复杂地质条件下钻探卡心与取样技术

孙凯

摘 要：在钻探工作中，遇到相对比较复杂的地质条件是比较常见的情况。而且获取相应的岩石样本是钻探工作人员的主要工作内容。因为这些岩石样本，包括岩石的碎屑或者是岩心都具有较高的研究价值。久而久之，获得矿物样品成为钻探工作不可缺少的内容之一。众所周知，由于我国国土面积广阔，南北方地质差异相对较大，无论是从地形还是地貌上都有本质的却别。因此，钻探工作所面临的问题和挑战层出不穷。对此，应用钻探卡心和取样技术是保证钻探工作得以顺利进行的关键。

关键词：地质条件；钻探卡心；取样技术；研究分析

现如今，生态环境建设和社会经济发展逐渐融为一体，所以，在进行钻探工作中，更多地是对地质条件进行保护。为了充分地满足科学研究的需要，钻探卡心与取样技术逐渐广为应用。在现有的取样技术的基础上，技术人员经过努力研究，不断地完善和改进技术条件。在多种地区进行钻探工作时，都采用钻探卡心和取样技术。其中比较典型的就是新疆地区和北京地区。只有高质量的钻探工作才能够保证对岩石矿石样本研究的准确度越高。因此，促进钻探卡心和取样技术的高效发展成为现如今钻探领域研究的重点和关键。

1 地质工作对钻探岩石样本的基本要求

由于钻探工作的重要性不言而喻，因此在实际的工作中，无论是技术人员的专业水平还是所用钻探机械设备的质量都应该达到规定的标准。高质量的设备是提升钻探效率和安全性的前提和基础。与此同时，地质工作对岩石样本也提出了较高的要求。因此，在进行岩石取样的过程中，采取率就是工作人员必须重视的内容之一。因为岩石样品的采取率直接影响到以后物理实验或者是化学实验的精准度。不仅如此，岩石样本本身还应该具有一定的完整性。因为，岩层结构本身是固定的，只有相对比较完整的岩石样本才能够给研究人员提供相对比较明确的信息，进而使得地质工作达到事半功倍的效果。另外，样品还需要具有一定的代表性。所谓的代表性就是指岩石是些能够充分体现一个地区或者是一定范围内岩石的特点。通过对样品的成分进行测量，可以直接断定这一地区岩石的特点。最后，钻探样品所处的坐标应该具有一定的精准性，这也是比较重要的特点。

2 比较常见的卡心工具

由于钻探岩石样本仅仅依靠人力不可能实现，因此需要依靠技术水平相对较高的机械设备来对岩屑进行充分采集。一般来说，选择适当的卡心可以降低钻探的难度，提升工作效率。更重要的是，工作人员要保证卡心工具和岩石的性质达到一致。工作人员要注重岩石拉断工作的操作方式和时间。常见的卡心类型有三点：第一是内槽式。第二是外槽式。第三是切槽式。在对这三种卡心形式进行选择的过程中，工作人员主要应该以钻探地区的地质条件为依据。

3 卡心工作失败的原因分析

在具体的钻探工作中，卡心失败现象也比较常见（图1为几种不同类型的卡心），主要原因如下所示：第一，a种类型的卡心主要是以小块岩石的钻探为主，卡心卡簧的直径和岩心相比相对较大。所以在遇到破损程度相对较大的岩石时，卡心工具就会出现严重地破损现象。第二，b种类型的卡心出现失败现象的原因主要应该归结于岩石的坚硬程度。如果钻孔径超过的规定范围，卡簧会出现缠绕岩心的状态，无法实现拉断操作的正常进行。第三，c种类型的卡心失败主要是岩石表面存在厚度较大的包裹层，而且岩心的凸凹程度不均匀，所以直接影响到卡心的操作。第四，d种类型的卡心出现失败现象的原因出现在卡簧上。其刚度和孔底之间的差异相对较大，卡簧和岩心的契合程度就相对较低。技术人员和研究人员只有充分认识到各种不同类型卡心工作出现失败现象的主要原因之后，才能够根据不同的岩石特点选择相对比较合适的卡心类型，保证钻探工作能够高效进行。

4 获取孔底岩屑的技术分析

4.1 钻进过程中获取岩屑的重要性和基本方法

钻井股从横中获取岩屑在地质工作中具有至关重要的作用。钻头破碎岩石的岩屑能直接表现出孔底岩石矿物的基本性质和特征；如果是无岩心钻进操作，所收集的岩屑将成为获取孔底地质信息的重要依据；钻进过程中收集的岩屑还能直接减少孔内岩石粉末堆积事故的产生，是净化泥浆、降低投入资金的重要手段。收集岩屑的方法主要有地表法和孔底法两种。通常情况下石油钻井以地表岩屑录井方法为主，而孔底法主要运用于地质岩心钻探过程中。

4.2 获取孔底岩屑的方法

第一，全孔反循环法。在收集空地岩屑的过程后中，通常要将钻进过程中产生的岩屑引入到岩心管中，在满足以上条件后，空地岩屑的可靠性与孔内流体的循环方式存在紧密的联系。如下图2所示，a、b、c代表的是全孔反循环法，d代表的是孔底局部反循环法，I代表的是风管，II代表的是气水混合物；III代表的是岩粉收集器；IV代表的是岩心管；1代表的是喷嘴；2是负压区；3是分流管道；4是岩心管；5是滤网；6是管；7是岩屑收集桶。图2中a、b表现的是全孔反循环采集孔底岩屑方式，a中主要使用沉淀法，利用沉淀法将孔底岩屑统一置放在取样管中，起钻开始后将其带到地表位置。b方法在要求工作人员在取样管以上位置添加螺旋叶片，利用携带岩屑的流体在离心力作用下将岩屑分离出来，并利用沉淀法将其聚集在样品管中。全孔反循环的方法在使用过程中必须紧闭孔口，由于该方法具有结构复杂等特点，导致施工过程复杂，难以顺利开展。

第二，孔底局部反循环法。该方法以喷射式孔底为主，其主要作用是保护岩心的完整性，能同时满足破碎'脆弱性'坚硬性演示的取心钻进需求。该方法示意图如图2中d所示。孔底局部反循环法的缺点在于反循环的效率越低岩屑运移的总量越少，冲洗液中岩屑的浓度越低，反循环的效率越高。因此该方法通常不用在钻软和中硬岩石和岩粉的钻探采集过程中。

结束语

总而言之，在地质钻探工作中，尤其是在地质相对比较复杂的情况下，选择科学合理的钻探卡心以及先进的取样技术是尤为重要的。不仅可以促进钻探行业的高效发展，还可以将各种不同类型的取样技术进行全面地推广应用。进而提升岩石样品的研究力度，促进社会的全面发展。■

参考文献

[1]曲亚明.科学钻探超深孔侧壁取样技术方案研究[D].中国地质大学（北京），2011，2（3）：12-16.

[2]曹栋.复杂地质条件下矿井安全高效开采地质保障技术[J].科技致富向导，2013，5（32）：34-90.

[3]孙玉民.钻探技术在复杂地质条件下探放老空水及探明未知采空区范围中的应用[J].山西煤炭管理干部学院学报，2014，3（2）：32-33.