摘要：在矿区勘探中，针对破碎沉积岩地层的取心作业一直面临挑战，这类地层由于其复杂的岩性组合和易破碎的特性，传统的取心方法一般效率低，且岩心质量难以保证。本研究旨在探讨绳索取心技术在破碎沉积岩地层中的应用，并重点研究取心工具的设计优化、钻进参数的选择以及岩心保护等关键技术。通过理论分析和现场试验，验证优化后的绳索取心技术在提高取心率和岩心质量方面的有效性。本研究不仅为矿区破碎沉积岩地层的勘探提供了技术支持，也为类似地层的取心作业提供新的解决思路。

　　关键词：破碎沉积岩；绳索取心；取心工具；钻进参数

　　沉积岩地层由于其成岩过程中的多变性，常形成复杂的岩性组合与结构，特别是经过构造活动后，地层易发生破碎。在矿区勘探中，破碎沉积岩地层的钻探工作面临着岩心易碎、取心率低、钻孔稳定性差等问题。绳索取心技术作为一种先进的取心方法，具有取心速度快、岩心扰动小等优势，但在破碎沉积岩地层中的应用仍需进一步研究和完善。

　　1绳索取心技术概述

　　1.1绳索取心技术背景与原理

　　绳索取心技术作为地质勘探及其他相关领域的研究热点，正以前沿且逐渐普及的姿态引领钻探行业的革新。该技术巧妙结合钢丝绳与专业取心工具，显著提升取心效率与质量，为整个行业带来实质性进步。传统钻杆取心方法技术成熟但缺陷明显，频繁升降钻杆耗时耗力增加钻探成本，同时每次升降都会扰动甚至破碎脆弱的岩心影响其完整性和研究价值。绳索取心技术恰好解决上述问题，其利用钢丝绳的柔韧性和强度，将取心工具轻松送入钻孔，实现精确切割和收集岩心样本。此外，该技术减少钻杆升降次数，降低钻探成本，提高工作效率，最大限度保护岩心完整性。由于减少扰动，岩心在提取过程中损伤大减，为后续地质研究和样本分析提供更可靠材料。因此，除显著的经济效益和科研价值外，绳索取心技术还展现广阔应用前景，在石油勘探、矿产资源开发、环境地质和工程地质领域均显示出巨大潜力与实用性。

　　1.2技术特点与优势

　　（1）高效性。绳索取心技术凭借其专门设计的取心工具和独特的绳索系统，在地质勘探领域展现出了显著的高效性。该技术能够快速且连续地完成取心作业，相较于传统的取心方法，其取心速度大大提升，从而有效缩短了整个勘探周期。

　　（2）准确性。绳索取心技术通过其精确的切割和提取方式，能够最大限度地减少对岩心的扰动和破坏，维系获取的岩心样本保持其原始结构和性质。在此技术支撑下，可为后续的地质研究提供可靠的基础资料，有助于科学家更准确地分析和判断地层情况。

　　（3）安全性。地质勘探工作往往伴随着一定的风险，而绳索取心技术在安全性方面表现优异，减少人工直接操作的需求，降低作业风险和安全事故的发生概率。同时，绳索系统本身也具有一定的安全余量，能够在一定程度上防止取心过程中的意外情况，保障作业人员生命安全。

　　2破碎沉积岩地层的特点

　　破碎沉积岩地层是地质钻探中经常遭遇的复杂地层类型，其特性给钻探取心工作带来重重困难。这类地层的主要特点包括岩性不均一、层理和节理发育明显，以及含有水、泥等软弱夹层。岩性的不均一性导致岩石在物理性质、化学成分和结构构造上存在巨大差异，难以预测和控制钻探过程中岩心强度和稳定性。层理和节理发育增加了岩石在外力作用下的破碎和分离风险，进一步加剧钻探取心的难度。此外，软弱夹层的存在降低了岩石整体强度，还会引发坍塌和岩心破碎等钻孔不稳定问题。

　　为了应对这些挑战，钻探取心工作需要采取一系列有效的对策。首先，合理选择钻探工具和设备至关重要，以适应不同岩石的物理性质和强度差异，顺利推进钻探过程。其次，优化钻探工艺参数也是关键，通过减少对岩心的扰动和破碎，提高取心质量和效率。最后，加强钻孔的支护和封堵措施也必不可少，以增强钻孔的稳定性，防止坍塌等事故的发生。通过综合应用这些对策，能够有效地提升破碎沉积岩地层钻探取心的成功率和效率，为地质勘探工作的顺利进行提供有力保障。

　　3关键技术研究

　　3.1优化设计取心工具

　　绳索式岩心管是一种结构简单、操作方便的取心工具。其规格为Φ75mm×5m，适用于破碎及中等硬度的地层。在实际应用中，该工具的取心率达到90%，表现出良好的取心效果。绳索式岩心管的主要优点在于其简单可靠的设计，使操作人员能够迅速上手，提高作业效率。然而，对于极破碎的地层，该工具的适应性相对一般，需要结合其他取心技术提高取心率。

　　双管单动取心钻具的规格为Φ95mm×4.5m，适用于破碎至半坚硬的地层。该工具在取心作业中展现出了高达92%的取心率，显示出其优异的性能。双管单动取心钻具的主要优点在于其内管单动设计，有效减少了岩心扰动，提高了取心质量。然而，该工具的结构相对复杂，成本较高，这在一定程度上限制了其在广泛应用中的推广。

　　橡皮筒取心工具是一种针对松软、破碎地层的取心工具，规格为Φ80mm×3m。尽管其取心率稍低，为85%，但在特定地层条件下仍具有显著优势。橡皮筒取心工具的主要优点在于其对松软地层的适应性好，能够有效避免岩心破碎和堵塞。但是，橡皮易磨损，需要定期更换，增加作业成本和维护工作量。

　　定向取心工具是一种特殊需求的取心工具，规格为Φ100mm×6m，适用于破碎地层，并具有定向取心能力，满足特殊要求。该工具的取心率高达95%，显示出其卓越的性能。定向取心工具的主要优点在于其可实现定向取心，为地质研究和勘探提供了极大的便利。在实际应用期间，该工具操作复杂，需要专业人员操作，这在一定程度上限制其广泛应用。

　　薄壁钻进取心工具是一种针对破碎、易冲蚀地层的取心工具，规格为Φ65mm×4m。其取心率为88%，在破碎地层中表现良好。该工具的主要优点在于其钻壁薄，减少了岩心堵塞的可能性，提高了取心效率。从其作业成果看来，由于强度较低，易损坏，因此在使用过程中需要特别注意保护和维护。

　　针对破碎沉积岩地层的复杂特性，创新设计的高效取心工具在多个关键方面进行优化，满足实际钻探需求。在刀片设计上，选用高硬度的合金材料，并精密计算确定最佳切割角度，保障刀片在破碎岩石中的高效切割性能，降低磨损率。为方便使用，刀片采用可替换式设计，磨损达到一定程度时，可迅速更换，显著延长工具的使用寿命。重大改进传统取心工具的收集槽，增大容量并优化形状和结构，增强密封性能，更有效地收集和保存破碎的岩心，保证取心过程的完整性和连续性。在破碎地层中，岩心容易破碎，因此收集槽的优化设计至关重要。采取增大容量和优化形状等方式，收集槽能够更好地适应不同大小的岩心碎片，保证无一遗漏。同时，增强的密封性能有效防止岩心在运输和储存过程中发生进一步破碎或丢失。考虑破碎地层中遇到的各种极端情况，选择高强度合金钢作为主要材料，特别加固工具的关键受力部位，提升工具在恶劣环境下的稳定性和可靠性，为顺利推进钻探工作提供支持。在破碎地层中钻探时，使用高强度的合金钢材料加固关键部位，这款取心工具能够抵御地层中的冲击和振动，保持正常工作状态。

　　3.2选择钻进参数

　　在矿区勘探中，破碎地层是常遇的复杂地层。在这种地层中进行绳索取心作业，选择合适的钻进参数尤为重要。合适的参数能保障取心作业高效进行，并最大程度地保护地层完整性，为地质研究提供准确数据。关于转速，这一参数直接关系到钻头的磨损和地层的破坏。在破碎地层中，过高转速会加剧钻头与地层的摩擦，导致钻头迅速磨损，并破坏脆弱地层，影响取心准确性。因此，推荐转速范围为40rpm～80rpm，既能保持钻头在合理磨损范围内，又能避免对地层造成过大破坏。

　　适当增加钻压可提高钻头的贯入速度，从而提升钻进效率。然而，在破碎地层中，过大钻压导致钻具迅速磨损，甚至压碎地层，影响取心质量。一般情况下，钻压范围控制在20kN～50kN，以平衡钻进效率与钻具、地层的保护。同时，足够的泵量能及时将钻孔中的岩屑冲出，保持钻孔清洁，避免岩屑堆积对钻进和取心造成不利影响。在破碎地层中，岩屑更易产生和堆积，当荐泵量范围为60L/min～120L/min时，可保证钻孔清洁并避免对钻具和地层造成过大冲击。

　　破碎地层的硬度和研磨性各异，因此需根据具体地层性质选择合适的钻头。PDC钻头适用于较软地层，切削效率高，钻进速度快。而金刚石钻头则更适用于较硬地层，其耐磨性好，能在高研磨性地层中长时间使用，因而，选择合适的钻头类型可进一步提高钻进效率和取心质量。

　　3.3控制钻孔稳定性

　　泥浆作为钻孔过程中的重要介质，其性能直接关系到钻孔壁的稳定性。为此，选用具有优良性能的泥浆材料，并精细调整泥浆的比重、黏度和失水量等关键参数，使其在钻孔壁上形成一层致密的泥皮。这层泥皮能够有效隔绝钻孔内外的水力联系，防止地下水渗入，并承受一定的地层压力，防止钻孔的坍塌和掉块现象。泥浆护壁技术显著提高钻孔的稳定性，为后续的取心工作创造有利条件。

　　除泥浆护壁技术外，还采用套管护壁技术增强钻孔的稳定性。在破碎地层中，地层松散和破碎特性使单纯依靠泥浆护壁往往难以达到理想效果。因此，引入套管护壁技术作为补充，通过下入一定直径和壁厚的套管，在套管与孔壁之间注入水泥浆或其他封堵材料，形成坚固的护壁结构。这种护壁结构能够承受更大的地层压力，有效防止地下水的渗透和地层的坍塌。套管的存在也为后续的取心工作提供便利，避免因钻孔不稳定而导致的取心失败或岩心破碎等问题。

　　综合运用泥浆护壁和套管护壁技术，成功提高破碎沉积岩地层中钻孔的稳定性。在实际取心工作中，发现采取这些措施后，钻孔的坍塌和掉块现象明显减少，取心效率和质量也得到显著提升，为节省宝贵的时间和成本，同时为后续的地质研究和资源开发提供更为准确和可靠的数据支持。

　　3.4岩心保护措施

　　在取心过程中，岩心的完整性可提高后续地质研究的准确性。为保护岩心并减少运输中的破碎与损失，要求相关责任人员必须采取一系列可行性措施。取心完成后，立即将岩心装入特制的岩心盒中，其经过深思熟虑和多次实验后确定，采用高强度塑料材料制作，既坚固耐用又具有良好的缓冲和防震性能。在运输过程中，即使遇到颠簸或撞击，岩心盒也能有效地吸收和分散外界冲击力，从而避免内部岩心受损。

　　为进一步增加缓冲效果，在岩心盒中填充适量的泡沫塑料。泡沫塑料是一种轻质、多孔的材料，具有良好的弹性和吸震性能。当外界冲击力作用于岩心盒时，泡沫塑料能迅速压缩并吸收这些力量，减少对岩心的直接冲击。这种双重保护机制保证岩心在运输过程中保持完整，为后续地质研究提供准确可靠的样本。在实际操作中，发现各种保护措施易于实施且成本效益高，对岩心完整性起到良好的保护，也为今后在类似地质条件下进行取心作业提供宝贵借鉴和参考。

　　4应用实例与效果分析

　　4.1试验背景与目的

　　在破碎沉积岩地层中，由于其松散、易碎和不均质性，传统取心方法常遭遇取心率低、岩心质量差及孔内事故多发等难题。因此，引入绳索取心技术，并深入研究优化其关键技术成为必要之举。优化取心工具和钻进参数旨在提高适应性与钻进效率，从而在保护岩心完整性的基础上提升取心率和岩心质量，从而准确评估矿藏储量、了解地层结构以及制定开发方案。认识到钻孔稳定性对取心作业的重要性，项目工程采取优化泥浆性能和改进钻孔结构等一系列控制措施，减少孔壁坍塌和掉块等事故，提升取心作业安全性，并为后续地质勘探和开发提供可靠保障。采用特制岩心盒、填充缓冲材料以及改进岩心处理流程等手段，有效降低岩心在运输和处理过程中的破碎风险。

　　4.2试验方法与过程

　　针对破碎沉积岩地层的特殊性质优化取心工具，重新设计钻头，调整取心筒的长度和直径，以更好地适应地层的松散和易碎特性。深入研究钻进参数，精确调整转速、钻压和泵量等关键参数，旨在提高钻进效率，并保障岩心的完整性。为增强钻孔稳定性，需使用高性能泥浆材料，精细调整泥浆的性能参数，从而提高护壁效果。下入套管护壁有效减少孔壁坍塌和掉块等事故，将钻孔作业高质量管理措施落实到实处。在取心过程中采用特制的岩心盒，并填充泡沫塑料等缓冲材料，减少运输过程中的破碎与损失。在取心现场及时、科学的处理岩心，综合清洗、编号和描述等步骤，为后续地质研究提供准确可靠的数据支持。

　　4.3试验结果与分析

　　试验选取代表性破碎地层为对象，采用优化后的绳索取心工具，包括特制钻头和取心筒，针对地层特性设计。根据地层情况调整转速、钻压、泵量等钻进参数，以高效进行取心作业。试验期间详细记录取心率、岩心质量、钻进效率等关键数据，经多次试验和数据统计，绳索取心技术应用效果显著。取心率显著提高，在10个取心点中，平均取心率达92%，比传统方法高出近20个百分点，表示在破碎地层中更高效获取岩心样本，为地质研究提供丰富数据。最高取心率达98%，实现几乎完全取心，在破碎地层中属难得成就。

　　传统方法中岩心常出现断裂、破碎，给地质研究带来困扰。绳索取心技术获取的岩心完整度高、结构清晰，准确反映地层岩性特征和构造，对地质研究和矿产资源开发意义重大。优化后的绳索取心工具和钻进参数调整，使破碎地层钻进速度比传统方法提高近50%，缩短勘探周期，降低勘探成本，提升整体取心作业效率。深入分析试验数据，进一步验证绳索取心技术在破碎地层中的优越性。取心率和岩心质量均表现出色，证明该技术面对破碎地层时能有效提升取心效率和质量。钻进参数调整对取心效果影响重大，实际应用中需根据地层情况选择合适参数以达到最佳效果。

　　5结语

　　经过深入研究矿区破碎地层绳索取心关键技术，能够充分认识到这一技术在现代地质勘探中的重要性。针对破碎地层的特殊性质，绳索取心技术凭借其高效性、准确性和安全性，展现出显著的优势。在后续的行业发展和技术创新中，相关人员要不断优化取心工具设计、提升绳索系统性能，有效提高取心成功率和岩心质量，为后续的地质研究和矿产资源开发提供有力支持。随着科技不断进步和勘探需求日益增长，绳索取心技术将被推向更高水平，为解决复杂地层条件下的勘探难题贡献更多力量。