復雜地層金剛石繩索取芯鉆進的應對技術措施

　　隨著金剛石繩索取心鉆進技術的推廣，在易塌、易漏、易斜和難取心等地層的鉆進工作量也相應增加。顯然，研究在這些復雜條件下的鉆進技術措施，對擴大繩索取心鉆進的使用范圍，有著巨大的現實意義。
　　1、鉆進塌、縮、漏等雜地層
　　繩索取心鉆進遇到松散破碎、膠結差或吸水膨脹的水敏地層時，經常會出現泵壓升高，排粉難，孔壁失穩和鉆桿折斷等現象，要突破復雜地層的難關，筆者認為必須采取下列綜合措施：
　　1.1采用多級口徑和多種鉆進方法：根據巖層的復雜程度和孔深情況，在確定鉆孔結構時，上部可以適當增大鉆孔直徑到91或110mm，采用合金鉆頭鉆進，然后下人必要的技術套管，換φ75mm繩索取心鉆具通過復雜層。當鉆孔較深，地層又穩定，則可用φ60（或φ59）繩索取心鉆具鉆至終孔。
　　如果上部地層條件允許，也可考慮采用無巖心鉆進．這樣做可提高純鉆時間利用率，提高臺效。有利于快速通過復雜層，縮短施工周期，降低鉆探費用。
　　這種多徑成孔的結構，既可發揮上部地層用合金鉆進或無巖心鉆進的優越性，又可避免用單一小口徑繩鉆鉆進難以達到地質要求和設計孔深等問題。
　　1.2采用超徑鉆頭，適當增大鉆具與孔壁間隙。如正規的S75繩鉆鉆具，其鉆頭外徑為φ75mm，擴孔器外徑為φ75.5mm，外管為φ73mm。這樣，擴孔器與外管問的間隙只有1.25mm，考慮實際情況，可能增大到2mm左右。間隙太小，在復雜孔段就容易出現排粉困難、泵壓高和孔壁失穩等情況。這時若將鉆頭外徑增大2～2.5mm，則鉆頭直徑相應為φ77～φ77.5mm，擴孔器外徑為φ77.5～φ78mm。這樣，擴孔器外徑與外管間隙可蟬大到2.25～2.5mm，實際情況還可能增大到3～3.5mm．鉆孔環狀間隙在鉆桿部分則更大一些，間隙加大以后，上述—系列問題，就能得到較好地解決。
　　1.3采用超低固相泥漿鉆進：當前繩鉆在復雜層鉆進時，一般使用無固相或低固相鉆井液。無固相鉆井液雖有許多優點，但通過幾年來的實踐，也暴露一些問題，如巖粉吸附嚴重，凈化不及時就會變成巖粉漿，另外失水大，對水敏性地層護壁不利，低固相泥漿性能較穩定，容易控制，但凈化措施跟不上，容易在鉆桿內壁結垢，影響內管打撈，巖粉過多對鉆頭工作壽命也不利。我們在使用繩鉆時就有這個教訓。開始使用PHP—KHm無固桐沖洗液，鉆遇水敏性千枚巖后，接連幾個鉆孔都出現孔內巖粉多、鉆桿折斷等事故。后來換用PHP-KHm超低固相泥漿，配合正確選擇鉆頭，加大環狀間隙等措施，孔內事故大大減少，臺月效率顯著提高。采用超低固相泥漿鉆進時，還可加入0.1～0.3%的潤滑劑，以保證金剛石鉆進開高速的需要。
　　1.4采用瞬凝水泥“干法”堵漏：在處理鉆孔沖洗液漏失時，最常用的方法之用水泥漿堵漏。但一般用泵送方法灌水泥漿時，由于不可避免地受孔內沖洗液稀釋的影響，使水泥漿水灰比增加，凝結時間延長，強度下降，使堵漏效果受到嚴重影響，有時甚至全部漏失，而導致堵漏失敗。在小口徑鉆孔中，由于環狀間隙小，用泵送水泥漿堵漏時，還容易蹩漏地層，或提鉆時造成抽吸作用，堵漏效果更差。
　　為了克服上述缺點，當前國外推廣速凝干粉水泥堵漏。使用時將干水泥用工具送到孔內漏失段，然后開泵送水，將水泥擠出，并用相應的工具就地進行加工處理。
　　2、提高難取心地層采取率的措施
　　一般說來，巖心采取率是隨著地層復雜程度的增加而下降的，盡管繩索取心鉆具有利于提高巖礦心采取率，但在松散破碎或膠結性差的巖層，由于沖洗液的不斷沖洗，巖心破碎成巖塊，進入巖心管后可能卡在某一位置而影響巖心進入，于是巖心被磨碎，而經過環狀間隙被排走，使巖心采取率降低。此外，在提撈內管過程中，管內松散細小顆粒組成的巖心，有從管底脫落的危險，也使采取率降低。
　　要園滿地解決難采心地層的采取率問題，應從完善繩索取心鉆具的結構，選用適合于復雜條件下的金剛石鉆頭，使用優質沖洗液等多方面來考慮。
　　從完善鉆具結構來看，首先要防止巖礦心堵塞內管或卡簧，其次要改善巖礦心在內管的儲存條件。根據經驗，這方面的措施有如下幾點：
　　（1）用鍍鉻的方法增加內管內表面的硬度和光潔度，這樣可減少與巖心接觸面的摩擦力。
　　（2）在內管中裝上噴射式裝置和水力振動器，以防止巖礦心自卡。
　　（3）設計特制的巖心提取器，使卡簧的延長部分，對內管中的巖心起到良好的導向作用，防止巖心碎塊阻塞和卡塞。
　　（4）為了在巖心管內保留住巖石碎屑，巖心提取器上裝彈片系統，在提取時，完全堵住內管，以防巖心從巖心管內脫落。
　　（5）增加巖心自堵信號裝置，當巖心自堵或巖心充滿內管時，沖洗孔限關閉，使地面泵壓表壓力瞬時增高。
　　（6）采用半合管、三層管和內管超前的繩索取心鉆具，以獲得與地層結構大致相同的巖礦心。
　　在松敞、未膠結的地層鉆進，經驗證明，用雙錐形階梯式金剛石鉆頭鉆進，效果最好。這種鉆頭端部半徑小，內保徑部分短，鉆頭外面切有“泄水孔”，使大部分沖洗液直達鉆頭底部。這種鉆頭在鉆進時可減少磨碎巖心和沖洗液沖壞巖心的危險．也可選用多階梯形鉆頭，這種鉆頭在巖心破碎時能保證順利鉆進，有利于提高鉆速。
　　3、防止鉆孔彎曲的措施
　　在鉆進中當遇到復蓋層，軟硬互層、裂隙、節理、片理或層理發育和溶洞層時，小口徑繩索取心鉆進也會發生鉆孔彎曲的現象。為了順利通過這些地層，除采取如安裝、換徑、操作等常規防斜措施外，關鍵是要選擇合理的鉆具結構、保持鉆具在運動狀態下的穩定性．同時還應有完善的工藝措施，如采用防斜鉆頭，控制鉆進規程參數，限制鉆速等。
　　結束語
　　復雜條件下的繩索取心鉆進，由于地層因素的影響，不可避免地會給施工帶來一些困難。但是如能正確選擇鉆孔結構，適當增大環空間隙、采用超低固相泥漿和新的護堵材料與工藝、完善繩鉆結構，下部鉆具組合合理，是有可能順利通過復雜層的。
　　當前國內繩鉆技術正處在一個蓬勃發展的新時期，繩鉆使用范圍和鉆進深度不斷增加。及時制定出相應的通過復雜層的對策和完善的技術措施，對于加速繩索取心鉆進技術的發展，具有重大意義。