国外深孔绳索取芯钻进技术进展

绳索取芯钻进在世界各国岩心钻探工作中已广泛使用。绳索取心钻具的结构也日臻完善，如岩心遇堵信号装置，内岩心管到位信号装置，多次使用内管安全打捞装置，铰链式轴销矛头等等。但是，绳索取心技术在深孔钻进实践中正面临着一些新的问题。现就国外有关这方面的技术进展简述于下。（一）随着绳索取心钻具在深孔钻进中的应用，如何减少升降内岩心管所花费的时间，就成了突出的问题。结何解决这一矛盾，一些钻探公司对绳索取心钻具的结构或其辅助设备的性能作了一些改进。     

绳索取心钻进技术讲座

一、绳索取心钻具1．绳索取心钻进对钻具的技术要求：绳索取心钻进必须具有既能取心又能在钻杆内升降内管，所以绳索取心钻具和普通金刚石小口径钻具不同，它除了能够实现单动和卡取容纳岩心外，还必须完成下列主要动作。（1）内岩心管能从钻杆内下到外岩心管中的预定位置并悬空单动，防止钻讲过程中内岩心管向上串     

S75-SF中深孔绳索取心钻具结构及应用

随着中深孔地质岩心钻探工作量的大幅增长,不仅对绳索取心钻柱提出了严格要求,对绳索取心钻具的功能和可靠性要求也越来越高。S75-SF绳索取心钻具采用了双弹卡结构,增强了悬挂机构的安全性,提高了内管总成的投放和打捞速度,减轻了孔内冲洗液压力波动,在正常钻进时可降低泥浆泵压力损失,有利于复杂地层孔壁稳定。内管总成机构与内岩心管采用插接的连接方式,拆卸方便,便于钻探施工人员采取岩心。该钻具在施工中效果良好,减轻了工人的劳动强度,提高了施工效率,可满足中深孔绳索取心钻探施工要求。     

复杂地层用绳索取心钻具的研制

常规绳索取心钻具在复杂地层钻进时,岩矿心采取率会降低的原因主要有2个:一是钻具防水性能差,遇到松散软的地层时,岩心没有进入岩心管时就被冲洗液冲蚀掉了;二是钻具防岩心脱落性能不好,遇到硬脆碎地层时,虽然岩心能够进入岩心管,但卡簧对破碎的岩心卡固不牢,很容易脱落。复杂地层用绳索取心钻具是以解决这两大问题而设计的,并使绳索取心钻进的优越性得到充分的发挥。     

深部钻探绳索取心跨口径钻具的应用研究与拓展

在深部地质岩心钻探中,绳索取心是最常用的钻进工艺。由于绳索取心钻进环状间隙小,需要采取加大钻头的方式,解决泵压高、“激动”压力大造成孔壁失稳等问题。深孔施工在不下套管的情况下直接将钻头加大到上一级口径,可以解决环状间隙问题,还能多出一级备用口径。通过对绳索取心钻杆能力进行分析,研制了跨口径系列绳索取心钻具,并在实践应用中不断改进,为深部地质岩心钻探的钻孔结构设计和复杂地层钻进提供了保障,应用效果良好。为满足地热钻探的长孔段取心要求,提出了大口径绳索取心钻具的设计方案,进一步拓展了绳索取心工艺的使用范围。     

国内外绳索取心钻具研发应用概况及特深孔钻进问题分析

随着钻孔深度的不断增加,对绳索取心钻具的使用性能提出了更高要求。在分析了国内外绳索取心钻具研发现状、结构设计特点及特深孔应用情况的基础上,整理了特深孔钻进绳索取心钻具使用存在的技术问题,定位机构打捞可靠性、到位报信提示可靠性、堵心报信机构工作稳定性、单动机构使用寿命均有待提高,并相应地分析了原因,为5000 m特深孔绳索取心钻具优化设计打好基础。     

孜拉山1888 m无垂深超长水平孔钻进关键技术

西藏昌都孜拉山隧道勘察水平孔设计深度1500 m,实际完钻深度1888.88 m。钻进过程中强风化破碎带地层孔壁易坍塌,硬岩地层超长水平孔钻孔轨迹控制难度大,绳索取心岩心管和打捞器推送困难,提下钻阻力大、回转扭矩大、钻具磨损严重,局部地层涌水、冲洗液漏失频发,严重影响成孔质量、施工效率和施工成本。分析了无垂深水平孔钻进过程中破碎地层孔壁失稳、钻孔轨迹偏移、钻进扭矩大、钻具磨损严重等问题产生的原因,给出了实钻过程中的解决方案和处理措施,顺利完成钻孔施工任务,积累了无垂深水平孔绳索取心钻进复杂问题处理措施和经验。     

深厚覆盖层绳索取心钻探工艺实践

山西省清徐县测区（清徐县幅、徐沟幅）1：5万区域地质调查项目ZK03钻孔设计孔深3000 m,要求全孔取心,岩心采取率≮85%,岩心直径≮60 mm,采取原状岩样。针对深厚覆盖层、大直径高保真全孔取心等难题,通过分析所钻地层特点、可能存在的孔内事故、应用CHD127型绳索取心钻具、优化钻具结构、采用稳压钻进技术、加强现场泥浆使用管理等多措并举,创新性探索出“水源钻机+绳索取心+长裸眼孔段”工艺,高质量完成了施工任务。现场实践表明,深厚覆盖层连续取心施工使用“水源钻机+绳索取心”工艺要优于立轴式岩心钻机;绳索取心钻具内管加PVC管可以满足岩样保真及采取率要求;高质量低固相泥浆性能可以实现深厚覆盖层全裸眼钻进。“水源钻机+绳索取心+取心钻具内衬PVC管”工艺可以在岩土工程勘察、中硬以下岩层水文地质孔、煤层气勘探深孔中推广应用。     

绳索取心钻进技术在水平钻孔中应用

针对深100 m水平钻孔钻孔易倾斜和卡钻事故多发等问题,在2个工程中试验应用了绳索取心钻进技术成孔,把打捞器中的柔性钢丝绳改为硬质铁管,解决了内管总成的打捞和投放问题。并采取了一些相关技术措施,取得了良好的钻进效果,2个深100 m水平孔均没有发生过孔内卡钻或其它事故,而且钻进效率高、岩心采取率高,达到了地质勘探的目的和要求。结合工程实践,介绍了在水平孔中采用绳索取心钻进技术的技术要求和工艺措施。     

86WL绳索取心钻具应用效果

86WL-TV型绳索取心钻具和TXL-1E型深孔岩心钻机及配套设备，是原煤炭部地质局从日本利根公司成套引进的，共4套。我队从1981年开始用该钻具（一套）在河南平顶山煤田钻进，历时10年完工钻孔10个，总进尺11547.28m，其中绳索取心段进尺占     

西平铁矿深孔绳索取心钻探技术应用

绳索取心钻进技术已经广泛用于钻探工程中,深孔钻探采用绳索取心技术可大大提高钻探效率和钻探质量。结合西平铁矿对深孔绳索取心钻探技术进行了应用研究,阐述了深孔绳索取心钻探过程中,钻孔结构的优化以及匹配合理钻具型式的重要性。还就泥浆体系和孔斜控制等关键技术进行了探讨。     

SK5 3/4 "×94 mm绳索取心钻具结构分析

为在中国大陆科学钻探工程中实施大口径绳索取心钻进,特从德国引进一套绳索取心钻具,在使用和测绘过程中发现该钻具在结构上确有其特色,同时也存在个别缺陷和不足,对钻具的特色及不足做了简单剖析,对小口径绳索取心钻具的设计,特别是对深孔绳索取心钻具的设计有一定的参考和借鉴之处.     

SM系列绳索取心采煤钻具

煤田采用绳索取心钻探是提高经济技术效果的有效途径。“SM系列绳索取心采煤钻具”的研制成功为在煤田推广绳索取心钻探提供了可靠的取心工具。采煤钻具不但具有S75绳索取心钻具先进的单动、减振、到位报信、岩心堵塞报信等装置,而且具有特殊的半合管结构,能够取出并能观察到煤心的原状结构。它适用于煤层薄、层数多、层位变化大、煤性脆、松软等不稳定煤层的取心。其中SM－2型钻具特别适用于钻进粉煤,SM－4型钻具特别适用于钻进含有夹的硬脆煤层。钻具性能可靠,是目前煤田勘探中较先进的特种取心工具。     

超深涌水水平孔绳索取心钻具投送和打捞技术

为了精准查明拟建隧道沿线地质情况,通常采用水平孔绳索取心钻探技术。在超深涌水水平孔绳索取心钻进中,投放、打捞内管总成钻具和打捞器是施工中的难题。因此从研制专用水平钻机、选择大功率泥浆泵、封隔分流涌水、设计绳索取心钻具送绳器、定制专用内平绳索取心钻杆等几方面开展研究。全面分析了泥浆泵压力、钻杆内径大小、钻孔深度、钻杆的密封性、钻孔涌水量、涌水压力、孔壁间隙等因素对投送内管总成钻具和打捞器速度的影响,实现了高效、低成本、绿色钻探技术集成。经过精心组织,成功完成了千米级的大涌水水平孔绳索取心钻探施工,精准查明了隧道洞身段工程地质条件,取得了满意的技术效果,为隧道设计和施工提供了安全保障,也为超深涌水水平孔钻探提供了经验。     

特深孔地质岩心钻探钻孔口径及管柱规格研究

针对5000 m地质岩心钻探基础准则与依据缺失,油气钻井与岩心钻探工艺及装备差异大等问题,本文梳理分析了国内外深部地质岩心钻探口径系列及管柱规格,厘定了基本外界条件及相互关联要求,开展了特深孔岩心钻探环空水力学计算与绳索取心钻杆的等强度设计,初步构建了以绳索取心钻进工艺为主体的5000 m特深孔钻探口径系列与钻(套)管柱规格。     

5000米智能地质钻探技术与装备研发

深部钻探技术是解决深地探测科技问题的必要手段之一。本文主要介绍了"十三五"国家重点研发计划"5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范"项目方案,项目从构建大深度绳索取心钻孔口径系列、钻具级配、装备配置等入手,开展了钻进智能控制、钻机关键技术与装备、高性能绳索取心钻杆、小口径高效系列钻具、环保冲洗液体系与废浆处理技术、钻探技术装备集成与示范等研究,拟突破智能控制、自动化、轻量化与模块化等关键技术,形成以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探装备与技术体系,为我国深部探测计划提供技术与装备支撑。     

特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范

特深孔地质岩心钻探技术装备是由中国地质科学院勘探技术研究所牵头、国内多家单位合作参与研发成功的我国深部矿产资源勘探技术装备,是“十三五”国家重点研发计划项目“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”的研究成果,形成的主要研究成果总体实现了特深孔地质岩心钻探工程设计标准化、钻探装备轻量化、钻进控制智能化、孔口操作自动化、孔内钻具系列化、泥浆体系绿色化的目标。以JZ04地热地质勘探井为示范平台,完成了特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范应用,重新构建了新的地质钻探小口径钻孔结构,创造了?114 mm绳索取心钻进应用深度、下入?146 mm地质套管深度两项亚洲纪录,初步形成了以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探技术装备体系。     

国内外割心钻具研发概况与分析

在松散、松软、破碎等复杂地层钻进时,与常规取心技术相比,割心技术能够获得更高的岩心采取率。国内外研发的割心钻具主要包括双动双管、单动双管和绳索取心割心钻具3种,钻具研发的关键点主要包括岩心爪结构设计和加压方式选择。从钻具研发情况看,三角形岩心爪具有良好的闭合性能,液力加压能够实现对割心压力的准确控制,绳索取心割心钻具钻进效率较高,但研发难度相对较大。本文详述了国内外割心钻具的结构设计特点及取心操作流程,分析了钻具设计原理的优缺点,提出了割心钻具发展趋势,为割心钻具的优化设计奠定了基础。     

SYZX系列绳索取心液动锤在新余梅山煤矿易斜深孔防斜钻进中的应用

为了解决江西新余梅山煤矿深孔勘查中存在的孔斜问题,采用绳索取心液动锤钻进为主的防斜工艺,优化钻具结构组合,合理地选择钻进技术参数和措施,在该矿区取得了明显的减斜防斜效果。总结了SYZX系列绳索取心液动锤在江西新余梅山煤矿勘查深孔施工中的防斜经验。     

深孔及松软地层大口径绳索取心钻具的研究与应用

为解决深孔大口径及松软地层取心难的问题,推进取心钻探技术的发展,研发了一套大口径绳索取心钻具。着重介绍了大口径绳索取心钻具的结构特点、技术参数、技术创新及使用效果。应用结果表明,该大口径绳索取心钻具结构合理、各机构动作可靠、岩心采取率高,能够满足深孔及松软地层的取心要求。