绳索取心工艺在小口径钻探中的应用

汪学春

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局 乌鲁木齐830000）

1 绳索取心钻进工艺的使用情况

近年来在小口径钻探施工的过程中，人们逐渐承认普通钻进工艺的频繁起下钻，不但劳动强度大，而且花费大量的辅助时间，台月效率不足（纯钻时间达不到并且材料耗损大，经济效益低）的事实；随着绳索取心技术不断改进，其相对于常规钻进工艺的优越性愈加凸显出来：⑴钻进效率高（由于不提钻采取岩心，使钻进辅助时间减少；虽然绳索取心钻头的壁厚比普通取心钻头厚，钻进时的机械钻速略低于普通钻头，但由于减少了辅助时间，增大了纯钻进时间，所以总的钻进效率仍比普通钻头高，且这种趋势随孔深的增大而增大）。⑵钻头寿命长（由于钻杆与孔壁间隙小，钻头在孔内工作平稳；随着提钻次数的减少，其拧卸、碰撞的机会及扫孔时的磨损减少，使其寿命延长；通常，绳索取心钻头寿命比普通钻头寿命高一倍左右）。⑶钻探成本降低（由于绳索取心钻进效率高、班进尺的提高，使得施工时间缩短，节约了人工、燃料等费用；据有关资料统计，使用绳索取心钻进成本降低30%～40%）。⑷钻进时孔内安全和便于测斜（由于减少了提钻次数，因而缩短了孔壁的裸露时间，也减少了升降钻具时对孔壁的破坏；同时钻杆还可以起到套管的作用，使下放测斜仪器更加方便、安全、敏捷）。⑸地质效果好（绳索取心钻进基本呈"满眼"钻进，具有很好的防斜作用，由于钻具抖动小使得岩心采取率高，完整度高；由于打捞速度快、提升平稳以及岩心堵塞报警等特点；当岩心堵塞时，便于立即处理，可以减少岩矿心的损耗；因而绳索取心的岩心完整度和纯洁性好，采取率高）。⑹减轻劳动强度（由于不提钻采取岩心，使得在整个钻探施工过程中，起下钻具次数少，因此减轻了劳动强度。随着钻孔深度的加深，这个优点变得越来越明显）。

我公司2005年开始组建成立小口径钻探施工队伍，通过近十年的努力和实践，小口径钻探施工从最初使用普钻工艺发展到现在的绳索取心钻进工艺，公司的装备和技术水平有了很大的提高。

2 生产施工中取得的经验

通过这几年的机台工作和施工工艺变化的学习，现谈谈我们在小口径钻探施工中使用绳索取心钻进工艺的一些看法

2.1 孔身结构设计

小口径钻探施工无论是采用普钻还是绳钻工艺其孔身结构设计都是一样的，第四纪覆盖层采用硬质合金钻头（现在已经有专门用于施工卵砾石地层的金刚石钻头）跟管钻进，一般根据覆盖层厚度、预计下入技术套管的层数来确定开孔口径，使其保持钻进至最后完整基岩层时的口径，逐级下入套管，以利于金刚石钻进时的孔径级配。按正常规程钻进，一定要留有备用口径作为预留口径。

2.2 冲洗液的选择

由于绳索取心钻进环状间隙小，而造成泥浆循环压力过高，容易造成循环漏失压垮孔壁；频繁的打捞造成的抽吸，容易使地层变得复杂不稳定；当转速超过600r/min时，钻杆内壁会结泥皮，使内管打捞、投放困难等原因，绳索取心钻进对泥浆质量要求比普钻要高；在基岩岩层完整，不漏不塌，无缩径现象，应采用清水加乳化冲洗液。岩层较完整，有轻度坍塌，应使用无固相、低固相泥浆做冲洗液。岩层破碎，有中等坍漏，或超径、缩径现象，应采用堵漏泥浆、速凝水泥或高分子聚合物堵漏，然后选用适当的优质冲洗液。严重漏失、坍塌的岩层，可在钻具表面涂润滑膏、黄油润滑的办法，并采用堵漏泥浆。如漏失层位厚度不大，可采用速凝水泥或高分子聚合物堵漏。如漏失层连续出现，厚度较大，采用其他方法处理困难时，应用套管隔离，然后选用适当冲洗液。

绳索取心钻进的泥浆中，不能加入一些大颗粒的惰性材料，对漏失严重的地层随钻堵漏的效果不明显；普钻泥浆中的固相含量和惰性材料可进入地层裂隙中起到好的堵漏的效果。

2.3 绳索取心钻进规程确定

绳索取心钻具系列中，钻杆、岩心管、扩孔器和钻头的直径差异小，基本形成满眼钻进，合理的钻径组合，严格的钻具与孔径级配（在煤系易缩径地层使用加大钻头、扩孔器组合），有利于使用较大的规程参数，开高速钻。但钻进规程的“三要素”，要配合恰当，要根据设备、地层及使用的钻头类型等合理确定。

其中，转速是提高钻速的决定因素；设备又制约着转速的提高，泵量必须与钻速的增长相适应；泵量过大，容易冲毁岩心，降低回次进尺；泵量过小，容易造成岩粉淤积，从而导致冷却不良，引起烧钻。钻压是辅助要素，施工过程中不要盲目通过增加钻压来得高钻速。钻压过高，易造成孔斜；钻压过低，不能形成对岩石的体积破碎，同时钻压的大小还受钻具，钻杆强度的限制。

在冲洗循环液管路中应安装流量表和泵压表。地层漏失程度的变化，岩层软硬的不同，可能引起泵压较大幅度的变化，但冲洗液的流量应该是一个稳定值；注意流量的变化，使其保持一个稳定值，对于判断岩心是否堵塞，防止孔内烧钻，提高效率是非常重要的。

2.4 绳索取心钻进遇到的一些问题及处理措施

2.4.1 内管总成投入的问题

顶漏钻进不能像返水孔那样直接将由内管总成孔口投入，否则会因为钻孔内无水使内管总成形成自由落体，形成较大的冲击力而冲毁悬挂环、座环及内管其它部位，造成不必要的事故。要采取：⑴利用打捞器送内管总成到位，同时适当锯短脱卡管；由孔深确定脱卡管的长度，降低冲击力从而达到安全脱卡的目的。⑵下入内管总成前，向钻杆柱内灌水，使之形成零时水位，然后迅速由孔口投入内管总成。

2.4.2 如何提高回次进尺

裂隙较发育、破碎地层的岩心容易堵塞内管，使回次进尺降低。在实践中总结出:⑴调整钻头内台阶与内管卡簧座的间隙在4～6mm之间，使得冲洗液不致将岩心冲蚀；间隙太小内管易被卡死，造成内管打捞不出。⑵内管保持通直、没有凸凹坑点，否则易卡阻岩心。⑶卡簧不变形。一般用手将卡簧套在已取出的完整岩心上，能轻松通过为宜。⑷确保最佳泵量，在保证孔底干净的前提下，用最小的水量。⑸转速均匀，压力稳定；不要轻易改变钻进规程参数，并注意倒杆时不提动钻具；一般转速较高，回次进尺也相应较高。

2.4.3 内管打捞困难

岩心堵塞时，必须打捞内管取出岩心，但经常遇到打捞时提拉困难或提拉不动的情况，多数是由于以下原因所致:(1)岩心堵塞后施以较大的钻压，致使岩心卡死在钻头上，导致内管总成在钻头与弹卡挡头之间顶死，弹卡不收扰。出现这种情况时，可以使用脱卡管安全脱卡，然后将打捞器以较快的速度下入孔内，使其以适当的力量撞击矛头，岩心受振松动，弹卡收缩回位，打捞可获得成功。(2)由于卡簧松开，卡簧倒扣，内管总成中某些连接丝扣松动，脱开等原因引起的内管掉落在钻头上，导致弹卡不能收拢；或者由于轴承损坏，使滚珠落入内外管间隙中，卡死内外管；矛头中的个别弹性销钉断裂脱出，卡住内外管;悬挂环强硬进入座环被卡死等原因引起内管不能打捞成功时，必须提钻处理。因此，为防止上述事故发生，应在每次下放内管时做详细检查，将卡簧座拧紧并查看是否变形，活动部位的灵活性，丝扣部位的连接紧密，同时要勤于保养内管总成。

2.4.4 其他应注意的问题

绳索取心钻具、钻杆加工精度要求高，各丝扣处管壁较薄、结构轻巧，使用过程中一定要注意保护和保养，严格按规程操作，搬运时轻拿轻放。钻杆钻具有变形、损坏,不符合要求的一定要及时校正或更换；根据岩层、设计孔深等具体情况，钻头、扩孔器要排队轮换使用；先用外径大的，后用外径小的，同时也应考虑先用内径小的，后用内径大的；在轮换过程中，应保证使排队的钻头、扩孔器都能正常下到孔底，以避免扫孔、扫残留岩心；提钻后必须用游标卡尺，精确测量钻头和扩孔器的外径、内径以及孕锒钻头的高度，并做好记录，以作为下个回次选择钻头及扩孔器尺寸的依据。

3 采用绳索取心钻进工艺的小结

⑴钻孔结构一定要留有备用口径（由于循环压力过大在上一级套管内径允许的情况下，尽量加大钻头外径，以减少循环压力。）

⑵绳索取心钻进为防止钻杆内壁结泥皮，使打捞投放困难，在使用优质泥浆的前提下，不为了追求高时效而刻意采用高转速。

⑶严禁打懒钻，岩心堵塞后就应及时打捞（有时为了在孔底解除而采取了好些措施，反而造成卡簧倒扣，内管总成上下顶死而打捞失败、内管弯曲或卡簧进入内管）。

⑷确保内管总成到位，防止打单管；浅孔时可通过声音判断、深孔时通过多种报信的方法判断内管是否到位，为了保险起见不妨多等几分钟。

⑸打捞时要拧上孔口护丝，防止钻杆母扣与钢丝绳过渡磨损，造成钢丝绳拉断或钻杆丝扣漏水、脱扣、断裂。

⑹一定要控制打捞及上下钻速度；提大钻，特别是打捞时将钻孔内大部分冲洗液带上来，容易使孔壁失去稳定，在打捞及上下钻时（尤其是不稳定地层）切记除了不要过分提高速度外，还要在孔口给孔内注水。

⑺普钻钻杆的强度远远大于同级施工的绳索取心钻杆的强度，在复杂地层（像大肚子孔段）绳钻远远大于普钻钻杆折断的几率；所以提高加工工艺、管材质量还是非常必要的。

⑻绳索取心虽然有满眼钻进、提钻次数少、有利于快速穿过复杂地层的特点，但在一些特殊地层由于绳索取心技术本身的缺陷，它的其效率还赶不上普钻，甚至于会产生无法钻进的情况。