绳索取芯钻进技术在水利水电超深孔钻探中的应用

绳索取芯钻探施工技术武孟元（河北省水利工程局河北石家庄 050021）[摘要]介绍了绳索取芯钻探工艺钻具的结构，并对钻进规程的各种具体参数及报信机构的使用进行了分析，总结了绳索取芯钻探技术的主要优越性及在堆渣层中的应用。

[关键词] 绳索取芯；钻进参数；优越性；堆渣层灌浆绳索取芯钻进是一种先进的岩芯钻探工艺。

它采用大直径的钻杆，在钻具里面套装一根取芯管，在钻进过程中，岩芯缓慢地装在取芯管内。

当回次进尺终了，岩芯装满取芯管时，采用带绳索的打捞器，从钻杆中把取芯管提出，提取岩芯后，又从钻杆中把取芯管放到孔底，继续钻进。

绳索取芯与普通钻进取芯相比，具有控制钻孔偏斜度、提高钻进效率、降低工程成本、提高岩芯采取率、减少孔内事故等优点；尤其在钻穿复杂地层方面，有着其它施工技术无可比拟的优点，因而被广泛应用。

1 绳索取芯钻具简介绳索取芯整套钻具分为双管部分和打捞器两大部分。

1.1 双管部分双管部分包括外管总成和内管总成。

1.1.1 打捞机构当捞取岩芯时，打捞器上的打捞钩抓住捞矛头，将取芯管提出孔外。

1.1.2 弹卡机构内管总成进入外管总成后，实现弹卡自锁，防止由于振动等原因使弹卡并拢而导致内管总成上窜。

1.1.3 悬挂机构当内管总成到位后，悬挂环座落在座环上，保证卡簧座与钻头内台阶之间有一定间隙，以便外管单动灵活。

1.1.4 到位报信机构内管总成到达预定位置时，地面上水泵压力表的读数突然变化，可以调整水量开始钻进。

1.1.5 岩芯满管或堵塞报信机构岩芯满管或堵塞时，导致地面上水泵压力表读数升高，起到报警作用。

1.1.6 调节机构调节内管总成中卡簧座与钻头内台阶之间的间隙，保证其间隙量为2-3mm。

1.1.7 缓冲机构卡取岩芯时，起缓冲作用来保护内管和卡簧座。

1.1.8 单动机构分离内管和外管，实现钻具外管单动，内管相对外管静止。

1.1.9 容纳与卡取岩芯机构容纳和卡取岩芯。

1.1.10 扶正机构扶正内管，使卡簧座对正钻头内孔，以便岩芯顺利地进入内管，减少岩芯磨损，提高岩芯采取率。

探析绳索取芯技术在深孔钻探施工中的应用陈兴忠（四川省地质矿产勘查开发局一０八地质队，四川　成都　６１１２３０）摘 要：在资源调查分析工作开展中，深孔钻探施工发挥着重要的作用。

实践中为了保持良好的深孔钻探施工状况及效果，全面提高其施工效率，则需要注重绳索取芯技术应用。

基于此，本文就绳索取芯技术在深孔钻探施工中的应用展开论述，以便提升其施工水平，满足相关生产实践活动开展的多样化需求。

关键词：绳索取芯技术；深孔钻探；施工效率；应用中图分类号：Ｐ６３４．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１８）１３－０２８５－２Application of Cable Coring Technology in Deep Hole DrillingCHEN Xing-zhong（１０８　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｔｅａｍ，　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｂｕｒｅａｕ，　Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１１２３０，Ｃｈｉｎａ）Abstract:　Ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．　Ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ａ　ｇｏｏｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｉｔｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｎ　ａｎ　ａｌｌ－ｒｏｕｎｄ　ｗａｙ，　ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｐａｙ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ　ｃｏｒｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｉｓ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｐｅ　ｃｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｉｔｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　Keywords:　ｒｏｐｅ　ｃｏｒｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ；　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ收稿时间：２０１８－０６作者简介：陈兴忠，生于１９６３年，重庆綦江，本科，高级工程师，研究方向：钻探工程技术管理及施工技术指导。

绳索取心钻进在水利水电勘探中存在的问题及解决思路周晓;易学文;李守圣;郭明【摘要】钻探是水利水电工程勘探中获取地下信息最直接、最重要的手段，钻探质量对水利工程的投资和安全具有极其重大的影响。

绳索取心是提高钻探质量十分重要的技术，在国土资、金、煤炭等部门得到了广泛的应用。

但是将该技术应用水利水电工程勘探还存在压水试验、绳索取心钻具不匹配、冲洗液限制等问题。

通过对上述问题的分析和研究，提出了解决思路和方法，且在工程实践中取得了良好的效果。

特别是研究设计的不提大钻压水试验方法，将压水试验和绳索取心钻进有机地结合在一起，很好地解决了绳索取心钻进难以适应水利水电勘探的关键技术难题。

%Drilling is a direct and important method of gaining the underground information in the water resources and hy-dropower engineering exploration, and the quality of drilling is very important for the water resources engineering's invest-ment and safety.The wire-line coring drilling is a key technology in improving drilling quality, which is widely used in land resources, metallurgy and coal.But there are some problems in water pressure test, unsuitable specification of wire-line co-ring drilling tools and the flushing fluid limitation.By the analysis and study on the above problems, the solution was put forward and good effects were received.By the designed method of water pressure test with no-hoisting drill, the combina-tion of water pressure test and wire-line coring drilling solved the technical difficulties in wire-line coring drilling to adapt water conservancy and hydropower exploration.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P24-27)【关键词】绳索取心钻进;水利水电工程勘探;压水试验;冲洗液【作者】周晓;易学文;李守圣;郭明【作者单位】黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院，河南洛阳471002;黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院，河南洛阳471002;黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院，河南洛阳471002;黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院，河南洛阳471002【正文语种】中文【中图分类】P634.50 引言在水利水电工程勘察中，钻探是获取工程区域地层信息最直接、最准确的不可替代的勘探手段。

绳索取心工艺在旁多水利枢纽灌溉输水隧洞深孔钻探中的应用摘要：本文通过西藏旁多水利枢纽工程引水洞深孔钻探，介绍了绳索取心在深孔中的应用，西藏旁多水利枢纽工程引水洞地质条件复杂，埋深较大，穿过规模较大的断裂，采用绳索取心钻探工艺较好地完成了深孔钻探任务。

关键词：绳索取心工艺深孔钻探应用1.工程概况旁多水利枢纽工程位于西藏自治区林周县旁多乡下游约1.5km处的拉萨河干流上，距下游拉萨市约130km（公路里程），为拉萨河中段梯级开发之首，是西藏自治区“十一五”期间重点水利工程项目，开发任务是以灌溉、发电为主，兼顾下游防洪和供水。

正常蓄水位4095.0m，最大坝高72.3m，总库容12.3×108m3，总装机160mw。

枢纽主要由沥青混凝土心墙砂石坝、泄洪洞、泄洪兼导流洞、发电引水系统、电站厂房和灌溉输水洞等建筑物组成。

灌溉输水洞为“北水南调工程”，拟建旁多水库库水通过灌溉输水洞调入澎波灌渠，将彻底解决澎波灌渠灌溉水源严重不足的问题。

灌溉输水洞洞长16.81km，为圆形洞室，洞径为4.0m，无压输水方式。

进口位于旁多坝址上游右岸泄洪洞进口附近，进口底板高程4061.60m，洞身穿越恰拉山，出口位于林周县松盘乡涅日库村附近澎波曲支流白曲左岸，出口高程4044.87m。

灌溉输水隧洞埋深较大，穿过规模较大的断裂，可能存在岩爆、高地温、突水、放射性和有害气体等问题；部分地段埋深浅且地下水比较丰富，石炭系、三迭系地层分布有软岩，其工程地质条件复杂，因此布置了2个深孔，论证其存在的工程地质问题。

（1）输水洞火成岩岩性均一段（恰拉山北坡），地面高程4550m 左右布置1个钻孔（zk317），孔深500m，在输水洞洞顶往上连续进行压水试验10段。

取岩样11组，磨片样2组，水样1组，孔内进行地应力测试10段、地温测量每10m测试1段，约40段、有害气体测试10次、放射性测试10组。

（2）直孔断裂部位布置钻孔1个（zk318），孔深350m，在输水洞洞顶往上连续进行压水试验10段，取岩样5组（断裂上下盘原岩各1组，断层内取3组），取水样1组。

2024年2月地质装备水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用李振风(湖南省矿产资源调查所,湖南郴州 423000)摘 要:宝山矿区地质构造较复杂,存在多个断裂破碎带,地层软硬互层交替,炭质页岩厚度大,遇水膨胀,钻孔缩径严重,钻进过程中易发生粘附卡钻㊁坍塌及埋钻等事故,属于典型的水敏性地层㊂针对该类地层在钻进过程中出现的这些问题,通过优化钻孔结构㊁合理钻具级配,采用金刚石绳索取心钻进工艺和低固相钻井液护壁技术,适当控制回次进尺长度和回次进尺时间等措施,保证了钻孔孔壁的稳定性及工程安全,有效地解决了水敏性地层钻进中出现的问题,加快了施工进度,取得了较好的钻进效果,使项目得以顺利完成㊂本次钻探施工完成了钻探进尺9500余米,达到了地质找矿目的,取得了较好的经济和社会效益㊂此外,希望适用于该矿区的钻进工艺方法对其他相似水敏性复杂地层的钻探施工具有一定的参考意义㊂关键词:水敏性地层;低固相冲洗液;粘附卡钻;钻进工艺;钻具组合中图分类号:P 634.4 文献标识码:B 文章编号:1009282X (2024)01004306R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f d e e p h o l e w i r e l i n e c o r e d r i l l i n g t e c h n o l o g yi n w a t e r -s e n s i t i v e c o m pl e x f o r m a t i o n s L I Z h e n f e n gH u n a n P r o v i n c i a l I n s t i t u t e o f M i n e r a l R e s o u r c e s I n v e s t i ga t i o n C h e n z h o u 423000 H u n a n C h i n a Ab s t r ac t T h e g e o l o g i c a l s t r u c t u r e i n B a o s h a n m i n i n g a r e a i s r e l a t i v e l y c o m p l e x w i t h m u l t i p l e f r a c t u r ed z o ne s a n d a l t e r n a t i n gl a y e r s o f s o f t a n d h a r d s t r a t a T h e t h i c k n e s s o f t h e c a r b o n a c e o u s s h a l e i s l a r g e a n d i t e x p a n d s w h e n e n c o u n t e r i n g wa t e r c a u -s i n g s e r i o u sb o r e h o l e s h r i n k a g e D u r i n g d r i l l i n g ac c ide n t s s u c h a s s t i c k i n g c o l l a p s i n g a n d b u r y i n g a r e p r o n e t o o c c u r m a k i n gi t a t y p i c a l w a t e r s e n s i t i v e f o r m a t i o n I n v i e w o f t h e s e p r o b l e m s t h a t o c c u r r e d d u r i n g t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s i n t h i s t y pe of f o r m a t i o n m e a s u r e s s u c h a s o p t i m i z i ng th e d ri l l i n g s t r u c t u r e r e a s o n a b l e d r i l l i n g t o o l g r a d i n g u s i n g di a m o n d w i r e l i n e c o r e d r i l l i n g t e c h n o l o g y a n d l o w s o l i d -p h a s e d r i l l i n g f l u i d w a l l p r o t e c t i o n t e c h n o l o g y a p p r o p r i a t e l y c o n t r o l l i n g t h e l e n g t h a n d t i m e o f t h e s f o o t a g e p e r r o u n d t r i p e t c w e r e t a k e n t o e n s u r e t h e s t a b i l i t y a n d e n g i n e e r i n g s a f e t y o f t h e d r i l l i n g ho l e w a l l t h e p r o b -l e m s i n t h e d r i l l i n g o f w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n s a r e e f f e c t i v e l y s o l v e d t h e c o n s t r u c t i o n p r o gr e s s i s a c c e l e r a t e d a n d t h e g o o d d r i l l i n g e f f e c t i s o b t a i n e d s o t h a t t h e p r o j e c t c a n b e s u c c e s s f u l l y c o m p l e t e d M o r e t h a n 9 500m o f d r i l l i n g w a s c o m pl e t e d i n t h i s d r i l l i n g p r o j e c t a n d t h e p u r p o s e o f g e o l o g i c a l p r o s p e c t i n g w a s a c h i e v e d w i t h g o o d e c o n o m i c a n d s o c i a l b e n e f i t s I n a d d i t i o n i t i s h o p e d t h a t t h e d r i l l i n g m e t h o d a p p l i c a b l e t o t h i s m i n i n g a r e a w i l l h a v e c e r t a i n r e f e r e n c e s i g n i f i c a n c e f o r t h e d r i l l i n g i n o t h e r s i m i l a r c o m pl e x w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n s K e yw o r d s w a t e r -s e n s i t i v e f o r m a t i o n l o w s o l i d -p h a s e f l u s h i n g f l u i d s t i c k i n g o f t o o l d r i l l i n g t e c h n o l o g y b o t t o m h o l e a s s e m -b l yB H A 收稿日期:20231120基金项目:金属危机矿山接替资源勘查立项(编号:200643043);中国地质调查局地质调查项目(编号:1212011085372) 作者简介:李振风(1986-),男,工程师,从事地质勘探行业钻探施工技术与管理工作,E -m a i l :578724928@q q.c o m ㊂0 引言水敏性地层即溶胀分散地层或水化剥落地层,遇水极易膨胀缩径,造成冲洗液增稠,钻头泥包,继而引起孔壁表面剥落,崩解或垮塌超径㊂本次钻探勘查施工的宝山矿区地质构造较复杂㊂该矿区钻遇地层有两个特点:一是第四纪表土层较厚,并且较松散,有的孔位堆积和回填物较厚,坍塌㊁掉块严重;二是炭质页岩厚度大,遇水膨胀,钻孔缩径严重㊂该矿34李振风:水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用第25卷第1期区存在多个断裂破碎带,地层软硬交替互层,钻进过程中易发生坍塌㊁埋钻等事故,属于典型的水敏性地层㊂因此,在钻孔施工过程中,孔壁的稳定性和冲洗液的性能指标是影响钻孔施工效率和钻孔质量的重要因素,也是本次钻探施工研究的重点与难点[1-5]㊂1工程概况1.1项目概况湖南省桂阳县宝山铅锌银矿边深部地质勘查工作于2020年9月起,至2021年9月止㊂该项目在实施过程中,基本按照 湖南省桂阳县宝山铅锌银矿边深部地质勘查实施方案 执行,但在实施过程中根据见矿效果及时调整了部分方案㊂主要实物工作量完成情况本次勘查工作主要由湖南省矿产资源调查所完成,宝山矿负责施工坑道和测量工作㊂2020~ 2021年完成的主要工作量有:竣工钻孔22个,共计9560m,主要为坑内钻探,少量地表钻探㊂1.2区域地质概况宝山矿田位于坪宝复式向斜的北端,区内地层比较发育,构造复杂,燕山期小岩体多,矿产资源丰富,地球物理㊁地球化学场特征显著,具长期地质发展历史㊂区域内岩石可钻性级别为4~7级,中等研磨性,岩石破碎㊁水敏性强㊂区内以坚硬至半坚硬的白云岩㊁白云质灰岩及炭质灰岩综合体为主,其次为半坚硬的泥质灰岩及中层状灰岩综合体,岩体完整性及稳固性较好,破碎带稳固性较差㊂灰岩㊁白云岩等碳酸盐岩岩溶化较弱,围岩蚀变以矽卡岩化为主,蚀变围岩硬度加大,但风化后强度显著降低㊂矿山内风化层较厚,一般达30~40m,最厚可达50~ 60m,风化岩石稳固性差㊂2项目施工情况2.1钻孔工程质量要求钻孔设计要求必须严格遵守‘地质岩心钻探规程“(D Z/T0227 2010),开孔采用146m m口径,终孔口径为75m m;钻孔终孔原则为钻穿矿体底板5.00~8.00m㊂钻孔终孔后用水泥全孔严实封孔,孔口标注标记㊂2.2主要施工难点分析据以往地质资料分析,该孔上部为泥质灰岩㊁炭质页岩地层,成岩性较差;下部为白云岩㊁石灰岩且软硬互层,岩性较致密,钻头适应性差,钻进效率低,且局部有溶洞,断层发育,易引起孔内钻井液漏失[6-7]㊂由于岩心采取率要求高,需采用绳索取心钻进工艺;但由于地层因素,岩心破碎㊁取心难度大,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故㊂施工地层炭质页岩水敏性强,钻进过程中井壁易失水缩径㊁坍塌,对冲洗液的抑制性和失水性等性能指标要求高[8]㊂该项目钻探工作量大㊁施工难度高㊁工期紧,对项目部的施工组织能力与技术保障要求也是不小的挑战㊂3钻孔施工工艺研究现以该项目施工的代表性钻孔K Z17402为例,进行钻孔施工工艺的具体阐述㊂3.1施工设备投入情况根据地质设计及技术要求等情况,设备选型㊁配套上把握 先进㊁适用㊁合理 的原则㊂考虑到该项目的任务为300~1200m以浅的钻孔,有斜孔也有水文孔,为确保按时完成任务,项目拟投入岩心钻机4台套(其中1台套为备用钻机),主要钻探设备情况见表1:表1主要钻探设备T a b l e1M a i n d r i l l i n g e q u i p m e n t设备名称型号规格数量额定功率/k W生产能力/m 立轴钻机X Y-6B1台套552000立轴钻机X Y-4T3台套301000柴油发电机组Y C D6Q23H82101台套120柴油发电机组Y C4D140-D313台套90钻塔S G X181副钻塔S G X133副泥浆泵B W-3201台25泥浆泵B W-2503台15绞车S J20004台5.52000 3.2钻孔结构及钻进施工情况分析该孔根据宝山矿区内岩石性质(岩石研磨性在弱~中硬之间),依据矿山地质设计的钻孔深度和终孔孔径,并结合自身设备能力与钻进工艺方法等综合考虑来设计钻孔结构㊂开孔采用直径150m m合金钻头或电镀金刚石钻头开孔,钻穿基岩一定深度后下直径146m m套管作井口管并用橡胶皮封堵好井口;换绳索P Q122m m绳索取心钻进300.00m,采心提钻,并下入直径114m m套管后换H Q96m m绳索取心钻进900.00m,下入直径89m m套管换N Q76m m绳索取心钻进至终孔㊂442024年2月地质装备钻孔一开钻进0.00~36.00m ㊂直径150m m 普通金刚石取心钻进,穿过4.50m 表层黏土后钻见灰岩,钻至36.00m 时,由于表土与岩层界面钻井液漏失严重,钻进困难,下入直径146m m 套管,用水泥固定井口,封闭井口,防止掉块㊁溢流㊂钻孔二开钻进36.00~235.00m ㊂采用P Q122m m 绳索取心继续钻进,钻至235.00m 时,由于灰岩裂隙发育,孔内漏水严重,下入直径114m m 套管㊂钻孔三开钻进235.00~850.00m ㊂下入直径114m m 套管后,采用H Q 96m m 绳索取心继续钻进㊂由于施工区域灰岩㊁炭质页岩遇水膨胀发育,该孔在300.00m ㊁600.00m ㊁700.00m ㊁900.00m 附近均出现不同程度的卡钻㊁井壁掉块㊁憋车㊁钻井冲洗液漏失等情况㊂钻至850.36m 后,孔内情况复杂,卡钻严重,钻机严重憋车,出现停车现象㊂考虑到孔内复杂情况,经研究下入直径89m m 套管㊂钻孔四开钻进850.00~1165.00m ㊂下入直径89m m 套管,最后采用N Q 76m m 绳索取心钻进至井深1165.00m 终孔㊂钻孔结构见图1㊂图1 钻孔结构示意图F i g .1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f d r i l l i n g ho l e s t r u c t u r e 3.3 钻具组合及钻头选用情况分析考虑到宝山矿区全孔段地层复杂,水敏性岩层发育,为保证钻孔在钻进过程中安全与稳定,顺利完成钻孔的施工,该孔采用绳索取心钻进工艺㊂选用薄壁孕镶绳索取心钻头及对应扩孔器㊂鉴于岩层情况,选择胎体硬度H R C 30~35,金刚石浓度25%,金刚石粒度46~60目,也可根据地层情况调整胎体硬度及选择金刚石目数㊂如存在地层情况复杂,取心难度大等情况,可采用Q 3系列底喷钻头,使用半合管钻进㊂3.4 钻进技术参数分析钻进技术参数的选择是保证钻孔质量的关键,为确保钻孔6项质量指标,根据以下原则进行钻进参数选择:正常钻进时,应在机械能力㊁钻具管材强度允许的前提下,尽可能提高转速;在孔深㊁钻孔弯曲㊁超径的情况下或钻进强研磨性㊁破碎岩层时,钻压应适当降低;钻进过程中随着硬质合金㊁金刚石的磨钝,适当增大钻压;转速较高㊁岩石研磨性较强㊁岩石颗粒较粗时,选用较大泵量,反之则泵量应减小[9-12]㊂本次钻探施工采用的钻进技术参数如表2所示,并根据实际施工条件作出相应调整㊂表2 钻进技术参数选择T a b l e 2 D r i l l i n g pa r a m e t e r s e l e c t i o n 井段/m 井径/m m钻压/k N转速/(r ㊃m i n -1)泵量/(L ㊃m i n-1)0.00~36.0015012~1630~150150~25036.00~235.0012216~18230~48080~100235.00~850.009617~20350~50090~130850.00~1165.007610~18260~48080~1403.5 冲洗液现场配制与选择应用根据现场地质条件㊁钻进方法㊁钻孔深度和工程技术要求,正确选择使用润滑性能和排粉效果好的冲洗液㊂该孔现场配置钻井冲洗液的主要材料为:膨润土㊁纤维素㊁植物胶㊁P A N ㊁P A M ㊁C M C ㊁纯碱㊁腐殖酸钾㊁润滑剂等㊂配浆步骤如下:先加水,将土粉重量5%~8%的纯碱加到搅拌机内,再加膨润土粉搅拌均匀,静置24h 钠化后加入处理剂㊂用检测仪器测定新浆性能,合格后方可使用㊂若需加入几种处理剂,应按照先加分子量小的无机化学材料,再加有机高分子化学材料㊂3.5.1 冲洗液的选择钻进完整㊁孔壁稳定的地层,采用清水加聚合物的无固相冲洗液㊂钻进较完整㊁有轻度坍塌的地层,采用低固相有胶结性的优质泥浆㊂钻进未胶结或胶结很差的松散覆盖层时,在穿过覆盖层后下入套管护壁㊂钻进破碎㊁裂隙发育㊁掉块㊁坍塌或有不同程度的漏失地层,采用不同的优质泥浆做冲洗液;轻微漏失时可用增粘泥浆或堵漏泥浆,严重漏失时先进行54李振风:水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用第25卷 第1期堵漏,然后再进行钻进㊂3.5.2 冲洗液的应用表土覆盖层为第四纪层,钻探施工冲洗液首先为泥浆,钻入完整基岩,下好套管后,再换低固相泥浆㊂遇到岩石破碎㊁孔壁坍塌时使用植物胶 腐植酸钾低固相的冲洗液,随孔深增加添加适量润滑剂或乳化剂;在中深孔施工中,为减轻钻进过程中的摩擦阻力及提高冲洗液携带岩粉能力,采用H P A N -H P A M 不分散低固相冲洗液㊂如遇到破碎带㊁小裂隙,采取灌注水泥浆封堵护壁;遇到井壁坍塌㊁缩径时,使用防塌剂或超重泥浆作冲洗液,控制井壁失水量来保护井壁;遇到大的断层或溶洞时,只有通过下套管来把它彻底隔离,然后换径继续向下施工㊂4 钻遇问题及解决措施矿区岩层水敏性发育,岩石破碎,取心难度大,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故,严重影响了钻探施工的进度,给安全高效绿色施工带来极大的挑战㊂通过对矿区地层情况分析和对岩性的初步识别判断,并结合钻孔施工所遇的具体问题,采取如下解决措施:(1)调整泥浆性能㊂矿区覆盖层较厚,一开钻进时采用单管取心工艺,起下钻时间多,辅助时间长㊂且由于岩性松软,黏土质成分较多,泥浆造浆严重,滤失量大,孔内缩径严重,致使钻井效率低,反复扩孔,施工效果不佳㊂针对此种问题,在扩孔时对泥浆性能进行了调整,提高泥浆p H ,循环净化除砂,全井彻底循环更换,降低滤失量及含砂量,提高了钻进效率㊂(2)优化钻孔结构㊂针对钻孔憋泵㊁取心困难等问题,采取优化钻孔结构的措施,增大开孔口径,增加套管程序,同时实际施工中采用超前裸眼钻进优化钻孔结构,为下部孔段留足安全储备口径㊂在复杂地层钻进时可适当增加钻头外径,如采用N Q+1或N Q +2的方式,增大外环状间隙,降低缩径和卡钻风险,也降低了循环压耗㊁憋泵等问题㊂在取心困难的岩层中钻进时应降低转速㊁压力和泵量,应适当控制回次进尺长度和回次进尺时间㊂(3)针对粘附卡钻的现象采取措施㊂加强泥浆的封堵防塌能力,控制滤失量,钻孔上部采用粗分散泥浆护壁,中下部采用低固相冲洗液护壁,确保在孔壁形成薄而韧的优质泥皮㊂严格控制起下钻速度,减轻抽吸作用所造成的孔壁失稳㊂(4)面对矿区钻探施工工作量大㊁难度高㊁工期短等施工挑战,制定完善切实可行的施工保障方案㊂以技术管理为支撑,严格落实安全㊁质量㊁进度㊁环保等各项要求,为项目的安全高效实施奠定坚实的基础㊂5 绿色施工及创新应用针对该项目施工地层及矿区环境特点,从人员㊁机械设备㊁材料㊁方法㊁环保㊁监测6个方面,建立完整的环境保护保障管理体系㊂在该项目实施过程中,加强绿色施工建设,充分分析评估该项目对生态环境可能造成的影响,在钻探施工过程中制定并做好详细的环境保护措施㊂(1)减少对植被㊁土地㊁地下水资源的破坏㊂在满足施工要求的前提下,减少场地占用,保护好不影响施工的树木,影响施工的树木做移栽处理㊂(2)减少施工对环境的污染㊂对钻探施工现场泥浆冲洗液循环系统沟槽做好防渗处理,设置废浆池,废浆静置沉淀后,取回上层浆水重复利用,减少废浆排放,不能利用的废浆委托第三方清运处理,现场做好各滴漏油液收集,减少对环境的污染㊂(3)采用绿色㊁无害㊁环保型低固相冲洗液㊂减少施工中泥浆冲洗液对矿区以及周边环境的影响,钻探施工中所用冲洗液尽量采用低固相冲洗液,遇复杂地层必须使用泥浆时,才可使用泥浆作为冲洗液进行钻进施工,尽量选择不改变土壤性质㊁不伤害植被㊁不破坏水质的泥浆材料㊂6 施工效果与经济分析针对该矿区地层水敏性发育,钻进过程中井壁易失水缩径㊁坍塌,易发生钻头泥包㊁粘附卡钻及埋钻事故等复杂地层钻进难点[13-16],通过优化钻孔结构㊁合理钻具级配,采用金刚石绳索取心钻进工艺和低固相钻井液护壁技术,适当控制回次进尺长度和回次进尺时间,保证了钻孔孔壁的稳定性及工程安全,加快了施工进度,取得了较好的钻进效果㊂在本次坪宝地区宝山矿区钻探施工过程中,由于工艺合理,措施得当,通过科学部署,精细施工,每台钻机台月效率达到450m ,纯钻时间利用率达到80%以上,具体施工进度分析如图2所示㊂经现场验收,钻孔各项质量技术指标均满足地质设计要求,达到了本次地质找矿的目的,并赢得了业主方的好评,取得了较好的经济和社会效益㊂642024年2月地质装备图2 施工进度分析F i g .2 C o n s t r u c t i o n p r o g r e s s a n a l ys i s 7 结语通过本次坪宝地区宝山矿区水敏性复杂地层的钻探施工,积累了以下几点经验体会:(1)在项目施工进场前,应通过现场踏勘㊁查阅矿区以往地质资料等方式了解矿区工程地质㊁水文地质㊁环境地质等资料,全面准确地掌握矿区地质概况与岩层属性等基本情况,从而为现场施工方案的编制与实施提供指导性意见㊂对施工中可能遇到的问题,应采取针对性措施,以利于项目的实施㊂(2)针对项目施工过程中遇到的粘附卡钻㊁埋钻等技术难题,通过加强管理㊁优化钻进工艺等措施进行技术攻关,取得了良好的施工效果㊂同时,在地层条件允许的情况下,通过钻孔结构优化设计和选择合理的钻探设备及施工工艺可有效提高钻探施工效率㊁降低施工劳动强度和节约施工成本,也有利于项目的组织管理㊂(3)该孔钻探施工钻井冲洗液采用不分散低固相泥浆,对钻进中破碎㊁分散㊁水敏性地层具有较强的封堵㊁抑制孔壁坍塌掉块作用,能够满足现场施工的要求㊂该泥浆冲洗液携砂能力强㊁流动性好㊁配制简单㊁维护方便,能有效地保证了钻孔取心质量和施工进度㊂(4)应加强组织管理,钻孔事故主要在于预防,预防主要靠人㊁靠责任心,有了责任心就能减少一些由于责任心不强而造成的孔内事故㊂遇到井内情况不明时,不要忙于进尺,要先把钻具提上来,分析情况,做好预防再进尺㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] 王达,何远信.地质钻探手册[M ].长沙:中南大学出版社,2014.W A N G D a ,H E Y u a n x i n .G e o l o g i c a l d r i l l i n g ha n db o o k [M ].C h a n g s h a :C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y Pr e s s ,2014.[2] 乌效鸣,胡郁乐,贺冰新,等.钻井液与岩土工程浆液[M ].武汉:中国地质大学出版社,2002.W U X i a o m i n g ,H U Y u l e ,H E B i n g x i n ,e t a l .D r i l l i n gf l u i d s a n dg e o t e ch ni c a l s l u r r i e s [M ].W u h a n :C h i n a U -n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s P r e s s ,2002.[3] 胡郁乐,张绍和.钻探事故预防与处理知识问答[M ].长沙:中南大学出版社,2010.74李振风:水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用第25卷 第1期H U Y u l e ,Z H A N G S h a o h e .Q &A o n d r i l l i n ga c c i d e n t p r e v e n t i o n a n d t r e a t m e n t [M ].C h a n gs h a :C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y Pr e s s ,2010.[4] D Z /T 0227 2010,地质岩心钻探规程[S ].D Z /T 0227 2010,G e o l o g i c a l c o r e d r i l l i n g r e g u l a t i o n s [S ].[5] 周伟平.湖南桂阳宝山西部铜矿床地质特征[J ].矿产勘查,2011,2(5):475478.Z H O U W e i p i n g .T h e g e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f c o p-p e r o r e d e p o s i t i n t h e W e s t e r n B a o s h a n o f G u i y a n g,H u n a n [J ].M i n e r a l E x p l o r a t i o n ,2011,2(5):475478.[6] 唐朝永.湖南宝山多金属矿田构造控矿特征[J ].矿产与地质,2005(19):4347.T A N G C h a o y o n g .S t r u c t u r a l c o n t r o l l i n g ch a r a c t e r i s t i c s o f m i n e r a l i z t i o n i n B a o s h a n p o l ym e t a l l i c o r e f i e l d ,H u -n a n P r o v i n c e [J ].M i n e r a l R e s o u r c e s a n d G e o l o g y ,2005(19):4347.[7] 朱恒银,蔡正水,王强,等.深部钻探技术方法的研究与应用[J ].地质装备,2013,14(6):2631.Z H U H e n g y i n ,C A I Z h e n g s h u i ,W A N G Q i a n g,e t a l .R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f d e e p d r i l l i n g t e c h n o l o g ya n d m e t h o d s [J ].E q u i p m e n t f o r G e o t e c h n i c a l E n gi -n e e r i n g,2013,14(6):2631.[8] 奎中,黄晟辉.湘永地1井钻探施工技术[J ].探矿工程(岩土钻掘工程),2018,45(8):2833.K U I Z h o n g ,H U A N G S h e n g h u i .D r i l l i n g co n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y f o r X i a n g y o n g d i W e l l -1[J ].E x pl o r a t i o n E n g i n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n g A n d T u n n i n g ),2018,45(8):2833.[9] 杨芳,陈师逊.深部地质钻探钻孔结构设计与施工分析[J ].探矿工程(岩土钻掘工程),2019,46(11):2126.Y A N G F a n g ,C H E N S h i x u n .A n a l y s i s o f d e s i gn a n d c o n s t r u c t i o n o f d e e p g e o -d r i l l i n g b o r e h o l e s [J ].E x pl o -r a t i o n E n g i n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n g An d T u n -n i n g),2019,46(11):2126.[10]李正前,房勇,陈孝红,等.沅麻盆地页岩气地质调查湘桃地1井钻井技术及井下复杂处理[J ].钻探工程,2022,49(5):4856.L I Z h e n g q i a n ,F A N G Y o n g ,C H E N X i a o h o n g,e t a l .D r i l l i n g a n d d o w n h o l e c o m pl e x t r e a t m e n t o f W e l l X i a n g t a o d i -1f o r s h a l e g a s g e o l o g i c a l s u r v e yi n Y u a n m a B a s i n [J ].D r i l l i n g E n g i n e e r i n g,2022,49(5):4856.[11]齐治虎,魏思宇,徐影,等.安徽北部地区小口径地质调查井施工技术研究[J ].钻探工程,2021,48(S 1):143147.Q I Z h i h u ,W E I S i y u ,X U Y i n g ,e t a l .D r i l l i n g te c h -n o l o g yf o r s m a l l d i a m e t e rg e o l o g i c a l s u r v e y we l l s i n n o r t h e r n A n h u i [J ].D r i l l i n g E n g i n e e r i n g,2021,48(S 1):143147.[12]张伟.科学深孔复杂地层钻进技术难题与对策[J ].探矿工程(岩土钻掘工程),2014,41(9):712.Z H A N G W e i .T e c h n i c a l p r o b l e m s a n d c o u n t e r m e a s -u r e s f o r t h e d r i l l i n g o p e r a t i o n i n c o m pl e x f o r m a t i o n s o f s c i e n t i f i c d e e p d r i l l i n g p r o j e c t s [J ].E x p l o r a t i o n E n gi -n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n g A n d T u n n i n g),2014,41(9):712.[13]苏舟,张绍和,王文彬,等.黔水地1井钻探施工技术难点及对策[J ].钻探工程,2021,48(5):5459.S U Z h o u ,Z H A N G S h a o h e ,W A N G W e n b i n ,e t a l .T e c h n i c a l d i f f i c u l t i e s i n d r i l l i n g of W e l l Q i a n s h u i d i -1a n d t h e i r s o l u t i o n s [J ].D r i l l i ng E n g i n e e r i n g,2021,48(5):5459.[14]祁新堂,谢永德,刘梁,等.河南省洛宁上宫金矿复杂地层钻探施工技术[J ].探矿工程(岩土钻掘工程),2020,47(3):3843.Q I X i n t a n g ,X I E Y o n g d e ,L I U L i a n g ,e t a l .D r i l l i n gt e c h n o l o g y f o r c o m p l e x s t r a t a i n S h a n g g o n g Go l d M i n e ,L u o n i n g ,H e n a n P r o v i n c e [J ].E x p l o r a t i o n E n gi -n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n g A n d T u n n i n g),2020,47(3):3843.[15]李鑫淼,李宽,梁健,等.复杂地层取心钻进堵心原因分析及其预防措施[J ].探矿工程(岩土钻掘工程),2018,45(12):1215.L I X i n m i a o ,L I K u a n ,L I A N G J i a n ,e t a l .C o r e ja m -m i n g c a u s e s a n d p r e v e n t i o n i n d r i l l i n g di f f i c u l t f o r m a -t i o n [J ].E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n gA n d T u n n i n g),2018,45(12):1215.[16]吴德军,朱小锋,刘树华,等.松辽盆地松南油页岩地质调查井绳索取心钻进技术[J ].探矿工程(岩土钻掘工程),2020,47(3):4448.W U D e j u n ,Z H U X i a o f e n g,L I U S h u h u a ,e t a l .W i r e -l i n e c o r e d r i l l i n g f o r S o n g n a n o i l s h a l e s u r v e y i n t h e S o n gl i a o B a s i n [J ].E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g (R o c k &S o i l D r i l l i n gA n d T u n n i n g ),2020,47(3):4448.84。

绳索取芯技术在深孔钻探施工中的应用摘要：绳索取芯技术在深孔钻探施工中的使用可以有效避免施工过程中意外事故的出现概率，有效提升了工程进行的安全性。

绳索取芯技术的系统性较强，在实际使用的过程之中对于其设备的使用正确性有较高的要求，下文介绍了绳索取芯技术的使用优势和设备，并对当前绳索取芯技术在深孔钻探施工中的应用进行了论述。

关键词：绳索取芯技术；深孔钻探施工；应用情况一、绳索取芯技术概述绳索取芯技术在深孔钻探施工中的使用可以有效避免施工过程中意外事故的出现概率，有效提升了工程进行的安全性。

绳索取芯技术的系统性较强，在实际使用的过程之中对于其设备的使用正确性有较高的要求，下文对于绳索取芯技术进行了介绍。

1、技术的应用背景绳索取芯技术在金银矿以及多金属矿产开采行业之中应用较多，当前随着我国金属矿产用量的逐渐增加，钻探深度逐渐增加，矿层越深其结构的稳定性越差，在实际钻探过程之中可能会出现安全事故。

因此，在当前的矿产开采工作之中对于绳索取芯技术的需求逐渐提升。

同时，由于传统的钻掘技术无法达到当前的钻探深度，因此，我国的矿产开采企业开始更多的使用绳索取芯技术，该技术可以实现对地层的结构情况和成分的钻探和检测，对于深孔钻探施工的安全高效进行有很大的意义。

2、施工设备的选择绳索取芯技术的高质量应用和钻探设备有很大关系，在进行钻探设备的选择过程之中，技术人员需要对钻探地点的地质情况有初步的了解，根据其地质成分和设备使用成本来进行钻探设备的合理选择。

其次，为了保证钻探工作的进行效率，针对钻探机具进行合理的级配可以减少钻探工作的进行次数。

比如通过选择合适的机具可以在进行岩芯的检测过程中不需要取出全部的钻杆，减少了重复进行下钻工作的数量，提升了钻探工作的进行效率。

一般在选择合适的机具时，需要遵照三高一低的需求进行选择，即机具的转速高、钻头的强度高、工作进行效率高以及工作人员的劳动强度低。

在钻探工作的进行过程之中，钻探工作人员需要尽可能减少钻杆和岩壁的间隙，保证钻探工作的高效进行。

绳索取芯技术及在深孔钻探中的作用作者：王海东王慧源来源：《中国科技博览》2013年第29期摘要：深孔钻探采用绳索取芯技术能大大提高钻进效率和钻孔质量，并达到了优质孔的目标，取得了良好的经济和社会效益。

本文从钻孔取芯技术措施、绳索取心钻具的结构原理、钻头的选择和使用和钻孔防斜措施四个方面进行了分析。

关键词：绳索取芯技术深孔钻探中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-567-01一、钻孔取芯技术措施（1）当打捞器接近内管总成时，要适当减速，以防捞矛头和打捞钩受到过大的冲击力而损坏，打捞器在冲洗液中的下降速度在1.5～2m/s，当打捞器落到内管总成上端时（在孔口能听到轻微的撞击声），即可开始缓慢提升。

当内管总成提动之后，再按正常速度提升。

此时，如果钻杆里有大量的冲洗液流出，说明已经打捞成功。

否则应停止提升，重新打捞或提钻处理。

（2）提升钻具及打捞内管时，应及时向孔内回灌一定数量的冲洗液，避免因钻杆柱外的液面下降，造成钻杆柱内外之间压力差而使孔壁坍塌。

（3）当内管提升到地面后，从卡簧座或接头处卸开，从岩芯管取出岩芯。

倒出岩芯时，用橡胶锤或木锤轻敲内管，切勿用铁器硬敲，以免内管产生凹坑，影响钻进时岩芯的进入，造成岩芯堵塞。

取出岩芯后，要用水清洗和检查内管总成，重新组装起来以备待用。

（4）在正常水位时，将内管总成直接从孔口往钻杆内投入，然后接好机上钻杆，用冲洗液往下压送内管。

泵压突然升高，表明内管总成已到位，可以开始钻进[2]。

（5）在严重漏失地层钻进时，应先往孔内注入冲洗液，等液面上升到正常位置后，再投放内管总成。

如孔内无冲洗液或液面很低，应用打捞器将内管直接送入，以免内管撞坏钻具和钻头，造成事故。

（6）提钻时，应先打捞出内管总成以增大冲洗液的流通断面，减小抽吸作用和压力激动对孔壁的影响；下钻时，应同样先下外管，再下内管，以减小下降的冲击力，有利于孔壁的稳定。

二、绳索取心钻具的结构原理（1）悬挂机构。

水文地质勘查孔钻探中绳索取芯钻进工艺的应用分析摘要：绳索取芯钻进工艺有助于降低劳动强度，提升岩矿芯采取率，降低孔斜，对于钻杆、钻头等工具的消耗较少，整体经济效益较高，可将其运用到水文地质勘查孔钻探工作中。

本文结合具体项目，分析了绳索取芯钻进工艺的应用要点，以此来为该工艺的实践应用提供参考思路。

关键词：水文地质勘查钻探；绳索取芯钻进工艺；应用要点水文地质钻探是当前水文地质勘探、普查工作中常用的技术手段，主要是为了获取地下水文地质信息，在物探与测绘工作的基础上，针对含水层的厚度、构造、层次、岩性、水温、水质等进行勘查。

水文地质勘探孔具有垂直度要求严苛、岩屑排出量较大、钻孔直径偏大的特点，同时施工地层极易发生破碎、漏失以及坍塌等情况，必须选择钻孔质量与效率都比较高的钻进工艺。

现对绳索取芯钻进工艺在水文地质勘查孔钻探中的应用情况展开研究。

1项目概况袁店一井煤矿2021-观1孔终孔深度为1351.76m，终孔层位为奥灰，需在三隔以下完成取芯任务，获取煤层煤样，针对奥灰层进行抽水试验并完成取样，下入套管同时进行隔离止水。

钻孔结构一开：孔深0～270.13m，孔径为Φ250mm，下置Φ177.8×8.05mm套管；二开：孔深0～1189.81m，孔径为Φ152mm，下置Φ127×6.50mm套管；三开：奥灰段，孔径为Φ94mm裸孔。

2水文地质勘查孔钻探中绳索取芯钻进技术参数分析2.1钻压面对强研磨性、软硬互层、破碎松散、产状陡立等地层，节理发育岩石或者遭遇钻孔超径、弯曲等情况后，需适当进行减轻钻压。

经过初磨的断钻头，仅通过正常钻研即可保持高钻速。

钻进期间，金刚石因被磨钝，其钻速降低后，需以平稳的方式提高钻压[1]。

绳索取芯钻头的钻压略大于双管钻头，本孔钻压控制在10KN到12KN之间。

2.2钻速面对产状陡立易斜地层、软硬互层、裂隙破碎地层以及坚硬弱研磨性地层时，需要将转速降低；在软岩层中进行钻进作业时，需要对转速进行限制。