常用的岩芯取芯工具和钻进方法

　　一、卡取岩心的方法
　　1.卡料卡取法
　　回次终了时从地面投入卡料(小碎石、铁丝、钢粒)，卡紧扭断岩矿心。适于硬、中硬、完整岩矿层硬合金和钢粒钻进。
　　2. 卡簧卡取法
　　卡簧（也称提断器）卡取法在回次终了稍上提钻具，把岩心卡住并拉断。适于硬和中硬、岩心完整、直径均匀岩矿层的金刚石钻进，取心方便可靠，但对岩心直径与卡簧的配合精度要求较高。
　　对卡簧及卡心操作的要求
　　卡簧应有足够强度和弹性。用弹簧钢65锰及调质钢40铬加工，硬度HRC45—50。
　　卡簧自由内径＜钻头内径0.3mm±，自由内径过大卡不牢岩心→中途脱落。自由内径过小→岩心堵塞。
　　检查卡簧自由内径合适否的方法，将卡簧套在岩心上既有一定抱紧力，又能在岩心上被轻轻推动。
　　为减少残留岩心，卡簧安放位置应尽量靠近钻头底部。
　　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。
　　3.干钻卡取法
　　回次终了停水干钻一段，让岩粉聚集孔底塞住岩心即可提钻。但有埋、烧钻的危险，适用于硬合金钻软或粘性岩层。
　　4.沉淀卡取法
　　回次终了停止循环让管内岩屑碎渣沉淀挤塞卡牢岩心。适用软、脆、碎的岩层反循环钻进。常与干钻法结合使用。
　　5.楔断器卡取法
　　回次终了将钻具提出孔外，下入楔断器，利用吊锤冲击楔子将岩心楔断，再下入夹具将岩心提出。该法适用于大直径和岩石比较坚硬、完整的岩矿层钻进。
　　二、单层岩心管钻具——最简单的取心钻具
　　为提高采取率在单管钻具中增加分水投球接头和分水帽。钻进时冲洗液通过分水接头中心孔直接进入岩心管内，活动分水帽呈伞形保护岩心不受冲洗液直接冲刷，且随岩心一起上移。
　　提钻前投入球阀封闭中心水道，在水压作用下球阀下移超过小卡时通水孔被打开，使孔底形成干钻条件。
　　三、双管钻具
　　具有内外两层岩心管的钻具叫双层岩心管钻具。
　　为克服单管钻进时冲洗液对岩矿心的冲蚀。在岩心管内设置内管容纳岩心，冲洗液从二管之间流动，避免对岩心的直接冲刷，保护岩矿心。
　　钻进时双管若同步转动，内管仍可能与岩心相对转动，对岩心造成的损害。
　　内管在钻进时不随外管转动，既避免了冲洗液对岩心的冲刷，又避免了钻具转动对岩心造成的不良影响。在难取心地层或高速回转的金刚石钻进中，往往能取得较高的取心质量。
　　双管钻具结构特点
　　为减弱机械力对岩心破坏，钻具中设置避振缓冲装置.
　　为减轻对岩心冲刷作用，钻具中设置隔水和分流装置.
　　为防止或缓解岩矿心互磨，双管钻具中增加减磨防磨装置.
　　为防止岩矿心污染，设置隔浆活塞、压入式内管钻头、密封装置等.
　　为防止岩矿心脱落，设置爪簧、压卡装置、隔水球阀等.
　　1、双动双管
　　由双管接头，内、外岩心管、钻头和止逆阀组成。一般用于钻进I一Ⅶ级的松散、易坍塌和怕冲刷的岩矿层。
　　为保护岩矿心根部不被冲刷，钻具的内钻头大都超前于外钻头，一般为20~50mm，岩层越松散，胶结性越差，超前距离就越大。
　　2、单动双管钻具
　　由异径接头、外管、内管、单动装置和卡心装置等组成。
　　单动轴承套与内管连接，内管下端与短节和卡簧座采用插接方式连接。利用心轴上端的螺纹调节卡簧座与钻头内台阶的间隙。
　　卡心装置包括卡簧和卡簧座。
　　冲洗液由内外管间隙到达卡簧座与钻头内台阶部分分流。岩心进入内管后，内管中的液体经单向阀排到内、外管之间。
　　回次结束稍上提钻具，卡簧相对下移卡紧岩心，卡簧座下移并抵在钻头内台阶上。此时外管承受拉力，并提断岩心。
　　适用于为7～12级的完整、微裂隙或不均质、中等裂隙的岩矿层。
　　四、绳索取心工具
　　绳索取心：
　　钻进中岩心充满岩心管后不需提钻，借助绳索和专用打捞工具从钻杆中把内管及岩心提至地表的取心方法。
　　优点：
　　(1) 在岩心钻探过程中，升降钻具是一项费时、费力的辅助工序。据统计，在不深的钻孔中一般纯钻进时间和升降钻具各占30%～40%左右。钻孔越深，升降钻具所占的时间比例越大。因此，绳索取心钻进是岩心钻探领域一次重大的技术革命。由于减少了升降钻具的辅助时间，因而提高了时间利用率，使回次钻速、技术钻速一般可提高25%～100%左右。
　　(2) 岩矿心采取率高。由于绳索取心在钻进过程中遇到岩心堵塞时，机构会报信，可立即起钻提取岩心，减少了岩心在岩心管内磨损时间，从而有利于提高岩矿心采取率和质量。
　　(3) 钻头寿命长。由于提钻次数减少，对金刚石钻头损坏的机会也相应减少，加之绳索取心钻杆与孔壁间隙小，钻头工作稳定，因而相对地延长了钻头寿命。
　　(4) 在复杂地层中钻进适应性强。它提钻次数少，减少了孔壁裸露的机会，此外，钻杆柱还可起到套管的作用，因此，有利于快速穿过复杂地层。
　　(5) 工人劳动强度低。用普通钻进方法钻进时，升降钻具次数多，工人拧卸钻杆的劳动强度大，而绳索取心钻进可使劳动强度大大降低。
　　缺点：
　　钻杆的内径大而管壁薄，材质要好、加工精度要高，使钻杆的成本昂贵；
　　绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大；
　　钻头壁较厚，钻进时碎岩功率消耗较大。在6~9级中硬岩层中效果最好。一般不宜钻10~12级岩石。这时钻效极低，钻头极易磨损，不能充分发挥绳索取心钻进的优越性；
　　钻杆柱与孔壁的间隙小，钻杆柱的磨损增加，冲洗液循环阻力增大 ；
　　绳索取心一般在深孔中采用。通常钻孔越深其经济技术效果越好,但最大深度受钻杆强度制约。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；
　　1、绳索取心单动双层岩心管——由外管总成和内管总成组成
　　外管总成：弹卡挡头1、 弹卡室7、稳定接头23（上扩孔器）、外管46和钻头52。
　　内管总成：捞矛、弹卡定位、悬挂 、到位报讯、岩心堵塞报警、单动、内管保护和调节机构。
　　(1) 捞矛机构由捞矛头2和回收管4等组成。取心时打捞器在钻杆内下放到内管总成上端 ，打捞钩抓住捞矛，向上提升打捞器使回收管上移，并向内压缩弹卡6使其收拢，于是内管 总成和外管总成脱离，从而把内管总成提升上来。
　　(2) 弹卡定位机构：弹卡6、张簧5和弹卡座10。内管总成在钻杆内下放时 弹卡外张，一旦到达外管的弹卡室 7，弹卡两翼贴附在弹卡室内壁。弹卡室挡头即可防止内管向上串动，又可带动内管总成轴承上部与外管一起旋转，以免因相对运动造成弹卡磨损。
　　(3) 悬挂机构：
　　内管悬挂环21与外管座环22的直径相差0.5~1.0mm。内管总成下降到外管弹卡室时，悬挂环座在座环上，使内管总成下端卡簧座51与钻头52内台阶2~4mm的间隙，保证内管单动。
　　(4) 到位报信机构：冲洗液下送内管总成时，冲洗液由内管外环间隙通过；内管坐在悬挂机构上时，冲洗液通道被堵泵压明显升高(0.5~1MPa)，表明内管已到位。此时阀堵39打开，泵压恢复正常，可以正常钻进。
　　(5) 岩心堵塞报警机构：钻进中发生岩心堵塞或装满内管时，岩心对内管产生的顶推力压缩碟簧，使滑套24上移堵塞接头38的通水孔，造成泵压升高，告诫操作者应停止钻进，捞取岩心 。
　　(6) 单动机构：两副推力轴承29、31使内管不随外管转动。
　　(7) 内管保护（缓冲机构）：拉断岩心时内管及卡簧座下移至钻头内台阶上，拉力由钻头传至外管，内管不受损坏。
　　(8) 调节机构：内外管组装时，调节卡簧座与钻头内台阶之间隙（0~30mm）。
　　2、打捞器——由打捞和安全脱卡机构组成
　　（1）打捞机构：打捞钩1、打捞钩架3、重锤7和钢丝绳接头。取心时，用钢丝绳把打捞器放入钻杆内靠重锤以1.5~2.0 m/s的速度下降，当它到达内管总成上端时，能准确钩住捞矛头，把内管总成提升上来。
　　(2) 安全脱卡机构：需脱卡时将内径比重锤稍大的1m长套管(壁上开有斜口)套入钢丝绳,靠自重下降，撞击并罩住打捞钩尾部，迫使其向内收缩，端部张开，从而使打捞 器与内管总成脱离。
　　五、绳索取心钻进规程和操作技术
　　(一) 钻头的选择和合理使用
　　绳索取心钻头的选择原则基本上与普通双管钻头相同。选择时，要结合绳索取心钻头所具有的特点，特别注意以下几点。
　　1、钻头的排队使用
　　绳索取心钻头的特点是在孔底工作时间长，只有当钻头磨损到一定程度时才提钻检查更换，所以对绳索取心钻头排队使用更为重要。若不注意钻头排队使用，就容易造成所换的新钻头下不到孔底，增加扩孔工作量。同理扩孔器也应排队使用。
　　2、新钻头下到孔底要初磨
　　绳索取心钻头唇面壁厚而且具有多种唇面造型，为了使金刚石钻头唇面与孔底形状相吻合，防止因钻头唇面与孔底形状不一致而造成钻头的唇面受力不均， 新钻头下孔后必须进行初磨，即采用轻压力（正常钻压的1/3以内）、慢转速（200～300r/min）、钻进10分钟左右，然后再采用正常技术参数继续钻进。
　　3、确定合理的时效
　　绳索取心钻进要求钻头不仅时效高，更重要的是提高钻头使用寿命。如果钻头时效很高，而钻头寿命很短，不得不经常提、下钻更换钻头， 降低钻进效率，增加成本，不能充分发挥绳索取心钻进的优越性。所以必须根据具体岩层性质和实践经验，确定合理的时效。我国目前金刚石钻进技术条件和金刚石钻头质量水平，时效一般不要超过 3m/h为宜。在相同的条件下，绳索取心钻头和普通金刚石钻头相比，宁可时效控制稍低，而获得较长的钻头使用寿命也是值得的。
　　4、确定合理的提钻间隔
　　绳索取心钻进的提钻间隔，不仅影响钻进效率，而且影响钻头寿命，提钻间隔越大，纯钻时间愈多，钻进效率愈高；但是盲目追求大的提钻间隔，往往使金刚石钻头磨损严重，增加金刚石消耗，所以应确定合理的提钻间隔，即合适的更换钻头时间。
　　(1)从钻速的变化，判断钻头底唇磨损。
　　(2)根据岩心直径的变化，判断钻头内径磨损。
　　(3)根据泵压变化，判断钻头底唇和水口磨损。
　　5、防止烧钻事故
　　绳索取心钻头唇面壁厚，钻进时产生的岩粉多，因此必须使冲洗液充分冷却钻头，及时排除岩粉，否则将造成烧钻事故。由于绳索取心钻具内外管总成比普通双管结构复杂，而且有些零部件经过了热处理，所以绳索取心发生烧钻事故不仅难以处理，而且处理烧钻事故将对薄壁钻杆造成严重损伤，因此，绳索取心钻进必须杜绝烧钻事故。