地浸工艺钻孔施工中的绳索取芯技术分析

陈帅

核工业柳州工程勘察院 广西 柳州 545005

摘要：本文介绍了在地浸工艺钻孔施工过程中，应用绳索取芯技术的意义与实例，以期通过合理应用绳索取芯技术的方式，在保证取芯效率、质量满足工作要求的基础上，降低取芯成本、缩短取芯工期，为后续工作的顺利开展提供有效的支持，希望能够给读者带来启发。

关键词：地浸工艺；钻孔施工；绳索取芯技术

引言：在当前矿井勘探工作开展的过程中，为切实了解矿层的实际情况，则需要相关工作人员采用钻探取芯的方法，获取符合测量标准的样本，以便为后续矿层的开采、管理等工作的开展提供有效的支持。近年来，随着勘探技术的不断发展，地浸工艺钻孔取芯施工中的绳索取芯技术，因具备较为良好的使用效果，得到了广泛的应用。

一、地浸工艺钻孔施工中应用绳索取芯技术的意义

在当前的地浸开采过程中，为切实了解层岩的具体特征，需要部分工艺在钻孔过程中，对目的层进行取芯操作，现阶段，较为常见的操作方法主要可以分成两种，一种是采用大直径钻杆或岩芯管进行取芯操作，另一种是先用岩芯钻机进行取芯操作，然后用多级扩孔工艺实现工艺孔的扩大。对上述两种方案进行比较后可以了解到，尽管第一种工艺不需要多级扩孔，但由于取芯孔相对较小所以取芯的难度比较大，并且在取芯操作过程中，需要频繁提下大口径钻具，同时，在操作过程中受泥浆堵塞矿层难度较大的影响，这种操作方式的劳动强度相对较大。第二种方案在实际使用过程中，由于需要进行多级钻孔操作，耗费的人力、物力以及时间相对较多，并且最后成井的质量控制难度相对较大。面对上述情况，相关工作人员可以在地浸工艺的基础上，结合施工区域的实际情况，通过采用绳索取芯技术方式，在保证取芯技术符合相应技术标准的同时，降低工作对矿层的污染，缩短单孔成井所消耗的时间^[1]。

二、地浸工艺钻孔施工中应用绳索取芯技术的实例

为切实了解地浸工艺钻孔取芯施工中的绳索取芯技术的使用效果，本文主要以某矿区为例，介绍了在该矿区中相关工作人员利用现有的转盘式钻机与直径为127mm的绳索取芯相互配合，实现快速钻探取芯的方法。

（一）工程概况

1.底层情况

在矿区属于第四系覆盖层砾石发育，其厚度在80—250m之间，施工区域的岩石可钻性处于2—8级之间，在钻孔取芯的过程中，钻孔偏斜、钻孔涌水、孔壁超径或缩径等问题都是较为常见的问题。

2.目的层岩层性

在取芯工作开始过程中，其目的层主要在侏罗纪系中、下统西山窑组下部及三工河组部分，其中西山窑组取芯段的岩性主要为含砾粗粒砂岩与粗粒砂岩；其次为细粒砂岩与砂砾岩、泥夹岩、粉砂岩或煤层透镜体。三工河组取芯段的岩性是细—粗粒砂岩、含砾粗粒砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩夹少量炭质泥岩与薄煤层。

3.取芯要求

首先，在进行目的层含矿含水层的取芯操作的过程中，钻孔取芯段在30m以上，终孔径在95mm以下；其次，含矿含水层矿芯采取率应在75%以上，岩芯采取率应在65%以上；再次，使用新鲜的优质钻井液，保证泥浆性能能够被完整地记录下来；最后，保证钻孔质量优良，水文观测记录表、班报表等报表原始记录完整。

4.工艺钻孔结构要求

在进行钻孔操作时，取芯钻孔设计均为抽液孔或双功能钻孔，孔的开孔直径在269mm左右，在钻孔过程中，当位置到含矿含水层顶板处时，采用直径为151.1mm的变径，进行后续施工，直至孔底，然后对钻井进行综合测定，在明确过滤器位置后，进行扩孔操作。

5成井工艺要求

在施工过程中，地浸工艺孔的主要质量验收标准包括，首先，优质孔的过滤器安装位置偏差 应不大于0.3m，合格孔的位置偏差 应在0.3m以上，并且不大于0.7m；其次，优质孔的涌水量Q应该在9.0m³/h以上，合格孔的涌水量Q应该在6.0m³/h到9.0m³/h之间；优质孔的井管状况应当完好，合格孔的井管状况n应在0—3之间；最后，优质孔的井斜偏离 应在0.5m/100m一下，合格孔的井斜偏离 应该在0.5—1.5m/100m之间。

（二）设备选择

1.主要施工设备

在本次工程施工过程中，为满足钻孔取芯工作的要求，主要使用地浸工艺钻孔，并且该工程施工过程中具体的钻探设备包括，1台型号规格为TSJ-2000/445税务钻机；1套型号规格为A25的钻塔；直径为127mm的600m钻杆；直径为95mm的100m钻杆；1台型号规格为TBW1200/7C的泥浆泵；1台型号规格为BW350/13的泥浆泵；1台电动绞车；1台泥浆性能测试仪器；1套旋流除砂器、振动筛；1套单点测斜仪。

2.取芯钻具与钻头

在明确施工地点实际情况与钻孔取芯工作的具体要求的基础上，本次工程施工选择的取芯工具为S95绳索取芯器以及与之配套的直径为95mm的钻杆，全面钻进工作选用的钻头为直径为269.90mm和244.50mm的牙轮钻头，取芯工具为直径为108mm的自制绳索取芯钻头。

（三）钻进工艺

在钻进工作开展过程中，上部主要采用转盘钻机碎岩的工作机理，下部取芯段则采用A95绳索取芯钻杆与取芯钻具，实现快速钻探的目的。

1.钻孔结构

在工作过程中，依据施工地点的地层性质以及地浸工艺钻孔结构的具体要求，取芯钻孔为地浸工艺钻孔中的抽液孔，通过三级井段结构，在满足工艺要求的同时，降低因扩孔产生的施工量，提高钻孔的稳定性。具体来说，在钻孔过程中，首先，一级井段使用直径为269.90mm的牙轮钻进深度为320m，然后依据地质岩层情况，确定下入的护臂套管；其次，二级井段则更换直径为244.50mm的牙轮钻头，钻进深度到设计矿层顶板上3m左右的位置；再次，三级井段使用直径为95mm的钻杆与S95取芯钻具及钻头，取芯深度至设计矿层底板下3m处；最后，在上述操作结束后，用直径为215.9mm的钻头，实现取芯段的扩孔^[2]。

2.各井段钻具组合与钻进参数

各井段钻具组合具体情况为，首先，一开井段的钻具组合参数为直径是269.90mm牙轮钻头+4根直径是178mm的钻铤+127mm钻杆+方钻杆；其次，二开井段的钻具组合参数为直径是244.90mm牙轮钻头+4根直径是178mm的钻铤+直径是127mm的钻杆+方钻杆；最后，取芯段的钻具组合参数为直径是108mm 的取芯钻头+S95取芯钻具+直径是127mm的钻杆+方钻杆。

各井段钻进参数具体情况为，首先，第四系冲洗液量为15—20L/s，钻压为30—50kN，转速为80—150r/min；其次，基岩段冲洗液量为15—25L/s，钻压为40—80kN，转速为60—120r/min；最后，取芯段冲洗液量为3—6L/s，钻压为10—20kN，转速为40—50r/min。需要注意的是，在进行底层段钻进参数选择过程中，应当依据地层的变化情况，对钻压与泵量进行适当的调整。

3.取芯钻具操作要求

在进行取芯操作过程中，首先要按照地浸工艺钻孔施工的要求，进行钻孔施工，当钻孔位置到达取芯位置后，开始循环冲孔；其次，进行泥浆替换操作，当泥浆质量满足取芯要求后，起钻，更换取芯钻具；最后，在下钻操作前，对内外管的组装情况加以检查，在保证设备能够正常工作后，进行取芯操作。

结论：总而言之，在实际操作过程中，地浸工艺钻孔取芯施工中的绳索取芯技术的应用不仅避免了多次扩孔钻进操作所消耗的大量人力物力资源，有效缩短钻孔取芯工作的工期，还能降低钻孔事故的出现概率、避免泥浆对水层产生污染，在当前的矿区勘探过程中，地浸工艺钻孔取芯施工中的绳索取芯技术有着较高的应用价值。

参考文献：

[1]汪成勇,曾令,龚美鑫,等.绳索取芯技术在地浸工艺钻孔施工中的应用[J].西部探矿工程,2021,33(11):93-97.

[2]杨冬冬,赵江鹏,王四一.煤矿井下取心钻进技术与装备研究现状及发展趋势[J].煤炭工程,2021,53(6):176-181.