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如何提高绳索取芯钻进效率
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内容提示：绳索取芯钻探是一种不提钻而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法，它具有结构简单，钻进效率高岩矿芯质量好，钻头寿命长，劳动强度低等特点。提高绳索取芯钻进效率要考虑的因素有套管的选用和下入深度、防斜的措施、金刚石钻头如何根据地层选用及排队使用、冲洗液根据地层情况合理选用其参数及判断孔内漏失层位如何应对、如何加强绳索取芯钻具的维护保养。
【摘要】绳索取芯钻探是一种不提钻而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法，它具有结构简单，钻进效率高岩矿芯质量好，钻头寿命长，劳动强度低等特点。提高绳索取芯钻进效率要考虑的因素有：套管的选用和下入深度、防斜的措施、金刚石钻头如何根据地层选用及排队使用、冲洗液根据地层情况合理选用其参数及判断孔内漏失层位如何应对、如何加强绳索取芯钻具的维护保养。
【关键词】绳索取芯 套管 钻头 冲洗液 钻探
绳索取芯钻探是一种不提钻而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法，它具有结构简单，钻进效率高岩矿芯质量好，钻头寿命长，劳动强度低等特点。我国煤田地质系统从80年代逐渐推广使用，取得了好的效果。目前一些地勘行业正在试用绳索取芯钻探，笔者根据从事绳索取芯钻探工作的多年实践就如何提高绳索取芯钻进效率谈些看法，供同行在绳索取芯钻进中参考。绳索取芯钻探不仅要熟练掌握绳索取芯钻具的结构和工作原理，还要注重现场一系列的工作。如，套管的选用、如何预防孔斜、钻头与护孔器的选择、冲洗液的参数调节、绳索取芯双管和打捞器及钻具的维护保养等，只有认真研究施工方案，因地制宜地做好这些工作，才能提高绳索取芯效率，降低成本，使经济效益提高。
一、套管直径深度的选择及防斜措施
绳索取芯钻探与所下套管的直径和孔斜至关重要。下好表层套管是保证绳索取芯正常钻进的基础。针对孔深超过180米的钻孔都应下入套管，孔深不超过180米的钻孔也应下入大一级的井口管控制表土坍塌，如果钻进比较厚的第四系地层不下套管，那对冲洗液应定时进行检测，保持其护壁的优良技术参数，同时应尽量减少起下钻次数，达到冲洗液护壁的目的。一般应根据所采用绳索取芯钻具规格和孔径要求来选择套管直径。且所遇地层岩性完整程度来确定所下入套管的深度。绳索取芯钻探与套管直径密切相关。套管直径过大会造成钻具工作不稳定，容易折断钻杆，且均发生在钻杆与丝扣、钻杆与钻杆连接处，而且不便提高钻具回转速度，影响效率的提高。但也不能下直径过小的套管，容易造成上下钻困难，冲洗液环状间隙过小，不利于畅通和排出岩粉。套管小入孔内的深度应根据钻孔所遇地层的岩石风化完整程度及地下水位来确定。若钻孔设计较深，生产周期较长，中深孔或深孔800米时，一般都要下2～3层套管，包含一层技术套管。当孔内出现坍塌、掉块或遇溶洞裂隙时，则将技术套管拨出，在扩孔到下部3米左右重新下入。每层套管应下到完整基岩，套管连接部位用接箍焊死，孔口处用水泥或木楔固定并用胶皮密封，防止泥沙、岩粉流入套管间隙，以便终孔后套管顺利起拨。
为防止孔斜，在开钻前必须用水平尺将钻机安装周正、天车、立轴、孔口三点成一直线，绳索取芯钻头底唇面较大，钻进所需的压力较大，且绳索取芯钻杆壁薄，刚性稍差，不同普通∮50mm钻杆，在轴向压力下易弯曲造成孔斜，所以要严格控制钻头压力；另一方面可增加金刚石钻头胎体高度，用外锥型和阶梯型钻头唇面形式选择合理的防斜扩孔器和检查悬挂机构中的悬挂环和座环，保持钻具在孔底的稳定性。
二、钻头和扩孔器配套使用
金刚石钻头按钻头外径和内径分组顺序使用。先用外径大、内径小的钻头，后用外径小内径大的钻头，且每回次钻头直径之差要小，新钻头必须初磨，即采用正常压力的1/3轻压慢转速200～300r/min钻进约10分钟方可转入正常技术参数钻进。扩孔器主要作用是修整孔壁、起扶正稳定钻头作用，也应符合钻头的级配，同样按使用钻头一样排队使用。
绳索取芯钻进优越性在于纯钻时间长，辅助时间短，钻头使用寿命高，一般在20～200米，这样金刚石钻头应考虑地层岩性。含煤岩系可选用粗中粒表镶钻头，岩石可钻性3～6级松软、破碎地层可选用侧喷、底喷和斜底喷钻头；特别坚硬、研磨性强的打滑地层应选用细粒表镶和孕镶钻头，同时要摸索合理选用金刚石胎体硬度与适应岩层的钻头。 三、冲洗液参数及漏失地层的堵漏方法
绳索取芯钻进应根据地层特点、钻孔设计深度来合理选择冲洗液。一般采用优质低固相泥浆1.04～1.05g/cm3、粘度为21～30s、失水量7～10ml、固相含量3%～4%、PH值8～10，无固相优质泥浆性能为密度1.02～1.03g/cm3粘度为17～22s、失水量7～8ml、 PH值7～8，钻进坍塌掉块不稳定岩层，密度和粘度相应提高，漏失地层对绳索取芯钻进影响很大，无法维持冲洗液循环，起不到冷却钻头排除岩粉，保护孔壁、润滑钻具的作用，从而提不高转速，处理不当还有可能造成孔内事故，我们只能根据冲洗液返回地面情况分为轻微漏失、中等漏失、严重漏失等，根据孔内含水层情况，确定漏失层位，孔内没有稳定水位，说明在非含水层底部漏失；稳定水位与地下水位一致，说明在含水层钻孔底部漏失；孔底发生漏失若漏失层为非含水层则稳定水位在漏失层之下；若漏失层为含水层，则稳定水位可能在漏失层之上或漏失层之中。一般常用泥浆、水泥浆、惰性材料直至下套管堵漏。
四、绳索取芯钻具的使用和保养
钻杆拧卸坚持使用丝扣油，严禁用铁锤敲击。钻杆发生弯曲变形超过0.75毫米/米应进行矫直。钻杆立根台必须放缓冲材料如木板、橡皮等，禁止螺纹端部与铁器接触。钻杆搬迁时，螺纹部分应拧上护丝，轻拿轻放，防止损坏钻杆。在严重漏失地层投放内管总成时应用绞车配合钢丝绳下入，不允许直接将内管总成放入钻杆柱内，以免因撞击损坏钻具和钻头。被打捞上来装岩芯的内管总成要拧开卡簧座，轻轻敲击内管，倒出岩芯，勿用铁锤敲击。弹卡张开间距应比弹卡挡头内径大1.5毫米，否则应更换，以免单管钻进，给取芯带来困难。弹卡部位应经常注油润滑，保持弹卡动作灵活，内管弯曲变形超过0.5毫米/米，应矫直或更换。局部凹坑影响岩芯进入也应更换。单动轴承应定期注入黄油，轴承失灵应更换。弹卡挡头拨叉磨成圆角，不能带动内管总成上部转动应该用挫修平，悬挂环与座环的吻合面磨成圆锥形，应及时更换。卡簧座的水口深度应保持在4毫米，否则应及时加深，变形时应更换，打捞物或打捞矛头磨损，尾簧变形不能有效捞取内管时，应予更换。打捞钢丝绳有损伤断股要更换，且要注意添油保养，要特别熟悉和掌握弹卡机构、单动机构、调节机构、悬挂机构、到位报信机构、岩心堵塞报信机构、打捞机构、安全脱卡机构，做好这些工作，对提高绳索取芯钻进效率有明显作用。
来源: 《建筑中文网》.
【关键词】绳索取芯 套管 钻头 冲洗液 钻探
绳索取芯钻探是一种不提钻而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法，它具有结构简单，钻进效率高岩矿芯质量好，钻头寿命长，劳动强度低等特点。我国煤田地质系统从80年代逐渐推广使用，取得了好的效果。目前一些地勘行业正在试用绳索取芯钻探，笔者根据从事绳索取芯钻探工作的多年实践就如何提高绳索取芯钻进效率谈些看法，供同行在绳索取芯钻进中参考。绳索取芯钻探不仅要熟练掌握绳索取芯钻具的结构和工作原理，还要注重现场一系列的工作。如，套管的选用、如何预防孔斜、钻头与护孔器的选择、冲洗液的参数调节、绳索取芯双管和打捞器及钻具的维护保养等，只有认真研究施工方案，因地制宜地做好这些工作，才能提高绳索取芯效率，降低成本，使经济效益提高。
一、套管直径深度的选择及防斜措施
绳索取芯钻探与所下套管的直径和孔斜至关重要。下好表层套管是保证绳索取芯正常钻进的基础。针对孔深超过180米的钻孔都应下入套管，孔深不超过180米的钻孔也应下入大一级的井口管控制表土坍塌，如果钻进比较厚的第四系地层不下套管，那对冲洗液应定时进行检测，保持其护壁的优良技术参数，同时应尽量减少起下钻次数，达到冲洗液护壁的目的。一般应根据所采用绳索取芯钻具规格和孔径要求来选择套管直径。且所遇地层岩性完整程度来确定所下入套管的深度。绳索取芯钻探与套管直径密切相关。套管直径过大会造成钻具工作不稳定，容易折断钻杆，且均发生在钻杆与丝扣、钻杆与钻杆连接处，而且不便提高钻具回转速度，影响效率的提高。但也不能下直径过小的套管，容易造成上下钻困难，冲洗液环状间隙过小，不利于畅通和排出岩粉。套管小入孔内的深度应根据钻孔所遇地层的岩石风化完整程度及地下水位来确定。若钻孔设计较深，生产周期较长，中深孔或深孔800米时，一般都要下2～3层套管，包含一层技术套管。当孔内出现坍塌、掉块或遇溶洞裂隙时，则将技术套管拨出，在扩孔到下部3米左右重新下入。每层套管应下到完整基岩，套管连接部位用接箍焊死，孔口处用水泥或木楔固定并用胶皮密封，防止泥沙、岩粉流入套管间隙，以便终孔后套管顺利起拨。
为防止孔斜，在开钻前必须用水平尺将钻机安装周正、天车、立轴、孔口三点成一直线，绳索取芯钻头底唇面较大，钻进所需的压力较大，且绳索取芯钻杆壁薄，刚性稍差，不同普通∮50mm钻杆，在轴向压力下易弯曲造成孔斜，所以要严格控制钻头压力；另一方面可增加金刚石钻头胎体高度，用外锥型和阶梯型钻头唇面形式选择合理的防斜扩孔器和检查悬挂机构中的悬挂环和座环，保持钻具在孔底的稳定性。
二、钻头和扩孔器配套使用
金刚石钻头按钻头外径和内径分组顺序使用。先用外径大、内径小的钻头，后用外径小内径大的钻头，且每回次钻头直径之差要小，新钻头必须初磨，即采用正常压力的1/3轻压慢转速200～300r/min钻进约10分钟方可转入正常技术参数钻进。扩孔器主要作用是修整孔壁、起扶正稳定钻头作用，也应符合钻头的级配，同样按使用钻头一样排队使用。
绳索取芯钻进优越性在于纯钻时间长，辅助时间短，钻头使用寿命高，一般在20～200米，这样金刚石钻头应考虑地层岩性。含煤岩系可选用粗中粒表镶钻头，岩石可钻性3～6级松软、破碎地层可选用侧喷、底喷和斜底喷钻头；特别坚硬、研磨性强的打滑地层应选用细粒表镶和孕镶钻头，同时要摸索合理选用金刚石胎体硬度与适应岩层的钻头。 三、冲洗液参数及漏失地层的堵漏方法
绳索取芯钻进应根据地层特点、钻孔设计深度来合理选择冲洗液。一般采用优质低固相泥浆1.04～1.05g/cm3、粘度为21～30s、失水量7～10ml、固相含量3%～4%、PH值8～10，无固相优质泥浆性能为密度1.02～1.03g/cm3粘度为17～22s、失水量7～8ml、 PH值7～8，钻进坍塌掉块不稳定岩层，密度和粘度相应提高，漏失地层对绳索取芯钻进影响很大，无法维持冲洗液循环，起不到冷却钻头排除岩粉，保护孔壁、润滑钻具的作用，从而提不高转速，处理不当还有可能造成孔内事故，我们只能根据冲洗液返回地面情况分为轻微漏失、中等漏失、严重漏失等，根据孔内含水层情况，确定漏失层位，孔内没有稳定水位，说明在非含水层底部漏失；稳定水位与地下水位一致，说明在含水层钻孔底部漏失；孔底发生漏失若漏失层为非含水层则稳定水位在漏失层之下；若漏失层为含水层，则稳定水位可能在漏失层之上或漏失层之中。一般常用泥浆、水泥浆、惰性材料直至下套管堵漏。
四、绳索取芯钻具的使用和保养
钻杆拧卸坚持使用丝扣油，严禁用铁锤敲击。钻杆发生弯曲变形超过0.75毫米/米应进行矫直。钻杆立根台必须放缓冲材料如木板、橡皮等，禁止螺纹端部与铁器接触。钻杆搬迁时，螺纹部分应拧上护丝，轻拿轻放，防止损坏钻杆。在严重漏失地层投放内管总成时应用绞车配合钢丝绳下入，不允许直接将内管总成放入钻杆柱内，以免因撞击损坏钻具和钻头。被打捞上来装岩芯的内管总成要拧开卡簧座，轻轻敲击内管，倒出岩芯，勿用铁锤敲击。弹卡张开间距应比弹卡挡头内径大1.5毫米，否则应更换，以免单管钻进，给取芯带来困难。弹卡部位应经常注油润滑，保持弹卡动作灵活，内管弯曲变形超过0.5毫米/米，应矫直或更换。局部凹坑影响岩芯进入也应更换。单动轴承应定期注入黄油，轴承失灵应更换。弹卡挡头拨叉磨成圆角，不能带动内管总成上部转动应该用挫修平，悬挂环与座环的吻合面磨成圆锥形，应及时更换。卡簧座的水口深度应保持在4毫米，否则应及时加深，变形时应更换，打捞物或打捞矛头磨损，尾簧变形不能有效捞取内管时，应予更换。打捞钢丝绳有损伤断股要更换，且要注意添油保养，要特别熟悉和掌握弹卡机构、单动机构、调节机构、悬挂机构、到位报信机构、岩心堵塞报信机构、打捞机构、安全脱卡机构，做好这些工作，对提高绳索取芯钻进效率有明显作用。
来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200908/14092.htm
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