勘查钻探中绳索取心与普通钻进特点与差异

高利军

(陕西省综合地质大队，陕西 渭南 714000)

勘查钻探中绳索取心与普通钻进特点与差异

高利军

(陕西省综合地质大队，陕西 渭南 714000)

结合新疆大龙口工区的煤田勘查施工经验，从绳索取心的钻探施工工艺及钻进特点分析其与普通钻进的差异和优势，可以简化施工工艺、提高地质资料准确性、提升钻进效率等，同时根据绳索取心的施工钻进经验提出了绳普钻结合、与液动冲击器相结合、配置除泥器和除砂器等相应措施的建议。

绳索;取心;特点

近几年来，国家的经济高速发展，对资源的消耗量也在飞速增长，在这种情况下，国家加大了对资源勘查的投入，同时也为了适应地质单位的改革，我队从2005年始就在新疆开始进行煤田勘查的施工，从起初的普通钻进到现在的绳索取心，现就我单位在新疆大龙口工区的施工经验，以供交流参考。

1 基本情况

1.1 大龙口工区的地质情况

勘查区大地构造位置属准噶尔盆地南缘乌鲁木齐山前拗陷之泉子街凹陷，矿区北西出露三叠系、侏罗系地层，其它大部分被第三、第四系覆盖。

1)新生界第四系全新统(Q4pal)主要为砾石、漂砾、少量砂、亚砂土，砂质粘土组成，厚度0～50 m。

2)第三系(N)上新统昌吉河组为砖红色、黄红色，灰色砾岩、砂砾岩，夹红色泥岩，含砾泥岩，有时为砾岩和泥岩互层，砾岩分选较差，钙质泥质胶结。泥岩含砂或小砾，富含姜结石。

3)侏罗系(J)主要包括中侏罗统西山窑组(J2x)、下统三工河组(J1S)、下侏罗统八道湾组(J1b)。岩性为泥岩、砂岩、砂砾岩、泥质粉砂岩，炭质泥岩、砾岩、中—粗砂岩、细砂岩、炭质泥岩和煤层。

4)三叠系(T)三叠系地层主要为下—中三叠统仓房沟群韭菜园子组(T1－2j)，下—中三叠统烧房沟组(T1－2sh)，上三叠统小泉沟群白杨河组(T3b)，上三叠统小泉沟群黄山街组(T3h)。

1.2 地层性质

第三系、第四系覆盖层厚度大，胶结性差，遇水易膨胀，且有不同程度的坍塌掉块现象;富含姜石和砾石钻进时震动大，导致钻头胎体破裂，且导向性差，属于不稳定复杂地层，施工难度大。下部侏罗纪、三叠纪地层较为稳定，进尺较快。

2 钻进工艺

2.1 普通钻进方法

2.1.1 钻孔结构

使用Φ140合金钻头开孔，钻穿地表风化、覆盖层，下入Φ127孔口管，然后使用 Φ113普通合金、复合片交替使用钻进上部复杂地层，至稳定地层换用 Φ98或 Φ94金刚石、复合片钻进直至终孔。

2.1.2 工艺过程地面配好钻具→下钻→开泵送泥浆→钻进→卡断岩心→提钻→倒出岩心→下钻→继续钻进……

2.1.3 泥浆使用情况

破碎复杂地层，主要以保护孔壁为主，一般配方:30～50 kg粘土 +1.2 ～3.0 kgNaOH+2‰ ～10‰CMC。泥浆性能为:粘度 20 ～25 s、比重 1.08 ～1.10、失水量小于 20 ml、pH 值 8～10。稳定地层，减少粘土用量，加入适量植物胶和腐植酸钾，降低比重，降低失水量，同时加入少量30﹪水解度的聚丙烯酰胺，更好地沉淀岩粉，形成薄而结构致密的保护性泥皮。

2.2 绳索取心

2.2.1 钻孔结构

使用Φ113合金或复合片开孔，钻穿地表覆盖层和风化层，至稳定基岩下入 Φ108套管护孔，然后用 Φ78孕镶金刚石钻头钻至终孔。

2.2.2 工艺过程

地表配好钻具→下钻→开泵送水→投入內管总成→钻进→卡断岩心→卸开钻杆→打捞內管总成→退取岩心→投入內管总成→加钻杆→开泵送通泥浆→等待內管到底→继续钻进……

2.2.3 泥浆使用情况

破碎地层，仍然以保护孔壁为主。泥浆配方:25 kg粘土+0.5～1.0 kgNaOH+15～25 kg植物胶 +10～20 kg腐植酸钾。泥浆性能为:比重 1.05 ～1.08、粘度 20 ～25 s、失水量小于15 ml、泥皮厚度≦1.5 mm;稳定地层，增加腐植质酸钾用量，加入高效润滑剂和适量的30﹪水解度的聚丙烯酰胺，控制失水量，形成优质泥皮护壁。

2.2.4 钻进参数

钻压8～12 KN、转速 350～800 r/min、泵量 40～100 L/min。

3 绳索取心与普通钻进方法的差异

表1 新疆大龙口工区施工情况

由此可见，随着钻孔深度的增加，绳索取心的优越性越发明显

3.1 施工工艺不同

3.1.1 钻杆不同

普钻使用Φ50地质管材，加工精度低，易弯曲;绳钻使用专用的Φ71无缝钢管，加工精度高，不易弯曲。

3.1.2 钻头的选择

普钻使用的是合金钻头是切削碎岩机理，而绳钻所使用的金刚石钻头是通过磨削破碎岩石的，由于机理的不同，表现出绳钻使用的高转速，低钻压，小泵量的钻探规程，遇到中硬以上的岩石，绳钻的效率优越性越发显著。

3.1.3 取心方法不同

普钻使用的是普通单管加卡断器取心，泥浆直接冲刷岩心，而绳钻使用的是单动双管，泥浆通过双管环空间隙循环，不直接冲刷岩心，故采取率高。在大龙口工区，普钻岩心采取率85%，煤心采取率82%;绳钻岩心采取率98%，煤心采取率95%，可见绳钻提供的地质资料更为准确。

3.1.4 对泥浆的要求不同

泥浆中固相含量对金刚石钻头的影响远大于对合金钻头的影响，同时由于绳钻环空间隙小，泵压高，易导致钻孔漏失等特点。故绳钻对泥浆质量要求很高，一般都采用不分散低固相泥浆。

3.1.5 对地层的适应性不同

绳索取心在中硬及中硬以上的完整地层中施工取得了很好的成果，而在地层倾角大，地层破碎，特别是在泥页岩较多的膨胀性地层中，效果不太理想，存在效率低下，事故率高等问题，而普钻使用范围较为广泛，在各种地层中都取得了不错的成效。

3.2 成孔质量有差异

绳索取心是满眼钻具，自身具有导向性，易于控制孔斜，在我们施工的钻孔中，绳钻施工的钻孔被评为甲级孔的为100%，而普钻施工的钻孔有乙级孔。

3.3 施工效率

绳钻通过在钻杆内打捞內管总成，提取岩心，极大地减少了辅助工作时间，增加了纯钻进时间，减轻了劳动强度，提高工作效率30%以上。绳钻捞心不提钻，抽吸作用对孔壁的破坏小，极大地降低了事故率，提高了钻探效率。

4 绳钻使用经验

1)使用绳钻特别要注意泥浆的使用，不但要做好泥浆的配置，还要做好泥浆的维护工作，泥浆质量直接决定钻速，孔径，从而影响钻探效率。钻孔中憋漏的比例很高，要注意控制固相含量，降低提钻速度减弱抽吸作用。

2)钻头的选择要根据地层情况，合理选择钻头纯面、胎体，浓度、粒度。新疆地层变化频繁，尽量选择使用范围广的钻头，避免提钻次数增加，破坏孔壁;根据钻速快慢、岩心直径等因素及时更换钻头。

3)起泥皮问题没有很好解决，岩粉不能很好地沉淀，在泥浆中重复循环，使得形成的泥皮质量差，孔壁保护不好，易发生钻探事故。

4)要注意技术套管的合理使用，特别是扩孔时要使用导向钻头+长岩心管，提高导向性，防止扩偏。

5 建议

根据本单位使用绳钻的效果，提出相应建议，以供参考:

1)遇到覆盖层巨厚、或复杂地层较多的情况，我们可以采用上部使用普钻钻进，下部使用绳钻钻进，就是所说的绳普钻结合施工方法。

2)遇到地层硬脆的情况，可以考虑与液动冲击器相结合;地层特别破碎，或者粉末煤层难于取得的情况下，可以使用三套管钻进方法。

3)注意泥浆的净化工作，配置除泥器和除砂器，降低泥浆固相含量，提高泥浆质量。

4)研究解决起泥皮和岩心堵塞和办法。

6 结语

实际使用结果表明:绳索取心钻进方法确实比普同钻进方法有很大的技术进步，在钻进效率，地质资料的准确性、降低劳动强度等方面确实有很大的优势，随着钻探水平的提高，绳钻现在所面对的一些问题必将解决，为钻探事业做出更大的贡献。

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S275.9

B

1004－1184(2012)05－0079－02

2012－05－25

高利军(1984－)，男，陕西佳县人，助理工程师，主要从事钻探技术方面工作。