劉飛+朱何文+張志文

摘 要：隨著繩索取芯鉆探技術(shù)的逐漸完善和發(fā)展，繩索取芯技術(shù)鉆探在各種地質(zhì)條件下得以開發(fā)和利用。本文對繩索取芯技術(shù)特點進(jìn)行介紹，以清潭石墨礦區(qū)為例，進(jìn)行了礦層的特點介紹、鉆探設(shè)備選用、確定鉆孔結(jié)構(gòu)和鉆孔護(hù)壁具體措施。

關(guān)鍵詞：繩索取芯鉆探；石墨礦層；技術(shù)；施工技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：TD853 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

通過鉆取巖心的方法探明地層的情況是地質(zhì)勘探中常用的方法。通過取芯分析可以根據(jù)樣本的各種資料和特征來估計確定礦產(chǎn)或者油氣資源的結(jié)構(gòu)以及儲量。這也是勘探技術(shù)中比較可靠的一種方法。近年來隨著技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)化成本的需要，發(fā)展低成本可靠的鉆探技術(shù)已經(jīng)成了行業(yè)內(nèi)的共識，繩索取芯鉆探技術(shù)以其不可替代的優(yōu)點逐漸得以發(fā)展。這種鉆探技術(shù)較其他普通鉆探技術(shù)的優(yōu)勢巨大，尤其是在應(yīng)對地層情況復(fù)雜的區(qū)塊，其鉆探效率高、鉆探質(zhì)量好、成本可控、事故率低。操作繩索取芯技術(shù)的工作人員應(yīng)對技術(shù)進(jìn)行全面的了解掌握后再進(jìn)行施工作業(yè)，保障鉆探工程的順利進(jìn)行。

1.繩索取芯技術(shù)簡介

在我國高速發(fā)展的幾十年以來，能源逐漸成了發(fā)展的瓶頸，因此深部找礦等項目受到了國家層面的重視。隨著這些項目的增加，之前的老式鉆探設(shè)備和機(jī)具無法達(dá)到鉆探施工的情況下，繩索取芯技術(shù)的需求開始不斷增大，繩索取芯技術(shù)也受到了前所未有的青睞和發(fā)展。目前這種優(yōu)越的鉆探技術(shù)廣泛應(yīng)用于煤田、金屬和非金屬找礦等領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域的礦產(chǎn)資源探尋進(jìn)程中扮演著極其重要的角色。

1.1 繩索取芯技術(shù)的優(yōu)點

繩索取芯技術(shù)之所以發(fā)展得這么迅速，與其自身工藝不可取代的優(yōu)點直接相關(guān)。其主要優(yōu)點有：

（1）繩索取芯技術(shù)在施工過程中操作人員的勞動強(qiáng)度低

隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，單位人工成本的價格越來越高，為了降低整個作業(yè)的施工成本，減少現(xiàn)場人員數(shù)量、降低現(xiàn)場操作人員的勞動強(qiáng)度在鉆井施工作業(yè)中已經(jīng)成為一種趨勢。在傳統(tǒng)的鉆井作業(yè)中人力資源浪費現(xiàn)象非常明顯，繩索取芯技術(shù)通過優(yōu)先選用不提鉆或者少提鉆的鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)，大大地降低了現(xiàn)場工作人員的勞動強(qiáng)度和人員用量，一般情況下2～3人就能完成繩索取芯技術(shù)的鉆探工作。

（2）繩索取芯技術(shù)的鉆進(jìn)效率高

繩索取芯技術(shù)通過優(yōu)先選用不提鉆或者少提鉆的鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)，節(jié)約了其他條件的時間成本和繁重的勞動作業(yè)，節(jié)約時間效果明顯，隨著設(shè)計鉆孔深度的增加這種節(jié)約時間的優(yōu)勢會更明顯。

（3）繩索取芯技術(shù)在鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)事故率低

在地質(zhì)勘探鉆井過程中，鉆桿在這一過程中同樣扮演了非常重要的角色。通常的鉆進(jìn)是依靠鉆桿提供相應(yīng)的壓力和扭矩使得鉆頭磨削地層來完成，一般鉆桿的長度為3m，通過螺紋連接加長的方式，普通鉆進(jìn)過程中需要反復(fù)地提升和反復(fù)的擰卸，一方面浪費了時間，另一方面還加大了螺紋的磨損，進(jìn)而使得鉆桿損壞加劇，導(dǎo)致事故率上升。

（4）繩索取芯技術(shù)在鉆進(jìn)過程中降低了施工成本

由于繩索取芯技術(shù)在鉆進(jìn)過程中時間利用率高、使用工作人員少、孔壁坍塌掉塊事故發(fā)生率低、鉆具使用壽命長等特點決定了其經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)于普通鉆進(jìn)技術(shù)，尤其是在鉆孔設(shè)計深度大、地層情況復(fù)雜情況下經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2.鉆探設(shè)備選用

在鉆探取芯過程中，不同施工設(shè)備的選擇對施工的順利進(jìn)行有極為重大的影響。繩索取芯技術(shù)的鉆探設(shè)備和相關(guān)機(jī)具的選擇主要有以下幾點：

（1）綜合考慮勘探區(qū)域的地層條件和鉆機(jī)的性能以及鉆探的預(yù)算經(jīng)濟(jì)成本和時間成本，選擇合適的鉆機(jī)。

（2）在相同的施工條件和鉆機(jī)條件下，優(yōu)選不提鉆取巖芯或者是提鉆次數(shù)相對少的方法，這樣的鉆探設(shè)備和機(jī)具應(yīng)通過嚴(yán)格的工藝論證，同時結(jié)合前人的現(xiàn)場經(jīng)驗來確定。不提鉆或者提鉆少的方式可以減少升鉆下鉆的時間，節(jié)約鉆探的時間成本和相關(guān)設(shè)備的租賃費用。這種技術(shù)在業(yè)內(nèi)有鉆速高、鉆頭壽命長、時間利率高，工人勞動強(qiáng)度低的好評。在這種“三高一低”的優(yōu)點下，繩索取心鉆桿較其他普通鉆桿更安全更可靠。

（3）在鉆探設(shè)備和相關(guān)機(jī)具的選擇時，應(yīng)充分考慮孔壁穩(wěn)定性和沖洗液正常循環(huán)，在這兩個重要前提下才可以進(jìn)行相關(guān)的鉆探設(shè)備和機(jī)具的選擇。

3.確定鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)的確定在任何鉆探取芯工程中都很重要，同樣的這種結(jié)構(gòu)的確定在繩索取芯技術(shù)中也扮演著最重要的角色?，F(xiàn)場和設(shè)計階段的相關(guān)工作人員首先應(yīng)根據(jù)之前勘測的地層剖面圖以及鉆孔的深度來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的初步合理選擇。其次設(shè)計階段的相關(guān)工作人員應(yīng)進(jìn)一步地根據(jù)設(shè)計施工具體地點的地層條件特點進(jìn)一步優(yōu)化鉆孔結(jié)構(gòu)。綜合考慮在施工過程中套管的使用對工藝的影響情況來優(yōu)選確定鉆孔的結(jié)構(gòu)。通過嚴(yán)格的論證后再最終確定鉆孔的結(jié)構(gòu)，來確保實際操過程中繩索取芯技術(shù)在石墨礦層中少出或者不出問題。

4.鉆孔護(hù)壁

4.1 地質(zhì)概況

大地構(gòu)造位置處于青峰-襄樊-廣濟(jì)大斷裂的北部邊緣。區(qū)域上以襄-廣斷裂為界，以北屬秦嶺褶皺系，以南屬揚子準(zhǔn)地臺。本區(qū)處于秦嶺褶皺系之南秦嶺-淮陽褶皺帶（Ⅱ2）大狼山復(fù)背斜（Ⅱ23）之應(yīng)山褶皺束（Ⅱ23-1）南部。在115m～164m處為含石墨絹云鈉長片巖、（含）石墨石英二云片巖、碳質(zhì)石英二云片巖、含石墨碳泥質(zhì)板巖。當(dāng)遇到該層位時鉆井液可能會水化而引起井壁縮徑、坍塌。

4.2 沖洗液性能參數(shù)

沖洗液比重 1.08g/ L、黏度為 29s 左右；其pH 值為9；失水量小于 8mL；含石墨絹云鈉長片巖巖樣浸泡數(shù)天仍不分散；沖洗液的泥皮質(zhì)量具有韌、滑、薄特點；流動性和潤滑性較好。

4.3 現(xiàn)場沖洗液調(diào)節(jié)方案

（1）現(xiàn)場沖洗液管理。泥漿技術(shù)員和攪拌人員交接班應(yīng)清楚明了；技術(shù)員不得擅自改動配方；如果新漿、返漿誤差過大應(yīng)立即調(diào)整，認(rèn)真做好泥漿班報表的填寫，有重大情況須請示泥漿負(fù)責(zé)人。

（2）漿液的維護(hù)處理方案。

①建立性能工藝滿足實際生產(chǎn)的循環(huán)系統(tǒng)，要求坡度小于1°，配備25L的沉淀池，循環(huán)槽中間設(shè)擋板3 處；每 2～3回次需要對循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行除砂和清槽作業(yè)。

②對黏度變化大于 5s 情況對返漿重配處理。

③返漿含砂量大情況應(yīng)合理提高PHP的用量，如果處理后結(jié)果不理想可以一次性換掉孔內(nèi)含砂重的漿液。

結(jié)語

繩索取芯技術(shù)湖北省棗陽清潭石墨礦層中應(yīng)用，效果明顯，為國家節(jié)約了勘探開發(fā)的成本。繩索取芯技術(shù)的主要優(yōu)點有：施工過程中操作人員的勞動強(qiáng)度低、鉆進(jìn)效率高、孔內(nèi)事故率低、鉆進(jìn)過程中降低了施工成本等。繩索取芯技術(shù)主要缺點有：鉆具結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜，總體強(qiáng)度低；國內(nèi)對于繩索取芯技術(shù)在高頻率壓下沒有相關(guān)成型標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)件需要定制沒有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)件，同時國內(nèi)對于繩索取芯技術(shù)在高頻率壓下液動錘內(nèi)部的精細(xì)部件容易失靈。

隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，繩索取芯技術(shù)將會在地質(zhì)勘查中扮演越來越重要的角色。

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