谈液动冲击回转钻进技术在破碎岩层中运用

第２０卷第２期　２０１０年６月　安徽地质　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆＡｎｈｕｉ　Ｖ＿０１．２０　Ｎｏ．２　Ｊｕｎｅ　２０１０　文章编号：１００５－－６１５７（２０１０）０１－－０１３１－－６　谈液动冲击暖转钻进技术在破碎岩层中运用　吴志强，王廷睿　（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽蚌埠２３３０００）　摘　要：简要说明液动冲击回转钻进是一项投资少，见效快的先进适用的钻探技术，可大幅度提高钻探效率和经　济效益，增加回次长度和岩矿芯采取率，并能减少孔内事故。　关键词：　“打滑”地层；硬脆碎地层；岩芯堵塞；液动冲击回转；高频冲击载荷；冲击器　中图分类号：ＴＵ１９３；Ｐ６３４　文献标志码：Ａ　１地质特征及施工条件　０引言　液动冲击回转钻进是一种优质、高效、低耗的　白虎山矿区以志留系碎屑岩类分布最广，矿区　断层及褶皱构造发育，岩浆活动强烈，岩性主要为　花岗闪长斑岩，构造角砾岩和泥质粉砂岩。岩石硬　岩芯钻探技术，它投资少，见效快。为了应用这一　度一般为６～１０级，岩石上部风化、破碎、松软、易　技术，我院在贵池白虎山矿区３号机台进行了应用试　冲蚀、缩径、超径现象严重，岩芯采取比较困难，　验，共完成工作量１４７．１５ｍ，占同期该矿区固体矿产　泥质粉砂岩中，特别是岩体下部与围岩接触处，破　岩芯钻探工作量的１７．４５％，平均时效３．３４ｍ／ｈ，平　碎带交替出现，属典型的硬脆碎地层。岩石严重破　均台月效率７７３　１ＴＩ，平均回次进尺４．０８　１ＴＩ，与该矿区　碎，裂隙发育，涌水及漏失现象较为严重，整个矿　的普通回转钻进相比，小时效率提高６７％，台月效率　区的施工难度大。总的来说，除上部风化、较松软　提高１２７％，回次进尺长度提高１１４％，岩矿芯采取率　的岩层外，其余地层较适宜于推广液动冲击回转钻　达到９０％以上，降低成本６８％，取得较好的技术经济　进技术。　效果（表１），下面简要介绍一下冲击回转钻进技术　的应用与体会。　２使用的设备和机具　表１液动冲击回转钻进的经济指标对比表　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｉｍｐａｃｔ　ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　钻机：ｘＹ一４型。　动力机：３０ｋＷ和１５ｋＷ电动机。　稳压罐：队自制。　管路：钢丝编织１．５时高压胶管。　冲击器：主要使用河北省地矿局综合研究队生　水泵：ＢＷ２５０为衡阳探矿厂生产的变量泵，根　据现场使用情况，泵压和泵量特别稳定，液动冲击　产的ＺＳ一７５型液动冲击器，其特点是结构简单，工作　泵量范围宽（５５　Ｌ／ｍｉｎ～１８０　Ｌ／ｍｉｎ），在孔内启动　回转钻进配备这种水泵比较理想。　钻塔：１８ｍ管塔。　钻具：　５０内丝钻杆，金刚石双管单动钻具。　收稿日期：２００９—０９—１２　容易，工作连续稳定，调试冲击器结构参数简单而　方便，该冲击器主要参数如下：　作者简介：吴志强（１９６３一），男，湖南长沙人，工程师，现从事技术管理工作。　１３２　安徽地质　２０１０焦　①冲击器外径：　７３ｍｍ　②冲击器重量：２９ｋｇ　③冲锤行程：１１～１２　ｍｍ　④自由行程：２．５～３．５　ｍｌＴｌ　⑤锤簧预压：３～５　ｍｍ　⑥冲击频率：３３～４２Ｈｚ　⑦单次冲击功：１０～ｌ８Ｊ　⑧工作泵量：５０～１３０Ｌ／ｍｉｎ　⑨工作泵压：２￣３ＭＰ　ａ　３采用的技术措施　液动冲击回转钻进在我队尚属试验阶段，为此　我们采取了一些技术措施，以保证试验取得成功，　如合理地选择钻进规程参数，正确地使用冲击器，　达到了提高效率，减少事故，降低成本的目的，取　得了预期效果。　３．１钻进参数　钻压：在可钻性８～９级中硬岩层中，采用７～８ｋＮ　钻压，在１０级以上致密坚硬的“打滑”地层中，采　用９～１０ｋＮ钻压，对于７级以下的岩层适当地减轻钻　压。　泵量与泵压：液动冲击回转钻进泵量的选择，　主要是满足冲击器能正常工作为前提，一般是大于　普通回转钻进的泵量。在８～９级的岩层中，我们采用　６０￣８０Ｌ／ｍｉｎ的泵量，９级以上的岩层采用８０～９０Ｌ／　ｍｉｎ的泵量，其正常工作泵量比普通回转钻进泵压高　１～１．５　ＭＰ　ａ。当钻进坚硬致密“打滑”地层时为保证　冲击器有较高的冲击频率和较大的冲击功，同时考　虑钻杆渗漏等因素，所以泵量应选择上限数，有时　还略大于此值，同时随孔深的增加，泵量和泵压适　当增大。　转数：和回转钻进相似。　液动冲击回转钻进的参数，是相辅相成的，彼　此协调十分重要，往往因一个参数的改变，其它参　数也应相应调整。如转速提高，钻速加快时，如不　及时调整钻压和泵量，则很可能造成钻头突发性磨　损甚至烧钻（表２）。　３．２金刚石钻头的选择　选择金刚石钻头时，我们主要考虑以下因素：　（１）金刚石品级必须达ＪＲ３或更高，以保证具　有较高的抗冲击载荷和耐磨性。　（２）由于冲击回转钻进会产生较强烈的轴向震　动，因此要求钻头应具有良好的保径性能，以适应　多回次钻进。　（３）钻头水口必须在八个以上，并随着工作层　的磨损应及时加深水Ｅｌ，以减少冲击器的背压和水　表２钻进规程参数一览表　Ｔａｂｌｅ　２　Ｌｉｓｔ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　泵的压力损失。　针对自虎山矿区层特点，我们选取采用的钻头　为无锡探矿机械厂的热压钻头和本队自制的电镀钻　头。　３．３冲洗液　白虎山矿区地层复杂，岩石风化破碎，破碎带　交替出现，裂隙发育，漏失相当严重，所施工的钻　孔为全漏（一般井内水位在一百米以下），因此主　要采用优质低固相泥浆做冲洗液，并加入润滑剂润　滑钻具。　４使用效果　在应用液动冲击回转钻进的生产实践中，我们　初步尝到了使用这一技术的甜头，它给我们的钻探　生产带来了可喜的变化，收到了较好的效果。　（１）可大幅度提高钻探效率　由于冲击回转钻进较大幅度地提高了时效、回　次进尺长度和纯钻进利用率，从而能在相同地层、　相同孔径的情况下，液动冲击回转钻进比回转钻进　的时效、台效高。使钻探效率得到了大幅度的提高　（表３）。　（２）有利于降低成本　因冲击回转钻进效率高，质量好，原材料消耗　少。所以成本可大幅度下降，从表１中看出，与普通　回转钻进相比，直接材料成本下降了２３．６％，从钻头　成本上看，减少了因岩芯堵塞而造成的钻头非正常　磨损，所以钻头平均每米费用比普通回转钻进下降　１７．２９％。　就冲击器本身成本来讲，也是很经济的，完成　的１４７ｍ的进尺中，共启用二套冲击器，共消耗冲击　器配件：活塞杆２根，阀簧４个，密封圈５个，材料消　耗甚微，而冲击器基本上完好，可继续使用。　（３）岩矿芯采取率高，钻孑Ｌ质量好　在破碎地层中，回转钻进岩芯极易堵塞，而冲　击回转钻进时，岩芯管和钻头直接承受冲击器的高　第２Ｏ卷第２期　吴志强，等：谈液动冲击回转钻进技术在破碎岩层中应用　１３３　频冲击载荷，产生纵向颤动，基本上能够消除岩芯　情况，工程处安排探矿技术人员具体负责，使试验　管堵塞现象，减少岩芯管磨损，增加了岩矿芯的采　工作能完成。　取率，使采取率达￣１Ｊ９０％以上。　（２）抓好冲击器使用人员的技术培训工作，在　（４）有利于减轻劳动强度　试验前和试验期间，对有关机班长、钻工和部分探　因为冲击回转钻进大大提高了回次进尺长度，　矿技术人员进行技术培训。主要讲解冲击回转钻进　从而减少了起下钻次数，所以相应地减轻了劳动强　技术的优越性、冲击器的结构、工作原理、调试方　度，深受钻探工人的欢迎。　法、操作使用要领以及常见的故障判断与维修。冲　（５）孔内事故少，回次进尺长，纯钻时间利用　击回转钻进技术是否能试验应用成功，其关键是机　率高　台人员（特别是机班长）对这一技术的认识深浅程　冲击回转钻进比回转钻进水量大，孔内岩粉少　度和掌握熟练程度。我们一开始就把它放在首位来　较清洁，减少了钻头的磨耗和钻头在钻进中的微烧　抓，从而收到了较好的效果。　和烧钻事故，钻进效率高，成孔时间短，钻杆磨损　（３）做好冲击器的参数调整工作。正确的测　轻，断钻杆的事故比回转钻进少，由于冲击高频脉　试是提高冲击回转钻进效率和提高经济效益的好办　冲纵向振动的作用，能防止岩矿芯堵塞，使回次进　法。冲击器工作一段时间后，其结构参数会有所改　尺长度增加，￣ｎｚＩ＜３８１孔使用冲击器后回次进尺长度　变，这就需要进行及时测量调整，我队冲击器刚使　在４米左右，而未使用冲击器，在同样岩层回次进尺　用，还无测试仪器，为使冲击器处于最佳工作状　长度一般只有２米左右，这样提下钻次数减少，增加　态，我们在试验时，经常测量冲击器的主要结构参　了纯钻时间，特别在孔深时非常明显。　数，及时调整因磨损和其它原因引起的参数改变　（６）经济效益有所提高　值，使冲击器工作时处于最佳工作点上，来提高机　由于我队液动冲击回转钻进刚刚处于试验阶　台的纯钻时问，提高钻探效率。　段，虽然钻探效率提高了，成本也降低了一些，但　（４）做好冲击器在一般岩层中的使用工作　因进尺的工作量较少，经济效益的提高不太显著。　冲击回转钻进在坚硬致密“打滑”地层和破碎　６冲击回转钻进的几点体会　地层中，钻进效率较高，但在一般地层中，采用一　定的技术措施，搞好钻具的配套工作也会取得较显　（１）在领导的重视和支持下，把液动冲击回转　著的效果，如在细晶灰岩中，应用冲击器使小时效　钻进技术列入地质＿［作计划，经常检查、督促执行　率提高１４８％，回次进尺长度在４米左右，单位成本也　表３液动冲击回转与普通回转钻进效果对比表　Ｔａｂｌｅ　３　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｉｍｐａｃｔ　ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｑ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｍｏｎ　ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎ　有所下降（表３）。　高钻探效率和经济效益，就必须不懈地、广泛地采　试验证明：液动冲击回转钻进确实是一项投资　用这一先进技术，不断地解决使用中遇到的实际问　少，见效快的先进适用的钻探技术，要想大幅度提　题。在使用中，要做好组织和技术工作，管理方法　１３４　安徽地质　２０１０年　和技术措施要跟上，充分调动技术人员和生产工人　应用这一技术的积极性，使液动冲击回转钻探技术　能稳定、持久、全面的应用，促进台月效率提高。　参考文献：　【２］长春地质学院探３２教研室．液动冲击回转钻进技术【Ｍ】．　１９８５　［３］张勇，蒋荣庆．多工艺冲击回转钻进技术的新拓展【Ｊ］．世界地　质，２０００（３）　［４］陶兴华．冲击回转钻进技术的现状及发展方向［Ｊ］．钻采工　［１】武汉地质学院．钻探工艺学［Ｍ］．北京：地质出版社，１９８０　艺．１９９６（１）　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ｏＦ　ＨＹＤＲＡＵＬＩＣ　ＩＭＰＡＣＴ　ＲＯＴＡＲＹ　ＤＲＩＬＬＩＮＧ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　ＩＮ　ＢＲＯＫＥＮ　ＲＯＣＫ　ＢＥＤ　ＷＵ　Ｚｈｉ－ｑｉａｎｇ．ＷＡＮＧ　Ｔｉｎｇ。ｒｕｉ　（Ｎｏ．１　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆＡｎｈｕｉ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆＧｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｎｇｂｕ，Ａｎｈｕｉ　２３３０００，（　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｉｍｐａｃｔ　ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｓ　ａｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｈａｔ　ｎｅｅｄｓ　ｌｅｓｓ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｂｒｉｎｇｓ　ｂｅｎｅｆｉｔ　ｖｅｒｙ　ｓｏｏｎ．Ｉｔ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔ，ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｃｙｃｌｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｃｏｒｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ，ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｉｎ—ｈｏｌｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｋｉｄｄｉｎｇ　ｓｔｒａｔａ；ｈａｒｄ，ｆｒａｇｉｌｅ　ａｎｄ　ｂｒｏｋｅｎ　ｓｔｒａｔａ；ｃｏｒｅ　ｊａｍｍｉｎｇ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｉｍｐａｃｔ　ｒｏｔａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈ－　￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｍｐａｃｔ　ｌｏａｄ；ｉｍｐａｃｔｏｒ　ＺＫ３０３　５１０．４５　０．６６７　７４７．５３　１．０３　８　６２－３９　１０２．０２　ＺＫ３０２　５３８．３４　０．７５３　７１４．９３　１．７９　５　ｌ０３．０７　２０２．９９　ＺＫ００３　５０２．６１　０．７６３　６５８．７３　１．６３１　５　９９．００　１９４．４６　ＺＫ４Ｏ２　６１４．９４　１．０５６　５８２．０５　１．５８　８　７６．３４　１０９．４８　参考文献：　社，１９８１　【３］闰文军．河北省滦县司家营铁矿南矿区钻探施２１２　２１２艺［Ｊ】．　【ｌ】王达．中国科学钻探工程钻探技术论文选集［Ｍ】．北　探矿工程（岩土钻掘工程），２００９，（１０）：３１～３３　京：地质出版，２００７　【４］鲍忠厚．金刚石钻进不同地层冲洗液的选择［Ｊ】．探矿工程　［２】武汉地质’学院．钻探工艺学（中册）［Ｍ】．北京：地质出版　（岩土钻掘工程），１９９２，（３）：４２￣４４　ＤＲＩＬＬＩＮＧ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＩＮ　ＣｏＭＰＬＥＸ　ＳＴＲＡＴＩＧＲＡＰＨＹ　ＯＦ　ＴＨＥ　ＤｏＮＧＹＵＡＮ　Ｗ－Ｍｏ　ＯＲＥ　ＤＥＰＯＳＩＴ，ＱＩＭＥＮ，ＡＮＨＵＩ　ＨＥ　Ｐｉｎｇ　（Ｎｏ．３３２　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐｎｒｆｙ　ｏｆＡｎｈｕｉ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｈｕａｎｇｓｈａｎ．Ａｎｈｕｉ　２４５０００，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｂｉｔｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ　ｃｈｏｓｅｎ　ｔｏ　ａｄａｐｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｏｎｇｙｕａｎ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｓｃｈｅｅｌｉｔｅ　ｍｉｎｅ．Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ—ｒｅｌａｔｅｄ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ　ａｓ　ｂｒｏｋｅｎ　ｚｏｎｅ，ｆｉｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｆａｕｌｔ　ｇｏｕｇｅ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｔａｋｅｎ，ｗｈｉｃｈ　ｔｕｒｎｅｄ　ｏｕｔ　ｇｏｏｄ　ｉｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｏｎｇｙｕａｎ　ｓｃｈｅｅｌｉｔｅ　ｄｅｐｏｓｉｔ；ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｔｒａｔａ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ