超深孔一般在5000m以上深，多位於結晶岩地區，地質條件複雜，岩石堅硬、研磨性強，有裂隙。為減少起下鑽次數，應儘可能採用不提鑽取心鑽進技術，如繩索取心、反循環取心等。
基本介紹
- 中文名：超深孔取心
- 外文名：Extra-deep hole coring
- 學科：水利工程
- 領域：檢測
- 深度：一般在5000m以上深
- 位置：位於結晶岩地區
簡介,深孔取心鑽探施工效率評價,深孔取心鑽機,深孔取心鑽進方法,深孔繩索取心鑽桿柱,總結,
簡介
超深孔一般在5000m以上深，多位於結晶岩地區，地質條件複雜，岩石堅硬、研磨性強，有裂隙。為減少起下鑽次數，應儘可能採用不提鑽取心鑽進技術，如繩索取心、反循環取心等。鑽進深部結晶岩層時，鑽頭振動較大，會導致鑽頭取心切削刃的強烈磨損，岩石的天然裂隙也促使岩心在管內產生自楔。鑽孔穿過有應力的岩層時，岩心會自動碎裂（或碟片化），給取心工作帶來極大困難。鑽孔越深，取心越難，取心率越低。岩心碎裂加大了岩心堵塞的機率，一般可採取以下措施預防：反循環沖洗；在岩心管內壁敷塗低摩擦因數的材料（金屬石墨或玻璃琺瑯相結合）；加潤滑劑；岩心管內注油。
深孔取心鑽探施工效率評價
深孔取心鑽探施工的效率可以通過一些具體的鑽探技術指標予以評價，其中最重要的4項技術指標是機械鑽速、回次長度、起下鑽速度和起鑽間隔。在鑽進施工中，鑽進效率會隨著這幾技術指標的變化而有不同。每一項技術指標對鑽進施工效率的影響作用是不同的：機械鑽速是4項技術指標中對鑽探施工效率影響最顯著的。
在研究範圍（機械鑽速0.8-2m/h）內，機械鑽速的較小變化便可帶來鑽進效率較明顯的變化。回次長度對鑽進施工效率影響比較顯著，但此項指標超過4.5 m之後，其對施工效率的影響變弱。起下鑽速度對鑽進施工效率的影響也較顯著。不同型式的鑽機，立根長度不一樣，在起下鑽速度方面會有明顯的區別。起鑽間隔對鑽進施工效率影響相對較弱，超過40 m後影響已經不大；超過60 m後，影響微弱。但不管怎么樣，每一項技術指標的提高，都可能帶來鑽進效率的提高。鑽探裝備配置的優劣，可以從這幾項技術指標得到充分的體現。開展鑽探裝備的最佳化配置，其目的就是要獲得最佳的鑽探技術指標，最終獲得最佳的鑽探施工經濟性。
深孔取心鑽機
市場可得到的深孔取心鑽機有2種，即立軸式鑽機和液壓動力頭鑽機。液壓動力頭鑽機的給進行程長，一般為3-6m，比立軸式鑽機的0.5-0.8m要長得多。對於3-6m進尺，動力頭鑽機可一氣呵成，而立軸式鑽機則需倒桿多次。每次倒桿不僅多耗時間，還可能造成岩心斷裂，使得倒桿後的初始鑽進速度慢，並加大了岩心堵塞的機率，這些問題在破碎地層尤為明顯。因此動力頭鑽機在機械鑽速、鑽頭壽命、回次長度和提鑽間隔方面都要優於立軸式鑽機。立軸式鑽機在已開發國家已基本被液壓動力頭鑽機所取代，這是主要原因。常規動力頭鑽機的最大弱點是沒有鑽塔，鑽桿立根短，起下鑽速度慢。孔深在1000m以內時，起下鑽時間在整個施工時間中占的比例小，所以問題不大，動力頭鑽機的綜合效率要高於立軸式鑽機。隨著鑽孔加深，動力頭鑽機起下鑽速度慢的缺點愈加明顯。根據技術經濟分析和現場套用的數據，在鑽孔較淺時，液壓動力頭鑽機比立軸式鑽機在施工效率方面有明顯的優勢．隨著鑽孔加深，這種優勢逐漸減小，原因是隨著孔深的加大，動力頭鑽機的起下鑽時間增加較快。為了解決動力頭鑽機在深孔鑽進時起下鑽速度慢、時間長的問題，有專家提出為深孔動力頭鑽機配鑽塔，實現長立根起下鑽。此外，有鑽塔和塔衣的鑽機可為鑽機操作人員提供一個較好的環境，有利於進一步提高施工效率。
深孔取心鑽進方法
由於提鑽取心方法用於深孔施工時起下鑽時間太長，施工經濟性太差，深孔取心鑽進應該考慮繩索取心鑽進方法。可能用於深孔取心鑽進的繩索取心方法有普通繩索取心方法、液動錘/繩索取心方法和不提鑽換鑽頭方法。
通過技術經濟分析可知，液動錘/繩索取心鑽進方法是經濟性最好的深孔取心鑽進方法。該方法在提高機械鑽速和取心鑽進的回次長度方面具有十分顯著的效果，應該作為深孔硬岩取心鑽進的首選取心鑽進方法。儘管不提鑽換鑽頭方法可明顯減少提鑽次數，加大起鑽間隔，但由於起鑽間隔在超過一定值後，其對鑽進施工時間的影響作用變小，該方法的優點不會帶來顯著的成效。而不提鑽換鑽頭鑽具結構較複雜、可靠性較差、機械鑽速和回次長度都較低，導致綜合效益差。
液動錘鑽進是一種先進的鑽進方法，這是早就得到了公認的。20世紀80～90年代，該方法是地勘鑽探行業大力推廣的鑽進方法。後來由於地質工作陷入低潮，許多先進方法被棄用，液動錘鑽進方法也未能倖免。隨著地質行業的復甦，液動錘鑽進方法重新得到了重視，推廣套用的勢頭很好。通過實施中國大陸科學鑽探工程“科鑽一井”，該方法用於深孔的可行性得到了證實，液動錘取心鑽進的深度超過了5000m，並且獲得了很好的鑽進效果。
深孔繩索取心鑽桿柱
繩索取心鑽桿是深孔取心鑽進非常關鍵的一個環節，直接影響深孔鑽探施工的成敗和經濟性。與深孔繩索取心鑽桿有關的問題有鑽桿強度和鑽深能力問題、鑽桿擰卸機械化問題和鑽桿長度問題。國產繩索取心鑽桿使用的孔深紀錄是2104 m。人們對深孔繩索取心鑽桿的主要擔心是鑽桿強度問題，因為超過一定孔深之後鑽桿柱會因為超過其強度極限而發生破壞。大家都很關心國產的繩索取心鑽桿的鑽深能力能否達到2500—3000m或更深的問題。
總結
深孔取心鑽探裝備配置合理與否，對深孔取心鑽探施工的經濟性有著顯著的影響作用。根據技術經濟分析和鑽進實踐的結果，現提出深孔取心鑽探裝備配置的建議。希望通過深孔取心鑽探裝備配置的最佳化，能夠提高我國深部地質礦產勘探的技術水平，提高深孔鑽探效率並降低深孔鑽探成本。
