董少輝

摘 要：勘探事業(yè)的不斷發(fā)展，鉆機(jī)和鉆具在施工中是必不可少的工具，隨著勘探施工不斷走入越來(lái)越深的礦床和深遠(yuǎn)地區(qū)，對(duì)于鉆機(jī)的要求也就越來(lái)越高。

關(guān)鍵詞：工程勘探；鉆機(jī)；鉆具；升級(jí)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.108

0 引言

本文根據(jù)美國(guó)寶長(zhǎng)年公司和瑞典阿特拉斯.普柯公司在加拿大勘探開發(fā)者協(xié)會(huì)上展出的最新產(chǎn)品作為參考，逐步探討鉆具鉆機(jī)需要的升級(jí)。我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況存在較大差異，雖然實(shí)際工程勘探過(guò)程中鉆孔深度并不深，但是整個(gè)鉆探過(guò)程比較復(fù)雜，因此必須使用多功能、穩(wěn)定性較高的鉆機(jī)。當(dāng)前，市場(chǎng)上的鉆機(jī)具有靜壓、振動(dòng)、沖擊、回轉(zhuǎn)等功能，還有一些鉆機(jī)可以回轉(zhuǎn)振動(dòng)鉆進(jìn)或者沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，極大地提高了鉆機(jī)運(yùn)行效率，特別需要注意的是液壓振動(dòng)器和鉆機(jī)的配合，可以快速、準(zhǔn)確地鉆進(jìn)堅(jiān)硬的砂卵石地層中，這種振動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下形成較大的離心力，實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)，在垂直方向上產(chǎn)生激振力，從而推動(dòng)鉆機(jī)快速鉆進(jìn)，并且還可以隨時(shí)調(diào)整馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向，利用其自身的錘擊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)器的上下振動(dòng)，不僅可以將套管拔出，還可以快速放置套管。

1 地表取心鉆機(jī)

美國(guó)寶長(zhǎng)年公司在加拿大勘探開發(fā)者協(xié)會(huì)上推出的最新研制的SC11飛運(yùn)式輕便鉆機(jī)。在國(guó)內(nèi)的鉆具鉆機(jī)的升級(jí)過(guò)程中，我們應(yīng)該參考SC11鉆機(jī)的主要特點(diǎn)進(jìn)行全面的升級(jí)。

（1）安全性高。 SC11鉆機(jī)包含鉆桿處理設(shè)備和充氮卡盤，其可以自動(dòng)化的處理一些運(yùn)行故障，減輕了工作人員的鉆桿處理量，鉆機(jī)內(nèi)部的控制模塊，設(shè)置起換擋操作桿，有效避免鉆機(jī)的意外啟動(dòng)，并且在安全系數(shù)不高的環(huán)境中，利用鉆機(jī)的激光系統(tǒng)可以自動(dòng)停止鉆機(jī)鉆進(jìn)，這種鉆機(jī)的高壓軟管主要采用防爆套管，安全性較高。

（2）鉆進(jìn)性能好。SC11鉆機(jī)主要應(yīng)用M4液壓閥和LM地下鉆進(jìn)技術(shù)，包含四擋轉(zhuǎn)速和空心主軸，運(yùn)行過(guò)程中采用液壓運(yùn)轉(zhuǎn)模式，設(shè)置彈簧開關(guān)，鉆桿性能良好，其在實(shí)際應(yīng)用中提升能力可達(dá)132kN，進(jìn)行程約180cm，鉆深能力非常強(qiáng)，運(yùn)行故障發(fā)生率較低。

（3）動(dòng)力強(qiáng)。SC11鉆機(jī)集成了多種鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)，在很多相同型號(hào)的鉆機(jī)中，這種鉆機(jī)設(shè)計(jì)了PQ大直徑鉆桿，可以快速飛轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以達(dá)到1500m左右的鉆進(jìn)深度。

（4）易拆卸。SC11鉆機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，包括多個(gè)飛運(yùn)模塊，這些飛運(yùn)模塊的最大重量約700kg，因此整個(gè)SC11鉆機(jī)的重量和其它型號(hào)鉆機(jī)相比重量較輕，其可以設(shè)置在載荷平衡區(qū)域，工作人員可以快速、準(zhǔn)確地識(shí)別起吊點(diǎn)，SC11鉆機(jī)的連接接頭，可以實(shí)現(xiàn)快的拆卸和組裝。

2 金剛石鉆頭

在實(shí)際的工程勘探中，鉆探公司主要關(guān)注鉆探設(shè)備的運(yùn)行效率和巖心多少，因此越來(lái)越多的鉆探公司不斷尋找使用壽命長(zhǎng)、鉆進(jìn)穩(wěn)定性高的鉆頭，降低鉆頭消耗費(fèi)用，當(dāng)前瑞典阿特拉斯.科普柯公司推出的Excore金剛石鉆頭，可以實(shí)現(xiàn)在任何地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的快速鉆進(jìn)，并且鉆進(jìn)壓力始終保持穩(wěn)定，因此不需要盲目地增加鉆進(jìn)壓力，可以合理控制鉆進(jìn)速度，獲得良好的鉆進(jìn)效果。由于不同地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況不同，適用的鉆頭類型有限，而選擇Excore金剛石鉆頭主要是因?yàn)槠渚哂幸韵聨讉€(gè)特性：

（1）適用性強(qiáng)。普通鉆具在進(jìn)行直孔鉆進(jìn)時(shí)，需要降低鉆進(jìn)壓力，當(dāng)鉆進(jìn)堅(jiān)硬巖層過(guò)程中，再適當(dāng)升高鉆進(jìn)壓力，加快鉆進(jìn)速度，從而適用不同的巖層結(jié)構(gòu)，提高巖心采取率。而Excore金剛石鉆頭在應(yīng)用中不需要進(jìn)行更換，其可以適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有效簡(jiǎn)化了鉆進(jìn)工藝，保障了鉆進(jìn)質(zhì)量。

（2）效率高。Excore金剛石鉆頭非常堅(jiān)硬，并且相關(guān)切削工藝也得到了優(yōu)化，和普通類型鉆頭相比，Excore金剛石鉆頭的鉆進(jìn)速度提高了70%以上，即使在非常堅(jiān)硬的巖層中，可以以低鉆壓狀態(tài)持續(xù)、穩(wěn)定地進(jìn)行鉆進(jìn)。

（3）使用壽命長(zhǎng)。由于Excore金剛石鉆頭可以適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，因此其使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，即使在極端惡劣的地質(zhì)環(huán)境中，這種Excore金剛石鉆頭使用壽命也比普通類型鉆頭長(zhǎng)5～8年，并且可以有效減少鉆桿的起下時(shí)間和次數(shù)，降低其損壞程度。

3 我國(guó)工程勘探鉆具的升級(jí)

（1）在惡劣環(huán)境下地表勘探作業(yè)。針對(duì)美國(guó)的SC11鉆機(jī)的施工作業(yè)，我國(guó)的鉆具還沒有達(dá)到在惡劣環(huán)境下可以按照正常模式施工，所以在此條件下我們需要，針對(duì)鉆機(jī)地表的鉆進(jìn)深度至少在1200-1500米，這樣才可以有效的在比較難以進(jìn)入的施工地區(qū)和鉆進(jìn)場(chǎng)地受到環(huán)境限制的地表勘探作業(yè)。

（2）鉆機(jī)有較強(qiáng)的適應(yīng)力和動(dòng)力。在鉆機(jī)的的升級(jí)中需要將鉆機(jī)的適應(yīng)力進(jìn)一步加強(qiáng)，而且可以方便的組裝運(yùn)輸，針對(duì)不同的環(huán)境可以使用多種形式進(jìn)行施工作業(yè)。例如：氣溫比較寒冷的地區(qū)，由于結(jié)構(gòu)緊湊，因此可在鉆棚內(nèi)進(jìn)行鉆探作業(yè)。

由于施工地區(qū)不同，地表結(jié)構(gòu)不同，所以對(duì)于地質(zhì)較強(qiáng)硬的地域就需要鉆機(jī)的動(dòng)能功率要大。

（3）鉆機(jī)的安全性能要強(qiáng)。對(duì)于場(chǎng)地施工，工作人員的安全需要拜訪在第一位，所以對(duì)于鉆機(jī)的設(shè)計(jì)上方便連接組裝和拆卸，可以安全的輸送鉆桿，我們可以再鉆桿處理裝置配備有接近傳感器，以保護(hù)在附近的操作人員免受鉆桿落下時(shí)的傷害。

（4）鉆頭的強(qiáng)度加固和速度升級(jí)。鉆頭的升級(jí)方面，我們可以借鑒Excore鉆頭，提供鉆進(jìn)穩(wěn)定和鉆進(jìn)速度。在低鉆壓狀態(tài)下，可以快速鉆進(jìn)直孔，這種鉆進(jìn)方式可以獲得較高的巖心采取率，并且降低鉆進(jìn)過(guò)程中的摩擦阻力，避免損壞鉆桿柱。對(duì)于堅(jiān)硬的破碎地層，由于鉆進(jìn)過(guò)程中容易發(fā)生偏移，因此應(yīng)合理控制鉆進(jìn)速度，適當(dāng)降低鉆頭壓力。同時(shí)，在進(jìn)行工程勘探時(shí)，除了采集樣本以外，還需開展靜力觸探、動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入等試驗(yàn)，全面了解勘探現(xiàn)場(chǎng)的情況，降低鉆機(jī)鉆進(jìn)損壞率。另外，工程勘探過(guò)程中，結(jié)合錘擊數(shù)，根據(jù)靜力觸探試驗(yàn)，合理設(shè)置地錨設(shè)備，通過(guò)觸探自動(dòng)記錄儀器或者電子應(yīng)變儀器，仔細(xì)分析試驗(yàn)結(jié)果，從而有針對(duì)性地調(diào)整鉆進(jìn)過(guò)程。

4 總結(jié)

綜上所言，在鉆具鉆機(jī)的升級(jí)中除借鑒外國(guó)鉆具的技術(shù)，同時(shí)也要加強(qiáng)我國(guó)本身鉆具實(shí)際的勘探作用，也就是對(duì)于我國(guó)的勘探施工具體環(huán)境的了解，有針對(duì)性和有目的的加以升級(jí)，這樣對(duì)于我國(guó)的勘探業(yè)有著飛躍式的發(fā)展前景。

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