關(guān)于工程勘探鉆機和鉆具升級的分析研究

董少輝

摘 要：勘探事業(yè)的不斷發(fā)展，鉆機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越深的礦床和深遠地區(qū)，對于鉆機的要求也就越來越高。

關(guān)鍵詞：工程勘探；鉆機；鉆具；升級

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

0 引言

本文根據(jù)美國寶長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)會上展出的最新產(chǎn)品作為參考，逐步探討鉆具鉆機需要的升級。我國幅員遼闊，不同地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況存在較大差異，雖然實際工程勘探過程中鉆孔深度并不深，但是整個鉆探過程比較復(fù)雜，因此必須使用多功能、穩(wěn)定性較高的鉆機。當(dāng)前，市場上的鉆機具有靜壓、振動、沖擊、回轉(zhuǎn)等功能，還有一些鉆機可以回轉(zhuǎn)振動鉆進或者沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，極大地提高了鉆機運行效率，特別需要注意的是液壓振動器和鉆機的配合，可以快速、準(zhǔn)確地鉆進堅硬的砂卵石地層中，這種振動機在高速運轉(zhuǎn)狀況下形成較大的離心力，實現(xiàn)高頻振動，在垂直方向上產(chǎn)生激振力，從而推動鉆機快速鉆進，并且還可以隨時調(diào)整馬達旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向，利用其自身的錘擊結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)振動器的上下振動，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

美國寶長年公司在加拿大勘探開發(fā)者協(xié)會上推出的最新研制的SC11飛運式輕便鉆機。在國內(nèi)的鉆具鉆機的升級過程中，我們應(yīng)該參考SC11鉆機的主要特點進行全面的升級。

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

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

（3）動力強。SC11鉆機集成了多種鉆機的優(yōu)勢，在很多相同型號的鉆機中，這種鉆機設(shè)計了PQ大直徑鉆桿，可以快速飛轉(zhuǎn)鉆進，在實際應(yīng)用中可以達到1500m左右的鉆進深度。

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

2 金剛石鉆頭

在實際的工程勘探中，鉆探公司主要關(guān)注鉆探設(shè)備的運行效率和巖心多少，因此越來越多的鉆探公司不斷尋找使用壽命長、鉆進穩(wěn)定性高的鉆頭，降低鉆頭消耗費用，當(dāng)前瑞典阿特拉斯.科普柯公司推出的Excore金剛石鉆頭，可以實現(xiàn)在任何地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的快速鉆進，并且鉆進壓力始終保持穩(wěn)定，因此不需要盲目地增加鉆進壓力，可以合理控制鉆進速度，獲得良好的鉆進效果。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為其具有以下幾個特性：

（1）適用性強。普通鉆具在進行直孔鉆進時，需要降低鉆進壓力，當(dāng)鉆進堅硬巖層過程中，再適當(dāng)升高鉆進壓力，加快鉆進速度，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)，有效簡化了鉆進工藝，保障了鉆進質(zhì)量。

（2）效率高。Excore金剛石鉆頭非常堅硬，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金剛石鉆頭的鉆進速度提高了70%以上，即使在非常堅硬的巖層中，可以以低鉆壓狀態(tài)持續(xù)、穩(wěn)定地進行鉆進。

（3）使用壽命長。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較長，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5～8年，并且可以有效減少鉆桿的起下時間和次數(shù)，降低其損壞程度。

3 我國工程勘探鉆具的升級

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

（2）鉆機有較強的適應(yīng)力和動力。在鉆機的的升級中需要將鉆機的適應(yīng)力進一步加強，而且可以方便的組裝運輸，針對不同的環(huán)境可以使用多種形式進行施工作業(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，所以對于地質(zhì)較強硬的地域就需要鉆機的動能功率要大。

（3）鉆機的安全性能要強。對于場地施工，工作人員的安全需要拜訪在第一位，所以對于鉆機的設(shè)計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，以保護在附近的操作人員免受鉆桿落下時的傷害。

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

4 總結(jié)

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

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