【文章內(nèi)容簡介】 下，用鋁鉆桿能鉆達鋼鉆桿無法達到的深度。②鋁合金在腐蝕環(huán)境中的穩(wěn)定性非常好。它表面覆蓋一層穩(wěn)定的氧化膜阻止與環(huán)境的進一步反應(yīng)，可用于任何濃度的硫化氫和二氧化碳環(huán)境，而且其抗腐蝕能力與溫度無關(guān)。③鋁合金鉆桿與井壁的磨阻小，可減輕起下鉆的阻卡。鋁鉆桿的浮力系數(shù)比鋼小得多，可節(jié)省 20%～25%的起下鉆時間，并節(jié)省燃料。所以，鋁合金鉆桿用于 3000m 以深的鉆井最有效。④在相同井眼曲率下，鋁合金鉆桿的彎曲應(yīng)力遠小于鋼鉆桿，從而適用于鉆斜井、曲率半徑小的定向井和水平段長的水平井。⑤鋁合金鉆桿具有和鎳鈷合金相似的無磁特性，方便隨鉆測量儀器的使用。⑥鋁合金鉆柱對裸眼和套管的作用力減小，能有效地保護套管，適應(yīng)裸眼段更長的井。鋁合金鉆桿內(nèi)泥漿的流動阻力小，可提高鉆頭的水功率。⑦使用鋼鉆桿時處理孔內(nèi)鉆桿事故常需要漫長的時間，甚至造成鉆孔報廢。而處理鋁合金鉆桿事故時，用一般牙輪鉆頭就可對井下鋁合金鉆具掃孔。圖3 鋁合金鉆桿（白色部分為鋁合金）深部巖心鉆探通常采用繩索取心工藝，由于其輔助時間少、取心質(zhì)量好、提下鉆次數(shù)少且對地層干擾小等優(yōu)勢得到鉆探工作者的廣泛認可，但繩索取心鉆探效率的體現(xiàn)主要取決于碎巖工具——金剛石鉆頭的切削效率和使用壽命，簡單說來就是繩索取心鉆頭的工作壽命決定了繩索取心鉆探的提鉆間隔。如果鉆頭壽命不能保證實現(xiàn)較大的提鉆間隔，繩索取心鉆進的優(yōu)越性就蕩然無存，盡可能提高鉆頭壽命、減少提鉆次數(shù)是提高繩索取心鉆探效率的關(guān)鍵因素。目前，繩索取心金剛石鉆頭的工作壽命和切削效率問題比較突出，在很大程度上制約了繩索取心鉆進工藝的發(fā)展和推進 ：⑴由于設(shè)備能力和鉆探管材的限制，與淺孔鉆探相比較，高轉(zhuǎn)速更加受到限制，以磨削為主要特征的孕鑲金剛石鉆頭的效率難以得到體現(xiàn)。⑵壓力控制精度降低： 由于孔深加大，鉆孔也必然存在不同程度的彎曲，導致鉆桿柱在回轉(zhuǎn)中與孔壁的接觸面積大幅度增加而消耗一定的鉆壓，同時還因無法有效判別壓力的準確分解而導致鉆進規(guī)程參數(shù)中的壓力參數(shù)控制難度加大，使得金剛石鉆頭工況的隨意性更加突出，金剛石壽命難以在正常標定的工況下工作。⑶孔深大，地層溫度和循環(huán)介質(zhì)溫度也偏高，鉆頭冷卻條件發(fā)生變化，鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計要在水口、水槽方面有針對性。⑷深孔鉆進，起下鉆作業(yè)時間更多，鉆頭壽命對生產(chǎn)效率的影響相對淺孔來說更加明顯，因此對鉆頭長壽命的要求更加嚴格。⑴在滿足金剛石鉆頭強度、鋒利度和冷卻效率的前提條件下，提高孕鑲金剛石鉆頭工作層高度能明顯提高鉆頭壽命，理論上鉆頭壽命與工作層高度成正比例關(guān)系（圖4左）。⑵加強保徑和合理增加保徑規(guī)高度。在增強保徑的措施中，適當增加保徑規(guī)的高度，一方面有利于增補保徑材料(如聚晶)的數(shù)量，增加保徑料的空間排列分布的靈活性； 另一方面，增加了鉆頭工作的穩(wěn)定性，減少鉆頭在回轉(zhuǎn)過程中的渦動作用，提高鉆頭的壽命（圖4中）。⑶聚晶金剛石鉆頭有利于提高鉆頭壽了提高深孔孕鑲金剛石的壽命。采用聚晶與工作層復合技術(shù)，在工作層中添加超硬鑲嵌體，可以增加胎體的耐磨性。選擇低磨耗比聚晶并合理控制數(shù)量，將會在保持鋒利度基礎(chǔ)上有效提高鉆頭的使用壽命。⑷金剛石有序排列提高孕鑲鉆頭壽命。有序排列金剛石鉆頭具有時間等效自銳性，鉆進效率高，出刃大，工作壽命長，適用于制造深孔鉆進厚壁繩索取芯鉆頭，地層適應(yīng)性也得以增強（圖4右）。⑸深孔鉆進工藝參數(shù)的合理采用有利于提高鉆頭壽命在鉆進過程中，需要根據(jù)巖石的性質(zhì)、強度、研磨性和完整程度等合理選擇金剛石鉆頭，還需合理使用鉆進工藝參數(shù)主要有轉(zhuǎn)速、鉆壓和泵量三大規(guī)程參數(shù)。圖4 高工作層鉆頭（左）、提高規(guī)徑刃高度及加強保徑鉆頭（中）及有序排列鉆頭唇面（右）繩索取芯鉆進是一種先進的巖芯鉆探工藝。它采用大直徑的鉆桿，在鉆具里面套裝一根取芯管，在鉆進過程中，巖芯緩慢地裝在取芯管內(nèi)。當回次進尺終了，巖芯裝滿取芯管時，采用帶繩索的打撈器，從鉆桿中把取芯管提出，提取巖芯后，又從鉆桿中把取芯管放到孔底，繼續(xù)鉆進。繩索取芯與普通鉆進取芯相比，具有控制鉆孔偏斜度、提高鉆進效率、降低工程成本、提高巖芯采取率、減少孔內(nèi)事故等優(yōu)點；尤其在鉆穿復雜地層方面，有著其它施工技術(shù)無可比擬的優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用。繩索取芯裝置主要由雙管部分、打撈機構(gòu)、彈卡機構(gòu)、懸掛機構(gòu)、到位報信機構(gòu)、巖芯滿管或堵塞報信機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)、緩沖機構(gòu)、單動機構(gòu)、容納與卡取巖芯機構(gòu)、扶正機構(gòu)、打撈器部分、打撈機構(gòu)、繩卡機構(gòu)、送入機構(gòu)、安全脫卡機構(gòu)等典型部件組成。目前國內(nèi)的繩索取心鉆具以無錫鉆具廠生產(chǎn)的S系列繩索取芯鉆具最具有代表性，其規(guī)格有S5S5S59B、S7S75B、S9S95A等。其主要規(guī)格見表3。表3 S系列繩索取心鉆具規(guī)格參數(shù)目前，繩索取心已經(jīng)成為地質(zhì)巖心鉆探的主流技術(shù)方法。除部分煤田和沉積巖復雜地層外，繩索取心鉆探技術(shù)已經(jīng)在深孔固體礦產(chǎn)資源勘查施工中得到普及。國內(nèi)有關(guān)研究機構(gòu)、鉆探用戶及生產(chǎn)企業(yè)一直在積極關(guān)注深孔、特深孔繩索取心鉆探技術(shù)的優(yōu)化和完善工作，開發(fā)新產(chǎn)品，研究深孔鉆探工藝。繩索鉆桿的優(yōu)化研究應(yīng)成為長期和重要的技術(shù)工作方向，繩索鉆桿承受著地面鉆機傳遞的回轉(zhuǎn)扭矩和自身重量產(chǎn)生的拉力，同時是輸送高壓沖洗介質(zhì)、撈取巖礦心和投放內(nèi)管總成的通道，具有薄壁和基本內(nèi)平的特點。在地質(zhì)鉆探設(shè)備和器具中，回轉(zhuǎn)的繩索鉆桿的受力情況和工作條件最為復雜和惡劣。繩索鉆桿的優(yōu)化研究應(yīng)作為最重要的技術(shù)，選用高強度優(yōu)質(zhì)合金管材，優(yōu)化設(shè)計螺紋類型，重視鉆桿和接頭螺紋副的加工、熱處理和表面處理工藝；設(shè)計合理的到位報信、堵塞報信機構(gòu)和打撈投放裝置，提高深孔、特深孔鉆進或特殊鉆探施工用繩索取心鉆具可靠性。此外，還應(yīng)該提高繩索取心管材材料的綜合機械性能，從強調(diào)“高強度”為主，向“高強度、高性能”方向發(fā)展。有序淘汰成分組配不合理、有害元素較高、熱加工性能較差的部分地質(zhì)管材，逐步向與高性能石油鉆井管材(材質(zhì))靠攏。同時，改進提高管材的淬透性，增強管材彈性(韌性)、抗疲勞性、抗磨蝕性和抗沖擊性能，改善金相組織結(jié)構(gòu)，使研發(fā)的新型管材基本達到深孔繩索取心鉆探施工要求。液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)（又稱液動潛孔錘鉆探或液動沖擊器鉆探技術(shù)）： 它是利用泥漿泵輸出的高壓沖洗液作為動力傳輸介質(zhì)，驅(qū)動處于井下鉆具組合中液動潛孔錘內(nèi)的沖錘產(chǎn)生一定頻率和沖擊能的軸向往復運動，對碎巖鉆頭施加沖擊載荷，以提高鉆進效率的工藝技術(shù)方法。液動潛孔錘通常連接在鉆頭或巖心管的上部，因而能量傳遞損耗小、效率高。使用液動潛孔錘進行鉆探施工，具有不需增加其它設(shè)備、操作簡單、應(yīng)用范圍廣、鉆進效率高、鉆進質(zhì)量好的特點。在我國的地質(zhì)勘探領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用并成為我國地質(zhì)鉆探工藝技術(shù)的一大特點。與常規(guī)的回轉(zhuǎn)巖心鉆進相比，液動錘鉆進有以下特點： ⑴可充分利用現(xiàn)場常規(guī)設(shè)備，配套方便投資少。⑵鉆壓和轉(zhuǎn)速較低切削具磨損小鉆頭壽命可提高 30 %。在可鉆性6～7 級的巖石中鉆速可提高 15～70 %，在致密“打滑”巖層可成倍地提高效率。因為它給鉆頭