◎  中國地質(zhì)調(diào)查局勘探技術(shù)研究所 王躍偉 劉秀美

　　液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)簡介

　　沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是在鉆頭已承受一定靜載荷的基礎(chǔ)上，以縱向沖擊力和回轉(zhuǎn)切削力共同破碎巖石的鉆進(jìn)方法。與常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相比，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)只要用較小的鉆壓，便可以達(dá)到破碎堅硬巖石的效果。根據(jù)工作介質(zhì)不同，通常分為氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

　　YZX系列液動錘結(jié)構(gòu)示意圖

　　液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)的核心機(jī)具是液動潛孔錘（又稱液動沖擊器，簡稱液動錘）。該技術(shù)具有機(jī)械鉆速高、回次進(jìn)尺長、鉆頭壽命長、鉆孔質(zhì)量好、孔內(nèi)事故少、鉆進(jìn)效率高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。

　　中國地質(zhì)調(diào)查局勘探技術(shù)所于1958年最早在我國開展液動潛孔錘研究，經(jīng)過多年不懈努力研制出YZ正作用系列、YS雙作用系列、YQ復(fù)合作用系列以及SSC繩索取心液動錘系列產(chǎn)品。這項技術(shù)大部分用于小口徑巖心鉆探，取得較好的使用效果。

　　20世紀(jì)90年代以后，勘探技術(shù)所根據(jù)國內(nèi)外鉆探設(shè)備研究發(fā)展趨勢，注重開展大沖擊功液動錘的研究，并于1997年成功研制出一種新型的YZX127液動錘。該液動錘具有沖擊功大、能量利用率高等優(yōu)點。在中國大陸科學(xué)鉆探工程初期應(yīng)用后對該沖擊器進(jìn)行了進(jìn)一步完善，提高了工作穩(wěn)定性和對沖洗液的適應(yīng)性，并在大陸科學(xué)鉆探工程實施中發(fā)揮了重要作用。該系列液動錘鉆具目前已得到廣泛應(yīng)用，并得到廣大地質(zhì)鉆探工作者的肯定。

　　2007年，勘探技術(shù)所在YZX系列液動錘基礎(chǔ)上成功研制出SYZX系列繩索取心液動錘，堅硬“打滑”地層應(yīng)用優(yōu)勢明顯。經(jīng)過十多年的改進(jìn)和完善，該項技術(shù)目前在地質(zhì)鉆探領(lǐng)域獲得了非常廣泛的推廣和應(yīng)用。

　　YZX130液動錘

　　在WFSD-4孔中的應(yīng)用

　　汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探四號孔（WFSD-4）位于四川省平武縣南壩鎮(zhèn)境內(nèi)，鉆遇地層主要為變質(zhì)巖地層。

　　YZX130液動錘在WFSD-4孔中累計下井70余回次，總進(jìn)尺340多米，其中在上部較堅硬、破碎的板巖和變質(zhì)砂巖地層應(yīng)用效果良好，采用YZX130液動錘+螺桿鉆具組合鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速，較單純采用螺桿鉆具提高70%以上，回次進(jìn)尺提高40%以上。尤其在二開和三開上部取心鉆進(jìn)中，巖性較為脆硬，效果非常顯著，利用液動錘鉆進(jìn)機(jī)械鉆速分別提高78.65%和89.77%。液動錘在三開下部塑性較高的破碎地層應(yīng)用中，機(jī)械鉆速和回次進(jìn)尺也有一定程度提高，但相比之前的應(yīng)用效果稍差。

　　總體上看，采用液動錘鉆進(jìn)與普通鉆進(jìn)相比，機(jī)械鉆速和回次進(jìn)尺均有一定提高，在脆硬性地層應(yīng)用效果則更為顯著。

　　YZX130液動錘在汶川科鉆四號孔應(yīng)用

　　YZX130液動錘

　　在溫泉某地?zé)峋�中的�?yīng)用

　　該井位于遼寧省大連市旅順口區(qū)，設(shè)計孔深3000m，終孔孔徑152mm。工程在施工過程中，上部覆蓋層較淺，過了覆蓋層后鉆遇巖層非常堅硬，硬度在7級以上，研磨性強，多為石英砂巖，石英含量很高，進(jìn)尺極其緩慢，鉆頭磨損快，壽命短。

　　YZX130液動錘在溫泉某地?zé)峋�中�?yīng)用

　　YZX130液動錘在該井鉆至2092.30m后得到應(yīng)用，進(jìn)尺400多米，均是在硬度7級以上、強研磨性的石英砂巖地層。采用液動錘鉆進(jìn)前，自2027.69m至2092.30m孔段共用了3只鉆頭，純鉆時間191h，平均機(jī)械鉆速0.34m/h，平均鉆頭壽命21.5m。YZX130液動錘應(yīng)用后的第一個回次鉆頭壽命提高至42.8m，平均機(jī)械鉆速提高至0.9m/h。將2000m至2600m井段不同施工方法進(jìn)行對比，結(jié)果表明，采用YZX130液動錘鉆進(jìn)與普通鉆進(jìn)方法相比，效率提高92%，鉆頭壽命提高113%，同時有效地減少孔內(nèi)事故發(fā)生，降低了掃孔工作量。

　　本次應(yīng)用證明了YZX130液動錘可以適應(yīng)深孔全面鉆進(jìn)的施工要求，并可較大幅度提高鉆頭壽命和鉆進(jìn)效率，在水井、地?zé)峋�、干熱巖開發(fā)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　SYZX75繩索取心液動錘鉆具

　　在巖金第一深鉆中的應(yīng)用

　　中國巖金勘查第一深鉆ZK96-5鉆孔位于山東省萊州市三山島礦區(qū)，設(shè)計鉆孔孔深4000m，終孔孔徑75mm�，F(xiàn)場施工鉆至約3380m時，鉆遇地層以花崗巖為主，偶見堅硬石英砂巖，可鉆性等級約為8~10級。同時由于地層破碎嚴(yán)重，巖心極易堵塞，導(dǎo)致回次進(jìn)尺非常短。連續(xù)4個回次進(jìn)尺均在0.8m以下，其中一個回次甚至沒有取到巖心。

　　N規(guī)格繩索取心液動錘在中國巖金勘查第一深鉆進(jìn)行生產(chǎn)試驗

　　在這種情況下，施工方與課題組取得聯(lián)系，期望通過采用繩索取心液動錘技術(shù)解決這一問題，提高破碎地層的巖心采取率和回次進(jìn)尺。繩索取心液動錘的軸向沖擊使巖心容易進(jìn)入巖心管，大大減少了巖心堵塞的幾率，提高了回次進(jìn)尺。鉆具入孔后效果非常明顯，從開始使用的最初8個回次里，累計進(jìn)尺17.96m，平均回次進(jìn)尺2.25m，巖心采取率99%。而之前采用普通繩索取心鉆具的8個回次平均回次進(jìn)尺為1.0475m，相對普通繩索取心鉆具提高了114.32%。

　　N規(guī)格繩索取心液動錘鉆至孔深4006.17m取出的巖心

　　繩索取心液動錘鉆具自3381.77m下入孔中至終孔4006.17m，鉆進(jìn)259個回次（1496－1754），多次取得滿管巖心，累計進(jìn)尺624.4m，平均回次進(jìn)尺2.41m。同時也創(chuàng)造了4006.17m的應(yīng)用孔深紀(jì)錄。

　　技術(shù)展望

　　液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)在脆硬碎地層應(yīng)用可大幅度提高鉆進(jìn)效率和回次進(jìn)尺、降低鉆孔彎曲強度的優(yōu)勢已得到鉆探界的廣泛認(rèn)同。我國液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)目前已走在世界前列，但就整體水平而言，這項技術(shù)還應(yīng)繼續(xù)提高，尤其是在大口徑鉆進(jìn)中的應(yīng)用，還有很大提升空間。

　　深入開展深孔用孔底動力鉆具研究，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，為新能源勘探開發(fā)發(fā)揮作用，使我國特有的液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)不斷向前發(fā)展，研究內(nèi)容符合國家經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的需求，為我國地質(zhì)勘探領(lǐng)域節(jié)能減排提供技術(shù)支撐，滿足地質(zhì)大調(diào)查向深部找礦和深部地球科學(xué)研究的需要。

以上內(nèi)容來源于：中國礦業(yè)報