4绳索取心技术1.

绳索取心钻进绳索取心的实质二、绳索取心钻具的优缺点1.优点:①纯钻进时间长②岩心采取率高③钻头寿命长④孔内事故少⑤工人劳动强度低绳索取心与普通金刚石钻进对比2.绳索取心的缺点:①钻具与孔壁环状间隙小流动阻力大,同时钻具也易磨损，如果钻杆结泥皮会影响取心钻进。②钻头壁厚③钻杆壁薄④钻具材质和加工精度要求高,绳索取心应用范围•1、主要适用深孔钻进，在孔深大于150米以上应用•2、在可钻性4~9级地层应用效果昀好•3、在软地层应用要求泥浆性能好•4、在硬地层中要求配合冲击器使用•5、在深孔补取岩矿心中应用•6、在孔壁不稳定地层中应用可减少孔内事故•7、钻头质量要好一套完整的绳索取心钻具所具有的结构•1.捞矛机构2•2.弹卡定位机构6•3.悬挂机构21•4.到位报信机构39•5.岩心堵塞报警机构24•6.单动机够29、31•7.内管保护机构33•8.调节结构44•9.扶正机构48•10.打捞机构•11.安全脱卡机构捞矛机构弹卡定位机构到位报信机构岩芯堵塞报信机构到位报信机构悬挂机构内管保护机构单动机构调整机构扶正机构打捞机构安全脱卡管干孔送入机构1-捞矛头；2-弹簧销；3-弹簧；4-限位销；5-释放钩座；6-弹簧销；7-释放钩；8-弹簧；9-轴销；10-外架三、绳索取心的发展绳索取心早期用于石油站井，1947年发明了用于岩心钻探的绳索取心钻具，1950年获得成功，这是岩心钻探史上一项重大技术改革。现在世界工业先进国家，岩心钻探绝大部分采用了绳索取心金刚石钻进。我国于1973年开始研究绳索取心钻进技术，虽然起步较晚，但是发展很快，目前已研制成功了46、56（59）、60、75、95毫米等口径的绳索取心钻具及其附属工具设备，并在全国推广使用。主要技术性能1．内管从成能从钻杆柱内下到外管中的预定限位和悬挂部位，防止钻进过程中内管上下窜动，保证其单动性能；2.内管总成到达限位部位时，能及时传给地面一个信号，以便准确掌握开始扫孔钻进的时间，防止“单管”钻进而取不上岩心；3.钻进过程中，一旦发生岩矿心堵塞，能立即向地表发出信号，使操作者停止钻进，捞取岩心，以减少岩矿心的磨蚀；4.内管的长度能够调节，使卡簧座与钻头内台阶始终保持昀优间隙；5.卡取岩心时，内管总成的单动部分能够下移一定距离，以便使卡簧座座在钻头内台阶上，把拔断岩心的力通过钻头传递到外管，从而保护薄壁内管不受损坏；6.为使内管与外管、卡簧座与钻头保持同轴，外管必须能对内管扶正，以使岩心顺利地进入卡簧座和内管，避免岩心堵塞和磨损；7.打捞器能在钻杆柱内以一定的速度下到内管总成上端，并把装有岩心的内管捞取上来。8.打捞器抓住内管提拉不动或提升过程中遇阻时，能够安全解脱内管，以免损坏钢丝绳;9.内管总成及悬挂装置与钻杆和外管之间，应能保证有足够的过水断面，以减少钻进过程中的泵压损失和打捞内管时的抽吸作用；10.钻进严重漏失地层或干孔时，打捞器能把内管安全地送到预定位置，然后解脱内管。国产绳索取心规格国内外绳索钻具对比规格代号中国美国日本比利时EQ37AQ464847.6347.6BQ56(S59)6059.5659.6NQ7575.875.3175.3HQ959697.595.7PQ114122.6122.3绳索取心钻探的发展1.研制成功了一系列各种不同用途的绳索取心钻具系统(1)用于固体矿产地质勘探的S系列绳索取心钻具系统。该系统包括:S46、S59、S75、S96四种规格的钻具。设计深度为1000米，实际施工达到1500米。为保证取心质量及岩心回收率，S系列绳索钻具均配有半合管钻具、三层管钻具和超前管钻具(固定式超前管钻具和伸缩式超前管钻具)。(2)用于坑道内钻探的KS系列坑道钻绳索取心钻具系统。该系列钻具包括KS46、KS59、KS75三种规格，主要用于坑内的钻探施工，可以钻进任意角度的钻孔。与常规绳索取心钻具的区别是KS系列钻具设有泵送、定位、防漏等特殊机构以满足特定的施工要求。在附属工具方面KS系列钻具则配备有泵送装置、孔口密封导流装置等。KS系列钻具的设计钻深为：水平孔300m;下斜孔350m，上斜孔250m。•(3)用于复杂地层钻进的S75Z型加重式绳索取心钻具系统。其特点是采用了标准钻杆体、接头内外同时加厚的钻杆结构，达到提高接头连接强度，轴载传递连续、利于泥浆护孔和不致岩心过细等目的。•由于钻杆接头具有一定厚度，所以接头外壁铣有切口，可使用拧管机。其技术规格为：钻头(φ76/42mm;钻杆体φ71/61mm;接头φ73/55mm;外岩心管φ73/60mm;内岩心管，φ50/45mm。在复杂地层中钻进，与常规绳索取心钻具相比，钻杆事故率下降20%，台月效率提高15%–20%(4)用于土体工程地质勘察钻探的SG120绳索取样钻具系统。该钻具主要用于第四系地层的工程地质勘察钻探，由双管总成、打捞器、钻杆及附属工具4部分组成。其特点:一是利用绳索回收原理进行原状土样的采取；二是钻杆兼套管作用，钻进过程即为全套管作业过程，还可实现管内标贯试验。为保证各种不同类型土层的取样质量，双管总成部分分别配有普通取土器、活塞取土器、拦簧取土器及双动取土器。钻进口径为120mm，昀小取土直径为72mm。(5)SS130水文地质勘探用绳索取心钻具。该钻具采用现有的φ89/69规格钻杆，双管总成只需变换几个零件即可实现双管双动、双管单动和双管单动伸缩，以满足不同地层的钻进需要。(6)变型式绳索取心钻具，主要有7种类型:①绳索取心冲击回转钻具，即在绳索取心钻具的内管总成中增加一个冲击器，钻进过程中依靠冲击器不断地对岩石施以冲击负荷，可有效地提高钻进效率、减少岩心堵塞、防止孔斜。②“喷反”振动式绳索取心钻具，即在绳索取心钻具的内管总成上增加一套喷射式反循环和横向振动机构，可有效地提高破碎地层的取心效③SY石油钻绳索取心钻具系统，该系统是为大型石油钻机配套而研制的，主要用于油气、盐矿及煤层勘探。④绳索取心-螺杆钻-不提钻换钻头三合一式钻具.⑤绳索取心-螺杆钻-冲击器三合一式钻具.⑥绳索取心投球压卡取心钻具。⑦绳索取心随钻测量取样钻具。伯努力方程h1+P1/γ+V12/2g=h2+P2/γ+V22/2gS75绳索取心喷反钻具Tk型绳索取心冲击器SM-2绳取钻具三合一组合钻具投球绳索取心钻具1-捞矛头；2-变扣外管；3-销；4-重锤；5-冲击活塞杆；6-固定环；7-连接管；8-砧子；9-压卡球导正块；10-回收管；11-弹卡管；12-弹簧；13-弹卡；14-弹卡座；15-外管；16-一层管；17-定位环；18-定位球；19-三层管；20-弹簧；21-冲洗液通道；22-水口；23-内管上连接头；24-压卡球通道；25-水口；26-弹簧；27-上轴；28-滑键；29-销；30-定位簧；31-定位套；32-定位螺钉；33-垫圈；34-弹簧；35-轴孔；36-水口；37-悬挂环；38-阀堵；39-螺母；40-座环；41-扩孔接头；42-销；43-滑套；44-扩孔器；45-叠簧；46-外管；47-下轴；48、调节螺栓；49-推力轴承；50-轴承座；51-弹簧套；52-推力轴承；53-弹簧；54-销；55-油杯；56-钢球；57-调节螺母；58-调节接头；59-内管；60-三层管；61-活塞；62-定位环；63-扩孔器；64-压卡；65-硬质合金外锥形钻头；66-水口；67-增重块；68-脱卡外管；69-上接头；70-打捞重锤；71-连接管；72-销；73-活动管；74-压簧；75-挡头；76-O型圈；77-捞矛前端；78-压卡球导正块；79-二层管；80-回收管；81-外管;82-压卡球通道；附录：多功能绳索取心钻具结构示意图绳索取心技术今后的发展方向(1)研究深孔绳索取心钻具系统，重点是钻进2500m以深的高强度钻杆及大环状间隙快速下降型钻具总成。(2)研究轻便型绳索取心钻具系统，重点是高强度合金钢接头铝合金钻杆，满足高山、丘陵交通不便地区地质勘探的需要。(3)研究薄壁绳索取心钻具系统，重点是薄壁高强度钻杆及长寿命金刚石钻头，以减小碎岩面积，提高坚硬地层的钻进效率。(4)研究绳索取心一冲击回转一孔底换钻头组合式钻具，以发挥这3种技术的集合性优势;研究绳索取心定向钻进系统;进一步研究适用于深孔硬岩取心钻进的绳索取心冲击回转钻具。(5)进一步完善绳索取心钻具系统的配套水平，如研制生产带有排绳机构及打捞到位指示的绳索取心纹车，孔口钻杆快速探伤装置，可变角液压夹持器，预扭矩拧管器，专用事故处理工具等。(6)进一步增加钻头的品种类型，以满足不同地层的钻进需要，重点研究深孔硬岩绳索取心钻进用的高效、长寿命金刚石钻头及扩孔器。(7)研究满足深孔绳索取心钻探施工多项要求(耐温性、流变性、剪切稀释性、润滑性、地学分析)不同的钻井液系统。（8）绳索取心和补心技术结合起来-绳索侧壁补心技术。关键技术问题：•螺杆马达•反扭矩装置•驱动软轴•造斜强度•岩心提断•岩心管满报警绳取钻杆打捞矛密封装置提升活塞弹簧爪钢球阀座花键轴/套取心管钻头泥浆马达封隔器中空软轴造斜器泄流孔（岩心管满）分流孔分流装置侧壁取样钻具的“龙”侧壁补心取样钻头及其所取样品绳索取心金刚石钻头及扩孔器•为了发挥绳索取心技术的优越性，要求设计或选择长寿命的金刚石钻头。•长寿命钻头和扩孔器，是指钻头的适应性昀好，单个钻头的进尺数昀好，所以钻头的使用寿命要求用进尺来表示，绳取钻头的要求•1.金刚石的质量好•2.胎体性能要求除了和普通金刚石钻头胎体要求外，还要具有如下要求：①胎体适当的高。昀高可达20mm;②要耐冲蚀③自锐性能好④适应性强3.钻头唇部断面形状钻头的水路设计由于钻头壁比较后，一般要求增大增多水口的数量，但遇到软岩要求设计成底喷水眼5.钻头的保径•由于绳索取心的钻头不象普通钻头那样频繁地更换，所以要求保径要好。为此必须选用质量好的金刚石，甚至选用优质天然金刚石作保径。6.钻头钢体要求（1）钢体的韧性要好，要进行正火或调制处理（2）钢体表面要耐磨，表面火焰喷涂合金粉等（3）钢体丝扣密封性要可靠。松散软地层钻进松软、破碎和易受冲蚀的地层。例如松软煤层、风化的岩矿层、脆碎的硫、磷矿以及盐类、粘土矿层等。这类岩矿层绳索取心钻进时宜配合性能良好或专门结构的岩心管，采用底喷、侧喷式钻头以及内管超前式或内管压入式钻头。绳索取心用扩孔器扩孔器的作用主要是：修正孔壁、保径、稳定钻具。绳索取心由于要求钻头孔内工作时间长，为此，扩孔器的质量也要求提高了。扩孔器的类型有表镶、孕镶、聚径等制造方法有：电镀、冷压浸渍、无压浸渍、预制片镶嵌插入等。扩孔器的使用也必须遵循排队使用原则。稳定钻具措施高胎体钻头•胎体高度：在国内钻头胎体高度一般按照国标直接选取。大概在4-6mm，国外如加拿大、意大利等标准一般为6mm、9mm，个别钻头会到12mm。•所谓高胎体钻头的胎体高度一般应高于12mm。高胎体钻头•胎体高度：钻头中存在有金刚石的胎体厚度。也就是右图中的Y。•1、初始水口•2、隐蔽水口•3、工作层胎体•4、钢体接力式水口钻头高胎体加强筋孕镶钻头•1.钢体•2.金刚石层(14-16)•3.钻头工作层•4.加强筋(4-6)•5.水口普通高胎体钻头宝长年Stage3宝长年Stage3•设计了三层水口，每层的三个水口在底唇面上均布排列，共有九个水口。•TSP代替天然金刚石保径。•宝长年已经在加拿大应用到生产中，相比12mm的钻头可以节约30%的成本，钻头的寿命可以提高2倍左右。FordiaVulcan16mm•与无锡地质装备公司的设计很类似，也存在一个与胎体配方一致的加强筋设计，来保证胎体的强度，采用TSD保径•已经运用到实际生产中，效果不错，相比12mm钻头寿命基本提升33%。FordiaVulcan16mm阿特拉斯Golden-Jet-Bit阿特拉斯Golden-Jet-Bit•创造性的设计出了隐蔽水槽，这样可以增加水口在钻头底唇面所占的比例，减少钻进时的举升力，冲洗液很好的润湿唇面，冷却效果好。此外，钻头的广谱性也比较好。•阿特拉斯还提出了一个钻头就可以钻一个孔的设想。绳取钻进问题的处理一