绳索取芯技术在滇中砂岩铜矿勘探的应用

张永光

摘要：浅部可采资源日益减少，老矿山进行深部和外围资源勘探的模式逐步形成，结合滇中砂岩铜矿勘探的钻探需要，采用绳索取心钻进工艺，选用XY-44型钻机、NQ钻杆钻具及辅助设备，圆满完成了较深部勘探工作，为我院大规模采用绳索取心钻进工艺提供参考。

关键词：绳索取芯；滇中红层；施工工艺

1 引言

所谓绳索取芯钻探，是不提钻而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法。具有结构简单，钻进效率高，岩芯质量好，岩芯浸泡时间最短，钻头寿命长，劳动强度低等特点。与普通钻进方法相比，具有地质效果好，生产效率高，钻进成本低等优点。不足的是对于地质构造多变、地层条件复杂的钻孔，施工中常遇漏失、涌水、水敏性地层与矿层的坍塌等问题，严重影响绳索取芯钻进工艺性能的发挥。

云南省牟定县郝家河铜矿接替资源勘查项目是国家危机矿山接替资源找矿项目，由我院实施勘探工作。属于典型的“滇中红层”地层，地层简单，非常适宜采用绳索取芯钻探施工，我院在该项目中开始采用绳索取芯技术。

2 地层概述

矿区地层为“滇中红层”，主要为白垩系中统马头山组清水河段（K2mc）和郝家河段（K2mx），为矿区的含矿地层，也是钻探施工中相对较简单地层。以暗紫色砂质泥岩为主，局部粉砂岩夹层，岩性单一，成份简单多为砂、泥质，岩石胶结紧密，固结性好，岩石类别为较软的，抗研磨性差，压力硬度<100（9.8×105Pa），钻进时效性在2.60（3×10-4m/s）。

3 配套设备

为了完成设计孔深410～790m钻孔的任务，配套的主要设备有： XY-44型钻机，进口绳索取心钻杆，绳索取心钻具，BW—250 型泥浆泵，金刚石绳索取心钻头和扩孔器。

3.1钻机

钻机为国产XY-44型钻进深度为1000m的机械传动液压操作岩心钻机。其特点及主要技术性能为立轴转速高，最高转速达1588r/min。调速范围大，最高转速与最低转速之比为11.76。有正转8级，反转2级；钻机重量轻，可拆性好，便于搬迁；卷扬机提升能力大，单绳一速时提升能力为33000N；操纵手柄集中，灵活可靠；动力机可配电动机或柴油机。

3.2钻杆

选用进口宝长年Q系列钻杆，具有较高的强度和耐磨性。其主要特点有：（1） 钻杆采用公母接头工艺，钻杆疲劳强度高，密封性能好，公母接头与钻杆体连接强度高；（2）螺纹拧紧时接触面积大，间隙小，螺纹受力均匀，传递扭矩大，密封性能好，而且具有自定心的特点，减少螺纹的拧卸磨损。

3.3绳索取心钻具

绳索取心钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分。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、弹卡室、稳定接头（上扩孔器）、外管、下扩孔器和钻头组成；内管总成由捞矛头、弹卡、悬挂环、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。

3.4钻头与扩孔器

金刚石双管取心钻头采用进口4457-1-NQ6型及ALPh206型金钢石钻头用于绳索取心双管钻进，由于钻杆最大外径约为71 mm（NQ），考虑合理的孔壁间隙，钻头的外径设计为75 mm。

磨孔器为8588-6型；外径选用75 mm，主要作用是修整孔壁，保持钻孔直径合乎标准尺寸； 其次起扶正和稳定钻头作用。

3.5 BW250泥浆泵

选用BW-250 型泥浆泵，该泵具有压力高、泵量大的特点，可用于孔径大于70 mm、孔深小于1000 m 的全面或取心钻进，能够完全满足排粉和正常钻进的要求。

4 施工工艺

4.1概述

开孔采用PQ钻进至4-10 m，下套管处理孔口后，采用NQ绳索取心全孔钻进至终孔。所有钻孔满足地质岩心钻探规程地质技术质量要求六大指标。

4.2冲洗介质

冲洗液量是金刚石钻进的另一重要规程参数，它除了冷却钻头，排除岩粉外，还具有调节金刚石胎体正常磨损，即适时暴露金刚石的作用，还有软化岩石、保护孔壁、润滑减振作用。金刚石钻进特点是岩粉细小，钻具与孔壁、孔底的间隙都很小，冲洗液流经狭窄的通道，阻力很大，一般不需要大泵量。施工矿区岩石比较稳定，成孔容易，因此采用泥浆泵供应的聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素及钠土调制的化学浆液及清水作为冲洗介质就可满足钻进要求。

4.3钻进工艺参数

金刚石钻进效率除了取决于正确选择钻头外，还取决于钻进工艺参数：钻压、钻头转速和冲洗液量。影响钻进工艺程参数的因素很多，主要有岩层的性质和特点、钻头的类型、所用设备和钻具性能以及钻孔的直径和深度等。评定金刚石钻进工艺是否合理，主要依据钻速、钻头的总进尺和单位进尺金刚石的消耗量三个方面的指标来衡量。

一般来说，在一定范围内钻速是随钻压的增大而增加的，但它们因孔底碎岩机理的不同而有所不同。过大的钻压使金刚石消耗量急剧增大，而且还会导致钻速下降。开孔钻进技术参数：钻压3～5KN，转速小于160r/min，泵量小于160L/min，钻速宜达到1～3cm/min；正常钻进后一般采用钻压9～12KN，转速大于1200r/min，泵量320L/min，钻速宜达到5～10cm/min；在个别坚硬、复杂地层时12 ～ 18 kN。

随着钻孔深度的增加适当的降低转速，若孔较直，转速不低于800r/min。

钻进过程中泥浆泵的泵量选用320 L /min，泵送和打捞内管总成时，为了提高效率，泥浆泵的泵量适当调大。

4.4施工效果

经过几年的施工，我單位在该矿区施工总工作量超过40000米，一般800～900米深的钻孔，单孔施工时间一般均可控制在一个月以内，较以前普通提钻施工时间提前了1～2个月，取得了明显的经济效益。

5 结束语

5.1我单位在该矿区施工采用XY-44型钻机、PQ、NQ绳索取心钻具和BW-250 型泥浆泵等设备配合合理的钻进工艺，圆满地完成矿区勘探工作。

5.2绳索取心钻探工艺大大减轻了工人的劳动强度，减少了钻进辅助时间，发挥该工艺方法应有的钻进效率，以后还需要继续做大量工作推广应用。

5.3随着资源开采量的增加，浅部资源越来越少，对老矿山进行深部和外围资源勘探的需求越来越迫切，深部勘探是在老矿区进行深部资源勘探的一个捷径，绳索取心钻进工艺是超深孔坑道勘探的理想方法，应用将会得到普及。

参考文献：

[1]中国有色金属工业总公司.《岩芯钻探技术规程》，1991年

[2]赵留华，张准. 云南省牟定县郝家河铜矿区钻探施工工艺应用研究。西部探矿工程

[3]武汉地院五院校，钻探工艺学.地质出版社，1979

[4]王年友，绳索取芯钻探及事故处理技术，勘探技术研究所，2010