钻探工艺技术_第六章_岩矿心采取.doc

第六章 岩(矿)心采取
第一节 对岩(矿)心采取质量的基本要求
一、 岩(矿)心在地质勘探中的意义
采取岩(矿)心是岩心钻探的主要目的，是检验钻孔质量的一项重要指标。通过对岩(矿)心的观察、鉴定、化验和分析，可以了解矿体的埋藏深度、厚度、产状、分布规律、矿物组成、矿石品位、化学成分、矿物与岩石的结构构造，矿石的选冶性能和水文地质特性等。由此可见，岩(矿)心采取数量的多少，品质的好坏，直接影响判断地质构造，评价矿产资源，提交矿产储量和矿山开采设计的准确性和可靠性。因此，在钻探施工中，不仅要求提高钻进效率，而且要求重视采心质量，力求准确地从钻孔中采取能够全面代表相应孔段岩(矿)层的岩(矿)心，在数量上要有足够的体积，在质量上能够保持原生结构和含矿品位。即保证取上的岩(矿)心具有最大的代表性。
二、 地质勘探对岩(矿)心的基本要求
岩心钻探中。为了正确反映岩(矿)心的代表性，对岩(矿)心质量有如下基本要求：
(一)采取率
取出的岩(矿)心长度与对应孔段实际进尺长度的百分比称为岩(矿)心采取率。
根据普查，勘探程序不同，及钻进矿层、岩层的不同，按要求各自有一定的岩(矿)心采取率，才能保证得到足够数量的岩(矿)样品，以满足分析、鉴定和研究的要求。
岩(矿)心采取率的一般要求：岩心采取率不低于65％；矿心采取率(按可采层计算)分层不低于75％。由于矿床类型和各矿种的具体要求不同，其采取率的标准应根据情况由地质、钻探、水文地质等部门共同商订。
(二)完整度
采取的岩(矿)心要保持天然的结构和构造，如矿物颗粒形状、大小、胶结状态、孔隙度、层理、片理、原始接触界面等，以反映矿物，岩石的真实性，便于划分矿石类型，观察原生矿物结构与共生关系。因此，为便于实地进行观察必须防止人为的破坏、扰动、颠倒。
(三)纯洁性
要求取出的岩(矿)心不受外来物质的侵蚀、污染和渗进，以免影响矿石的品位和品级，或影响矿物的物理性质。如煤心中混入粘土后，灰份增加；滑石中混入泥浆后，二氧化硅提高；孔壁掉块，可能形成假心等。
(四)避免选择性磨损
钻取的矿心应尽量避免内在物质成份发生变化。选择性磨损往往使矿心人为贫化、富集或变质，从而歪曲原来的品位和品级。如：钼、石墨、云母、石棉等矿石，由于质量轻、呈鳞片状、纤维状、薄片状，很容易流失，造成人为贫化；金、铜、黄铁矿、铅锌、汞等矿石，因比重大，呈结晶状、颗粒状，易于残留，造成人为富集；钾盐、岩盐、芒硝等矿石，遇水溶解，易于淋蚀，造成品位下降；而煤心烧灼变质则会使其品级降低。
(五)取心部位准确
要求取出岩(矿)心的位置准确，是为了得到岩(矿)层准确的埋藏深度、厚度和产状，以准确地计算矿产储量和确定地质构造。
第二节 影响岩(矿)心采取质量的因素
为了提高岩(矿)心采取率和岩(矿)心品质，就必须全面地了解影响岩(矿)心采取质量的因素，根据岩(矿)层的具体特性，找出一定的规律，采取相应的措施。
影响岩(矿)心采取数量与质量的因素很多，但归纳起来不外乎地质方面的(客观的)因素和技术与组织方面的(主观的)因素。现分别叙述如下：
一、地质因素
钻进完整、坚硬、致密、均匀、稳定而又不怕冲洗液冲刷、不怕钻具振动的岩(矿)层时，采取岩(矿)心比较容易，而且岩(矿)心多呈柱状，易于得到完整的、代表性高的岩(矿)心。
但是，钻进节理发育、松散、破碎、经过构造错动、风化破坏、胶结性差或岩质酥脆的岩(矿)层时，岩(矿)心易被冲毁、搅碎、磨细、淋蚀和污染，岩(矿)心往往呈块状、粒状，片状、粉状、甚至淋蚀和流失。这类岩(矿)层不易获得有足够代表性的岩(矿)心，甚至取不到岩(矿)心。
地质条件是客观因素，可以通过不断研究它，认识它，掌握和利用它们的规律和特点，选用适应地质条件的取心方法和工具，改进操作技术，减少或消除客观因素的影响，不断提高岩(矿)心的采取质量。
二、工艺技术因素
工艺技术因素是人为的因素，它对岩(矿)心采取质量起着决定性的作用。
影响岩(矿)心采取率与品质的工艺技术因素有如下几方面：
(一)钻进方法
同一种岩(矿)层，采用的钻进方法不同，其岩(矿)心采取质量也不相同。
金刚石钻进，效率高，岩(矿)心光滑完整，所以能获得比任何其它钻进方法都高的采取率，而且岩(矿)心的代表性也好。就是在硬、脆、碎地层中，采用金刚石双管钻进，也可获得足够的采取率和较好的完整度。
硬质合金钻进，克取岩石比较平稳，孔壁间隙也较小，振动较轻，岩(矿)心直径较粗，抗破碎能力较强，易成柱状或大块状，易于卡取，采取率和代表性都比较好。但用硬质合金钻进钨矿和钴矿，切削研磨材料在一定程度上会影响矿石的品位。
钢粒钻进，钻具振动剧烈，钻头克取岩石的环状面积较大，岩(矿)心较细，容易折断呈块状，若是岩性酥脆、软硬不均或软硬变化频繁，则容易产生选择性磨损，且用来钻进铁矿时，其切削研磨材料在一定程度上也会影响矿石的品位。因此，钢粒钻进从岩(矿)心采取角度看不如其他钻进方法好。
由于钢粒钻进对岩(矿)心的破坏作用较大，硬质合金钻进较轻，金刚石钻进最小。因此，必须根据矿区的地层条件和岩(矿)层的物理机械性质来选用相应的钻进方法，在条件允许的情况下应尽量选用金刚石钻进。
(二)钻头结构
钻头直径对岩(矿)心采取质量有很大影响，钻头直径愈大，则岩(矿)心直径愈粗，抗破碎强度也愈大，易于保持完整度，也便于卡取。但是，钻头直径愈大，孔底克取面积大，所需孔底压力增加，钻进时钻具振动加剧，对岩(矿)心的破坏作用也大。同时，克取面积大，在设备条件受限的条件下钻速必然降低，从而增加了岩(矿)心在孔底的破坏时间。因此，不能片面地用大口径的办法来提高岩(矿)心的采取质量。
近年来，广泛采用金刚石和硬质合金小口径钻进的经验表明，钻孔口径59mm，采用双管钻进取出的岩(矿)心，与大口径钻进取出的岩(矿)心对比，矿石品位不但没有降低，而且还稍有提高。
但是，钢粒钻进必须采用大口径，否则岩(矿)心采取质量不易保证。钢粒钻进终孔口径规定不小于75mm，就是这个道理。
钻头加工和镶焊质量对岩(矿)心的采取质量也有很大影响。金刚石钻头和硬质合金钻头的结构要素与所钻进的岩(矿)层性质相适应，可以加快钻进速度，缩短岩(矿)心在管内的破坏时间，有利于提高采取率和完整度。钻头加工质量愈好，钻头与岩心管同心度愈高，则钻具回转时愈平稳，愈会减轻对岩(矿)心的破坏作用，钻头内上端锥度适当，既利于岩(矿)心进人岩心管。也利于放置各种式样的岩心提断器和投卡料后卡住岩(矿)心。钻头水口的大小不仅对清除孔底岩粉，提高钻进效率和冷却钻头有密切关系，而且对保护岩(矿)心，减少其破坏程度等也具有一定的作用，尤其是钢粒钻进破碎岩层时，钻头水口不宜过大，钻头体的长度也应适当缩短，否则会影响岩(矿)心的采取。
(三)取心工具结构
岩(矿)层的类别不同，其物理机械性质也不同，所采用的取心工具结构也应灵活多样，这样才能最大限度地保证岩(矿)心的采取质量。
根据岩(矿)层怕冲、淋蚀、振动、磨损、污染、脱落等不同特点，应选用具有隔水、避振、减磨、防污、卡心牢固等不同的取心工具。
此外，金刚石钻进，取心卡簧的规格要合乎要求，才能可靠地卡住和提取岩(矿)心，否则也对提高采取率不利。
(四)钻进技术参数
采用不同的钻进技术参数。对提高岩(矿)心质量有极大的影响。
孔底压力过大，钻进过快或不均匀，对松散、粘性大的岩(矿)层，则易糊钻、堵塞或烧钻；对硬岩，则易使钻头变形，引起岩(矿)心破碎，同时，压力过大还加剧了钻具的弯曲和振动，从而使岩(矿)心受到强烈的机械破坏。孔底压力不足，则进尺缓慢，增长了岩(矿)心受破坏作用的时间。
转速过高，钻具受离心力作用大，其振动、摆动也大，对岩(矿)心破坏作用加剧。转速过低，则钻速也低，岩(矿)心受破碎作用的时间延长。
冲洗液量过大，流速增加，冲刷力也大，会加剧岩(矿)心被冲毁和磨耗的破坏作用。循环方式的不合理，也会造成岩(矿)心被冲刷破坏和重复磨损。
冲洗液中的某些成分对有的矿种岩(矿)心有污染作用。采用清水和普通泥浆钻进盐类矿床时，矿心会受到淋滤与溶蚀。
钢粒钻进，投砂量过多，钢粒直径过大，易扩大孔径和磨细岩(矿)心，加大钻具振动幅度，加剧岩(矿)心的破坏。
回次时间和回次长度对岩(矿)心的破坏都有影响。一般来说，回次时间越长，回次进尺越多，则岩(矿)心被破坏、磨损、分选和污染的机会也就越多，相应会降低岩(矿)心的采取率、完整度和纯洁性，增加选择性磨损，尤其是硬、脆、碎地层，影响更大。
总之，不同的钻进技术参数对岩(矿)心采取质量有很大的影响。因此，对钻进技术参数选择，既要考虑提高钻进速度的要求也要考虑取心的需要。
(五)操作技术
钻进操作不当，或操作方法不正确，也会造成岩(矿)心破坏。降低取心质量。例如：
(1)钻进中提动钻具次数过多，过高，促使岩(矿)心破坏。岩(矿)心脱出岩心管掉入孔底。会造成重复破碎，或者引起岩心堵塞，形成自磨，降低采取率和品质。
(2)盲目追求进尺，延长回次时间，会增加对岩(矿)心的自磨和钻具振动破坏的时间。
(3)采心方法不当，或卡取不牢，或提钻过猛。会造成孔内残留岩心过多或中途脱落，再次套取时受到重复破碎。干钻掌握不当，使岩(矿)心受到严重挤压。或烧灼变质。
(4)下钻过猛，直插孔底，将孔内岩粉、掉块挤入岩心管造成假岩心。
(5)退心时，过分敲打，岩心紊乱，造成岩(矿)心的人为破碎和上下顺序颠倒，影响了岩(矿)心的完整度，歪曲了岩(矿)心层次。
第三节 采取岩(矿)心的一般方法
对于完整的或容易保证取心质量的岩(矿)层，一般采用普通单管钻具钻进，并根据岩(矿)心性质的不同，采用以下几种方法卡取岩(矿)心。
一、卡料卡取法
卡料卡取岩(矿)心是现场最常用的最简单的一种方法，它适用于硬质合金和钢粒钻进中硬和硬的岩(矿)层。按照卡料的种类不同，可分为卡石卡取法和铅丝卡取法。
(一)卡石卡取法，
卡石卡取岩(矿)心，通常用于硬质合金钻进可钻性4～7级的岩(矿)层。常用卡石材料是硬石块、碎瓷块、碎玻璃等，卡料硬度应与岩(矿)心相适应、硬度太大易挤碎岩(矿)心，硬度太小会被岩(矿)心磨损而卡不住岩(矿)心。卡石大小应根据钻头与岩(矿)心之间的实际环状间隙来选择，一般是2～5mm且粒径不等。投入量约为100cm3左右。
在投卡石采心时，先将钻具提离孔底70～100mm，再把卡石按小、中、大颗粒的顺序从水接头中投下，为了防止中途堵塞，必须一边慢投，一边用铁锤不断敲打孔口钻杆。卡石投完后，再开泵用小水量冲，待水流畅通后，再逐渐加大水量，静等几分钟后，将钻具放到孔底。如泵压增高，并有蹩水现象，证明卡石已到钻头部分。此时停泵开车数转，即可扭断岩(矿)心。
每次采心后，应立即试验采取效果。方法是：把钻具提离孔底1～2m，再慢慢下降，如能顺利落到孔底，证明岩(矿)心已全部采上；如放不到孔底，则证明下部为残留岩(矿)心阻挡。残留岩(矿)心太多，应立即重采。残留岩(矿)心较少，则可留到下一回次采取。
为了防止岩(矿)心中途脱落，提钻时应做到轻刹车，轻回绳、轻插垫叉、轻卸管。严禁猛墩、猛提钻具。
(二)铅丝卡取法，
此法适用于中硬和硬的岩(矿)层，尤其适用于钢粒钻进卡心。一般用8～12号铅丝，根据钻头与岩(矿)心之间的间隙大小，可采用单股和多股拧成麻花形。为了顺利通过钻杆通孔，铅丝的两端应锤尖，其长度应为岩心管内径两倍左右。为了卡取可靠，单股和多股可同时使用。先投单股，后投多股。当钢粒钻进较破碎的岩(矿)层时，还可补些钢粒或投以卡石与铅丝混合卡取更为可靠。
图 01 卡簧卡心原理
1–扩孔器；2–卡簧；3–钻头；4–提取岩心；5–残留岩心
卡料投到底后，再送水同时开车进行钻进，直到发现蹩水或钻进有阻力(即岩心堵塞)，证明已采上岩(矿)心，即可提钻。
二、卡簧卡取法
金刚石钻进和针状合金钻进时，由于钻头上的出刃很小，无法使用卡料，特别是使用双管钻具时，根本不能投入卡料，通常使用卡簧卡心。
(一)卡簧卡心原理
卡簧卡取法也叫提断器卡取法，它由卡簧与卡簧座所组成，卡簧为开口环形，与卡簧座锥体配合，卡簧上移则张开，下移则缩闭。
卡簧卡心原理如图 01所示。
钻进过程中，随着岩(矿)心进人。卡簧被带到卡簧座上部内径最大位置。钻进终了稍一上提钻具，由于卡簧内径和岩心的摩擦阻力，卡簧相对下移而收缩，以致把岩心卡死而提断。
用这个方法卡取岩(矿)心既安全又方便可靠。它无需卡心工序，既节省了卡料，又缩短了卡心时间。
(二)对卡簧及卡心操作的要求
1、卡簧应具有足够的强度和弹性。一般需用弹簧钢65锰及调碳钢40铬加工，并具有硬度HRC45～50。如用40号钢加工代替，经热处理，达到相应机械性能时，也可用于生产，但使用寿命要短。
2、卡簧的自由内径与钻头内径必须合理配合。卡簧的自由内径应比钻头内径小0.3mm左右。卡簧自由内径过大，则取不上或卡不牢岩心，造成中途脱落或残留岩心过多。卡簧自由内径过小，易造成岩心堵塞。因此，每次下钻前要注意检查钻头与卡簧的配合尺寸。在不更换钻头时，其检查方法是：将卡簧套在岩心上，卡簧对岩心既有一定的抱紧力，又能在岩心上被轻轻推动，即为合格；推动费力则为过小，停留不住则为过大。
3、为了减少残留岩心，设计卡簧安放位置时，应尽量靠近钻头。
4、在正常钻进时，不能提动钻具，否则会过早提断岩心，造成岩心堵塞。
5、机场应备2～3种尺寸的卡簧以供选用。每两种的内径以相差0.3mm为宜。
(三)卡簧的种类
目前常用而效果较好的大体有内槽式、外槽式及切槽式三种。如图 62所示。

图 02 岩心卡簧的种类
a–内槽式；b–外槽式；c–切槽式
1、内槽式卡簧
此种是比较常用的卡簧，但加工时要有专门胎具。多用于普通单管和双层岩心管。
2、外槽式卡簧
亦用于单层和双层岩心管钻进的一种卡簧，加工比前一种简单些。
3、切槽式卡簧
此种是绳索取心钻具配套的一种岩心卡簧，也可用于双层岩心管。其优点是：
(1)能有效地卡取岩心，由于设计锥度合理，同时与岩心接触面积较大，故卡取岩心牢固。
(2)增长了卡簧寿命。由于增加了摩擦面积，同时采用合金钢并进行热处理，弹性好。
(3)比较容易加工，由于内管，内外侧无须加工槽子，其上下切口可用砂轮切割。
三、 干钻卡取法
硬质合金钻进软岩或有粘性岩层时，用干钻法采心能得到很好效果。干钻法取心，即在回次终了前，停止送水，干钻一小段，使岩心自行卡紧而扭断。
采用干钻取心法，应注意干钻的长度，过短挤塞不牢，取不上岩(矿)心；过长虽然挤塞牢靠，但易烧灼岩(矿)心，严重时发生烧钻事故，因此，要根据岩(矿)层性质和干钻难易程度掌握干钻长度。一般为100～200mm。
图 03 投球式异径接头
1–球阀座；2–小卡；3–小卡弹簧；4–小卡堵丝；5–弹簧座；6–弹簧；7–排水孔
为了防止提钻时钻杆内水柱压力压掉岩(矿)心，并避免拧卸钻杆时冲洗液四处喷射，最好使用投球式异径接头。如图 03所示。提钻前向钻杆内投入球阀，开泵后。在水柱压力下钢球迫使阀座1下降，当超过异径接头右侧小卡2后，小卡在弹簧3的压力下伸入球阀座空腔，将球阀座挡住，使其不能上升，则钻杆柱中的冲洗液即从排水孔7流出。
四、 沉淀卡取法
此法适用于反循环钻进。在回次终了停止冲洗液循环，利用岩心管内悬浮岩屑粉的沉淀，挤塞卡牢岩(矿)心，它适合于松软、脆碎的岩(矿)层中使用。
采用沉淀取心法的关键在于沉淀时间。沉淀时间要根据岩粉颗粒大小、多少、比重及冲洗液的粘度等而定，一般为10～20min。沉淀法常与干钻法同时结合使用。
第四节 双层岩心管取心
具有内外两层岩心管的钻具叫双层岩心管钻具。
双层岩心管钻具是目前提高岩(矿)心采取率和采取品质的重要工具，在复杂地层和金刚石钻进中应用较为普遍。
双层岩心管钻具的种类繁多，但基本上可分为双动双管钻具和单动双管钻具两类。
具有内外两层岩心管的钻具叫双层岩心管钻具。
双层岩心管钻具是目前提高岩(矿)心采取率和采取品质的重要工具，在复杂地层和金刚石钻进中应用较为普遍。
双层岩心管钻具的种类繁多，但基本上可分为双动双管钻具和单动双管钻具两类。目前使用较多的是单动双管取心钻具，下面重点介绍单动双管取心钻具。
一、单动双管钻具的特点
单动双管钻具的特点是：钻进中外管转动，内管不转动。这样除了防冲刷外，又可以避免振动、摆动、摩擦等机械力对岩(矿)心的破坏作用。另外，有些单动双管在结构上增设有防振、防污、防脱和退心方便的装置。因此，岩(矿)心的采取率、完整度、纯洁性等都有较大提高，代表性也更好。
比较理想的单动双管钻具除使用维护方便、加工制造容易外，在结构上应满足以下的要求：
(1)防冲——钻进时要避免冲洗液对岩(矿)心的直接冲刷，提钻时要免除钻具内液柱对岩(矿)心的压力。为此，在单动双管钻具中往往采用单流止水阀，正差距内外钻头，超前压入式内管，钻头侧孔通水，小水口钻头等措施解决防冲问题。
(2)防振——钻进中应最大限度地减少钻具对岩(矿)心的机械振动，不破坏岩(矿)心的原始结构，为此，各类单动装置，如滚珠轴承、滚柱轴承、球支撑等必须性能良好、灵活可靠、盘数多、盘距大、润滑方便、密封性能好；内、外管必须同心；有些单动双管还增设避震弹簧室、内管扶正环、内管充填软泥等措施，减少振动和摆动。
(3)减磨、防堵——岩(矿)心进入内管时和进入以后，都要尽量减小摩擦和堵塞。为此，要求钻头结构合理，内管内璧光滑平直，最好镀铬，或涂敷软肥皂。有些单动双管还装置衬管、半合管等岩心容纳管，以起到减摩、防堵作用，这样也便于退出岩(矿)心，防止人为破碎。
(4)防污——对于某些矿种，如滑石、石墨等，要防止泥浆和其它杂质污染。为此，在单动双管钻具的内管中增加活塞等部件。活塞在钻进时起隔浆、刮浆的作用，保持岩(矿)心纯洁性。
(5)冲孔——下钻时能冲洗钻孔，一方面保持孔内清洁，有利于取心钻具可靠的工作，另一方面可消除残留岩心、钻粉和掉块所造成的假象岩(矿)心。为此，可采用投入式单流阀，即下钻冲孔后再投入止水球阀，保证正常钻进时隔水。
(6)采心容易，卡心牢固——采取岩(矿)心时必须操作容易，扭断可靠，卡心牢固不致中途脱落。为此，在单动双管中可采用爪簧、压卡器、卡簧提断器等装置，以保证岩(矿)心能够采上和卡牢。
对金刚石单动双管结构的要求，除上述几方面外，还应根据口径小的特点考虑以下几点：
(1)钻具结构应力求简化，以便于加工、维修和保养。
(2)水路设计要合理，除应有足够的通水断面之外，各接头的通水孔应尽量采用斜孔，以减小水流阻力。
(3)内管下端与钻头内台阶间隙应能够调整。以适应不同岩(矿)层钻进需要，并扩大钻具的适用范围。
(4)内外管同心度要好，以利予保护岩(矿)心。为此，接头与心轴应尽量设计成整体，或增设定位器。
(5)管壁尽可能薄，以保证较大通水断面和获得较粗的岩(矿)心。为此，管壁应采用物理力学性能较高的材料。
二、金刚石钻进单动双管取心钻具
1、钻具结构
金刚石钻进单动双管取心钻具结构如图 64所示，主要由上接头，单动部分，调节心轴，内、外管，卡心装置和钻头组成。其中单动部分常用下述三种形式：球单盘推力球轴承式（代号Q）；单盘推力球轴承式（代号D）；双盘推力球轴承式（代号S）。
2、工作原理
金刚石钻进所用的双管钻具均属单动双管钻具，虽然在结构上有所不同，但其工作原理却大致相同。钻进时的回转力和轴向压力均是由钻杆通过异径接头、外管、扩孔器传递给钻头，内管部分一般都坐在推力滚球轴承上，由于内管与岩心有一定的摩擦，所以一般不会跟着外管转动，使岩心在内管里处于比较静止的状态。送下去的冲洗液是通过内外管的间隙流到钻头底部冲不到岩心。内管里面原有的冲洗液在岩心的推动下，可顶开钢球排到内外管的间隙里去。
在内管的下部依次插有内管短接和卡簧座，卡簧放在卡簧座中。钻进时，随着进尺的增加，岩心从钻头内口进入卡簧座，穿过卡簧，又经内管短接进入内管。若要采心，只要往上提动钻具，使钻头离开孔底一定的高度，卡簧就会借助同岩心的摩擦力而相对下移，因卡簧外壁是锥形的，所以它又带着卡簧座下移，使卡簧座顶到钻头内沿上，同时，它本身也将岩心越卡越紧，随着钻具的回转而将岩心扭断。

图 04 金刚石钻进单动双管取心钻具结构
1-上接头; 2-耐磨稳定环; 3-外管接头; 4-单动部分; 5-心轴(调节螺杆); 6-锁紧螺母; 7-内管接头;8-外管; 9-内管; 10-扩孔器; 11-短节; 12-卡簧; 13-卡簧座; 14-钻头
内管短接同内管之间以及卡簧座同内管短接之间不用丝扣连接，而采用插入法相联，这样：①可以减轻由于内管的摆动以及在特殊情况下内管转动对岩心的影响，因此可以更好地保护岩心；②使内管下部少受磨损，在采心时，内管亦不受轴向拉力的影响，有助于延长内管的使用寿命；③好安装，掏岩心也比较方便。
3、操作技术
(1)双管管料比单管薄，特别是内管壁厚只有1.5～2mm，强度要差一些，容易压弯，在钻进中不能采用大的钻压。
(2)双管卡簧在卡簧座内上下活动范围很小(约12mm)，只要稍微提动钻具就能提断岩心，不须专门操作。
(3)在特殊情况下，双管钻进如发生岩心堵塞，可降低压力和减小泵量，适当增加转速来处理，不得强力处理。若处理无效应及时提钻查原因。
(4)在钻进过程中，不要提动钻具，以免提断岩心，造成堵塞，影响进尺。
(5)对旧的双管钻头要注意检查内径。如果内径比原来磨大1mm，就不能再用。如用磨大的内径钻头钻进，岩心进不到内管，容易损坏内管零件，又影响效率。
(6)在卸双管钻头时，应用木锤把丝扣部分敲松再卸，因双管钻头壁薄，如不敲松，容易卸偏钻头。，
(7)在需要从内管把岩心敲出来时，应用橡胶锤和木锤，不要用铁锤。
(8)每次下钻前，应检查单动性能是否良好；内外管是否直。
(9)要定期检查各部分丝扣松动情况；轴承的灵活程度；密封圈、螺帽锁紧圈是否磨损及水孔是否堵塞，钢球有无锈死等。
(10)双管如较长时间停用，应对各部零件及内外管清洗涂机油或黄油保护。在存放或运输中，不要在双管上压放重物。
第五节 绳索取心
绳索取心钻具是一种不提钻取心的钻进装置，即在钻进过程中，当内岩心管装满岩心或岩心堵塞时，不需要把孔内全部钻杆柱提升到地表，而是借用专用的打捞工具和钢丝绳把内岩心管从钻杆柱内捞取上来，只有当钻头被磨损需要检查或更换时，才提升全部钻杆柱。
绳索取心钻具的应用范围很广，它不受钻孔深度的影响，从几十米的浅孔直至超万米的超深孔均可使用，而且钻孔越深其优越性越能显著；可以钻进任意方向的钻孔和钻进各种地层，在Ⅵ～Ⅸ级中等硬度的岩层中效果尤为显著；针对不同的地层，该钻具既可用清水，又可用优质泥浆，还可采用泡沫等作为冲洗介质。
绳索取心钻探技术最初用于石油、天然气钻探。1947年美国长年公司(Longyear Co.)研究用于金刚石地质岩心钻探，到50年代形成系列，目前已成为世界范围内应用最广的一种岩心钻探方法。绳索取心既用于地表岩心钻探，也用于坑道内岩心钻探，并发展用于海底钻探取样。绳索取心钻探世界最深钻孔为5424米(1988)。
美国长年公司系列绳索取心钻探钻孔直径分为：AQ(48mm)、BQ(60mm)、NQ(75.7mm)、HQ(96mm)、PQ(122.6mm)、SQ(145.3mm)等规格，即所谓Q系列,为欧美国家广泛仿制与采用。美国的绳索取心钻具在70年代又开发了CQ系列（接头与钻杆采用焊接方式连接）；80年代进一步开发了重型绳索取心钻具系列，如CHD-76、CHD-101和CHD-134等，以专门用于深孔、超深孔条件下实现绳索取心。
1972年，中国地质矿产部开始研究绳索取心钻探技术。到目前为止，已研制出系列钻具：S46mm、S59mm、S75mm、S91mm和水文水井钻探用S130mm的绳索取心钻具。此外，还有用于坑道钻探的KS-46和KS-59绳索取心钻具。为了进一步提高钻速，已成功地研制了带液动冲击器的绳索取心钻具。绳索取心钻探现已在地质、冶金、有色金属、煤炭、化工、核工业和建材等系统的钻探部门推广。仅地质矿产部系统截至1987年，用绳索取心钻探累计进尺已达170万米,钻探钾盐的孔深已达2505米。钻孔愈深，绳索取心钻探的技术经济效益愈显著。
绳索取心钻进原理如图 65所示。

图 05 绳索取心钻进原理
一、绳索取心钻进的优缺点和应用范围
1、绳索取心钻进的优缺点
(1)减少起下钻的辅助时间，增加纯钻时间，钻孔愈深经济技术效果愈显著。
(2)岩心堵塞立即捞取岩心，提高岩心采取率。
(3)减少岩心扫孔磨损、拧卸及与孔壁碰撞机会，延长钻头寿命。
(4)减轻工人体力劳动。
(5)延长钻杆螺纹寿命，降低钻杆消耗。
(6)减少冲洗液抽吸和孔壁压力失去平衡机会，从而减少孔内事故。
(7)减少起下钻机械磨损和钢绳消耗。
(8)减小钻孔弯曲度，提高钻孔质量。
(9)有利于钻穿复杂地层。避免孔壁坍塌掉块。
(10)可以利用取心绞车钢丝绳在钻杆内下放测斜仪，进行测斜。
总之，由于绳索取心的上述优点，因此可保证岩(矿)心质量，大大降低钻进成本。
绳索取心也存在一些缺点和问题，例如:要求钻杆的材质要好、加工精度要高，使钻杆的成本昂贵；钻杆柱与孔壁的间隙小，增加了钻杆柱的磨损，也使冲洗液循环阻力增大；绳索取心钻头壁较厚，钻进坚硬岩石时，效果差些；另外，回转粗径的钻杆柱阻力大，因此其动力消耗大，在深孔中影响开高转速等等。
2、绳索取心钻进的应用范围
绳索取心目前已成为金属、非金属、煤田及某些水文地质和工程地质钻探取心的主要方法之一。其应用范围可分述如下：
(1)绳索取心钻进的钻孔深度可以自几十米的浅孔直至千米以上的深孔；
(2)绳索取心钻进的钻孔角度可以从0°～360°，即可钻进任意方向的钻孔；
(3)用绳索取心法可以钻进各种地层，既可采用清水，亦可采用优质泥浆作为冲洗液。对于回次进尺不长的岩矿层、取心困难的岩矿层、矿心易受污染或溶蚀的矿层、易坍塌掉块地层，若采用绳索取心钻进更为有利。
二、绳索取心钻具
国产S系列绳索取心钻具规格见表 61。
表 01 常规绳索取心钻具
型号
钻头
(外径/内径)
扩孔器
(外径/内径)
外管
(外径/内径)
内管
(外径/内径)
钻杆
(外径/内径)
接头
(外径/内径)
SC56
Φ56/Φ35
Φ56.5/Φ44
Φ54/Φ45
Φ41/Φ37
Φ53/Φ44
Φ54/Φ43
S59
Φ59.5/Φ36
Φ60/Φ47
Φ58/Φ49
Φ43/Φ38
Φ55.5/Φ46
Φ56.5/Φ46
S75
Φ75/Φ49
Φ75.5/Φ62
Φ73/Φ63
Φ56/Φ51
Φ71/Φ61
Φ72/Φ61
S95
Φ95.5/Φ63
Φ96/Φ78
Φ89/Φ79
Φ73/Φ67
Φ89/Φ79
Φ91/Φ78
(一)绳索取心钻具的结构和工作原理
现以S75绳索取心钻具为例，其结构如图 66所示。
整套绳索取心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(1)、弹卡室(7)、稳定接头(23)(上扩孔器)、外管、下扩孔器和钻头组成；内管总成由捞矛头(2)、弹卡定位(8)(7)、悬挂(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。
打捞器一般由打捞机构和安全脱卡机构组成。各机构的工作原理如下：
(1)绞链式矛头机构 由捞矛头、定位卡块、捞矛座等组成。由于捞矛头可在其转动平面内转动180°，因此，在提捞内管总成到地表面后，打捞器与内管总成可在0°～±90°内转动、变换位置。这样，在倒、取岩矿心时，内管总成不必放倒而可直接用打捞器吊着，使内管总成倾斜即可将岩(矿)心倒出。此外，在放倒内管时，本机构还可防止捞矛头从打捞器的捞钩中脱出，以免摔坏内管和弄弯内管(注：S75型钻具无此机构)。
(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，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璧上。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。另外，弹卡沿钻杆壁向下滑动时，张开一定角度。具有向内下放的倾斜面，如遇阻碍，钻具重量和向下运动的惯性力使弹卡向内压缩张簧，从而使钻具顺利通过。弹卡挡头下端设有拨叉，带动弹卡随外钻具一起转动，防止弹卡磨损。

图 06 S75型绳索取心双管结构
1–弹卡挡头；2–捞矛头；3–弹簧销；4–回收管；5–弹簧；6–弹卡；7–弹卡室；8、9–弹卡销；10–弹卡座；11–弹卡架；12–复位簧；13–阀体；14–定位簧；15–螺钉；16–定位套；17–垫圈；I8–固紧环；19–弹簧；20–调节螺堵；21–悬挂环；22–座环；23–扩孔器；24–接头；25–滑套；26–轴；27–蝶簧；28–调节螺栓；29、31–轴承；30–轴承座；32–弹簧；33–弹簧座；34–垫圈；35–螺母；36–油杯；37–垫圈；38–悬挂接头；39–阀堵；40–螺母；41–弹簧销；42–开口销；43–钢球；44–调节螺母；45–调节接头；46–外管；47–内管；48–扶正环；49–挡圈；50–卡簧；51–卡簧座；52–钻头

(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2～4 mm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)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)、调节圈等零件组成。
图 07 S75型绳索取心钻具打捞器结构
1一打捞钩；2、8一弹簧销；3一捞钩架；4一弹簧；5一铆钉；6一脱卡管；7一重锤；9一安全销，10、20一定位销；11一接头；12一油杯；13一开口销，14一螺母；15一垫圈；16一轴承；17一压盖；18一连杆；19一套环；21一定位轴套
当内管总成在钻杆柱内由冲洗液向下压送时，阀体的粗径台阶位于定位簧(10)内，弹簧处于正常状态，阀堵在关闭位置，冲洗液由内管总成和钻杆柱的环状间隙流通(如图 68所示)；如果内管到达外管中的预定位置，内管总成的悬挂环座落在外管中的座环上，把冲洗液通道完全堵塞，迫使冲洗液改变流向，压缩弹簧，向下推动阀堵，直至阀体的粗径台阶移出定位簧，使阀堵打开，(如图 69所示)。与此同时，泵压表的压力明显升高[约升高5～10atm，即(5～10)×101325Pa]，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。捞取岩心时，打捞器通过捞矛头(2)，回收管(4)和弹性销向上提拉阀体，使阀体的粗径台阶克服定位簧的弹力进入定位簧，并继续向上运动，复位簧受压，直至阀堵超过关闭位置，给冲洗液打开一条下泄通道(如图 610所示)。这样，一部分冲洗液就可以由此下泄，从而减小冲洗液对孔壁的抽吸作用和打捞阻力。
内管总成打捞到地表以后，由于复位簧(12)的作用，随着回收管的复位，则阀堵自动回到关闭位置。
根据钻孔深度的不同，通过调节螺堵(20)和调节圈(37)，可以改变弹簧的预紧力，以调节泵压的变化范围。
(5)岩心堵塞报警机构 由滑套(25)，轴(26)、蝶簧(21)等零件组成。钻进过程中，当发生岩(矿)心堵塞或岩(矿)心装满内管时，岩心对内管产生的顶推力压缩蝶簧，使滑套向上移动到悬挂接头(38)的台阶处，将通水孔堵塞，从而造成泵压升高，遂告诫操作者应停止钻进、捞取岩心。根据钻进地层软硬程度的不同，可以改变蝶簧(27)的排列形式，并调节蝶簧的弹力，使其既不影响正常钻进，又能在岩(矿)心堵塞时准确报信。
(6)单动机构 由两副推力轴承(29、31)(8203，8204)实现钻具的单动，使内管在钻进时不作旋转。
(7)内管保护机构 由滑动接头、键、弹簧等件组成，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，内管及卡簧座随之下移至钻头内台阶上，从而拔断岩心的力由钻头传递到外管，以保护内管不受损坏。

图 08 内管总成下降状态

图 09 钻进状态

图 010 打捞状态
(8)调节机构 由调节螺母(44)、接头(45)、调节心轴等组成。内外管组装在一起时，如果卡簧座与钻头内台阶之间的间隙不合适，则可以通过调节心轴和接头的相互移动进行调节(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)。
(10)打捞机构 由打捞钩(1)、打捞钩架(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(见图 611)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；及至打捞器穿过钢丝绳接头和重锤，撞图 011 安全脱卡套管
击和罩住打捞钩尾部，迫使其尾部向内收缩，端部张开，从而使打捞器与内管总成脱离。
(二)钻具的组装
首先，应按照装配图分别组装好内、外管总成和打捞器，并对钻具的主要零部件进行认真检查；然后，把内管总成装入外管总成中，调整内、外管的长度配合，并用打捞器试捞内管总成。经确认合乎技术要求后，方能下孔使用。
(1)外管总成的组装和检查要求如下：
①外管总成中有上、下两个扩孔器；上扩孔器主要起稳定作用；下扩孔器主要用于扩孔。所以，应检查上扩孔器外径是否略小于下扩孔器外径；
②装入座环和扶正环时，应放平摆正后用手推入。禁止用任何铁器敲击，以防损伤螺纹或使座环及扶正环变形，影响内管的升降；
③外管的弯曲度不应大干0.30mm/m，否则，应进行矫直。
④外管总成上所有螺纹连接处，要涂抹丝扣油并拧紧。
(2)内管总成的组装和检查要求如下：
①首先，检查捞矛头，是否完整无缺，有无碎裂掉块现象；
②组装弹卡机构时，先将回收管(4)套于弹卡架(11)上；再通过回收管和弹卡架的槽，装入弹卡和张簧；最后，通过回收管的装配孔把弹性销打入。装入的弹卡动作应灵活，用手轻轻拉动捞矛头，回收管即可使弹卡缩回(两翼间距应小于或等于回收管直径)。推下回收管，弹卡应立刻张开，其两翼间距大于弹卡室内径；涂沫润滑油，以减小弹卡活动时的摩擦力；
③所有弹簧轴销要装正，其开口方向都应一致朝下或朝上，以改善其受力状态。轴销需用锤子打入并装配紧实，不能有幌动现象；
④组装到位报信机构时，应根据钻孔深度调节工作弹簧的力量(一般浅孔预紧力要小)；
⑤缓冲弹簧的锁母需用开口销锁住，并使缓冲弹簧有一定的预紧度；
⑥拧紧调节机构的调节螺母，以防松(倒)扣，使内管总成伸长而导致其上、下顶死，在外管总成中发生故障；
⑦单动轴承装配时，要注意调配好弹子盘的间隙(不能过紧，亦不能过松)，以用手转动灵活，不幌动为好。轴承装配完毕后，应通过黄油嘴向轴承注油，轴承座内应装满黄油；
⑧卡簧座、内管和内管总成的上部连接，必须同