提高岩心钻探取心质量的研究和技术

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1、提高岩心钻探取心质量的研究和技术摘要：文章论述了作者二十多年来在研究深厚砂卵石覆盖层和基岩复杂地层金刚石钻进提高取心质量的成果和一套独立完整的工艺技术方法。上述地层岩心采取率可达到95%以上，并可取得原结构状岩心样。　　关键词：岩心钻探,金刚石钻进,取心　　岩心钻探仍然是目前和今后国内外地质工作者获取直观地质资料的主要手段之一。提高岩心钻探取心质量是钻探工作者的主要职责和奋斗目标。勘探工作者经过数十年的努力，不断取得了一些进步，如各种取样器的研制，绳索取心钻具的推广，都提高了岩心钻探的取心质量。尤其是S系列植物胶钻井液的研制和SDB（及S

2、D）系列金刚石钻具的改进，岩心钻探取心质量有了新的突破。大多数松散地层（砂卵石覆盖层）和破碎地层（基岩复杂地层）岩心采取率可提高到95%-100%,而且可以取得保持原结构状态的岩心，砂卵石层金刚石钻进获得成功并已普及，曾获得国家和省部级科技进步奖，国际金奖，获准三项国家专利。　　取心质量从最早的概念和要求来说，就是岩心采取率，只要取出的岩心数量多就可以了。现代由于工程勘察的发展和质量要求的提高，还要求取出代表岩层结构、构造、成分、颗粒级配的原结构状岩心样。即使矿床勘探，取得原结构状岩心也是必要的，如金矿，可以防止分选和人为贫化；对于任何脉

3、状矿体，都可以防止打丢，并保证含矿层的真实厚度和品位。因此现在的取心质量应该包括岩心采取率和岩心的原状结构程度两个指标。　　植物胶类钻井液的应用，金刚石单动双管钻具的改进和操作工艺技术的完善，为取原结构状岩心样创造了条件，它已成为一套完整的工艺技术。二十多年来在全国许多大、中、小水电站的勘探，部分黄金矿的勘探，煤田地质勘探和金属矿床勘探，公路、铁路、桥基勘探和成都市所有中、高层建筑基础及地铁勘探，都采用了上述材料和工艺技术，取得了可靠的地质资料，解决了大量工程勘探难题。有些是过去常规方法多年无法解决的难题，如铜街子电站解决了河床基岩深埋隐

4、伏断层取样，太平驿电站解决了深厚河床砂卵石覆盖层中多层透镜体砂层取样，三峡电站花岗岩全强风化层和滑坡体滑带取样率达到100％，广西百色电站取得了硬、碎硅质岩柱状岩心才使电站获得批准立项。还有许多电站探明了100米以上深覆盖层结构和解决了软弱夹层和滑坡体取样等等，矿床勘探的实例也比比皆是。　　但是就全国地质勘探及工程勘察行业来说，还有许多单位不了解上述材料和工艺技术的优越性，或者没有真正掌握它的要领。诚然，任何一项新的技术，新的工艺都不可能是万能的，都会有它的适应性和局限性。因此目前还有许多勘探工程取心质量上不够理想或者存在难题。　　本文企

5、图将自己二十多年在深厚砂卵石覆盖层和基岩复杂地层岩心钻探提高取心质量的研究、体会和实践整理出来，与同行共同探讨，希望在有生之年，能看到同仁们在更多的勘探工程解决取心质量的难题。借此机会，感谢曾协助研究和试验的边广儒、崔金海、陈德俊等同志及有关单位的支持。18　　影响取心质量的因素可归纳为三个方面，即地质因素、技术因素和人为因素。掌握影响的因素就可探索提高取心质量的有利因素，消除不利因素。　　2.1地质因素　　地质因素是地质条件决定的取心难易程度，不论是覆盖层或者是基岩，大致可以分为三大类岩层：　　第一类，是比较容易取心的地层，如比较完整或

6、不很严重破碎的基岩以及泥岩等，用常规的钻探方法就可以满足取心的质量要求。　　第二类，取心比较困难，或者相当困难的复杂地层，如砂卵石覆盖层、基岩的断层带、软弱夹层、严重破碎的挤压破碎带、软酥脆岩层以及自然状态下完整，但一经钻进就成为粗砂颗粒的岩层（如白云岩、硅质岩等），这类地层必须经过人们采用特殊的工艺技术措施和特殊的工具才能满足取心的质量要求。　　第三类，取心非常困难，目前只能通过一定特殊工具采取部分代表性样品的地层，既不能保证岩心采取率要求，更不能保证岩样结构的地层，如基岩中已挤压破碎成均匀粗颗粒，又无粉状物充填的硬碎地层；砂卵石地层中

7、的架空层，近代沉积的浅表层、人工堆积层、无细颗粒充填的均匀砾石层，石英砂岩卵石层，以及抽水井、降水井周围卵石层等等。后者砂卵石层通过一定的措施在一定的范围内，可以提高岩心采取率，但不能取得原结构岩心样。下面重点研究解决的是第二类复杂地层钻进和取心问题。　　2.2技术因素　　技术因素是指人们采用的取心工具、材料和工艺技术措施对取心质量的影响。　　2.2.1冲洗液的影响　　从传统的要求来说，钻探冲洗液的作用只是冷却钻头，排除岩粉，保护孔壁（部分冲洗液）和润滑钻具（润滑冲洗液）四大功能。　　传统的冲洗液如清水、加润滑剂的水溶液、泡沫液、泥浆及聚

8、丙烯类无固相冲洗液，都对岩心有冲刷、浸润和液化作用，岩心中的松软破碎的细颗粒成分都会溃散而被冲掉，因此很难取得高质量的岩心。　　现代植物胶类粘弹性钻井液的研究和应用，除了上述功能以外，还具有保