摘要：繩索取芯具有地質(zhì)效果好，鉆進(jìn)效率高，孔內(nèi)事故少等優(yōu)勢【1】。經(jīng)過在武漢后湖地區(qū)的斷裂帶鉆探工作的實(shí)踐表明，繩索取芯鉆進(jìn)滿足斷裂帶鉆探工作的要求，且能夠較好完成斷層鉆探的技術(shù)要求，具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，可以在斷裂帶的鉆探工作中推廣。

關(guān)鍵詞：繩索取芯；斷裂帶；鉆探

前言

地震是一種強(qiáng)烈破壞性地質(zhì)災(zāi)害，特別是斷層控制的構(gòu)造地震，一旦發(fā)震，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來危害。特別是在汶川地震、玉樹地震發(fā)生后，國家加大對(duì)孕育構(gòu)造地震的斷層的研究，特別是深大的潛伏斷裂帶。橫穿湖北省中部有一條重要的深大斷裂，就是襄樊-廣濟(jì)斷裂帶【2】。該斷裂帶西至四川省，相接于城口斷裂，東至安徽省，交匯于北北東向郯廬斷裂帶的南端，由郯廬斷裂帶、麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶、襄樊-廣濟(jì)斷裂帶和近東西向桐柏-大別山北麓斷裂帶圍限切割的大別斷塊隆起，是江淮之間中強(qiáng)震最頻繁地區(qū)，其構(gòu)造互動(dòng)作用是控震-孕震的主要因素之一【3】。

為此由武漢地震工程研究院牽頭，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院項(xiàng)目工作人員在襄樊-廣濟(jì)斷裂帶武漢后湖地區(qū)進(jìn)行了鉆探工作。為了能夠較為準(zhǔn)確的研究該斷裂帶，必須保證良好的取芯率，為此本項(xiàng)目采用繩索取芯。

1繩索取芯

繩索取芯鉆進(jìn)是指在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)巖心充滿巖芯管后，不需要提鉆取芯，而是以鉆桿為通道，借助于繩索和專用打撈工具，把鉆進(jìn)過程中儲(chǔ)存在巖心管中的巖心提升到孔外的取芯鉆進(jìn)方法【4】，這種方法具有機(jī)具結(jié)構(gòu)簡單、鉆進(jìn)效率高、巖芯質(zhì)量好、巖芯浸泡時(shí)間最短、勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

（1）繩索取芯鉆具

繩索取芯鉆具結(jié)構(gòu)有兩部分組成，分別是繩索取芯雙層巖心管和打撈器，雙層巖心管部分包括外管總成和內(nèi)管總成，繩索取芯鉆具見圖1。

圖1 繩索取芯鉆具

本工程中使用的使用的繩索取心鉆具型號(hào)為Φ95mm，具體規(guī)格見下表

表1 鉆具規(guī)格

鉆頭擴(kuò)孔器外徑/mm內(nèi)巖心管外巖心管

外徑/mm內(nèi)徑/mm壁厚/mm 外徑/mm內(nèi)徑/mm壁厚/mm外徑/mm內(nèi)徑/mm壁厚/mm

95.56316.25967367389795

（2）工作原理

在鉆孔內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，繩索取芯鉆具的外管和鉆頭一起同鉆速鉆進(jìn)，而內(nèi)管保持不轉(zhuǎn)動(dòng)，在繩索取芯的時(shí)候，先將打撈器固定在主卷揚(yáng)上，然后把打撈器下入到鉆孔內(nèi)，與外管內(nèi)徑結(jié)合，最后提出打撈器，同時(shí)帶出內(nèi)管和巖芯，取出巖芯后，再用主卷揚(yáng)或者副卷揚(yáng)把內(nèi)管放入外管內(nèi)徑放到孔底。

2繩索取芯關(guān)鍵技術(shù)

2.1鉆探設(shè)備選擇

設(shè)備的選擇原則主要考慮一是要滿足斷層探測孔鉆進(jìn)能力要求；二是根據(jù)經(jīng)費(fèi)投入盡量選先進(jìn)設(shè)備，以保證斷層探測孔的質(zhì)量；三是要滿足斷層探層孔的技術(shù)要求。

2.1.1鉆機(jī)

本項(xiàng)目在綜合考慮以上原則之后選用較為先進(jìn)的全液壓CSD1300L型巖心鉆機(jī)。該鉆機(jī)采用全液壓動(dòng)力，履帶式底盤，能夠自由行走，最大鉆進(jìn)深度1300m，滿足本工程鉆探孔施工的各項(xiàng)技術(shù)要求。詳細(xì)的鉆機(jī)性能見表2。

表2 CSD1300L型巖心鉆機(jī)性能表

動(dòng)力頭最大扭矩4257Nm主卷揚(yáng)最大提升力68kN

最大通孔直徑117mm提升速度28m/min

轉(zhuǎn)速0-1182r/min副卷揚(yáng)最大提升力11kN

給進(jìn)行程3500mm提升速度120m/min

最大給進(jìn)力50kN柴油機(jī)型號(hào)CumminsGBTA5.9

最大起拔力127kN功率132KW@2500r/min

鉆進(jìn)角度45°- 90°外形尺寸5100*2350*2600mm

行走速度2km/h鉆機(jī)質(zhì)量8500kg

2.1.2泥漿泵

選擇廠家配套在CSD1300L型巖心鉆機(jī)上的泥漿泵，性能穩(wěn)定，能滿足斷層探測孔的鉆進(jìn)要求。

2.2鉆頭

鉆進(jìn)的重要工具和先決條件是鉆頭，特別是對(duì)于繩索取芯鉆進(jìn)來說，鉆頭的質(zhì)量的要求更加嚴(yán)格。鉆頭的壽命是鉆頭選擇的重要參考參數(shù)，如果在鉆進(jìn)過程中經(jīng)常需要更換鉆頭，那么繩索取芯鉆進(jìn)也就沒有意思了。為保證鉆頭的壽命必須從以下兩個(gè)方面把握：

一是鉆頭的加工質(zhì)量。由于有較多的金剛石鉆頭的制作方法和工藝復(fù)雜質(zhì)量指標(biāo)多，所以必須嚴(yán)格按照制作方法進(jìn)行制作并且嚴(yán)格控制各項(xiàng)指標(biāo)在誤差允許中。對(duì)于達(dá)不到要求的鉆頭，一律不使用。

二是選擇適合的鉆頭。為了能夠較好地完成任務(wù)，選擇時(shí)必須依據(jù)項(xiàng)目的地層情況、設(shè)備配套條件和工藝水平來選擇金剛石鉆頭。

本項(xiàng)目根據(jù)場區(qū)地層條件及鉆探技術(shù)要求，選用適應(yīng)強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化砂巖地層鉆進(jìn)的金剛石復(fù)合片鉆頭。

2.3泥漿

繩索取芯鉆進(jìn)系統(tǒng)有較小的鉆具與井壁的外環(huán)空間隙和鉆桿內(nèi)壁與內(nèi)管或打撈器的內(nèi)環(huán)間隙，且高速轉(zhuǎn)動(dòng)，都容易能使鉆桿內(nèi)壁結(jié)泥垢，縮小了鉆桿內(nèi)徑，打撈和內(nèi)管總成的升降就比較困難，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)迫r心困難甚至失敗【5】。泥垢往往出現(xiàn)在靠近孔口2～4根立根處，其厚度由上至下逐漸變薄。為了較好的完成研究任務(wù)，在配制泥漿時(shí)，主要采取了以下措施：一是減少固相在泥漿中的含量；二是更加充分的攪拌固相與液相。

3繩索取芯技術(shù)成果

在物探綜合分析的結(jié)果上，分別在斷裂帶的上下兩盤進(jìn)行鉆進(jìn)工作。為了能更好地了解繩索取芯技術(shù)的優(yōu)勢，在斷裂帶上盤的1號(hào)孔的鉆進(jìn)使用繩索取芯，下盤的2號(hào)孔的鉆進(jìn)使用普通硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。通過對(duì)比，說明繩索取芯具有地質(zhì)效果好，鉆進(jìn)效率高，孔內(nèi)事故少等優(yōu)勢。

（1）地質(zhì)效果好

具有雙管單動(dòng)鉆進(jìn)，巖芯堵塞報(bào)信機(jī)構(gòu)是繩索取芯鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)，它比硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)巖芯采取率高，并且采取出來的巖石完整性很好，且具有良好的純潔性。1號(hào)孔的巖芯采取率高達(dá)89%，且?guī)r芯較完整，地質(zhì)代表性較好。而2號(hào)孔的采取率為78%，巖芯較破碎。

（2）鉆進(jìn)效率高

當(dāng)繩索取芯鉆進(jìn)采取巖芯的時(shí)候，只需要用打撈器打撈出內(nèi)管，這樣就可以大幅度減少升降鉆具的次數(shù)和時(shí)間，1號(hào)孔進(jìn)尺110m，扣除人為原因等非正常上提鉆因素外，只提鉆4次，平均每27.5m才提鉆一次，增加了純鉆進(jìn)時(shí)間，比2號(hào)孔提前10天完成，提高了鉆進(jìn)效率。

（3）減少了孔內(nèi)事故

繩索取芯鉆具和孔壁之間的間隙小，減弱了鉆桿對(duì)孔壁的擾動(dòng)程度，同時(shí)，由于提升鉆具的次數(shù)少，減少了泥漿的抽吸作用，減少了鉆孔事故的發(fā)生。特別是在斷裂帶這種破碎地層，減少提鉆次數(shù)顯得尤為重要。1號(hào)孔除操作不當(dāng)引起的孔內(nèi)事故外，無其他事故發(fā)生。

4總結(jié)

斷裂帶的鉆探工作有自己獨(dú)有的特點(diǎn)，煤炭等鉆探行業(yè)的技術(shù)、設(shè)備相對(duì)先進(jìn)很多，但由于要求不同，工作環(huán)境不同，勘探要達(dá)到的目的也不同，在其他領(lǐng)域運(yùn)用很好地鉆探技術(shù)、設(shè)備不一定能有效的運(yùn)用到斷裂帶的鉆探工作中來。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)在斷裂帶的鉆探工作中取得了良好的鉆進(jìn)效果。特別是能夠較好完成斷層鉆探的巖芯采取率要求，具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，可以在斷裂帶的鉆探工作中推廣。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳磷.襄樊一廣濟(jì)斷裂湖北段構(gòu)造特征研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2009，31（2）：186-191.

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[5]湯松然.繩索取芯鉆探?jīng)_洗液[J].北京：地礦部探礦工程所，1990.

作者簡介：孫超杰，男，1990年4月出生，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）在讀研究生，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)工程。