进至中靶区，首先校核准方位线后进行钻塔底座安装，开钻前与地质工程师共同校验方位角和倾角。

ZK11-14#孔设计方位角200°，倾角83°，实际开孔方位角为195°，倾角85°，顶角5°。

（3）加密钻孔轴线测量，及时监控方位角和顶角变化，根据该孔附近和矿区已施工钻孔轴线出现方位角、顶角变化较大等现象，实际测量问题距改为每25m测量一次方位角和顶角。

（4）强化施工、技术、质量管理，确保钻孔质量达到设计要求：大队指派了两名钻探工程师24小时现场监控，严格执行钻孔技术设计。

3.5钻孔施工方法

3.6钻孔施工效果

ZK11-14#孔是2012年5月10日开孔至6月2日终孔，用时24天，缩短了施工周期，顺利地完成了钻孔任务，并确保了钻探质量，取得了一定的经济效益。

4结束语

通过绳索取芯与人工定向钻探技术相结合的方法，有效提高了钻进施工的质量，并在确保钻孔质量的基础上，加快了施工的周期，创造了一定的社会效益和良好的经济效益，为钻进施工工作积累了宝贵、丰富的经验。

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