地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器的研制與應(yīng)用

方 波，汪發(fā)文，鄔學(xué)農(nóng)，徐 俊，葉 慧

（1.湖北省城市地質(zhì)工程院，湖北武漢430072；2.湖北省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊，湖北襄陽441002）

地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器的研制與應(yīng)用

方 波*1，汪發(fā)文1，鄔學(xué)農(nóng)2，徐 俊1，葉 慧1

（1.湖北省城市地質(zhì)工程院，湖北武漢430072；2.湖北省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊，湖北襄陽441002）

在研究應(yīng)用于地質(zhì)鉆探卡（埋）鉆處理事故過程中，成功研制了地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器。介紹了該型質(zhì)量加速器的結(jié)構(gòu)、使用方法以及使用的效果情況。應(yīng)用試驗結(jié)果表明地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器性能可靠，使用效果良好。能滿足地質(zhì)鉆探卡（埋）鉆事故的處理需要。

巖芯鉆探；吊錘；加速器

1 問題的提出

地質(zhì)鉆探過程中，由于地層及技術(shù)原因，經(jīng)常發(fā)生燒鉆、卡鉆、埋鉆事故，在通過正常技術(shù)處理后，仍然不能解除復(fù)雜情況時，就會造成鉆孔報廢，釀成較大經(jīng)濟損失。同時在鉆進過程中，根據(jù)實際情況下入技術(shù)套管護壁，由于綜合因素較多，鉆孔完畢之后，回收起拔套管時遇阻，最后只能切割套管，而造成管材浪費。

處理卡(埋)鉆事故簡易方法主要有：提、打、震、撈、沖、抓、吸、粘、竄、頂。

“打”是“提不動”后的首選。以前有2種方法：第一種方法是主卷揚錨頭輪打吊錘；第二種方法是人工（50人以上）打吊錘。但是這2種方法都有明顯的不足之處。第一種方案時間長、能量小，成功率低，效果不理想。第二種方案有時候不便實施，在荒郊野外找50人的壯勞力很難，有的地方幾乎是不可能。且2種方法存在很大的安全隱患。

“頂”是所有處理方法的最后選擇，隨著科技的進步，市場上出現(xiàn)了一種工程機械上使用的大功率電動液壓千斤頂頂拔鉆桿套管的方法。通過液壓千斤頂強大的提升力拔動鉆桿套管。液壓電動千斤頂驅(qū)動力可以達到百噸，但它是一種靜力提拔，鉆桿套管在孔底會產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，力量過大會導(dǎo)致鉆桿套管直接拔斷，而且電動液壓千斤頂體積大、重量大，交通不方便的地方極難運輸。

地質(zhì)鉆探卡（埋）鉆事故是鉆探施工過程中最普遍的事故之一，是制約鉆探技術(shù)發(fā)展的一道難題。如果能研制出一種簡單、輕便、快捷、高效的處理卡（埋）鉆事故設(shè)備，就能很好地解決這個技術(shù)難題，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

2 研究內(nèi)容

設(shè)計研制一種大能量、高行程、省時省力的質(zhì)量錘快速敲打加速器。應(yīng)用于巖芯鉆探、工程勘察、樁基施工領(lǐng)域，并申請一項國家發(fā)明專利。

3 工藝原理

地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器工作原理就是在主卷揚和吊錘之間加裝質(zhì)量加速器，通過橫式雙排多滑輪和多股鋼絲繩之間速度的的轉(zhuǎn)換，增加升降機的荷載來加快吊錘的起落速度，完成吊錘提打和沖打故障的目的。

3.1 工藝方法

用提引器將質(zhì)量加速器上部掛牢，下部接事故鉆具，鋼絲繩連接吊錘，調(diào)試完成后試運行幾次安全可靠暨安裝完成。

拉動卷揚提引器帶動上連接管向上運動，上連接管通過滑輪組帶動下連接管運動，橫式滑輪組通過鋼絲繩帶動吊錘向上做高速運動，吊錘則以提拉桿多倍的速度和移動距離而升降，達到解卡鉆桿套管的目的?？刂粕禉C的速度和提拉高度，便可選擇所需要的沖程和沖擊功。見圖1～圖4。

3.2 具體實施方案

使用方法：地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器主要由提拉接頭、上容納管、下容納管、滑輪組、軸承，行程架、鉆桿接頭、光園粗鋼筋、鋼絲繩、吊錘等組成。每根軸分別固定6個軸承和6個滑輪，分別安裝在上下容納管，然后用行程架連接固定。上容納管與橫軸通過光園粗鋼筋焊接連接，然后利用提拉接頭連接到鉆機升降機。下容納管與鉆桿接頭通過光園粗鋼筋焊接連接，然后連接到事故鉆具接頭。上下容納管通過鋼絲繩與串聯(lián)滑輪組連接，最終鋼絲繩從容納管出口引出，穿過導(dǎo)向滑輪，最后與吊錘連接。

圖1 質(zhì)量加速器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 上連接管示意圖

圖3 下連接管示意圖

圖4 行程架示意圖

4 生產(chǎn)應(yīng)用實例及效果——湖北省大冶市張福地區(qū)鐵（銅）礦鉆探普查項目

4.1 項目概況

項目礦區(qū)位于黃石市大冶城區(qū)北西約25km，礦區(qū)周邊有多個小礦山企業(yè)在開采，經(jīng)過多方打探確定周邊還沒有施工過孔深超過500m的鉆孔，由于是位于構(gòu)造帶上，區(qū)內(nèi)巖漿巖活動強烈，地層極為復(fù)雜。曾有多只隊伍在此施工都沒有達到地質(zhì)找礦要求無功而返。此次設(shè)計900m孔深鉆孔就是要徹底摸清此區(qū)域內(nèi)地層構(gòu)造和成礦條件。

4.2 地層簡介（表1）

表1 地層簡述

4.3 主要施工難點

該區(qū)域礦層埋藏較深，巖芯較破碎，漏水、垮孔、掉鉆、卡鉆、埋鉆事故經(jīng)常發(fā)生，一次處理不善就可能導(dǎo)致廢孔。為了能順利穿過復(fù)雜地層孔段需要多級技術(shù)套管護壁。

4.4 主要施工方法

設(shè)備選用1000m鉆機，BW-250型泥漿泵，S96、S76型繩索取芯鉆桿鉆具，其它配套普通鉆桿鉆具。設(shè)計鉆探技術(shù)方法見表2。設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)見圖5。

表2 設(shè)計鉆探技術(shù)方法

圖5 設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

4.5 實際施工情況

該鉆孔選用?130mm普鉆開孔，鉆穿40m覆蓋層后下入?127mm表層技術(shù)套管；換?110mm普鉆鉆進，鉆進至80m時遇破碎帶，漏水嚴重，封孔穿過破碎帶鉆進至150m位置時下入?108mm技術(shù)套管；改用?96mm繩索取芯鉆進，在鉆進至380m位置時，遇到強風(fēng)化矽卡巖，漏水、垮孔多次發(fā)生，在鉆進至395m位置時突發(fā)埋鉆事故，強力提拔沒有效果，打吊錘多次打斷鋼絲繩也沒有成功。為了能順利拔出鉆桿減小事故損失，公司技術(shù)總工親臨現(xiàn)場帶領(lǐng)現(xiàn)場技術(shù)施工人員研究討論處理事故辦法，根據(jù)以往地質(zhì)隊處理此類事故的方法和物理學(xué)滑輪組省力原理，設(shè)計研制了地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器。

5 地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器結(jié)構(gòu)特點

結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、體積小、沖擊力大、安全可靠、制造簡單。

節(jié)省人力，在處理孔內(nèi)事故過程中，只需一人操作升降機即可。

6 地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器綜合使用效果

使用地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器，耗時1h順利打松了鉆桿，孔內(nèi)鉆桿全部取出，順利地處理了此次埋鉆事故，達到了預(yù)期的設(shè)計使用目的。

該鉆孔在施工過程中使用了3層技術(shù)套管，最深套管下到了465m，整個工期持續(xù)了5個月，由于地層復(fù)雜，套管深，工期長。最后?89mm技術(shù)套管無法拔動，按以前的施工方法：先強力提拔，再用反絲鉆桿反，最后下切割片切，這幾種方法費時費力，效率極其低下，最后絕大部分套管都無法取出，造成很大的材料浪費。此次我們使用地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器很快地打松了套管，所有套管一次性取出，沒有一根浪費。

地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器在該礦區(qū)的使用，大大縮短了施工工期，減少了套管、鉆桿等材料的浪費，節(jié)約了大量的人力和物力。取得了很好地經(jīng)濟效果和社會效益。2011～2013年使用吊錘加速器施工鉆孔情況見表3。

表3 2011～2013年使用吊錘加速器施工鉆孔情況表

7 地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器和常規(guī)打吊錘方法對比優(yōu)勢

省時：使用地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器打松套管一般只需要30min；而同樣的情況使用常規(guī)打吊錘的方法短則需要幾個小時，長則需要2個班以上。

省力：使用地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器只需要一人操作，稍微快速拉動手柄即可；而常規(guī)打吊錘需要幾班人馬輪班操作，要強力高速拉動手柄才有效果。

高效：使用地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器處理卡埋鉆事故，拔套管成功率達到85%以上；使用常規(guī)打吊錘方法處理事故成功率不足60%。

安全：地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器靠的是動能轉(zhuǎn)化，對設(shè)備損壞程度小，對操作人員危害性低；而常規(guī)打吊錘經(jīng)常會打斷鋼絲繩，對設(shè)備損壞程度大，對操作人員危害性高。

8 地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器使用的好處

降低了生產(chǎn)人員的勞動強度，提高了操作工人處理事故的信心。

加快了生產(chǎn)進度及降低了施工周期，既提高了工人績效收入水平，又大大提高了業(yè)主和用戶的滿意度。

該設(shè)備適合野外作業(yè)，不受地理條件限制。轉(zhuǎn)運方便，設(shè)備小而輕，總重不超過40kg，可搬可抬。

地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器處理事故成功率高，常規(guī)的卡埋鉆和起拔套管遇阻事故都能快速的處理，能最大限度的減少經(jīng)濟損失。

質(zhì)量加速器已獲得國家新型使用專利，專利號201320336569.6。

9 地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器的應(yīng)用范圍

地質(zhì)鉆探卡(埋)鉆質(zhì)量加速器主要應(yīng)用于地質(zhì)巖芯鉆探、工程勘察、石油鉆探等卡埋鉆事故和起拔套管。還可推廣應(yīng)用于水文水井換井管、工程鉆孔灌注樁灌注砼時導(dǎo)管吸卡埋管事故等工程類卡點起拔作業(yè)領(lǐng)域。應(yīng)用前景廣闊。

10 結(jié)論

地質(zhì)鉆探卡（埋）鉆質(zhì)量加速器的研制成功，創(chuàng)造性地解決了生產(chǎn)過程中的卡（埋）事故，有效提高了處理事故效率，無形之中節(jié)約了生產(chǎn)成本，特別在起拔套管過程中，運用質(zhì)量加速器打吊錘，能大大提高套管綜合回收率，由普通回收率60%提高至85%以上，具有較好的經(jīng)濟效益。

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1004-5716(2015)11-0035-05

2014-11-05

2014-11-17

方波（1987-），男（漢族），湖北黃岡人，助理工程師，現(xiàn)從事巖芯鉆探技術(shù)研究、生產(chǎn)管理工作。