深孔绳索取芯钻探技术应对
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。
绳索取芯钻探施工技术
绳索取芯钻探施工技术一、绳索取芯钻探技术的发展历程1.上世纪20年代初：随着钻探机械化的发展，绳索取芯钻探技术开始发展，初步形成了以绳索取芯设备作为核心的钻探技术体系；2.上世纪60-70年代：随着工业化进程的加快，测井技术取得长足进步，反激机、一体加速器等取芯设备及其伴生仪器和工具日趋成熟；3.上世纪80-90年代：钻探取芯技术进入蓬勃发展的新时代，设备技术、取芯仪器及其伴生设备不断改进，各种工艺手段和技术结合、工程施工组合得到运用。
二、绳索取芯钻探施工技术总体特点1.应用广泛：与其他钻探技术相比，绳索取芯钻探施工技术具有应用范围较广、装备便携谨慎及加工速度快的优点，适宜多项测量及勘探施工；2.精度高：绳索取芯钻探施工技术利用一体化加速和反激摩擦加速装置，精度可达0.03mm，满足中空通气钻及多项测量勘探的需求；3.安全可靠：通过采用高幅度、抗扭地层钢绳及特殊弯管芯，绳索取芯钻探施工技术具有抗扭距拉管钢绳安全落点、芯体运动精度高等优点，保证刮板钻及法兰组件施工安全可靠。
三、绳索取芯钻探施工技术步骤1.初始化工序：建议在取芯钻探前对井口地表状况进行初始化工序，以减少钻探及取芯过程中可能出现的地层折损；2.钻杆组装：钻杆的组装一定要按照有关规定进行，钻杆有多个部分组成，钻杆应尽量短，组装完成后，应用拉力仪等先对钻杆的强度进行测试，然后可以进行下一步操作；3.取芯过程：取芯中将钻杆沉入到现场勘探要求深度，根据取芯芯片类型、用途等组合设备，并将一体加速器、反激机等取芯设备安装到钻杆末端，控制取芯芯片进行操作；4.压实过程：拔出取芯芯片后，由下套杆压实，将破坏的岩石压实整理，以确保下次取芯时无障碍。
四、绳索取芯钻探施工技术的维护及安全要求1.维护：应定期检查绳索取芯钻探设备，包括拉力仪、钢绳及相关仪器设备等，保持其运行制度和精密，核实钢绳及获取点等是否存在松动情况；2.安全：取芯前应仔细观察钢绳和芯片，如果存在松动或老化等状况，应更换新的；操作前还需进行干燥处理，以免影响芯片的使用；操作时注意安全，及时检查使用情况，确保安全。
绳索取芯钻探技术浅析
290绳索取芯钻探技术浅析杨少峰（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第四地质大队，新疆 阿勒泰 836500）摘 要：近年来，随着科学技术的不断提升，绳索岩心钻探技术的研究也不断深入，这些极大地促进了绳索取芯钻探技术的发展，相较于普通钻探技术其优势更加的明显，并在岩心钻探施工中得到了广泛的应用，发挥着巨大的作用。
特别是在复杂地层中，绳索取芯钻探技术打破了常规钻进难以达到的效果，大大提升了钻探的工作效率与质量。
下文结合实践对绳索取芯钻探技术进行探讨与分析，希望能为地质勘探中绳索取芯钻探技术的应用提供参考。
关键词：地质钻探；绳索取芯钻探；钻进工艺中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）03-0290-2收稿日期：2019-03作者简介：杨少峰，男，生于1986年，汉族，河北邢台人，本科，中级，研究方向：深孔施工工艺和泥浆护壁。
当前经济发展形势飞快，国民经济快速增长，对矿产资源的需求日益扩大，能源紧张形势不断加剧，国家也在积极开展新一轮的矿产地质勘查工作，加大能源开发力度来缓解当前能源紧张局势。
而在矿产地质勘查中，钻探技术是重要的技术支撑，是开展地质勘察的重要技术手段。
特别是绳索取芯钻探技术在地质勘查中有着非常广泛的应用。
所谓绳索取芯钻探技术，是在钻探过程中不用提钻，而是从钻杆内提取岩心的一种先进的钻探方法，该技术方法与普通的钻探技术而言，有着很大的技术优越性，不仅钻进效率非常高，而且结构简单，能够更好地保证岩芯质量，避免岩芯长时间浸泡，延长钻头的使用寿命，降低劳动强度。
因此，地质勘探中绳索取芯钻探技术得到了广泛的应用。
然而，面对复杂地质构造条件的地层进行钻探施工，经常会遇到漏失、涌水、水敏性地层与矿层的坍塌等问题，对绳索取芯钻探技术的自效率与质量造成很大影响，不利于该技术工艺性能的发挥。
为此，结合实践，从以下几个方面对绳索取芯钻探技术进行探讨与分析，旨在促进绳索取芯钻探技术顺利高质量的完成施工任务，创造更大的经济效益[1-3]。
深孔绳索取心钻探技术现状及研发工作思路
６ ． ９９ ８ ． ８９
ｌ４ ３ ｌ．
２ ． Ｏ７ ２ ． ７４
３ ． ８ ３
注 ： 刚度 系数 来 源 于该 公 司样 本 ，具 体 测 试 方 法 有 待 明确 。
外 径 杆 体 端 部 质 量 螺 纹 外 螺 纹 内容 积 规 格
（ ｍ） ａ ｒ
ＰＨ Ｄ １ ４ １
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
内 径 内径
（ ｒ） （ ｍ ） ｕ ｔ ｎ ｒ ａ
１ ６ ０ １ ２ ０
螺 距 长 度
ｋ／ 、 ｇ ｍ。
３ ３ ８．
宝 长年公 司制造 的绳 索钻 杆规 格和 主要 参数 见
１ ． Ｏ ２
ｌ７０ ６ ．
１７Ｏ ６ ． ２６０ ８ ． ２６８ ８ ． ４５０ ７ ． ４５０ ７ ．
８ ０ ８ １ ．
３ 国 内绳 索取心 钻探 技术 发展概 况 国内金 刚石绳 索取 心技 术 的研 究试 验 工作 始 于 上世 纪 ７ ０年 代 。 １ ７ ９ ４年 ， 由勘 探 技 术 研 究 所 设 计 ，无锡 钻探 工具 厂等 工 厂试制 的 ￥ 绳 索取 心钻 ５ ６ 具 ，在北 京市 １ １地质 队 、 １ ２地质 队和 河 南省 第 ０ ０
（）采用了高精度 几 尺寸及耐腐蚀 Ｉ ｃ １ 何 生ｆ的管材 ； 子
（ ）端部 为 内部加 厚 ； ２
自动化 ，钻杆制造精度和效率大 幅提高 ，成本显著
降低 ，产 品更具 竞 争力 。
（ ）杆 体 内 径 增 大 ２ ｍ，重 量 下 降 ２ ３ ｍ ２／ ９ ６
绳索取芯钻探技术书籍
绳索取芯钻探技术书籍
绳索取芯钻探技术是一种利用绳索传递力量和整体钻具坠重的钻探方法，它可以在不需要大型钻探设备的情况下进行地层勘探。
这种技术适用于一些特殊情况，例如山区、高海拔地区或者是需要在狭小空间内进行勘探的场景。
在进行绳索取芯钻探之前，需要先了解所需钻探的目标区域的地质情况。
同时，还需要准备一些必要的工具和设备，例如钻探机、钻头、销钉、钩子等。
在这一过程中，安全措施也是十分重要的。
在开始钻井之前，需要先将钻头与一根绳索相连，然后通过配合使用销钉和钩子等工具，将整个钻探设备牢牢固定在绳索上。
接下来，通过拉紧绳索，可以让钻头开始钻进地下。
一旦钻头到达了目标深度，就可以将其拉出，并通过特殊的设备将取得的地下样本带上来，供进一步分析和研究使用。
虽然绳索取芯钻探技术可以在一些特殊情况下发挥很大用处，但是相较于传统的钻探设备，其存在一些不足之处。
例如，在控制钻头进出速度、控制钻头下穿方向等方面，都需要更多的练习和技巧的积累。
同时，该技术也存在一定的危险性，如果在钻探过程中出现任何差错或者是安全措施没做好等情况，都有可能导致严重的伤害甚至是事故
的发生。
总之，绳索取芯钻探技术是一种十分实用的地层勘探方法，但是在使用过程中需要注意安全问题，并且还需要在练习和实践中逐渐掌握钻探技巧，方能更好地运用该技术进行勘探工作。
云南某煤矿勘探绳索取芯钻进技术探讨
云南某煤矿勘探绳索取芯钻进技术探讨从施工设备、施工工艺、事故预防等几个角度对地处川、滇、黔三省边界某煤矿使用绳索取芯钻进施工过程中存在的一些问题进行分析探讨，希望对同类煤矿有所借鉴和参考。
标签：煤矿勘探；绳索取芯；钻进工艺位于川、滇、黔三省边界的某煤矿，地势地形复杂，岩层构造复杂。
施工煤层漏失、坍塌较为普遍发生。
煤层是煤炭钻探的目的层，由于煤炭自身具有疏松、酥脆、微裂隙发育的特点，坍塌事故发生很普遍。
通过使用比较先进的钻探机械和使用科学合理的技术，解决了地质复杂，结构不稳定等难题，取芯钻进取得很大改善。
1 钻进工艺1.1 设备安装与开孔钻进要根据工作规范要求自觉执行。
首先安装钻探设备要注意严丝合缝，确保天轮滑车、立轴以及孔口三点一线。
开孔钻具的选择第一要直，要同心度好。
打孔钻进的时候应该轻压、慢转、勤提动，钻具缓慢延长，使钻具满眼，达到正常钻进。
钻孔时根据不同岩层情况，不断转换直径，将套管下入。
孔斜的测量要在下套管前进行，为了防止歪斜换径的时候要加以导正。
1.2 钻头的选择选择钻头唇面形狀的时候要根据岩层性质来选择。
中等硬度的岩层匹配锯齿钻头，这种钻头能够很好地与孔底接触，钻头轴向压力得提高；在比较坚硬的岩层中，应该选用粒状钻头或者是单边钻头，通过增强钻压来提高切入深度进而减少崩齿；在松软的岩层之中应该选用圆弧、平底钻头，这样能较好地与孔底相吻合，保持良好稳定性。
1.3 选择钻进参数通常情况下，钻头的最开始的压力是2kN以内，正常压力为7～10kN。
坚硬的岩层转速为500～800r/min，破碎岩层中的速度为300～400r/min，浅孔稳定岩层可以是1000r/min以上。
泥浆泵的泵量通畅控制在45～78L/min之间，泵压保持在3MPa以内。
岩层比较完整的时候，在冲洗液润滑性能允许的情况下可以提高转速，钻进压力可以保持在15～20kN之间。
1.4 选择冲洗液我们在考虑到本地区的地质条件较为特殊以及绳索取芯钻进特点的基础上，无固相冲洗液和低固相防塌泥浆。
水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用
2024年2月地质装备水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用李振风(湖南省矿产资源调查所,湖南郴州 423000)摘 要:宝山矿区地质构造较复杂,存在多个断裂破碎带,地层软硬互层交替,炭质页岩厚度大,遇水膨胀,钻孔缩径严重,钻进过程中易发生粘附卡钻㊁坍塌及埋钻等事故,属于典型的水敏性地层㊂针对该类地层在钻进过程中出现的这些问题,通过优化钻孔结构㊁合理钻具级配,采用金刚石绳索取心钻进工艺和低固相钻井液护壁技术,适当控制回次进尺长度和回次进尺时间等措施,保证了钻孔孔壁的稳定性及工程安全,有效地解决了水敏性地层钻进中出现的问题,加快了施工进度,取得了较好的钻进效果,使项目得以顺利完成㊂本次钻探施工完成了钻探进尺9500余米,达到了地质找矿目的,取得了较好的经济和社会效益㊂此外,希望适用于该矿区的钻进工艺方法对其他相似水敏性复杂地层的钻探施工具有一定的参考意义㊂关键词:水敏性地层;低固相冲洗液;粘附卡钻;钻进工艺;钻具组合中图分类号:P 634.4 文献标识码:B 文章编号:1009282X (2024)01004306R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f d e e p h o l e w i r e l i n e c o r e d r i l l i n g t e c h n o l o g yi n w a t e r -s e n s i t i v e c o m pl e x f o r m a t i o n s L I Z h e n f e n gH u n a n P r o v i n c i a l I n s t i t u t e o f M i n e r a l R e s o u r c e s I n v e s t i ga t i o n C h e n z h o u 423000 H u n a n C h i n a Ab s t r ac t T h e g e o l o g i c a l s t r u c t u r e i n B a o s h a n m i n i n g a r e a i s r e l a t i v e l y c o m p l e x w i t h m u l t i p l e f r a c t u r ed z o ne s a n d a l t e r n a t i n gl a y e r s o f s o f t a n d h a r d s t r a t a T h e t h i c k n e s s o f t h e c a r b o n a c e o u s s h a l e i s l a r g e a n d i t e x p a n d s w h e n e n c o u n t e r i n g wa t e r c a u -s i n g s e r i o u sb o r e h o l e s h r i n k a g e D u r i n g d r i l l i n g ac c ide n t s s u c h a s s t i c k i n g c o l l a p s i n g a n d b u r y i n g a r e p r o n e t o o c c u r m a k i n gi t a t y p i c a l w a t e r s e n s i t i v e f o r m a t i o n I n v i e w o f t h e s e p r o b l e m s t h a t o c c u r r e d d u r i n g t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s i n t h i s t y pe of f o r m a t i o n m e a s u r e s s u c h a s o p t i m i z i ng th e d ri l l i n g s t r u c t u r e r e a s o n a b l e d r i l l i n g t o o l g r a d i n g u s i n g di a m o n d w i r e l i n e c o r e d r i l l i n g t e c h n o l o g y a n d l o w s o l i d -p h a s e d r i l l i n g f l u i d w a l l p r o t e c t i o n t e c h n o l o g y a p p r o p r i a t e l y c o n t r o l l i n g t h e l e n g t h a n d t i m e o f t h e s f o o t a g e p e r r o u n d t r i p e t c w e r e t a k e n t o e n s u r e t h e s t a b i l i t y a n d e n g i n e e r i n g s a f e t y o f t h e d r i l l i n g ho l e w a l l t h e p r o b -l e m s i n t h e d r i l l i n g o f w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n s a r e e f f e c t i v e l y s o l v e d t h e c o n s t r u c t i o n p r o gr e s s i s a c c e l e r a t e d a n d t h e g o o d d r i l l i n g e f f e c t i s o b t a i n e d s o t h a t t h e p r o j e c t c a n b e s u c c e s s f u l l y c o m p l e t e d M o r e t h a n 9 500m o f d r i l l i n g w a s c o m pl e t e d i n t h i s d r i l l i n g p r o j e c t a n d t h e p u r p o s e o f g e o l o g i c a l p r o s p e c t i n g w a s a c h i e v e d w i t h g o o d e c o n o m i c a n d s o c i a l b e n e f i t s I n a d d i t i o n i t i s h o p e d t h a t t h e d r i l l i n g m e t h o d a p p l i c a b l e t o t h i s m i n i n g a r e a w i l l h a v e c e r t a i n r e f e r e n c e s i g n i f i c a n c e f o r t h e d r i l l i n g i n o t h e r s i m i l a r c o m pl e x w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n s K e yw o r d s w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n l o w s o l i d -p h a s e f l u s h i n g f l u i d s t i c k i n g o f t o o l d r i l l i n g t e c h n o l o g y b o t t o m h o l e a s s e m -b l yB H A 收稿日期:20231120基金项目:金属危机矿山接替资源勘查立项(编号:200643043);中国地质调查局地质调查项目(编号:1212011085372) 作者简介:李振风(1986-),男,工程师,从事地质勘探行业钻探施工技术与管理工作,E -m a i l :578724928@q q.c o m ㊂0 引言水敏性地层即溶胀分散地层或水化剥落地层,遇水极易膨胀缩径,造成冲洗液增稠,钻头泥包,继而引起孔壁表面剥落,崩解或垮塌超径㊂本次钻探勘查施工的宝山矿区地质构造较复杂㊂该矿区钻遇地层有两个特点:一是第四纪表土层较厚,并且较松散,有的孔位堆积和回填物较厚,坍塌㊁掉块严重;二是炭质页岩厚度大,遇水膨胀,钻孔缩径严重㊂该矿34李振风:水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用第25卷第1期区存在多个断裂破碎带,地层软硬交替互层,钻进过程中易发生坍塌㊁埋钻等事故,属于典型的水敏性地层㊂因此,在钻孔施工过程中,孔壁的稳定性和冲洗液的性能指标是影响钻孔施工效率和钻孔质量的重要因素,也是本次钻探施工研究的重点与难点[1-5]㊂1工程概况1.1项目概况湖南省桂阳县宝山铅锌银矿边深部地质勘查工作于2020年9月起,至2021年9月止㊂该项目在实施过程中,基本按照 湖南省桂阳县宝山铅锌银矿边深部地质勘查实施方案 执行,但在实施过程中根据见矿效果及时调整了部分方案㊂主要实物工作量完成情况本次勘查工作主要由湖南省矿产资源调查所完成,宝山矿负责施工坑道和测量工作㊂2020~ 2021年完成的主要工作量有:竣工钻孔22个,共计9560m,主要为坑内钻探,少量地表钻探㊂1.2区域地质概况宝山矿田位于坪宝复式向斜的北端,区内地层比较发育,构造复杂,燕山期小岩体多,矿产资源丰富,地球物理㊁地球化学场特征显著,具长期地质发展历史㊂区域内岩石可钻性级别为4~7级,中等研磨性,岩石破碎㊁水敏性强㊂区内以坚硬至半坚硬的白云岩㊁白云质灰岩及炭质灰岩综合体为主,其次为半坚硬的泥质灰岩及中层状灰岩综合体,岩体完整性及稳固性较好,破碎带稳固性较差㊂灰岩㊁白云岩等碳酸盐岩岩溶化较弱,围岩蚀变以矽卡岩化为主,蚀变围岩硬度加大,但风化后强度显著降低㊂矿山内风化层较厚,一般达30~40m,最厚可达50~ 60m,风化岩石稳固性差㊂2项目施工情况2.1钻孔工程质量要求钻孔设计要求必须严格遵守‘地质岩心钻探规程“(D Z/T0227 2010),开孔采用146m m口径,终孔口径为75m m;钻孔终孔原则为钻穿矿体底板5.00~8.00m㊂钻孔终孔后用水泥全孔严实封孔,孔口标注标记㊂2.2主要施工难点分析据以往地质资料分析,该孔上部为泥质灰岩㊁炭质页岩地层,成岩性较差;下部为白云岩㊁石灰岩且软硬互层,岩性较致密,钻头适应性差,钻进效率低,且局部有溶洞,断层发育,易引起孔内钻井液漏失[6-7]㊂由于岩心采取率要求高,需采用绳索取心钻进工艺;但由于地层因素,岩心破碎㊁取心难度大,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故㊂施工地层炭质页岩水敏性强,钻进过程中井壁易失水缩径㊁坍塌,对冲洗液的抑制性和失水性等性能指标要求高[8]㊂该项目钻探工作量大㊁施工难度高㊁工期紧,对项目部的施工组织能力与技术保障要求也是不小的挑战㊂3钻孔施工工艺研究现以该项目施工的代表性钻孔K Z17402为例,进行钻孔施工工艺的具体阐述㊂3.1施工设备投入情况根据地质设计及技术要求等情况,设备选型㊁配套上把握 先进㊁适用㊁合理 的原则㊂考虑到该项目的任务为300~1200m以浅的钻孔,有斜孔也有水文孔,为确保按时完成任务,项目拟投入岩心钻机4台套(其中1台套为备用钻机),主要钻探设备情况见表1:表1主要钻探设备T a b l e1M a i n d r i l l i n g e q u i p m e n t设备名称型号规格数量额定功率/k W生产能力/m 立轴钻机X Y-6B1台套552000立轴钻机X Y-4T3台套301000柴油发电机组Y C D6Q23H82101台套120柴油发电机组Y C4D140-D313台套90钻塔S G X181副钻塔S G X133副泥浆泵B W-3201台25泥浆泵B W-2503台15绞车S J20004台5.52000 3.2钻孔结构及钻进施工情况分析该孔根据宝山矿区内岩石性质(岩石研磨性在弱~中硬之间),依据矿山地质设计的钻孔深度和终孔孔径,并结合自身设备能力与钻进工艺方法等综合考虑来设计钻孔结构㊂开孔采用直径150m m合金钻头或电镀金刚石钻头开孔,钻穿基岩一定深度后下直径146m m套管作井口管并用橡胶皮封堵好井口;换绳索P Q122m m绳索取心钻进300.00m,采心提钻,并下入直径114m m套管后换H Q96m m绳索取心钻进900.00m,下入直径89m m套管换N Q76m m绳索取心钻进至终孔㊂442024年2月地质装备钻孔一开钻进0.00~36.00m ㊂直径150m m 普通金刚石取心钻进,穿过4.50m 表层黏土后钻见灰岩,钻至36.00m 时,由于表土与岩层界面钻井液漏失严重,钻进困难,下入直径146m m 套管,用水泥固定井口,封闭井口,防止掉块㊁溢流㊂钻孔二开钻进36.00~235.00m ㊂采用P Q122m m 绳索取心继续钻进,钻至235.00m 时,由于灰岩裂隙发育,孔内漏水严重,下入直径114m m 套管㊂钻孔三开钻进235.00~850.00m ㊂下入直径114m m 套管后,采用H Q 96m m 绳索取心继续钻进㊂由于施工区域灰岩㊁炭质页岩遇水膨胀发育,该孔在300.00m ㊁600.00m ㊁700.00m ㊁900.00m 附近均出现不同程度的卡钻㊁井壁掉块㊁憋车㊁钻井冲洗液漏失等情况㊂钻至850.36m 后,孔内情况复杂,卡钻严重,钻机严重憋车,出现停车现象㊂考虑到孔内复杂情况,经研究下入直径89m m 套管㊂钻孔四开钻进850.00~1165.00m ㊂下入直径89m m 套管,最后采用N Q 76m m 绳索取心钻进至井深1165.00m 终孔㊂钻孔结构见图1㊂图1 钻孔结构示意图F i g .1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f d r i l l i n g ho l e s t r u c t u r e 3.3 钻具组合及钻头选用情况分析考虑到宝山矿区全孔段地层复杂,水敏性岩层发育,为保证钻孔在钻进过程中安全与稳定,顺利完成钻孔的施工,该孔采用绳索取心钻进工艺㊂选用薄壁孕镶绳索取心钻头及对应扩孔器㊂鉴于岩层情况,选择胎体硬度H R C 30~35,金刚石浓度25%,金刚石粒度46~60目,也可根据地层情况调整胎体硬度及选择金刚石目数㊂如存在地层情况复杂,取心难度大等情况,可采用Q 3系列底喷钻头,使用半合管钻进㊂3.4 钻进技术参数分析钻进技术参数的选择是保证钻孔质量的关键,为确保钻孔6项质量指标,根据以下原则进行钻进参数选择:正常钻进时,应在机械能力㊁钻具管材强度允许的前提下,尽可能提高转速;在孔深㊁钻孔弯曲㊁超径的情况下或钻进强研磨性㊁破碎岩层时,钻压应适当降低;钻进过程中随着硬质合金㊁金刚石的磨钝,适当增大钻压;转速较高㊁岩石研磨性较强㊁岩石颗粒较粗时,选用较大泵量,反之则泵量应减小[9-12]㊂本次钻探施工采用的钻进技术参数如表2所示,并根据实际施工条件作出相应调整㊂表2 钻进技术参数选择T a b l e 2 D r i l l i n g pa r a m e t e r s e l e c t i o n 井段/m 井径/m m钻压/k N转速/(r ㊃m i n -1)泵量/(L ㊃m i n-1)0.00~36.0015012~1630~150150~25036.00~235.0012216~18230~48080~100235.00~850.009617~20350~50090~130850.00~1165.007610~18260~48080~1403.5 冲洗液现场配制与选择应用根据现场地质条件㊁钻进方法㊁钻孔深度和工程技术要求,正确选择使用润滑性能和排粉效果好的冲洗液㊂该孔现场配置钻井冲洗液的主要材料为:膨润土㊁纤维素㊁植物胶㊁P A N ㊁P A M ㊁C M C ㊁纯碱㊁腐殖酸钾㊁润滑剂等㊂配浆步骤如下:先加水,将土粉重量5%~8%的纯碱加到搅拌机内,再加膨润土粉搅拌均匀,静置24h 钠化后加入处理剂㊂用检测仪器测定新浆性能,合格后方可使用㊂若需加入几种处理剂,应按照先加分子量小的无机化学材料,再加有机高分子化学材料㊂3.5.1 冲洗液的选择钻进完整㊁孔壁稳定的地层,采用清水加聚合物的无固相冲洗液㊂钻进较完整㊁有轻度坍塌的地层,采用低固相有胶结性的优质泥浆㊂钻进未胶结或胶结很差的松散覆盖层时,在穿过覆盖层后下入套管护壁㊂钻进破碎㊁裂隙发育㊁掉块㊁坍塌或有不同程度的漏失地层,采用不同的优质泥浆做冲洗液;轻微漏失时可用增粘泥浆或堵漏泥浆,严重漏失时先进行54李振风:水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用第25卷 第1期堵漏,然后再进行钻进㊂3.5.2 冲洗液的应用表土覆盖层为第四纪层,钻探施工冲洗液首先为泥浆,钻入完整基岩,下好套管后,再换低固相泥浆㊂遇到岩石破碎㊁孔壁坍塌时使用植物胶 腐植酸钾低固相的冲洗液,随孔深增加添加适量润滑剂或乳化剂;在中深孔施工中,为减轻钻进过程中的摩擦阻力及提高冲洗液携带岩粉能力,采用H P A N -H P A M 不分散低固相冲洗液㊂如遇到破碎带㊁小裂隙,采取灌注水泥浆封堵护壁;遇到井壁坍塌㊁缩径时,使用防塌剂或超重泥浆作冲洗液,控制井壁失水量来保护井壁;遇到大的断层或溶洞时,只有通过下套管来把它彻底隔离,然后换径继续向下施工㊂4 钻遇问题及解决措施矿区岩层水敏性发育,岩石破碎,取心难度大,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故,严重影响了钻探施工的进度,给安全高效绿色施工带来极大的挑战㊂通过对矿区地层情况分析和对岩性的初步识别判断,并结合钻孔施工所遇的具体问题,采取如下解决措施:(1)调整泥浆性能㊂矿区覆盖层较厚,一开钻进时采用单管取心工艺,起下钻时间多,辅助时间长㊂且由于岩性松软,黏土质成分较多,泥浆造浆严重,滤失量大,孔内缩径严重,致使钻井效率低,反复扩孔,施工效果不佳㊂针对此种问题,在扩孔时对泥浆性能进行了调整,提高泥浆p H ,循环净化除砂,全井彻底循环更换,降低滤失量及含砂量,提高了钻进效率㊂(2)优化钻孔结构㊂针对钻孔憋泵㊁取心困难等问题,采取优化钻孔结构的措施,增大开孔口径,增加套管程序,同时实际施工中采用超前裸眼钻进优化钻孔结构,为下部孔段留足安全储备口径㊂在复杂地层钻进时可适当增加钻头外径,如采用N Q+1或N Q +2的方式,增大外环状间隙,降低缩径和卡钻风险,也降低了循环压耗㊁憋泵等问题㊂在取心困难的岩层中钻进时应降低转速㊁压力和泵量,应适当控制回次进尺长度和回次进尺时间㊂(3)针对粘附卡钻的现象采取措施㊂加强泥浆的封堵防塌能力,控制滤失量,钻孔上部采用粗分散泥浆护壁,中下部采用低固相冲洗液护壁,确保在孔壁形成薄而韧的优质泥皮㊂严格控制起下钻速度,减轻抽吸作用所造成的孔壁失稳㊂(4)面对矿区钻探施工工作量大㊁难度高㊁工期短等施工挑战,制定完善切实可行的施工保障方案㊂以技术管理为支撑,严格落实安全㊁质量㊁进度㊁环保等各项要求,为项目的安全高效实施奠定坚实的基础㊂5 绿色施工及创新应用针对该项目施工地层及矿区环境特点,从人员㊁机械设备㊁材料㊁方法㊁环保㊁监测6个方面,建立完整的环境保护保障管理体系㊂在该项目实施过程中,加强绿色施工建设,充分分析评估该项目对生态环境可能造成的影响,在钻探施工过程中制定并做好详细的环境保护措施㊂(1)减少对植被㊁土地㊁地下水资源的破坏㊂在满足施工要求的前提下,减少场地占用,保护好不影响施工的树木,影响施工的树木做移栽处理㊂(2)减少施工对环境的污染㊂对钻探施工现场泥浆冲洗液循环系统沟槽做好防渗处理,设置废浆池,废浆静置沉淀后,取回上层浆水重复利用,减少废浆排放,不能利用的废浆委托第三方清运处理,现场做好各滴漏油液收集,减少对环境的污染㊂(3)采用绿色㊁无害㊁环保型低固相冲洗液㊂减少施工中泥浆冲洗液对矿区以及周边环境的影响,钻探施工中所用冲洗液尽量采用低固相冲洗液,遇复杂地层必须使用泥浆时,才可使用泥浆作为冲洗液进行钻进施工,尽量选择不改变土壤性质㊁不伤害植被㊁不破坏水质的泥浆材料㊂6 施工效果与经济分析针对该矿区地层水敏性发育,钻进过程中井壁易失水缩径㊁坍塌,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故等复杂地层钻进难点[13-16],通过优化钻孔结构㊁合理钻具级配,采用金刚石绳索取心钻进工艺和低固相钻井液护壁技术,适当控制回次进尺长度和回次进尺时间,保证了钻孔孔壁的稳定性及工程安全,加快了施工进度,取得了较好的钻进效果㊂在本次坪宝地区宝山矿区钻探施工过程中,由于工艺合理,措施得当,通过科学部署,精细施工,每台钻机台月效率达到450m ,纯钻时间利用率达到80%以上,具体施工进度分析如图2所示㊂经现场验收,钻孔各项质量技术指标均满足地质设计要求,达到了本次地质找矿的目的,并赢得了业主方的好评,取得了较好的经济和社会效益㊂642024年2月地质装备图2 施工进度分析F i g .2 C o n s t r u c t i o n p r o g r e s s a n a l ys i s 7 结语通过本次坪宝地区宝山矿区水敏性复杂地层的钻探施工,积累了以下几点经验体会:(1)在项目施工进场前,应通过现场踏勘㊁查阅矿区以往地质资料等方式了解矿区工程地质㊁水文地质㊁环境地质等资料,全面准确地掌握矿区地质概况与岩层属性等基本情况,从而为现场施工方案的编制与实施提供指导性意见㊂对施工中可能遇到的问题,应采取针对性措施,以利于项目的实施㊂(2)针对项目施工过程中遇到的粘附卡钻㊁埋钻等技术难题,通过加强管理㊁优化钻进工艺等措施进行技术攻关,取得了良好的施工效果㊂同时,在地层条件允许的情况下,通过钻孔结构优化设计和选择合理的钻探设备及施工工艺可有效提高钻探施工效率㊁降低施工劳动强度和节约施工成本,也有利于项目的组织管理㊂(3)该孔钻探施工钻井冲洗液采用不分散低固相泥浆,对钻进中破碎㊁分散㊁水敏性地层具有较强的封堵㊁抑制孔壁坍塌掉块作用,能够满足现场施工的要求㊂该泥浆冲洗液携砂能力强㊁流动性好㊁配制简单㊁维护方便,能有效地保证了钻孔取心质量和施工进度㊂(4)应加强组织管理,钻孔事故主要在于预防,预防主要靠人㊁靠责任心,有了责任心就能减少一些由于责任心不强而造成的孔内事故㊂遇到井内情况不明时,不要忙于进尺,要先把钻具提上来,分析情况,做好预防再进尺㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] 王达,何远信.地质钻探手册[M 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绳索取芯与人工定向钻探技术应用探讨
绳索取芯与人工定向钻探技术应用探讨作者：陈爱军来源：《华东科技》2013年第06期【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。
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深孔绳索取芯钻探技术应对探析
摘要：本文主要针对深孔绳索取芯钻进在坍塌缩径地层的技术实践进行探讨，供同行参考。
关键词：深孔；绳索取芯钻探；技术应用
1 深孔绳索取芯钻进的特点
深孔绳索取芯钻进，有如下特点：①孔壁与钻杆环状间隙小，冲洗液上返阻力大，泵压高。
②钻杆柱在孔内受力复杂。
③深孔地层压力平衡问题。
在深孔复杂地层中采用绳索取芯钻进，以上特点尤为突出，其中最难的是坍塌缩径地层的绳索取芯钻进。
2 坍塌缩径地层的成因
所谓坍塌缩径地层，是指钻孔孔壁容易坍塌或者容易产生膨胀缩径的地层。
此类岩层，一般强度和硬度低，或呈水溶、水化、水蚀、水敏特性，其弹塑性呈极低或极高状态。
其岩层在形成过程中或形成以后，由于扭转、挤压、风化、沉积、溶蚀等内、外动力地质作用，形成松散层、破碎带、断层、孔隙环境、裂隙环境以及溶隙性环境。
当钻孔进入后，岩层由三维受力变为一维受力状态，岩层特性、钻柱扰动和冲洗液浸泡、冲刷造成钻孔孔壁不稳定，或坍塌或缩径或两者兼而有之。
那么为什么会产生孔壁坍塌缩径呢？孔壁坍塌缩径的作用机理
是怎样的？分析原因，包括以下3个方面：①地质因素。
地层自重应力和上覆附加应力、构造应力释放、孔隙毛细水压力或承压水压力、岩层层理或片理构造、岩层松散破碎无胶结成分或胶结成分很
少，或者部分水蚀、水化、水溶后呈高粘性。
②工程因素。
起钻抽吸作用及下钻液动压力作用、钻进泵压作用，冲洗液对孔壁的侧压力平衡，冲洗液冲刷作用，钻杆碰撞。
③物理化学因素。
岩层中的湿陷性黄土、粘土质（蒙托石、伊利石、高岭石）等含量重，遇水膨胀缩径；水敏性（如部分辉长岩）、水溶性（如炭质板岩破碎带、蚀变带，石膏）、水化性（如凝灰岩、白云岩）、水蚀性（如煤层）地层遇水膨胀缩径，或者因为水浸泡后强度降低，扰动造成坍塌，坍塌后包钻，经回转扰动而表面呈糊状、浆状、泥状，粘滞性增大，吸水膨胀缩径；冲洗液以及部分矿物质盐对岩层的化学作用，例如矿石中硫化物在浸蚀基准线以下，由于地下水位多次升降对岩层浸蚀，使岩石脆性增大、强度降低。
3 深孔坍塌缩径地层绳索取芯钻进的应对措施
由于深孔绳索取芯钻进工艺的特点，当钻进坍塌缩径地层时，泵压高、阻力大，或直接缩径，或坍塌包钻，或先包后缩，或坍塌缩径两者都存在。
由于深孔钻柱受力复杂，且钻柱挠度大，回转扭矩传递有一个过程，所以深孔发生孔壁坍塌或缩径，一般都是没有征兆，一下就发生，如果没有对岩层及时观察并采取综合钻探应对措施，那么发生坍塌或缩径就可能直接包死钻柱，使处理复杂和以后钻进更难；而且即使钻进穿过了该类岩层20m甚至更多仍然可能再次发生坍塌、缩径包钻事故，同时由于坍塌岩粉中的粗颗粒悬浮在孔深一定高度，泵压一直高。
针对深孔绳索取芯钻进坍塌缩径地层的特点，我们通过多年不同
矿区施工实践，总结出如下应对措施：
（1）进入任何矿区施工，首先必须摸索该矿区地层特点，及时发现坍塌缩径岩层孔段，同时判断复杂岩层孔段的钻进特性。
进入机场首先观察岩芯，然后才是了解孔内情况。
（2）钻孔孔身结构预留技术储备口径，特别是hq口径尽量隔开中深、深部坍塌缩径地层，为更深部钻进可能遇见坍塌缩径地层创造有利条件。
采用加大钻头钻进（如nqaa+1或+2甚至81mm 钻头）以扩大坍塌缩径地层的孔壁环状间隙，达到减小泵压、降低回转阻力的目的。
（3）选用q系列绳索钻杆和钻具以优化深孔钻探钻具系列，材质强度和刚度满足深孔钻探需要。
对于1500m以上必须采用bw250、bw320泵甚至更大泵量的泵，使泥浆泵流量调节范围宽和耐压程度高，避免孔内钻进坍塌缩径地层时受机械允许范围影响。
（4）施工中，地层开始破碎时立即报告领导，请求技术支持，委派富有经验的技术员当班指导泥浆配方和钻探操作。
泥浆调整好并循环到符合要求时再进行钻进。
（5）每孔定技术人员负责，经常检查和观测泥浆性能与地层匹配，及时调整。
（6）深孔提钻，坚持回灌；提钻注意检查钻杆接箍，问题钻杆钻具及时更换。
（7）遇复杂地层，尽量不停施工，处理时从操作手法到整个步骤，事先取得一致意见然后再进行。
（8）遇坍塌缩径地层时，在综合采取扩径、泥浆调整等措施后，采取多扫少打，倒杆时预留活动余地，尽量不停车。
处理中尽量避免卡死，操作拉顶时不要顶死，来回多活动、多扫，操作中严防回车使事故复杂化。
处理不起来时，反钻处理后扩或偏（下lz型连续造斜器造斜）穿过。
（9）对于坍塌缩径特别严重地层，经泥浆处理等措施后，绳索钻进仍然无法正常扫孔到底，可采用绳索钻杆、合金钻头加无泵接首（自制），在该孔段来回扫，以达到扩大钻杆与孔壁环状间隙，并减少孔内坍塌产生的粗颗粒岩屑。
（10）平衡地层压力是坍塌缩径地层绳索取芯钻进的重要策略。
施工中的泥浆配方，必须高度重视泥浆比重。
4 深孔复杂地层绳索取芯钻进的泥浆护壁策略
复杂地层一般表现为3个方面：坍塌、缩径、地层压力不平衡，其中地层压力不平衡可引起坍塌、涌水、涌砂、缩径。
钻探中，应根据岩芯情况和孔内情况，及时判断孔内岩层在这3种情况中哪种趋势重一点，进而调整泥浆性能。
对于垮塌偏重的地层，岩层主要表现为破碎，水蚀强度低，甚至全呈颗粒碎状，胶结成分少或者没有，对这类地层泥浆粘度可适当偏高，25～36s都可以，泥浆配方以增加比重为主要手段，比重1.05～1.15，同时辅以增强排砂的处理剂，因此泥浆应加大粘土量，10%～15%左右，必要时加入少量重晶石粉；对于缩径偏重的地层，岩层主要特征为泥质含量重或水蚀体积增大多、水泡后或破碎后岩粉浆状、糊状，粘滞性严重，对这
类地层，在增大钻柱和孔壁环状间隙的同时，泥浆以降低失水量，防缩径为主，泥浆中在增大粘土用量平衡地层压力时，应同时增大如磺化沥青和低荧光防塌护壁剂的用量，必要时调整降失水剂为腐植酸钾或其他种类处理剂，泥浆粘度17～23s，比重1.05～1.15；对于地层压力失稳的地层，不严重时，表现为孔内掉块或轻微垮塌或钻进漏水、取芯涌水或轻微缩径，有时几者兼而有之，对这类地层，尽量采用低固相泥浆，使泥浆粘度在20～25s，比重1.05～1.07之间；对于严重的地层压力失稳，应增大粘土用量或加入适量重晶石粉，特别是涌砂地层，同时辅以增大钻柱和孔壁环状间隙，泥浆比重1～1.17，粘度25～28s。
5 结论
（1）通过采取科学合理的固井技术措施及高性能水泥浆体系保证了该井固井质量。
（2）以抗高温降失水剂drf-120l为主剂的高温常规密度水泥浆体系与低密度水泥浆体系均具有良好的综合性能，能够满足塔里木盆地高温深井及长封固段固井需求。
（3）以降失水剂drf-300s为主剂的低密度水泥浆体系失水量低、稳定性好、抗压强度高，综合性能良好，满足固井要求。