钢绞线在多角度钻探取芯过程中的应用

摘要

本发明公开了钢绞线在多角度钻探取芯过程中的应用。利用钢绞线材质强度高韧性好的特性，在钻杆内推送岩芯内管不会变形折损，通过滚压轮设计快速提送钢绞线完成提取岩芯，不用提送钻杆；在不改变钻机原型结构情况下，实现360°钻探取芯技术，彻底解决多角度钻探中繁琐劳累的操作、效率低的问题。钢绞线的应用不但可显著地提高钻进效率，还利于保证岩矿取芯质量，降低钻探成本，大大降低劳动强度，增加钻探的效益。

说明书

技术领域

本发明属于钻探领域，具体说是钢绞线用于钻探中360°快速取 芯，利用钢绞线高强高韧的性能，改变当今多角度钻探行业中的双管 取芯及绳索取芯作业效率低的难题。

背景技术

现在国内外钻探设备中，最理想、最普及非常成熟的取芯方式 是绳索取芯，即利用钢丝绳，是1947年美国长年公司发明绳索取芯 钻探技术，到50年代形成系列；1972年中国地质矿产部开始研究绳 索取芯钻探技术，80年代初期国内推广使用，直至现在，绳索取芯 钻探范围一直在垂直向下角度内使用，因岩芯内管需要靠自重力下垂 到孔底，所以无法超越钻探角度限制。同时，水平钻探，井下钻探孔 位浅、角度多，如井下钻探，空间狭小，大多数是2×2米的巷道，无 法使用绳索取芯以及支撑绳索的塔架，即使使用绳索取芯技术，也需 要扩大井下空间，费时、费力成本高，基本不用此工艺。

另一种钻探取芯方式采用双管取芯工艺，该技术是50年代 国外引进技术，提取岩芯需要提出全部钻杆，倒取岩芯后再对接钻杆 送回孔内，提送钻杆劳动强度大，耗时长，提出钻杆还会造成孔内没 有钻杆支撑，引起孔内塌孔、掉块等孔内事故，送进岩芯内管时会装 进塌孔掉块的岩石，造成岩芯混乱，岩芯自磨，岩矿芯采取率不能达 到国家标准。地表钻探在80年代后期基本不使用双管取芯技术，现 多用于水平钻探、井下钻探等多角度钻探行业。

钢绞线是在1928年法国人欧仁·弗莱西奈发明的建筑材料，中 国60年代起步生产，广泛用于建筑、铁路、公路、水利、能源、及 岩石锚固施工中；它能承受弯曲而不发生龟裂、膨胀、和剥落现象， 冲击性能好，韧性好，能盘圆，占地小，运用到钻探取芯技术上不需 要笨重的绳索塔架及大排量水泵，井下空间不需要扩大就能提高工作 效率，在运输及现场使用更加方便、快捷。

发明内容

本发明的目的在于提供钢绞线在多角度钻探取芯过程中的应用。

本发明的技术方案如下：

钢绞线在多角度钻探取芯过程中的应用。

本发明解决的技术问题是，利用钢绞线材质强度高韧性好的特 性，在钻杆内推送岩芯内管不会变形折损，(一般钢索、钢丝绳如果 水平推送就折弯，刚性不够)通过滚压轮设计快速提送钢绞线完成提 取岩芯，不用提送钻杆；在不改变钻机原型结构情况下，实现360° 钻探取芯技术，彻底解决多角度钻探中繁琐劳累的操作、效率低的问 题，而且能保持孔内结构，岩矿芯采取率达到国家标准。

本发明的优点在于：1、钢绞线的刚性强，它能直接推送岩心管， 每次取岩心不用提送钻杆，比现有技术减少提送钻杆的辅助时间，增 加纯钻进时间，钻孔越深经济效果越显著。2、降低工人的劳动强度。 3、岩心堵塞可立即捞取，提高岩矿心采取率。4、减少钻杆螺纹拧 卸磨损，延长钻杆寿命，降低管材消耗。5、减少钻头扫孔磨损、拧 卸及与孔壁碰撞机会，延长钻头寿命。6、减少冲洗液抽吸和孔壁压 力失去平衡，从而减少孔内事故。7、减少提送钻的机械磨损，增加 钻机使用寿命。8、减少钻孔弯曲度，提高钻孔质量。9、有利于钻 进复杂地层，避免孔壁坍塌掉块。10、可以利用钢绞线在钻杆内放测 斜仪，进行测斜。11、耗电省，只需很小的动力就能完成取芯作业， 不需钻机主机运转辅助。

总之，钢绞线取芯实现多角度钻探，可显著地提高钻进效率，保 证岩矿心质量，降低钻探成本，大大降低劳动强度，增加钻探工人收 入，增加经济效益。

附图说明：

图1是本发明应用于钻探设备中的结构示意图；

图2是本发明应用于钻探设备中(加钻机)的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的应用作进一步说明。

图1-2中，1、钻杆；2、岩心内管；3、钢绞线；4、滚压轮；5、 绕线器；6、动力头。

实施例：

作业条件及设备情况

井下水平钻探，作业空间高2宽2米，使用动力头式坑道钻机， 油缸行程0.75米，孔深300米任务，冶金部标准双管取芯工艺，钻 杆1.5米，岩芯内管1.5米。

现有的双管取芯工艺操作方式：

1、在如上钻探场地支护好钻机，检查安全后，开机运转，安装岩芯 内管开孔钻进。

2、岩心内管钻满后，(第一回次钻进，钻机夹住岩心内管即可)用 钻机有效的行程，前进后退2次拉出岩芯内管，卸下钻头、扩 孔器倒取岩芯，在装上钻头、扩孔器把岩芯内管用钻机油缸分 2次前进后退送入孔内，接上钻杆继续钻进。

3、第二回次装满岩芯内管，要用钻机油缸前进后退4次拉出钻杆 和岩芯内管，卸下钻头、扩孔器倒取岩芯，在装上钻头、扩孔 器用4次的前进后退动作送入孔内，接上第二根钻杆继续钻进。

4、第三回次装满岩芯内管，要用钻机油缸前进后退6次拉出钻杆 和岩芯内管，卸下钻头、扩孔器倒取岩芯，在装上钻头、扩孔 器用6次的前进后退动作送入孔内，接上第三根钻杆继续钻进。

5、以上钻进环节是依次类推。取一回次岩芯，钻杆要全部提出。 如提出送进200根钻杆，需要800次的提送操作，400次的装 卸钻杆，时间是约110分钟完成一个回次。

本发明钢绞线取芯工艺操作方式：

1、同等条件下，使用钢绞线取芯工艺。场地支护好钻机，检查安全 后，开机运转，安装岩芯内管2开孔钻进。(现场备2根岩芯内管) 2、岩芯内管2钻满后，用滚压轮4输送钢绞线取芯打捞器，进入捞 取岩芯内管2快速拉出放下，随后拿起空岩芯内管用滚压轮带动钢绞 线推送器快速推入岩芯内管，卡住岩芯内管，抽出钢绞线3，接上钻 杆1继续钻进。

3、钻机钻进时，再倒取岩芯，增加了纯钻进时间。

4、第二回次岩芯内管装满时，不用提出钻杆，用滚压轮4输送钢绞 线取芯打捞器，进入钻杆内捞取岩芯内管快速拉出放下，随后拿起空 岩芯内管用滚压轮带动钢绞线推送器快速推入岩芯内管，卡住岩芯内 管，抽出钢绞线，接上钻杆继续钻进。

5、钻机钻进时，再倒取岩芯。

6、第三回次岩芯内管装满时，不用提出钻杆，用滚压轮输送钢绞线 取芯打捞器，进入钻杆内捞取岩芯内管快速拉出放下，随后拿起空岩 芯内管用滚压轮带动钢绞线推送器快速推入岩芯内管，卡住岩芯内 管，抽出钢绞线，接上钻杆继续钻进。

7、钻机钻进时，再倒取岩芯。

8、以上环节循环操作，不用提出钻杆就可以提取岩芯。

使用钢绞线取芯工艺，同等条件下，不用提送200根钻杆，钢绞 线提送岩芯内管只需约20分钟完成一个回次，效率是双管取芯工艺 的5.5倍。

如果完成一个300米坑道水平孔的钻探任务，同等条件下，现有 的双管取芯方法需要操作者用80400次拉送操作，用40200次装卸钻 杆、松紧钻杆、钻头螺纹动作来倒取岩芯，如果用本发明的钢绞线取 芯，同等条件下，操作不需要提送钻杆，只需操作400次拉送岩芯内 管倒取岩芯，(期间更换钻头需要钻杆全部提出，更换3支钻头操作 计1200次)合计1600次拉送动作即可完工。降低操作者劳动强度， 可节省50倍体力劳动。

本发明在2015年现场2个月期间多角度钻探，每天十几个小时 实验证明，钢绞线取芯无异常发生，没有出现卡钻、送不到孔底、折 损钢绞线现象，显示出良好的稳定性，满足现场使用要求达到钢绞线 取芯理想状态；不改动钻机原有结构，只需很小的投入，就能实现多 角度钻探。