高利軍

(陜西省綜合地質(zhì)大隊，陜西 渭南 714000)

勘查鉆探中繩索取心與普通鉆進特點與差異

高利軍

(陜西省綜合地質(zhì)大隊，陜西 渭南 714000)

結(jié)合新疆大龍口工區(qū)的煤田勘查施工經(jīng)驗，從繩索取心的鉆探施工工藝及鉆進特點分析其與普通鉆進的差異和優(yōu)勢，可以簡化施工工藝、提高地質(zhì)資料準確性、提升鉆進效率等，同時根據(jù)繩索取心的施工鉆進經(jīng)驗提出了繩普鉆結(jié)合、與液動沖擊器相結(jié)合、配置除泥器和除砂器等相應(yīng)措施的建議。

繩索;取心;特點

近幾年來，國家的經(jīng)濟高速發(fā)展，對資源的消耗量也在飛速增長，在這種情況下，國家加大了對資源勘查的投入，同時也為了適應(yīng)地質(zhì)單位的改革，我隊從2005年始就在新疆開始進行煤田勘查的施工，從起初的普通鉆進到現(xiàn)在的繩索取心，現(xiàn)就我單位在新疆大龍口工區(qū)的施工經(jīng)驗，以供交流參考。

1 基本情況

1.1 大龍口工區(qū)的地質(zhì)情況

勘查區(qū)大地構(gòu)造位置屬準噶爾盆地南緣烏魯木齊山前拗陷之泉子街凹陷，礦區(qū)北西出露三疊系、侏羅系地層，其它大部分被第三、第四系覆蓋。

1)新生界第四系全新統(tǒng)(Q4pal)主要為礫石、漂礫、少量砂、亞砂土，砂質(zhì)粘土組成，厚度0～50 m。

2)第三系(N)上新統(tǒng)昌吉河組為磚紅色、黃紅色，灰色礫巖、砂礫巖，夾紅色泥巖，含礫泥巖，有時為礫巖和泥巖互層，礫巖分選較差，鈣質(zhì)泥質(zhì)膠結(jié)。泥巖含砂或小礫，富含姜結(jié)石。

3)侏羅系(J)主要包括中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)、下統(tǒng)三工河組(J1S)、下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)。巖性為泥巖、砂巖、砂礫巖、泥質(zhì)粉砂巖，炭質(zhì)泥巖、礫巖、中—粗砂巖、細砂巖、炭質(zhì)泥巖和煤層。

4)三疊系(T)三疊系地層主要為下—中三疊統(tǒng)倉房溝群韭菜園子組(T1－2j)，下—中三疊統(tǒng)燒房溝組(T1－2sh)，上三疊統(tǒng)小泉溝群白楊河組(T3b)，上三疊統(tǒng)小泉溝群黃山街組(T3h)。

1.2 地層性質(zhì)

第三系、第四系覆蓋層厚度大，膠結(jié)性差，遇水易膨脹，且有不同程度的坍塌掉塊現(xiàn)象;富含姜石和礫石鉆進時震動大，導致鉆頭胎體破裂，且導向性差，屬于不穩(wěn)定復雜地層，施工難度大。下部侏羅紀、三疊紀地層較為穩(wěn)定，進尺較快。

2 鉆進工藝

2.1 普通鉆進方法

2.1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

使用Φ140合金鉆頭開孔，鉆穿地表風化、覆蓋層，下入Φ127孔口管，然后使用 Φ113普通合金、復合片交替使用鉆進上部復雜地層，至穩(wěn)定地層換用 Φ98或 Φ94金剛石、復合片鉆進直至終孔。

2.1.2 工藝過程地面配好鉆具→下鉆→開泵送泥漿→鉆進→卡斷巖心→提鉆→倒出巖心→下鉆→繼續(xù)鉆進……

2.1.3 泥漿使用情況

破碎復雜地層，主要以保護孔壁為主，一般配方:30～50 kg粘土 +1.2 ～3.0 kgNaOH+2‰ ～10‰CMC。泥漿性能為:粘度 20 ～25 s、比重 1.08 ～1.10、失水量小于 20 ml、pH 值 8～10。穩(wěn)定地層，減少粘土用量，加入適量植物膠和腐植酸鉀，降低比重，降低失水量，同時加入少量30﹪水解度的聚丙烯酰胺，更好地沉淀巖粉，形成薄而結(jié)構(gòu)致密的保護性泥皮。

2.2 繩索取心

2.2.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

使用Φ113合金或復合片開孔，鉆穿地表覆蓋層和風化層，至穩(wěn)定基巖下入 Φ108套管護孔，然后用 Φ78孕鑲金剛石鉆頭鉆至終孔。

2.2.2 工藝過程

地表配好鉆具→下鉆→開泵送水→投入內(nèi)管總成→鉆進→卡斷巖心→卸開鉆桿→打撈內(nèi)管總成→退取巖心→投入內(nèi)管總成→加鉆桿→開泵送通泥漿→等待內(nèi)管到底→繼續(xù)鉆進……

2.2.3 泥漿使用情況

破碎地層，仍然以保護孔壁為主。泥漿配方:25 kg粘土+0.5～1.0 kgNaOH+15～25 kg植物膠 +10～20 kg腐植酸鉀。泥漿性能為: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;穩(wěn)定地層，增加腐植質(zhì)酸鉀用量，加入高效潤滑劑和適量的30﹪水解度的聚丙烯酰胺，控制失水量，形成優(yōu)質(zhì)泥皮護壁。

2.2.4 鉆進參數(shù)

鉆壓8～12 KN、轉(zhuǎn)速 350～800 r/min、泵量 40～100 L/min。

3 繩索取心與普通鉆進方法的差異

表1 新疆大龍口工區(qū)施工情況

由此可見，隨著鉆孔深度的增加，繩索取心的優(yōu)越性越發(fā)明顯

3.1 施工工藝不同

3.1.1 鉆桿不同

普鉆使用Φ50地質(zhì)管材，加工精度低，易彎曲;繩鉆使用專用的Φ71無縫鋼管，加工精度高，不易彎曲。

3.1.2 鉆頭的選擇

普鉆使用的是合金鉆頭是切削碎巖機理，而繩鉆所使用的金剛石鉆頭是通過磨削破碎巖石的，由于機理的不同，表現(xiàn)出繩鉆使用的高轉(zhuǎn)速，低鉆壓，小泵量的鉆探規(guī)程，遇到中硬以上的巖石，繩鉆的效率優(yōu)越性越發(fā)顯著。

3.1.3 取心方法不同

普鉆使用的是普通單管加卡斷器取心，泥漿直接沖刷巖心，而繩鉆使用的是單動雙管，泥漿通過雙管環(huán)空間隙循環(huán)，不直接沖刷巖心，故采取率高。在大龍口工區(qū)，普鉆巖心采取率85%，煤心采取率82%;繩鉆巖心采取率98%，煤心采取率95%，可見繩鉆提供的地質(zhì)資料更為準確。

3.1.4 對泥漿的要求不同

泥漿中固相含量對金剛石鉆頭的影響遠大于對合金鉆頭的影響，同時由于繩鉆環(huán)空間隙小，泵壓高，易導致鉆孔漏失等特點。故繩鉆對泥漿質(zhì)量要求很高，一般都采用不分散低固相泥漿。

3.1.5 對地層的適應(yīng)性不同

繩索取心在中硬及中硬以上的完整地層中施工取得了很好的成果，而在地層傾角大，地層破碎，特別是在泥頁巖較多的膨脹性地層中，效果不太理想，存在效率低下，事故率高等問題，而普鉆使用范圍較為廣泛，在各種地層中都取得了不錯的成效。

3.2 成孔質(zhì)量有差異

繩索取心是滿眼鉆具，自身具有導向性，易于控制孔斜，在我們施工的鉆孔中，繩鉆施工的鉆孔被評為甲級孔的為100%，而普鉆施工的鉆孔有乙級孔。

3.3 施工效率

繩鉆通過在鉆桿內(nèi)打撈內(nèi)管總成，提取巖心，極大地減少了輔助工作時間，增加了純鉆進時間，減輕了勞動強度，提高工作效率30%以上。繩鉆撈心不提鉆，抽吸作用對孔壁的破壞小，極大地降低了事故率，提高了鉆探效率。

4 繩鉆使用經(jīng)驗

1)使用繩鉆特別要注意泥漿的使用，不但要做好泥漿的配置，還要做好泥漿的維護工作，泥漿質(zhì)量直接決定鉆速，孔徑，從而影響鉆探效率。鉆孔中憋漏的比例很高，要注意控制固相含量，降低提鉆速度減弱抽吸作用。

2)鉆頭的選擇要根據(jù)地層情況，合理選擇鉆頭純面、胎體，濃度、粒度。新疆地層變化頻繁，盡量選擇使用范圍廣的鉆頭，避免提鉆次數(shù)增加，破壞孔壁;根據(jù)鉆速快慢、巖心直徑等因素及時更換鉆頭。

3)起泥皮問題沒有很好解決，巖粉不能很好地沉淀，在泥漿中重復循環(huán)，使得形成的泥皮質(zhì)量差，孔壁保護不好，易發(fā)生鉆探事故。

4)要注意技術(shù)套管的合理使用，特別是擴孔時要使用導向鉆頭+長巖心管，提高導向性，防止擴偏。

5 建議

根據(jù)本單位使用繩鉆的效果，提出相應(yīng)建議，以供參考:

1)遇到覆蓋層巨厚、或復雜地層較多的情況，我們可以采用上部使用普鉆鉆進，下部使用繩鉆鉆進，就是所說的繩普鉆結(jié)合施工方法。

2)遇到地層硬脆的情況，可以考慮與液動沖擊器相結(jié)合;地層特別破碎，或者粉末煤層難于取得的情況下，可以使用三套管鉆進方法。

3)注意泥漿的凈化工作，配置除泥器和除砂器，降低泥漿固相含量，提高泥漿質(zhì)量。

4)研究解決起泥皮和巖心堵塞和辦法。

6 結(jié)語

實際使用結(jié)果表明:繩索取心鉆進方法確實比普同鉆進方法有很大的技術(shù)進步，在鉆進效率，地質(zhì)資料的準確性、降低勞動強度等方面確實有很大的優(yōu)勢，隨著鉆探水平的提高，繩鉆現(xiàn)在所面對的一些問題必將解決，為鉆探事業(yè)做出更大的貢獻。

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S275.9

B

1004－1184(2012)05－0079－02

2012－05－25

高利軍(1984－)，男，陜西佳縣人，助理工程師，主要從事鉆探技術(shù)方面工作。