繩索取芯鉆進技術(shù)在東莞地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

何德源

（廣東省地質(zhì)工程公司，廣東廣州510425）

1 概況

1.1 工程概況

珠江三角洲（東莞市）深部地?zé)豳Y源勘查項目屬廣東省財政廳啟動的公益性水文地質(zhì)勘查項目，目的是為了探明廣東省深部地?zé)岬姆植?、埋藏情況，為廣東的深部地?zé)豳Y源開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

據(jù)前期物探顯示在客家圍及橋下街有低阻異常帶，為查明地層巖性及該低阻異常帶與斷裂破碎帶的關(guān)系，決定布設(shè)勘察孔RK4。

RK4勘察孔位于廣東省東莞市萬江區(qū)金泰橋西北側(cè)，于莞穗路相連，交通便利。2011年11月6日RK4勘察孔正式開工,目前已完成進尺502.10m，并進行了相應(yīng)的測溫、洗井、測井、專門水文地質(zhì)試驗等野外工作任務(wù)。

1.2 地質(zhì)概況

綜合調(diào)查、勘探及區(qū)域地質(zhì)資料，RK4勘察孔位于東莞盆地南側(cè)邊緣，在北東向河源斷裂帶(東莞斷裂)控制范圍之內(nèi)，并有北西向黃旗峰斷裂帶經(jīng)過與之交匯。東莞斷裂與黃旗峰斷裂交匯處的東3井在358.10m揭露到燕山第三期黑云母花崗巖。根據(jù)前人資料及本次地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查，在東莞斷陷盆地西北部，巖漿巖體侵入于下古生界變質(zhì)巖中，呈巖基產(chǎn)出；在東莞斷陷盆地東南部，巖漿巖體侵入于下古生界變質(zhì)巖中，呈巖株產(chǎn)出。RK4孔據(jù)鉆探揭露地層劃分，0～10.50m為第四系土層；10.50～65.40m為下第三系古新統(tǒng)莘莊村組(Ex)，巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾粉砂巖；65.40～150.70m為上白堊統(tǒng)大塱山組(Kdl)，上部為含礫泥質(zhì)粉砂巖，下部為砂礫巖；150.70～502.10m為下古生界混合片麻巖，變質(zhì)程度自上而下變深。巖石裂隙不發(fā)育，僅局部見閉合裂隙。

2 主要鉆井設(shè)備與機具

（1）鉆機。本工程鉆探設(shè)備使用江西省江南探礦機械廠生產(chǎn)的XY-4型鉆機。該設(shè)備主要適用于固體礦床的金剛石、硬質(zhì)合金勘探鉆進，也可用于工程地質(zhì)與水下勘探、淺層石油和天然氣開采，以及礦山坑道的通風(fēng)、排水等鉆孔。其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，布局合理，重量輕，折卸方便，轉(zhuǎn)速范圍合理。

（2）繩索取芯鉆具。繩索取芯是一種不用提鉆，而由鉆桿內(nèi)撈取巖芯的先進鉆進方法，它與普通巖芯鉆探相比具有純鉆進時間長、巖芯采取率高、勞動強度低等優(yōu)點。本次鉆探采用無錫鉆探工具廠生產(chǎn)的S75型繩索取芯鉆具，具體參數(shù)見表1。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)

RK4勘察孔開孔選用?150mm三牙輪鉆頭鉆至17.30m，下入?146mm套管；之后分別用?130mm牙輪鉆頭鉆至36.30m，下入?127mm套管；?110mm三牙輪鉆頭鉆至39.40m，下入?108mm套管；?91mm金剛石鉆頭鉆至96.20m，下入?89mm套管；后改為?76mm金剛石鉆頭至終孔。終孔后取出?108mm、?89mm套管，井身結(jié)構(gòu)見表2。

表2 井身結(jié)構(gòu)參數(shù)

4 鉆進工藝

本次鉆探，40.20m之前采用金剛石巖芯鉆探技術(shù)，40.20～96.20m采用金剛石繩索取芯技術(shù)，96.20m至終孔分段采用金剛石巖芯鉆探技術(shù)及金剛石繩索取芯技術(shù)。金剛石巖芯鉆探過程中，升降鉆具是最費時間的一項輔助工序，據(jù)統(tǒng)計，一般純鉆時間和升降鉆具各占30%～40%左右。鉆孔越深，升降鉆具所占用的時間越多，同時，它又是機械化程度差、勞動強度大的輔助工序。因此，要增加純鉆時間，提高鉆進效率，最有效的途徑是減少升降鉆具的時間。

繩索取芯鉆進是不提鉆取芯方法之一，即在鉆進過程中，當(dāng)內(nèi)巖芯管裝滿巖芯或巖芯堵塞時，不需要把孔內(nèi)全部鉆桿柱提升到地表，而是借助專用的打撈工具用鋼絲繩把內(nèi)巖芯管從鉆桿柱內(nèi)撈取上來。用繩索取芯鉆進，只有當(dāng)鉆頭被磨損需要檢查更換時，才提升全部鉆桿柱，從而顯著地減少了升降鉆具的次數(shù)和輔助時間。

5 繩索取芯鉆具在RK4孔應(yīng)用效果分析

本鉆孔施工主要采用繩索取芯鉆進技術(shù)，為體現(xiàn)繩索取芯鉆進的優(yōu)越性，選取部分井段采用金剛石巖芯鉆探技術(shù)施工鉆探，表3為RK4勘察孔施工過程中采用金剛石繩索取芯鉆探技術(shù)與金剛石巖芯鉆探技術(shù)對比數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)對比結(jié)果可以看出，繩索取芯鉆探技術(shù)在東莞市地質(zhì)勘探勘察孔施工中具有以下優(yōu)勢。

表3 2種鉆探技術(shù)數(shù)據(jù)對比表

（1）可以實現(xiàn)在較長井段內(nèi)不提鉆連續(xù)取芯鉆進，從而顯著降低了鉆進時起下鉆時間，提高鉆進效率。當(dāng)巖芯裝滿巖芯管時，只需要將機上主動鉆桿提移出孔口，用配套繩索把打撈器從鉆桿中間下入，將巖芯管內(nèi)管提出孔外，取出巖芯后再將巖芯管內(nèi)管總成投入孔內(nèi)，繼續(xù)鉆進，整個提取巖芯的過程只有10min左右，而普通的巖芯鉆探，需取出孔內(nèi)鉆桿，提鉆取芯，一般需要60min左右，隨著深度增加，時間更久。

（2）降低勞動強度。在鉆探施工中，起下鉆工作是較為繁重的工序，需要多人配合操作幾十分鐘，而繩索取芯鉆進技術(shù)大大減少了起下鉆次數(shù)，從而減低勞動強度。在東莞市RK4勘察孔中，繩索取芯鉆進的起鉆間隔可以達到30m左右，而普通巖芯鉆探，只要巖芯管被充滿，就要及時提鉆取芯，一般為3m左右，勞動強度增加很多。

（3）有效控制孔斜，巖芯采取率高。繩索取芯鉆進過程基本是滿眼鉆進，可以實現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速，施工鉆孔孔身直，有效控制孔斜發(fā)生，東莞市RK3勘察孔平均孔斜控制在3°。于此同時，繩索取芯鉆進過程內(nèi)管的單動性能使得巖芯擾動變小，巖芯完整，采取率高。

（4）降低成本，提高效率。繩索取芯鉆進可以提高金剛石鉆頭的使用壽命，平均一個可鉆進100～150m，節(jié)約成本。繩索取芯鉆進過程采用不提鉆取芯，減少了起下鉆的輔助時間，縮短工期，提高鉆進效率。

6 結(jié)語

繩索取芯鉆進技術(shù)在東莞市RK4勘察孔施工應(yīng)用中，保證了鉆孔質(zhì)量及巖芯質(zhì)量，有效增加了鉆進效率，減少人工勞動強度，保證工期的情況下，保質(zhì)保量的完成鉆進任務(wù)，該項技術(shù)在東莞市RK4勘察孔中得到了很好的應(yīng)用，對今后的生產(chǎn)施工具有指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1] 彭步濤.繩索取心鉆進技術(shù)在復(fù)雜地層的應(yīng)用[C]//全國煤炭地質(zhì)鉆探研討會論文集，中國煤炭地質(zhì)總局，2007.

[2] 黃開明.復(fù)雜地層條件下繩索取芯鉆探工藝運用探討[J].廣東科技，2009(12)：291-292.

[3] 劉森峰，黃瑋，李寧.金剛石繩鉆常見的復(fù)雜地層成因及處理措施[J].西部探礦工程，2009，21(12)：120-121.

[4] 辛喜勝.復(fù)雜地層中深孔繩索取心鉆探技術(shù)對策[J].價值工程，2011，30(5)：67.

[5] 湯志吉.膠東半島山后礦區(qū)復(fù)雜地層深孔繩索取心鉆探的探索和應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(9)：52-55，92.

[6] 喬彥斌.新疆烏拉根礦區(qū)復(fù)雜地層繩索取心鉆進技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(11)：18-20，23.