科钻绳索取心钻进方案

 为满足大陆科学钻探全孔取心的要求，设计采用多种取心工艺技术：①当孔浅时使用常规提钻取心钻探技术；②当孔达到一定深度后，为减少起下钻时间，提高钻探效率，采用常规绳索取心钻探技术；③当孔较深、回转扭矩大、不能使用地面驱动时，采用孔底马达绳索取心（二合一）钻探技术；④如果孔底马达绳索取心钻具不成熟难以应用时，采用常规孔底马达提钻取心钻探技术；⑤为提高硬岩钻速，可使用液动锤钻探技术，包括液动锤绳索取心（二合一）钻探技术和常规液动锤提钻取心钻探技术；⑥为了防斜，各种取心钻探技术全部采用满眼钻具组合。
 
  为提高岩心采取率，减少钻探辅助作业时间，世界各国的科学钻探工程均广泛采用了绳索取心钻进系统。绳索取心钻进系统除起下钻具时间与最终降低成本外，还有以下主要优点：①提高岩心采取率与质量，可更好地满足本工程的科研目的；②可利用内平钻杆及绞车下放测井仪器；③可视岩层变化更换内管结构；④降低操作人员劳动强度。
 
  根据中国大陆科学钻探工程的钻探目的、“中国科学钻探工程项目设计任务书及补充附件”、“中国科学钻探工程项目可行性研究报告”及“中国科学钻探工程项目工程设计招标文件及补充材料”，中国大陆科学钻探工程要求全孔取心。从技术及经济上考虑，中国大陆科学钻探工程在设计阶段确定的最佳取心钻探系统就是绳索取心钻进系统。
 
  通过对德国公司和日本公司的绳索取心钻杆和钻具的比较，无论是机械性能，还是价格，德国公司的产品都具有较大优势。因此，中国大陆科学钻探工程采用的绳索取心系统计划从德国MI-CON公司进口，该公司的绳索取心钻杆的材质按国际通用标准，钻杆体的材料与德国KTB计划使用的钻杆相同(API5D-G105)；为了确保接头有较长的抗疲劳寿命和更高的卸扣安全系数，钻杆接头的钢级要高，材质为30CrNiM08(相当于API标准的S135)；所有管材为无缝管。
 
  钻杆的结构形式采用了内外加厚的方式，与KTB采用的外平结构有重大改进。这种结构有以下两个特点。
 
  (1)提高了井口夹持的可靠性。对于在坚硬岩石中使用的绳索取心钻进方法，为提高机械钻速，需要尽量减小破碎岩石的环状面积。如KTB使用的绳索取心钻具金刚石钻头外径为Φ152. 4mm，内径为Φ94mm，钻杆外径为Φ139. 7mm，钻杆与井壁单边环状间隙仅6.35mm。钻杆接头外径与钻杆相同（外平钻杆），钻杆的夹持只能采用摩擦或似摩擦方式，而不能采用吊钳或垫叉那种比较保  险的承托的方式。这种摩擦方式一旦卡瓦牙齿磨损到一定程度，摩擦力下降明显，极易造成钻杆溜钻，形成井下事故。为此，CCSD取心钻具设计时，要求德国MICON公司生产的绳索取心钻杆两头采用内外加厚方式，加厚端外径为Φ146mm，即单边有3mm的凸台，钻杆接头也是Φ146mm，这样一旦发生溜钻，凸台可以压在卡瓦上，使卡瓦在背部斜面的作用下，增加夹持力，防止溜钻演化为跑．  钻事故（图4-6）。
 
  (2)提高了钻杆螺纹的连接强度。德国KTB项目采用的绳索取心钻杆只是内加厚型，螺纹处厚度（公母螺纹总厚度）为(139. 7-110) /2=14. 85mm;而CCSD采用的绳索取心钻杆螺纹处厚度（公母螺纹总厚度）为(146-110)  /2= 18. Omm。因此拉伸极限负荷也由2144kN提高到2200kN①。
 
  该钻具主要由绳索取心钻具外管、绳索取心内管总成两部分组成，在内管总成的上部组合了钻孔倾角测斜仪，并且具有投放到位报信和岩心堵塞报信机构。