浅谈绳索取心钻具结构及优点

摘要：绳索取心是不提钻取心钻进方法之一。目前，绳索取心不仅在石油钻井中应用，已广泛用于地质岩心钻探和其他工程钻探。文章主要介绍这种钻探工艺的结构及优点。

关键词：钻探；取心；优点

绳索取心钻具是一种用钢丝绳将打捞器从钻杆中下到孔内，把容纳岩心的内管打捞提升上来进行取心，不必提升钻杆的单动双管钻具。绳索取心钻进是一种先进的钻探方法，是岩心钻探领域的一次重大的技术革命，目前在国内外得到了广泛的应用。

一、绳索取心钻具结构和工作原理

（一）双管部分

双管部分由外管总成和内管总成组成。

1、外管总成

它由变径接头、上扩孔器、弹卡挡头、弹卡室、座环、外管、扶正环、下扩孔器、钻头等件组成，其作用是传递钻压和扭矩，带动钻头进行钻进。其中：上扩孔器对钻具起着导正作用。外管下端安有扶正环，提高了内管的稳定性和与钻头的同轴度，使岩心顺利地进入内管，从而提高了采取率。

2、内管总成

内管总成的作用主要是单动通水、容纳和提取岩心。为此设有如下机构：

（1）打捞机构

打捞机构由捞矛头、矛头座、销、回收管等件组成。当打捞钩抓住捞矛头向上提升时，带动回收管上移，迫使弹卡合拢，脱离了弹卡挡头的限制，继而将内管总成提升上来。当提升到地面时，捞矛头与矛头座转成90°，把内管总成平稳地放在地面上。

（2）弹卡机构

弹卡机构由弹卡、弹卡架、圆锥杆、弹卡挡头、弹卡室、弹簧及其一些附件组成。其作用是内管总成到位后，弹卡在弹簧和圆锥杆的作用下张开，并贴在弹卡室的内壁上被锁定，其上端受弹卡挡头的限制，使内管总成不会向上窜动。当打捞内管总成时，圆锥杆在矛头座的带动下上行，解除了对弹卡的限制，与此同时回收管将弹卡合拢，脱离了弹卡挡头的限制，继而提升内管总成。

（3）悬挂机构

悬挂机构由座环、悬挂环、悬挂接头组成。其作用是内管总成到位后，悬挂环坐落在座环上，把内管总成悬挂起来，从而保证了卡簧座与钻头内台阶的间隙。

（4）到位报信机构

到位报信机构由套、键、卡簧圈等件组成。此三件安装在回收管的下端，利用套的旋移改变弹卡架下部进水孔的过水断面。内管总成投入后，就接上机上钻杆开泵送水。当悬挂环坐到座环上时，内管总成与外管的环状水路被堵，迫使冲洗液全部流入弹卡架下部的进水孔。由于过水断面变小，泵压升高，告之内管总成已到位。

（5）报警机构

报警机构由套、键、卡簧圈、阀片等件组成。当岩心满管或堵塞时，岩心顶着内管上行压胀阀片，从而减少了环状过水断面，导致泵压升高，警示烧钻。另外，阀片的压缩也起到了向上的缓冲作用，防止某些机件损坏。通过套的旋移可调节阀片的有效长度，从而改变泵压。

（6）单动机构

单动机构由轴、轴承座、轴承、轴承外套、滑套、O形圈等件组成。通过两盘轴承和滑套使内管和外管分离，实现外管转动，内管相对不动。

（7）缓冲机构

缓冲机构由轴、弹簧、弹簧套、垫圈、槽形螺母、开口销等件组成。当向上提升钻具卡取岩心时，提升力通过悬挂机构传递给轴，进而压缩弹簧起到缓冲作用。这时内管不动，卡簧座抵到钻头内台阶上，利用钻头的上升力卡断岩心，从而保护了内管、卡簧座和卡簧。

（8）调节机构

调节机构由两部组成，上部分在弹卡架与悬挂环之间安有调整垫圈，利用垫圈的厚度调整弹卡上端与弹卡挡头的间隙；下部分由弹簧套、螺母、接头等件组成，用以调整卡簧座与钻头内台阶的间隙。

（9）取心机构

取心机构由内管、卡簧挡圈、卡簧、卡簧座等件组成。其作用是容纳和卡取岩心。

（10）内管水压平衡机构

内管水压平衡机构由接头和钢球组成。在钻进过程中，岩心不断地进入内管，使内管中的水压增高，顶开钢球溢出，保持内管水压平衡，使岩心顺利进入。当提升内管时，内管总成外部的水压增高，由于钢球封闭了内管，使内管中的水压不变，从而防止了岩心脱落。

（二）打捞器部分

打捞器是绳索取心钻具的重要组成部分，它具有打捞内管、送入内管和安全脱卡等功能。

1、打捞机构

打捞机构由打捞钩、弹簧、捞钩架、重锤、销等件组成。当采取岩心时，将打捞器用钢丝绳下入钻杆内，靠自重快速下降，到达内管总成上端时，打捞钩抓住捞矛头，牵动内管总成的打捞机构，将其提升上来。

2、送入机构

在干孔或水位很低的情况下，内管总成不能直接投入。此时要将脱卡管套在重锤上，用打捞器将内管总成送到孔底。当内管总成到位时，打捞器急速停止运动，而脱卡管则依靠惯性继续下滑，套住打捞钩上端，使打捞钩松开捞矛头。脱钩后提出打捞器，内管总成便留在孔底。

3、安全脱卡机构

由脱卡管和安全销两件组成。提升内管总成遇阻时，可先将脱卡管套在钢丝绳上投入钻杆内，脱卡管迅速下降，把打捞钩上端收拢，使其下端松开捞矛头而实现脱卡。另一方法是反复提拉钢丝绳将安全销拉断，实现脱卡。

4、提升机构

由绳卡外套、轴、轴套、轴承等件组成。其作用是连接钢丝绳进行提升，并通过轴承保护钢丝绳不扭劲。

二、绳索取心钻具的主要优点

第一，大大减少了升降钻具的工序，从而减轻了工人的劳动强度，减少了辅助时间，减少了因提、下钻具造成钻头非正常损坏的机率，进而增加了台班进尺，提高了钻头寿命。

第二，由于钻具级配合理，钻杆和岩心管的壁比较厚，材质好，强度高，再加上孔壁间隙较小，钻杆不易弯曲，提高了钻具的稳定性，有利于防斜和减震；并可采用较大的钻压和较快的转速进行钻进，充分发挥了金刚石钻头的效能，提高了钻速和钻头寿命。

第三，由于安有扶正环，提高了内管的稳定性和与钻头的同轴度，使岩心较顺利地进入内管，减少了岩心堵塞和磨损，提高了岩矿心采取率和回次进尺。

第四，钻具设有上、下缓冲机构和报警机构，能有效地防止机件损坏和烧钻事故。

第五，在复杂地层中钻进适应性较强。它提钻次数少，减少了孔壁裸露的机会，相对地增加了孔壁的稳定性。另外，钻杆柱还可起到套管的作用，有利于快速穿过复杂地层。

第六，使用范围广，既可用乳化液钻进，又可用优质泥浆钻进。特别是在中深孔中钻进，更能显现出它的优越性，从而获得很好的经济效益。

（作者单位：河北省地矿局石家庄综合地质大队）

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