地质钻探中绳索取芯钻探技术的应用分析

摘要：一直以来，绳索取芯技术因其良好的可操作性以及勘探结果的高精度，在地质勘查中被广泛应用。随着我国地质勘探中钻探深度不断增加，辅助作业时长也随之延长，在提高整体钻探效率方面面临着重大挑战。鉴于这些问题，本文旨在对绳索取芯钻探技术的应用进行全面探讨，以期为该领域的专业人员提供有价值的见解。

关键词：地质钻探；绳索取芯钻探；钻进工艺

引言

在绳索取芯技术的应用中，必须利用绳索从钻柱中提取取样管。这一过程无需移动钻柱；通常情况下，只有在检查钻头时才需要提升钻柱。该技术对于取芯以及提升钻杆来说至关重要，尤其是当钻头出现问题需要检查或更换时更是如此。这种方法的基本原理是，当岩芯管装满岩芯或发生堵塞时，会使用一种专门的绳索打捞工具从钻杆中取出容纳岩芯的管子，这样就无需将钻杆提升至地面了。绳索取芯技术实际应用中所使用的主要工具包括岩芯管和打捞设备，而且钻探时长相对较短。此外，钻探作业过程中钻杆的起下次数被降至最低，这有效地减少了钻头的摩擦，延长了钻头的使用寿命。目前，绳索取芯技术主要应用于岩芯钻探以及石油、天然气、地热能等资源的勘探当中。

1 合理选取设备

在地质勘探工作中，工作人员配备一套齐全的绳索取芯钻探工具至关重要。这一准备工作是应对诸如水敏性地层坍塌、涌水以及勘探过程中漏失等挑战的关键举措。通常，钻探作业采用由 S95 钻机、S75 钻机和 S59 钻机组成的三级配套方案。首先，使用 S95 钻探工具穿透覆盖层下方的 φ89 毫米技术套管。随后，工作人员将 S95 工具更换为 S75 绳索取芯工具来完成最终的钻孔作业。鉴于绳索取芯钻具的环状间隙相对较窄，其在维持冲洗液质量方面面临重大挑战。因此，施工现场的工作人员必须配备种类齐全的泥浆搅拌设备。必须确保钻探作业不间断进行，同时要做好泥浆调配工作，尤其是在出现钻井液漏失的情况下。在进行深孔或超深孔作业时，相关工作人员务必优先选用新型或加固型钻杆，以增强钻杆的密封性能和结构完整性。此外，还必须采用加固型卡瓦和双闸板系统，以降低钻孔内发生事故的风险，从而保障钻探作业安全、高效地进行。各种各样的机械部件和泥浆材料为钻机的顺畅运行提供了后勤保障基础，能最大限度减少停机时间，进而提高作业效率。

2 科学选取钻进工艺及参数

2.1 科学设计钻孔结构

相关人员在设计钻探作业的钻孔结构时，必须考虑多个因素，包括钻探目标、岩层的地质特征、遇到的复杂状况、钻探深度以及终孔直径。较小的孔径会使作业变得复杂；如果在较深的位置出现复杂问题，修复就会变得棘手。在此种情况下，套管可能无法取出，还可能出现套管损坏的情况，由于需要反复在地下对套管进行干预，会导致大量时间浪费，最终降低钻探效率。反之，如果开孔半径过大，工作人员就必须通过采用科学分级的套管来增强绳钻在高速钻进时的稳定性，以降低钻杆断裂的风险。此外，结合以往在特定区域的实地勘查情况，钻探结构的设计可分为两类：对于常规钻探，采用三级孔径，钻孔延伸至基岩并下入一根 108 毫米的井口管；接着往地层中钻进一根 φ95 毫米的套管作为预留直径，然后使用 S75 钻具完成终孔。对于复杂的钻探情形，操作人员需要钻一个五级的 150 毫米的钻孔，以便在基岩中下入一根 146 毫米的井口管，随后再用 S75 钻具完成终孔。在这两种钻探类型中，无论结构设计如何，都务必使井口管与正在使用的钻杆之间的间距保持最小。间距过大可能会导致钻杆弯曲，严重影响绳索取芯钻探作业的效率。

2.2 合理选取钻头

在地质勘探工作中，我们常常会面临一些特定区域地质状况极为复杂的挑战。某些地区的地质构造复杂多样，地层中既有坚硬的岩石，又有相对较软的岩层交错分布。在这样的环境下进行钻探作业，普通单一功能的钻头往往难以满足需求，所以建议采用能够有效穿透硬岩和软岩地层的多功能钻头。此时，对于参与作业的人员而言，钻头的选择成为了一项关键任务。他们需要依据岩石的多种特性来进行细致考量。比如，若岩石硬度较高、强度较大且研磨性强，那么就需要选择具有特殊唇面形状的钻头，这种唇面形状能够更好地承受高压力和高摩擦力，将力量均匀分散，防止钻头过快磨损。同时，胎体硬度也要与之匹配，过硬可能导致钻头脆裂，过软则会使钻头过快损耗。而对于均质性较差的岩石，钻头的适应性要求更高，其唇面形状和胎体硬度的组合需要更加精准，这样才能确保在复杂地质条件下顺利开展钻探工作，提高钻探效率并保障作业安全。

2.3 顶漏钻进工作分析

根据大量的实战经验表明，在进行矿区作业时，钻孔漏失较为多见。通常指的不是一个点的漏失。所以，相关的工作人员需要研究“顶漏钻进”分段治漏的手段。具体来说，顶漏钻进的基本条件包括如下几个方面：首先，施工层段较为平稳，水源较为充分；其次，采取优质泥浆护孔可以迅速实现完工，较下套管更加经济实用。顶漏钻进期间，由于无法返水，在开钻之后，相关的工作人员要精准估算时间，将泥浆送到底部才能开钻。

3 绳索取芯钻探技术措施分析

3.1 案例概况

某区域地质构造复杂程度较高，主要地质发育特征为断裂。在矿区钻探施工中，矿区地层上覆第四系，厚度在10～20m 之间；在上部部分区块地层中，含有金石英脉，地层结构松散，容易发生漏失。在钻探施工过程中，在裂隙、孔隙等复杂地质因素的影响下，容易发生漏失、掉块、卡钻等问题。另外，下部地层中含有泥质以及钙质板岩，由于存在裂隙，也易发漏失问题。因此，该矿区地层条件复杂，绳索取芯钻探施工难度较大。

3.2 采取措施

钻探期间主要采用的施工措施如下：首先，在钻进期间，一旦出现钻压或者泵压骤然上升的问题，这就说明岩芯充满岩芯管或岩芯受到阻塞，此时就要暂停钻进活动，而且要卡断岩芯，然后将钻具提离孔底一定间隔，相应地使用夹持设施夹住钻杆，扭动机上钻杆，下放内管打捞装置予以内管打捞。其次，如果打捞装置逐渐靠近内管总成的时候，相关的工作人员要相应地放慢速度，避免捞矛头或者打捞钩遭到较为强烈的冲击从而受损，打捞器在冲洗液中的下降速率要控制在一定范围内。如果内管总成提动，那么此时就需要按照正常的速率予以提高。不仅如此，倘若钻杆中出现了诸多冲洗液流出，那就代表其业已顺利打捞，不然的话就需要暂停上升，再次打捞或者提钻处置。再者，在提高钻具以及打捞内管的过程中，相关的工作人员要在第一时间向孔内回灌一定规模的冲洗液，防止其由于钻杆柱外的液面降低，而引发钻杆柱内外间出现压力差，从而导致孔壁下沉。最后，如果内管提高至地面，那么相关的工作人员就需要从卡簧座或者接头处卸开，然后再从岩芯管提取出岩芯。

4 结语

综上所述，不难看出合理使用绳索取芯岩心钻探技术可以有效提高钻进效率以及钻孔质量，减小劳动强度，不仅如此，科学的钻具级配、钻孔结构以及钻进参数等方面的工作处理，是有效提高绳索取芯钻探整体效率以及钻孔质量的核心所在。绳索取芯技术钻探效率高，而且能够保证钻探质量。因此，对绳索取芯钻探技术在复杂地层矿区钻探中的应用方式进行深入研究意义重大。

参考文献：

[1]王山海，马功社.浅析煤矿井下绳索取芯钻探技术应用效果[J].陕西煤炭，2023（6）：29-31.

[2]王慧源，王海东.浅析绳索取芯钻探技术的施工[J].中国科技博览，2023（33）：342.

[3]袁萌萌.浅谈绳索取芯技术在矿区钻探施工中的应用[J].建筑工程技术与设计，2023（33）：177.

作者简介：

作者姓名：吴金国

作者单位：内蒙古煤炭地质勘查（集团）一零四有限公司（内蒙古自治区煤田地质局104勘探队）

作者专业：地质工程

作者学历：大学本科

作者职称：高级工程师

论文方向：钻探工程