巖心鉆探施工中繩索取心液動潛孔錘的應用價值分析

肖長城

（核工業二一六大隊，新疆 烏魯木齊830011）

由于繩索取心具有鉆進時間長、勞動強度低的優點，進而在巖心鉆探中得到廣泛應用，尤其在6 層左右等級的完整地層中，具有較高效率。然而，對于9 層的硬巖層則容易出現鉆頭打滑不進尺的問題。這主要是因為9 層硬巖層具有較緊密的結構，較弱的研磨性，且顆粒細小導致鉆進效率低下。 在此背景下，已有學者提出將繩索取心與液動潛孔錘相結合起來，可有效解決以上問題，提高鉆進效率。

1 繩索取心液動潛孔錘的結構及工作原理

當前應用最為廣泛的繩索取心液動潛孔錘為SYZX 型號，包括內管總成、外管總成兩大部分，其中內管總成主要有打撈定位結構、上下分離結構、傳功環、液動潛孔錘等；外管總成有彈卡擋頭、上擴張器、下外管及下擴孔器等[1]。 鉆具外經約為75mm，自由行程（5-10）mm，沖錘行程約（16-24）mm，工作泵壓、泵量分別為（0.5-2.5）Mpa、（60-95）L/min，沖擊功、沖擊頻率分別為（15-45）J、（30-45）Hz。 與傳統的鉆具相比，具有以下優點：液動錘內無易損壞的彈簧零件，具有較長的鉆具壽命；內外管間及閥錘高低壓區的密封均采用機械式密封，擁有較高的耐磨性；液動錘內并無容易損壞的彈簧零件，因此，鉆具有較長的壽命；由于簡化了外觀傳遞扭矩及沖擊功結構，進而使安全強度得到大幅度增加；液動錘內并無固定式節流環，利于深孔鉆進。而該技術的沖洗液條件應滿足以下幾點：一般情況下，采用無固相沖洗液配置，應根據地層的實際情況選擇不同的沖洗液類型。在鉆探過程中配置有較高效的沖洗液循環凈化系統，常用的沖洗液主要有：切削膏、植物膠、防塌劑及聚丙烯酰胺等。

其工作原理：通過錘、閥及鉆井液進而過程的液壓循環沖擊系統，則將其概括為增壓與釋壓的過程。液壓循環沖擊系統中沖錘上行是其增壓過程，當壓力增大到某一程度后，沖錘便在高壓的作用之下而下行，對錘軸加以撞擊，該功通過傳功環到巖心管、承沖環到鉆頭，并在該回轉作用之下形成沖擊旋轉碎巖。 依次循環而達到深入鉆井的目的。

2 繩索取心液動潛孔錘在巖心鉆探施工中的應用

巖心鉆探施工中采用繩索取心液動潛孔錘技術， 要求有一套完整的機械設備。 包括鉆機、鉆頭、泥漿泵等，同時還應合理設計鉆進各項參數[2]。

2.1 鉆機

在使用過程中應具有牢固可靠、 操作簡單及其搬運方便的優點，并最大限度減少鉆頭的磨損。 當前實用的鉆機主要有XY-6 型鉆機等。通過實踐應用可知：所選取的鉆機只要能夠滿足鉆孔深度，就能夠達到繩索取心液動潛孔錘的相關要求。

2.2 鉆頭

一般選用（65-85）目的金剛石力度，且濃度為100%，并未階梯形及平底形的金剛石鉆頭。

2.3 泥漿泵

在鉆進過程中為了確保鉆進的順利進行，在泵的排量設置上應超過150L/min，才能夠滿足繩索取心液動潛孔錘的鉆進要求。

2.4 鉆進規程的參數設置

首先，轉速。 液動潛孔錘鉆進主要是在回轉貼的過程之中給鉆頭添加一個脈沖力，其常規及轉速金剛石鉆進應符合相同的標準，進而確定鉆具的型號、沖擊頻率及其沖擊功等。 并從回轉鉆進出發，其轉速可根據切入量或鉆頭線的速度來加以計算。 所涉及到的計算公式主要有：n=60V/（πD均），D 均=（D外+D內）/2 。 式中：n、V 分別表示轉速（r/min）、圓周線速度（m/s）；D均、D內、D外分別為鉆頭底面平均直徑（m）、底內徑（m）、鉆頭底外徑（m）。 其次，泵量。 若不將漏失考慮在內，按照上返的速度V 達到0.7m/s。 按照公式：Q=60S環V，而S環=（π/4）（D孔）,在該式中Q、S環、D孔、D桿分別表示泵量 （L/min）、 鉆孔環狀間隙截面積（m2）、鉆孔直徑（m）、鉆桿外徑（m）。 根據該公式可計算出泵量[3]。 若僅僅考慮液動錘孔錘，其泵量范圍應為（65-85）L/min。 若泥漿泵能夠正常工作，應最大限度滿足液動淺孔垂的需求。 最后，鉆壓。 應正確控制鉆壓，若鉆壓過高，則鉆頭就會遭到過度磨損，相應將降低鉆頭的使用壽命；若鉆壓過低，當金剛石被磨頓后，難以破碎及脫落，且使新的金剛石難以拋出路面，最終降低了鉆進效率。 因此，在實際鉆進中，應根據鉆進速度、泵壓、孔內的復雜程度合理調整鉆壓。

2.5 合理選擇沖洗液

在鉆進的過程中往往會遇到鉆桿內壁結垢的問題，應采用無固相泥漿[4]。若為易縮徑地層，PHP 的量（0.03-0.08）%，粘度約為（26-28）s；若遇到較嚴重的坍塌地層， 其無固相PHP 的量應加至到（0.06-0.08）%，Na-CMC 加量到（0.4-0.5）%，粘度約為（23-25）s，并根據巖層的坍塌程度確定最佳量。 若為正常地層，無固相PHP 量約為（0.01-0.02）%，且粘度約為（17-20）s。

2.6 應用效果

若孔號為ZK4801 號， 施工孔段距離： 繩索取心液動潛孔錘為（203.95-255.12）m，常規鉆進（26.75-125.63）m；臺月效率：繩索取心液動潛孔錘為468.52m，常規鉆進752.63m；平均時效：繩索取心液動潛孔錘為2.16m，常規鉆進1.36m；鉆頭壽命：繩索取心液動潛孔錘為87.52m，常規鉆進46.34m；平均回次進尺：繩索取心液動潛孔錘為2.06m，常規鉆進1.93m。

2.7 注意事項

在巖心鉆探中繩索取心液動潛孔錘可就能減少鉆孔時間，增加臺月效率、回次進尺等，約為普通鉆進的1.5 倍。 但在實際應用過程中仍存在不足：由于當前我國標準較混亂，無法做到統一性，相應給用戶帶來較大不便；與普通鉆進技術相比，該技術所需要的鉆具造價較高，需要進一步改進；對沖洗液的系統及原材料要求較高，在今后的研究中應對此加以改進[5]。 此外，還要能夠注意對液動錘定期檢查，確保工作能夠正常順利開展。 由于液動錘在高頻工況之下，其磨損及振動極易導致相關的零部件發生錯位、變形或者松動。 因此，應定期給予保養，這樣一來，才能夠充分發揮其優越性。

3 結語

繩索取心液動潛孔錘技術是一項新型鉆探技術， 可縮小輔助時間、延長使用壽命、增大臺月效率，進而提高鉆孔效率，在巖心鉆探中具有廣泛的應用前景。本文首先對該技術的結構及其工作原理加以分析，然后重點探討其應用，并取得較好的應用效果。但由于鉆具的造價加高，加上對沖洗液的要求較高。 在今后的研究中應著重對此加以研究，研發出造價低、鉆進效率高的鉆探技術。

［1］朱軍，方紅亮，彭典珠，等.液動潛孔錘小口徑鉆探可行性分析[J].城市建設理論研究：電子版，2012（19）.

［2］蘇長壽，謝文衛，楊澤英，等.高效巖心鉆進的有效途徑——液動潛孔錘鉆探[J].探礦工程·巖土鉆掘工程，2013（z1）:81-84，90.

［3］康善修，沈順利.舞鋼礦區深孔巖心鉆探技術實踐[J].探礦工程·巖土鉆掘工程，2013（z1）:131-134.

［4］楊寬才，田敏，曾石友，等.繩索取心液動潛孔錘鉆進技術在小秦嶺金礦區的應用[J].探礦工程·巖土鉆掘工程，2013（2）:40-43.