地质工程论文
摘 要： 石盐田勘探是河北省这几年的一个新矿种，各方面投入比较大，勘探质量也关系相关地勘单位布局，本文主要介绍勘探中钻探部分，针对取心技术的改进。对于河北省宁晋—辛集石盐田普查区，新结构取心钻具的推广和应用，会节约部分钻探成本，提高钻探效率，对钻探行业发展有一定推动作用。
关键词 ： 新结构取心钻具，石盐矿钻探
石盐是一种用途广泛的基础化工原料。在河北省宁晋—辛集石盐田普查区是一个百亿吨级的矿区，而该盐田是河北省井矿盐行业发展的重要布局，从前期勘探情况看，如果要大范围的开采还需要进一步勘探，勘探手段主要以钻探为主，相对于固体矿产钻探，取心就是重中之重，通过采用新结构取心钻具，可以获得就较高的岩心采取率，并对盐层顶底板、厚度、品味及夹石等情况有更清晰详细的了解。
地质概况
宁晋—辛集石盐田位于中朝准地台华北断拗之临清台陷中的束鹿断凹中部，向西为宁晋断凸，向东为新河断凸，向南为南和断凸，向北为冀中台陷。本盐田内地层从老到新依次为太古界、元古界、古生界（寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系）、新生界古近系（孔店组、沙河街组、东营组）、新近系（馆陶组、明化镇组）、第四系地层，而区内大部分地区还缺失了其中的元古界和古生界地层，目的层段为沙河街一段岩盐资源。目的层主要为灰绿、棕红、紫红色泥岩，灰、灰白色粉细砂岩，灰白色泥灰岩与石盐、硬质膏盐呈不等厚互层组成；石盐矿体顶板为灰黄色白云质泥岩、灰色泥灰岩或深灰色泥岩；石盐以浅灰色、浅黄色、灰白色为主，局部夹浅锈红色；石盐矿体底板为深灰色、灰色泥灰岩与白云质泥岩、白云岩互层（详见表1）。
钻孔概况
根据本区情况，钻进采用固相含量低、相对密度小钻井液配比，进入盐系地层前百米左右更换饱和盐水钻井液（详见表2）。
表2 钻井液试剂采用表
一开：一次性配置膨润土浆80m3（密度1.04～1.06g/cm3）使用膨润土浆开钻。保证钻井液具有较强携砂能力。坍塌层掉块严重可适当添加重晶石粉，加重比重，并按不低于2个循环周添加。一开钻完后充分调整好钻井液性能，确保下表套、固井施工顺利。
二开：将一开钻井液净化后用于二开钻进，裸眼井段长，起下钻摩阻大，而且目的层段盐膏层和软泥层易蠕动变形，因此要保证钻井液性能的稳定性，然后根据起下钻挂卡情况调整钻井液参数，快速钻进进尺与岩屑上返不成正比时，应提高钻井液黏度，避免卡、埋钻，视具体情况适当添加石墨粉润滑钻具。
盐水段取芯：取心作业之前全面清洗循环罐、循环槽等地面循环系统。下钻到井底，打入5m3清水做前置液，然后将地面配制好的盐水钻井液替完井内的钻井液，换用饱和盐水钻井液。更换完毕后循环泥浆，循环过程中测定Cl-不低于设计要求后，加入1%润滑剂。进行全井密度调整，加重至密度1.35g/cm3，并持续加入胶液，使循环黏度不低于60s。换浆工作结束进行取芯作业。
表1 区内地层一览表
图1 钻孔井身结构图
井身结构（见图1）：一开：孔径Ф346.1mm，钻至535m左右，表层套管Ф273.01×8.89mm下至535m;
二开：孔径Ф215.9mm，钻至2650m左右，更换取心钻头钻至终孔，0～2100m井段，下技术套管Ф177.8×9.19mm;2100m-首采盐层部，下技术套管Ф177.8×10.36mm。
取心钻具工作原理及现状
取心钻取结构包括：外筒；内心筒，在外筒的内腔中，内心筒形成有凹陷状的内壁；卡箍组件，在内心筒的进心端及外筒的内腔中；钻头，在外筒的进心端。岩盐勘探井需在目的层上部约60m出开始岩心采取工作，川7-4、川8-3型取心工具是岩盐勘探钻井中常规取心作业比较理想的取心工具。该型取心工具技术配套完善、先进，适用于岩盐勘探取心。
在具体施工过程中，为提高回次岩心采取量，采用2节取心器串接使用（串接后长度可获取岩心近18m/回次），串接取心器下钻到井底以后，开泵循环清洗内筒和井底沉淀。取心钻进前，将凡尔球投入钻柱内，开泵送球入座。取心钻进时，内筒悬挂于轴承上不转动；割心时，上提钻具、卡箍与卡箍座锥面产生相对位移卡住并割断岩心，即可完成取心作业。尽管这种取心钻具在施工中被普遍地采用，但还有不可忽视的缺点。例如：矿石矿物主要是岩盐，其次为硬石膏，岩盐常与石膏、硬石膏共生，矿层直接顶、底为硬石膏。岩盐矿心进入取心内筒的同时，伴随着石膏、硬石膏矿层也一并进入内筒，随着矿心进入内筒的增多及钻进时间的累加，内筒矿心发生吸水膨胀发生塞心，堵塞取心器内筒，新可取的岩心无法有效进入内筒，发生推心事故而过早的结束了但回次取心钻进工作；起钻割心时内筒卡箍与卡箍座无法有效卡住岩心完成割心工作、卡箍下的鄂板无法有效打开，使得进入内筒的岩心发生脱落，造成进尺很多，采取率过低的现象，不利于地质资料采取，无形中增加钻探成本。
新结构取心钻具原理及应用
新结构取心钻具是针对上述现有技术的不足，提供一种双管单动取心钻具防塞心内筒及卡箍自锁装置，具有结构简单、设计合理、内筒易清洁维护、卡箍自锁易维护更换等优点，可有效保证单回次岩盐矿心采取的完整性。内心筒形成有凹陷状的内壁，凹陷状的内壁能够为岩心提供应力释放、石膏膨胀的空间，尽可能地减少塞心现象，有效地保证单回次岩心采取的完整性（见图2）；利用钻头钻取岩心，在岩心进入内心筒之后，上提外筒，利用卡箍组件将岩心割断，完成岩心的钻取工作。
图2 取心筒内筒俯视图
双管单动取心钻具防塞心内筒及卡箍自锁装置，本装置在取心筒内壁设置阴膛线，管内刻有不同数目的膛线，阴膛线对应的凸线，因岩矿心接触导带的面积相对较小，阻力较小，岩矿心在导带的作用下，更易进入内筒，有一定膨胀空间，防止塞心；起钻割心时内筒卡箍与卡箍座的导向作用下，割断矿心并封闭内筒，使进入内筒矿心得以有效保留，避免了矿心的脱落。
取心筒内壁设置阴膛线，阴膛线对应的凸线，可以起导带作用，引导岩心进入内筒深部；卡箍可实现内筒全封闭，且易于更换维护。
卡箍座具有锥度导向，在起拔矿心时，卡箍卡住矿心。在起拔的反向作用力下，下行至岩心与卡箍座导向部位，并在反作用力的作用下沿卡箍座导向继续下行，直至卡箍全封闭内筒。
采用新结构取心钻具所产生的有益效果在于：新结构简单，设计合理，便于更换维护，内筒膛线直接作用于矿心，有效提高了单回次取心效果，易于实现，对现有取心装置存在的不足进行了优化。改进了双管单动取心钻具，能在利用膛线引导矿心进入内筒，并利用膛线凹槽给予矿心应力释放、石膏膨胀的空间。并通过卡箍自锁保证了内筒矿心不在脱落，解决了岩盐勘探井取心塞心、脱心的问题。
在宁晋—辛集石盐田我队施工ND1、ND2井都采用新结构取心钻具，两井取心最终采取率分别为95%、94%，高出以往钻孔总采取率，塞心情况比以往减少多次，因此，新结构取心钻具在宁晋—辛集石盐田勘探取心应用成果比较明显，节约了施工成本。
结语
(1）新结构取心钻具性能稳定、结构简单、易于清洁维护、使用寿命长等优点，便于广泛在岩盐勘探井取心工艺中应用。
(2）新结构取心钻具比原有取心钻具成本增加不大，相对于使用，新型取心钻具整体使用方法不变，只是使用细节的改进，易推广，钻探专业技术人员比较易学。
(3）新结构取心钻具应用于较松软地层，对于坚硬的地层效果一般。