第七章绳索取心课件

第七章绳索取心钻进

本章主要内容:

1、绳索取心钻进的定义

2、绳索取心钻进的优缺点及应用范围

3、绳索取心钻具的原理

4、绳索取心钻进的其他设备

5、钻进参数及工艺过程2023/12/3第七章绳索取心第六章绳索取心钻进

绳索取心钻进是指在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需提钻取岩心，而是以钻杆内孔为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于内岩心管中的岩心提升到孔外的取心钻进方法。

由于这种方法不需要将钻杆提升到孔外，所以极大地减少了起下钻具的时间。据统计，在金刚石岩心钻进过程中，升降钻具工序约占全部生产时间的30％～40％，而且机械化程度低，劳动强度大。为了增加纯钻进时间，提高钻进效率，采用绳索取心钻进是最有效的途径之一。2023/12/3第七章绳索取心第一节绳索取心钻进的优缺点及应用范围

一、优点

1、钻进效率高绳索取心钻头的壁厚比普通取心钻头厚，机械钻速略低于普通钻头。但由于减少了辅助作业时间，所以总的钻进效率仍比普通钻头高，且这种趋势随孔深的增大而增大。

2、地质效果好

绳索取心钻具打捞岩心速度快，提升平稳以及岩心堵塞后能即时报警等特点。因此，当岩心堵塞时，可立即处理，减少岩矿心的损耗。所以绳索取心钻进岩心采取率高，完整度和纯洁性好。

3、钻头寿命长

由于减少了提钻次数，减少了钻头在升降过程中的拧卸、碰撞和扫孔时的磨损。同时，钻杆与孔壁间隙小，钻头回转平稳，也可提高钻头寿命。通常，绳索取心钻头比普通钻头寿命高一倍左右。2023/12/3第七章绳索取心第一节绳索取心钻进的优缺点及应用范围

4、有利于复杂地层钻进、孔内安全和便于测斜工作减少了提钻次数，因而缩短了孔壁的裸露时间，也减少了升降钻具对孔壁的破坏。同时钻杆还可以起到套管的作用，有利于护壁，也使下放测斜仪器更加方便敏捷。

5、减轻劳动强度由于起下钻具次数少，因此减轻了劳动强度。孔越深，钻具越长，这个优点越明显。

6、降低钻探成本由于绳索取心钻进效率高、钻头管材以及动力消耗比较小，因此，钻进成本可大幅度下降。据有关资料统计，使用绳索取心钻进成本降低30％一40％。2023/12/3第七章绳索取心第一节绳索取心钻进的优缺点及应用范围

二、缺点

钻杆的内径大而管壁薄，连接强度要求高。钻头壁较厚，切削孔底岩石的面积较大，因此，钻进时碎岩功率消耗较大。三、应用范围绳索取心钻进方法已广泛应用于地质勘探、水文地质和工程勘察等多种钻进工程中。然而，在一个具体的工程中是否采取绳索取心，还必须考虑地层条件、钻孔深度、钻头寿命以及绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大等因素，以便综合权衡其使用的合理性。2023/12/3第七章绳索取心第一节绳索取心钻进的优缺点及应用范围1、地质条件

可用于钻进各种地层，在6～9级中硬岩层中效果最好。通常技术条件下，一般不宜钻进10～12级岩石，尤其是组织致密、颗粒细小无研磨性的极坚硬岩石；或研磨性很强的硬、脆、碎岩石。因为钻进上述岩石时，钻头极易磨损，钻进效率极低，不能充分发挥绳索取心钻进的优越性。但绳索取心钻进与液动冲击器相配合，钻进此类地层有良好的前景。2023/12/3第七章绳索取心第一节绳索取心钻进的优缺点及应用范围2、钻孔深度绳索取心一般在中深孔(＞600m)和深孔中采用。通常钻孔越深其经济技术效果越好,但绳索取心钻进的最大深度受钻杆强度制约。

3、钻头寿命采用绳索取心钻进，若钻头寿命短，钻进过程中经常提钻更换钻头，那么便失去了采用绳索取心钻进的意义。2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具

一、绳索取心钻具的技术要求

1、内管总成下到外管预定位置时，能即时发出到位信号，且内、外管之间的相对位置能够确定。钻进中，内管不上窜、下滑；内、外管之间能保证有良好的通水性。

2、钻进中，岩心充满内管时，能及时发出堵塞信号。

3、双管结构应保持内、外管的同心度，使岩心顺利进入内管。在提取岩心时能防止内管因受力过大而损坏。

4、应保证打捞器顺利下入，并将内管总成安全抓提到地面。2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具二、绳索取心钻具的规格和型号2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具三、绳索取心钻具的结构和工作原理绳索取心钻具的型式很多，基本结构大同小异。以我国最常用的S—75型钻具为例，整套钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分。2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具

双层岩心管部分由外管总成和内管总成组成；外管总成包括：弹卡挡头1、弹卡室7、稳定接头23(上扩孔器)、外管46、下扩孔器和钻头52组成；

内管总成：由捞矛头2、弹卡6、悬挂环21、到位报讯、岩心堵塞报警、单动、内管保护、调节、扶正、内管、岩心卡取等机构组成。

2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具

打捞器一般由打捞机构和安全脱卡机构组成。2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具

绳索取心钻具的组成机构有：绞链式矛头机构、弹卡定位机构、悬挂机构、到位报信机构、岩心堵塞报警机构、单动机构、内管保护机构、调节机构、扶正机构、打捞机构、安全脱卡机构。2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具

1、绞链式矛头机构

由捞矛头、定位卡块、捞矛座等组成。捞矛头可在其转动平面内0～土90º内转动，便于地表吊挂打捞器与内管总成时卸岩心、变换位置，防止捞矛头脱钩。

2、弹卡定位机构由弹卡挡头、弹卡板、张簧、弹卡室等零件组成。当内管总成在钻杆柱内下降时，张簧5使弹卡板6向外张开一定角度，并沿钻杆内壁向下滑动。当内管总成到达外管总成中的弹卡室7部位时，弹卡板在张簧的作用下继续向外张开，使两翼贴附在弹卡室的内壁上。由于弹卡室内径较大，而其上端的弹卡挡头内径较小，所以在钻进过程中可防止内管总成上串，达到定位作用。

2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具3、悬挂机构由内管总成中的悬挂环21和外管总成中的座环22组成。悬挂环的外径稍大于座环的内径(一般相差0.5～1.0mm)。当内管总成下降到外管总成的弹卡室位置时，悬挂环21座落在座环上，使内管总成下端的卡簧座51与钻头52内台阶保持2—4mm的间隙，以防止损坏卡簧座和钻头，并保证内管的单动性能和通水性能。

4、岩心堵塞报警机构由滑套25、轴26、蝶簧27等零件组成。钻进过程中，当发生岩心堵塞或岩心装满内管时，岩心对内管产生的顶推力压缩蝶簧，使滑套上移到悬挂接头38的台阶处，将通水孔堵塞，从而造成泵压升高，告诫操作者应停止钻进、捞取岩心。

5、单动机构它由两付推力轴承29、31实现钻具单动内管。2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具6、到位报信机构由复位簧12、阀体13、定位簧14、弹簧19、调节螺堵20、阀堵39、调节圈等组成。当内管总成在钻杆柱内由冲洗液向下压送时，冲洗液由内管总成和钻杆柱的环状间隙流通，如果内管到达外管中的预定位置，悬挂环座落在外管中的座环上，冲洗液的通道堵塞，冲洗液向下推动阀堵，压缩弹簧，阀体粗径台阶移出定位簧，阀堵打开，冲洗液流向改变，此时，泵压表的压力明显升高(约升高5—10atm)，即表明内管总成已到达预定位置，可以开始扫孔钻进。由于定位弹簧的作用，可以防止阀堵自动关闭。所以，在钻进过程中，冲洗液流经此处几乎不消耗泵压。根据钻孔深度的不同，通过调节螺堵20，可以改变弹簧的预紧力，以调节泵压的变化范围。2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具

7、内管保护机构由滑动接头24、弹簧等组成，又称缓冲机构。采取岩心时，拔断岩心的力使滑动接头压缩弹簧32向下移动，内管及卡簧座下移至钻头台阶上，拔断力由钻头传递到外管，以保护内管不损坏。

8、调节机构由调节螺母44、接头45、调节心轴等组成。内外管组装时，如果卡簧座与钻头内台阶的间隙不合适，可以旋调心轴和接头的螺纹(调节范围0～30mm)，满足要求后，用调节螺母锁紧，以防松动。

9、扶正机构外管总成下部的扶正环48，用于内管的导向，使内、外管保持同轴，便于岩(矿)心进入卡簧座51和内管47。2023/12/3第七章绳索取心第二节绳索取心钻具10、打捞机构由打捞钩1、捞钩架3、重锤7和钢丝绳接头组成。取心时钢丝绳悬吊打捞器放入钻杆柱内，打捞钩靠重锤以1.5～2.0m／s的速度快速下降。由于捞钩架为圆筒状，故导向性好，当它达到内管总成上端时，能准确钩住捞矛头，把内管总成提升上来。

11、安全脱卡机构采用一根长为1m、内径比重锤稍大的套管进行安全脱卡。套管壁上开有一斜口。当需要安全脱卡时，将此套管从斜口处套入钢丝绳上，然后下放，套管靠自重下降；行至打捞器穿过钢丝绳]接头和重锤，撞击和罩住打捞钩尾部，使其张开脱离。2023/12/3第七章绳索取心第三节钻杆、附属设备及工具

一、钻杆绳索取心钻进用的钻杆，不仅可以传递动力，而且还是输送内管和打捞器的通道。为适应多功能的要求，钻杆应具有质优、壁薄和内平连接的特点。为此，应选用高强度优质管材，选择合理的连接方式和螺纹类型并重视螺纹连接部位的加工与处理。目前国内外所采用的绳索取心钻杆有3种基本结构：

1、钻杆两端直接加工内、外螺纹，钻杆与钻杆直接连接。这种钻杆的螺纹加工量小且同心度好。2023/12/3第七章绳索取心第三节钻杆、附属设备及工具2、螺纹粘接内、外接头钻杆：钻杆两端车成公螺纹，两段分别粘接过度接头。粘接剂可采用有机粘接剂(环氧树脂)或无机粘接剂。3、等离子弧焊接内、外接头钻杆：在钻杆两端采用等离子弧焊接两个接头。由于等离子弧焊具有焊接温度高，焊接速度快，焊缝成型好，所以焊接钻杆强度高。2023/12/3第七章绳索取心第三节钻杆、附属设备及工具二、绳索取心绞车

绳索取心绞车专用于下放打捞器和打捞岩心管，其基本类型有2种：绞车由动力机单独驱动。绞车可在机场任意位置安装；另一种是装在钻机上，由钻机动力驱动，具有结构简单、安装紧凑、不需专用动力和使用方便等特点。

S56J—1型绞车的主要技术规格见表:2023/12/3第七章绳索取心第三节钻杆、附属设备及工具

三、钻杆夹持器

用于夹持外平的绳索取心钻杆的夹持器有两种型式；脚踏夹持器(木马夹持器)和球卡夹持器。2023/12/3第七章绳索取心第三节钻杆、附属设备及工具

四、提引器提引器分手搓式和球卡两种:手搓提引器结构简单，其下端有与钻杆螺纹相同的接头，采用接头螺纹连接钻杆的方法。这种提引器工作可靠，但操作麻烦，比较费时。球卡提引器是利用钻具自重闭锁原理提引钻具的装置。2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程

一、钻进参数的选择

1、钻压绳索取心钻头的底唇面积比普通金刚石钻头的唇面大（约比普通金刚石取心钻头大1/4）。所需钻压相应增大25％。

2、转速与普通金刚石钻头钻进的圆周速度(表镶钻头0.5～2m/s；孕镶钻头1.5～4m/s)基本相同。

3、泵量绳索取心钻具环状间隙小，钻头底唇面积大，所以按钻头底唇单位面积上冲洗液消耗量计算泵量，比普通金刚石钻进的泵量略大。2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程

二、钻进工艺过程

绳索取心钻进的基本工艺过程：地表组配钻具——检查卡簧、卡簧座和钻头内径的配合——下钻（内管总成可以不随钻具下入）——送水冲孔——投入内管总成——钻进——卡断岩心——下入打捞器打捞内管总成——提出内管总成、取岩心——检查内管总成——从钻杆内孔中投入（或下入）内管总成——继续钻进——‥‥‥2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程

二、钻进工艺过程钻进工艺过程中应注意以下几点：

1、当岩心充满岩心管或岩心堵塞时，应立即打捞岩心。使用装有堵塞报警机构的钻具钻进时，当岩心堵塞或岩心充满后，泵压骤然上升。

2、将钻具提离孔底一小段距离，卡断岩心，拧开机上钻杆，钻机退离孔口。

3、从孔口钻杆中下入打捞器。打捞器在冲洗液中下降速度约为1.5～2m/s。由此，可根据孔深估算到达孔底的时间。一般在1000m孔深范围内，可听到打捞器到底的轻微撞击声。2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程4、当打捞器到达孔底，可缓慢地提动钢丝绳。若因提动钢丝绳而造成冲洗液由钻杆中溢出时，说明打捞可能成功，否则需再次下放打捞器。

5、当从所取岩心中判明外管和钻杆内无岩心时，将另一套备用岩心管从孔口下入钻杆内。此时可开动钻机缓慢转动并开泵冲送，加快内管下降速度及防止在钻杆中卡塞。

6、若打捞成功，则用绳索将内管提出，否则应提钻处理。

7、内管提出后，应缓慢放下摆平，以免将调节螺杆墩弯。2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程8、在干孔中，不能直接把内管投入钻杆中，应采用打捞器送入，或在钻杆柱内注入冲洗液，然后迅速将内管投入。

9、通过钻具到底报信机构的显示或根据下降时间判断确认内管已经到位时，慢慢开始扫孔钻进。

10、在易斜岩层中钻进时要注意防斜。尽管绳索取心钻杆与孔径配合比较合理，有利于防斜，但绳索取心钻杆的壁较薄(一般4．5mm)，而钻压又较大，所以操作不当极易造成钻孔弯曲。因此，在易产生孔斜的地层中钻进时，应适当控制钻压和转速。2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程

三、钻进冲洗液

1、冲洗液的选择

由于绳索取心钻具与孔壁之间的环隙较小，且内管需通过钻杆柱中心孔下投等原因。因此，在地层条件许可的情况下，应尽量采用清水加润滑剂作为冲洗液。如：聚丙烯酰胺冲洗液、水玻璃冲洗液等无固相冲洗液。这不仅有利于内岩心管在钻杆内的升降，也可使钻杆的旋转阻力减低。2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程

2、泥浆钻进当所钻地层不能采用清水做冲洗液时，绳索取心钻进仍需采用泥浆做冲洗液。根据绳索取心钻进的特点，钻进时所采用的泥浆应具有粘度低、相对密度小、沉砂快、流动性好及有防坍性能等特性。一般必须采用低固相细分散泥浆。这种泥浆基本性能指标如下表所列:

2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程

绳索取心钻进使用泥浆时，靠近孔口的钻杆内壁上往往形成一层很致密的泥皮。钻杆内壁结泥皮的原因，通常认为是泥浆中固相含量大，地表泥浆净化质量差、钻杆柱转速高，产生的离心力致使粘土颗粒粘附在钻杆内壁上，形成泥皮。

防止钻杆内壁结泥皮的主要措施:(1)采用机械方式搅拌，使粘土与处理剂混合均匀；

(2)加长泥浆槽的长度，一般不小于15m；沉淀箱不小于两个并及时清碴和更换泥浆；

(3)采用除砂器净化泥浆，如旋流除砂器等。2023/12/3第七章绳索取心第四节钻进参数及工艺过程

四、操作注意事项

1、合理确定内管长度。