绳索取芯钻探施工技术

绳索取芯钻探施工技术

武孟元

（河北省水利工程局河北石家庄 050021）

[摘要]介绍了绳索取芯钻探工艺钻具的结构，并对钻进规程的各种具体参数及报信机构的使用进行了分析，总结了绳索取芯钻探技术的主要优越性及在堆渣层中的应用。

[关键词] 绳索取芯；钻进参数；优越性；堆渣层灌浆

绳索取芯钻进是一种先进的岩芯钻探工艺。它采用大直径的钻杆，在钻具里面套装一根取芯管，在钻进过程中，岩芯缓慢地装在取芯管内。当回次进尺终了，岩芯装满取芯管时，采用带绳索的打捞器，从钻杆中把取芯管提出，提取岩芯后，又从钻杆中把取芯管放到孔底，继续钻进。绳索取芯与普通钻进取芯相比，具有控制钻孔偏斜度、提高钻进效率、降低工程成本、提高岩芯采取率、减少孔内事故等优点；尤其在钻穿复杂地层方面，有着其它施工技术无可比拟的优点，因而被广泛应用。

1 绳索取芯钻具简介

绳索取芯整套钻具分为双管部分和打捞器两大部分。

1.1 双管部分

双管部分包括外管总成和内管总成。

1.1.1 打捞机构

当捞取岩芯时，打捞器上的打捞钩抓住捞矛头，将取芯管提出孔外。

1.1.2 弹卡机构

内管总成进入外管总成后，实现弹卡自锁，防止由于振动等原因使弹卡并拢而导致内管总成上窜。

1.1.3 悬挂机构

当内管总成到位后，悬挂环座落在座环上，保证卡簧座与钻头内台阶之间有一定间隙，以便外管单动灵活。

1.1.4 到位报信机构

内管总成到达预定位置时，地面上水泵压力表的读数突然变化，可以调整水量开始钻进。

1.1.5 岩芯满管或堵塞报信机构

岩芯满管或堵塞时，导致地面上水泵压力表读数升高，起到报警作用。

1.1.6 调节机构

调节内管总成中卡簧座与钻头内台阶之间的间隙，保证其间隙量为2-3mm。

1.1.7 缓冲机构

卡取岩芯时，起缓冲作用来保护内管和卡簧座。

1.1.8 单动机构

分离内管和外管，实现钻具外管单动，内管相对外管静止。

1.1.9 容纳与卡取岩芯机构

容纳和卡取岩芯。

1.1.10 扶正机构

扶正内管，使卡簧座对正钻头内孔，以便岩芯顺利地进入内管，减少岩芯磨损，提高岩芯采取率。

1.2 打捞器部分

打捞器是绳索取芯钻具中必不可少的专用配套工具。

1.2.1 打捞机构

打捞钩抓住捞矛头，带动双管部分的打捞机构，将内管总成提升到地面。

1.2.2 绳卡机构

连接打捞器和绳索取芯绞车。

1.2.3 送入机构

将脱卡管套在重锺上，用打捞器将内管总成送入孔底。

1.2.4 安全脱卡机构

使打捞钩松开捞矛头或使安全销折断而实现安全脱卡。

2 绳索取芯钻进参数及报信机构

在正确选择钻头的情况下，金刚石绳索取芯钻进效率取决于钻进参数的选择，即钻压、钻头转速和冲洗液量三个参数。

2.1 钻压

实践表明，当加在钻头上的压力高于所钻岩石的压力硬度时，岩石就由表面破碎转到体积破碎；但当压力接近或超过金刚石本身抗压强度时，金刚石开始破损。另外，随着钻压的增加，金刚石的磨损量也增加，因此钻压有一个最优值。绳索取芯钻进规程和普通标准金刚石钻进有所不同，因绳索取芯钻头胎体壁要比标准钻头胎体壁厚2mm，底面积相对较大，而钻杆与孔壁的间隙小，所以钻压应增大。表1列出了两种不同直径绳索取芯钻头所需钻压值。

表1 绳索取芯钻头所需钻压表

钻头直径(mm) 59 75

2.2 转速

转速是影响金刚石钻进速度的重要因素。钻头在某一转速下，金刚石磨损量最小，转速过快或过慢，金刚石磨损量均会增加。孕镶钻头的圆周线速度在1.5-3m/s范围内较合适，小直径钻头要采取高转速，大直径钻头则采取较低的转速。表2列出了两种不同直径绳索取芯钻头所需转速值。

表2 绳索取芯钻头所需转速表

钻头直径(mm) 59 75

转速(r/min) 800-1000 600-800

2.3 冲洗液量

在金刚石钻进中，冲洗液除冷却钻头和排除岩粉外，还有调节金刚石钻头胎体正常磨损的作用。表3列出了两种不同直径绳索取芯钻头所需泵量。

表3 绳索取芯钻头钻进泵量表

钻头直径(mm) 59 75

金刚石绳索取芯钻进的钻压、转速、冲洗液量三者相互配合、互相制约，施工中应根据岩性和技术条件，通过试验选择最优的配合关系。

2.4 报信机构

报信机构是在进水管上安装一根缓冲管，并在缓冲管顶部安装一个压力表，通过压力表读数的变化，了解孔内各种情况。

2.4.1 到位报信

当内管总成到达外管总成中的预定位置时，悬挂环座落在座环上，冲洗液的环状水路被堵，迫使冲洗液从悬挂接头的孔中流到内、外管之间。由于过水断面减小，阻力变大，此时，泵压表上的压力明显上升，产生0.5-1MPa的压力，表示内管总成已经到位，可以调整泵量，开始钻进。

2.4.2 岩芯满管或堵塞报信

当岩芯满管或堵塞时，内管受力，向上压缩阀片，于是阀片沿径向胀大，使通水的环状间隙减小，从而引起压力表压力升高，起到报警作用，防止烧钻事故的发生。

2.4.3 报信机构压力表压力的选定

报信机构压力表压力的大小，与孔深和地层岩性有关。在张河湾抽水蓄能电站坝基帷幕灌浆钻孔施工过程中，对报信机构压力表压力的正常值进行了总结和分析，现列于表4，以供参考。

表4 报信机构压力表压力的正常值

孔深(m) 0-15 15-30 30-45 45-55 压力值（Mpa）0.2-0.3 0.3-0.35 0.35-0.45 0.45-0.5 当报信压力表压力超出上述范围后，就要考虑处理措施。需要说明的是：该坝基为变质安山岩，岩石的饱和强度为89.39-118.59MPa，坝基可钻性为7-8级（12级分类）。