刘秀美;李小洋;孙建华
【摘 要】针对地质钻探液动冲击回转钻进适用条件、钻探设备配置要求、冲洗液与现场维护、相关新产品研发等方面提出了一些认识和建议.文章认为,当前地质钻探装备条件的改善,冲洗液性能、质量和固相控制(净化)工作的强化,有利地支撑了液动冲击回转钻进技术的推广应用,小直径金刚石绳索取心液动冲击回转钻进已经成为应用最为广泛的液动冲击回转钻进工艺.对原地质矿产标准枟液动冲击回转钻探技术规程枠(DZ/T 0053—93)进行修订,是推动目前我国液动冲击回转钻进技术发展的举措之一.今后,还应加强新型高能液动潜孔锤研发和示范应用,研究优化大直径、全面钻进工艺.
【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》
【年(卷),期】2017(044)004
【总页数】5页(P31-35)
【关键词】地质钻探;技术标准;液动潜孔锤;液动冲击回转钻进
【作 者】刘秀美;李小洋;孙建华
【作者单位】中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊065000;中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊065000;中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊065000
【正文语种】中 文
【中图分类】dibaseP634.5+6
液动冲击回转钻进(hydro-percussive rotary drilling)是液动潜孔冲击器连续冲击与钻头回转相结合的“复合”钻进方法。该方法于19世纪初发端于欧洲，20世纪70—80年代曾在苏联大量推广应用。我国原地质部勘探技术研究所于1958年开始研究液动冲击回转钻进技术，70—80年代得到快速发展，逐步成为有中国特、领先世界的先进钻探技术。与常规回转钻进方法相比，冲击回转钻进具有机械钻速高、回次进尺长、钻探质量较好等优点。在坚硬、致密的“打滑”岩层应用液动冲击回转钻进，可缓解金刚石钻头“打滑”问题；在因地层因素发生钻孔弯曲的钻孔中应用，特定情况下具有一定的减斜效果。
自2015年1月开始，中国地质科学院勘探技术研究所邀请吉林大学、山东省第三地质矿产
勘查院、河南省深部探矿工程技术研究中心、福建省第八地质大队等单位的钻探技术专家，共同对20世纪80年代中期制定的原地质矿产标准《液动冲击回转钻探技术规程(DZ/T 0053—93)》进行修订。经过近2年的努力，标准编写组基本完成了规程(送审稿)及编制说明文件。新规程(标准)说明和规定了液动冲击回转钻进技术的适用条件、液动冲击器技术性能、钻探设备与附属装置配置、金刚石(绳索取心)冲击回转钻进工艺、硬质合金冲击回转钻进工艺、冲洗液与现场维护、液动冲击器故障排除以及孔内事故预防处理等方面的工作要求和技术规则，适用于地质岩心钻探、水文地质钻探、科学钻探及其他钻探工程领域。
在标准编纂过程中，笔者先后参与调研了多家地质钻探施工单位，特别是与受邀单位的钻探专家合作，获益匪浅。两年的调研、讨论、交流，对地质钻探液动冲击回转钻进技术现状有了较为全面的认识，亦有一些收获。本文结合我国目前地质钻探技术经济条件和野外管理体制变化，针对液动冲击回转钻进技术的适用条件、钻探设备配置要求、冲洗液与现场维护、未来相关新产品研发等方面进行总结分析，提出一些认识和建议，期望对推动目前我国液动冲击回转钻进技术发展和应用有所助益。
2.1 液动冲击器类型
液动冲击器(hydro-percussive tool)是一种以冲洗液驱动冲锤往复运动产生轴向冲击作用的孔底装置，亦称为液动潜孔锤、液动锤(hydro-hammer)。
国内应用过的液动冲击器类型多样，按照作用原理分为阀式正作用液动冲击器、阀式反作用液动冲击器、阀式双作用液动冲击器。阀式双作用液动冲击器主要有压差式、射流式、射吸式和复合式等类型；液动冲击器可与绳索取心钻具配套组成金刚石绳索取心液动冲击器；另有用于反循环钻探的贯通式液动冲击器。
目前，液动冲击回转钻进主要有金刚石(复合片)钻进、硬质合金钻进、牙轮钻头钻进以及绳索取心钻进等工艺方法。
2.2 应用条件变化
与20世纪液动冲击回转钻进大规模推广应用时期相比，近年来我国地质钻探技术经济条件和野外管理体制发生了重大变化，这种变化亦导致了液动冲击回转钻进应用方面发生相应改变。
(1)硬质合金钻进占比逐步萎缩。人造金刚石制造技术发展迅速，金刚石品级提高，成本大
幅下降；而同期硬质合金制造技术和成本变化不大。加之硬质合金与金刚石混合钻进有明显的危害性，很多基层钻探单位明文禁止，故此硬质合金钻进占比逐年降低，硬质合金钻进应用的地层范围亦逐步收窄。因此根据实际情况，新标准将原标准和《地质岩心钻探规程(DZ/T 0227—2010)》规定的“硬质合金液动冲击回转钻进适合于可钻性级别5～6级和部分7级岩层”修改为“硬质合金液动冲击回转钻进适用于可钻性级别4～7级岩层”。
(2)金刚石(复合片)钻头的应用范围扩大。据此，新标准将“金刚石液动冲击回转钻进适用于可钻性级别6～12级”修改为“金刚石液动冲击回转钻进适用于可钻性级别4～12级岩层”。同时建议，液动冲击回转钻进宜使用人造孕镶金刚石钻头和硬质合金钻头，以及专门设计的金刚石复合片钻头和表镶金刚石钻头等。
(3)目前，液动冲击回转钻进适用钻孔深度主要取决于泥浆泵额定工作压力以及钻柱的耐压和密封性能等。近年来，钻柱制造质量、泥浆泵输出指标、液动冲击器(潜孔锤)性能明显改善。地质钻探液动冲击回转钻进深度不断增加，目前记录为4006.17 m(山东省莱州市黄金矿区，2013年5月终孔)。
(4)液动冲击回转应用范围扩大，特别是在重大深部科学钻探工程得到示范应用。目前，液
动冲击回转钻进一般以取心钻进为主，亦可全面钻进；钻孔口径范围为60～311 mm，但主要以小口径绳索取心液动冲击回转钻进为主，金属矿产勘查钻探领域应用较多。
(5)20世纪70—80年代，机台定员较多，实施“三班倒”或者“四班三倒”制，且有现场技术员，因此实施上级钻探技术和管理部门建议“适合条件的地层应积极采用液动冲击回转钻探”的条件较好。但近年来，随着人力成本大幅提升，钻探设备机械化、自动化程度提高，野外钻探机台现场人员明显减少，有的钻探机台每班只有3人。个别机台应用液动冲击器往往手忙脚乱、力不从心，导致技术效果不够理想。电磁悬浮
猪食槽
(6)在大多数情况下，技术效果和经济效果是一致的，但是有时也可能出现背离。由于研发投入大、性能不断改进、可靠性提高，液动冲击器等孔底动力机具价格较高，如现场管理不佳，钻进规程参数不合理，极有可能出现总成本不降、经济效果不如预期的情况。
(7)液动冲击回转钻进与空气潜孔锤钻进相比，碎岩机理有根本区别，二者的钻进效率亦有很大差别。但是空气潜孔锤钻进需要配置大功率空压机，钻进深度明显低于液动冲击回转钻进，因此很多遇到坚硬地层的钻探施工人员希望采用高能液动冲击器。国内大学、科研机构正在致力于这方面的研发，并在实验室取得了重大技术突破，不过应用于钻探现场还
尚需时日。
汽车储物箱2.3 工艺适应性
遥控飞机制作消息推送服务由于各种原因，我国地质钻探现场使用的金刚石钻头质量、性能与国外相比仍有一定差距，取心钻具专业化制造水平亦有待提高。因此根据目前具体情况，新的标准提出钻遇下列地层，采用液动冲击回转钻进工艺，经济和技术效果更加突出：
(1)岩心堵塞现象严重，回次进尺短，机械钻速低的较破碎地层；
(2)坚硬、致密，研磨性弱的“打滑”地层；
(3)部分强研磨性地层；
(4)易发生钻孔弯曲的地层。
2.4 工艺局限性
任何钻进方法和工艺都有其针对性、适应性，亦有其局限性，液动冲击回转钻进方法不可
能例外。因此，新标准提出了遇下列情况，在应用液动冲击回转钻进时，应采取有效配套技术措施，或临时换用普通回转钻进工艺：
(1)地层自然造浆，冲洗液粘度过高导致泥浆泵压力过高；
(2)局部孔段地层不稳定，孔壁坍塌严重，尚未采取护壁措施；
(3)易发生岩心冲蚀的松软和水敏地层，岩心采取质量达不到要求；
(4)冲洗液含砂量过高且暂时无有效的净化措施；
(5)冲洗液中添加了惰性堵漏材料、漂珠等尺寸较大的固相颗粒。
20世纪70—80年代推广液动冲击回转钻进技术时，针对当时地质钻探装备相对落后、功能不够完善等问题，有的单位还对钻机进行了改造，原标准亦提出了一些具体要求。
目前应用液动冲击回转钻进技术，对钻探设备的特殊要求越来越少。新的标准主要有“应选择转速调节范围较大、钻压控制精度较高的岩心钻机。进行硬质合金液动冲击回转钻进时，钻机的最低转速不高于40 r/min”；“选择泵压较大(4～6 MPa)、泵量可调的泥浆泵；泥
浆泵应配抗震压力表”；“施工机台应配备旋流除砂器、离心机等固相控制设备”等等。这些要求目前多已具备，因其中的要求已经不仅是为了满足液动冲击回转工艺需要，同时也是深孔地质钻探安全施工的必要条件。
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