液动锤WL钻探技术优化组合应用 气动锤RC钻探方法

1.钻孔选择

ZK103孔是310机台在该矿区施工的第二个孔，与第一个孔ZK301相距不足500m，地层条件和施工条件基本相同。该孔自405m以深为赤铁矿，可钻性11～12级，因此，选择 ZK103孔自513m开始进行试验应用，这样可更好地进试验对比。

2.钻机、钻具配套

钻机XY-6，钻具S75（加强型），泥浆泵BW250，SYZX75型液动锤WL。

3.钻进试验结果对比分析（表9-23、图9-33、图9-34）

将同一钻孔中不同孔段进行对比，液动锤WL比常规WL平均时效提高87.3％，平均钻头寿命提高158％。

将不同钻孔的相同孔段作对比，液动锤WL比常规WL平均时效提高37.3％，平均钻头寿命提高81.9％。

综合两个孔的情况可以看出，采用液动锤WL钻探技术，可有效克服坚硬打滑地层钻进难题，明显提高钻进效率，大幅度提高钻头寿命。两个孔试验孔段，常规WL平均时效、钻头寿命分别为0.73m和9.38m，综合对比，液动锤WL平均时效和钻头寿命分别比常规 WL提高41.9％和88.8％，在坚硬打滑地层深孔钻探中应用将更有意义。

表9-23 液动锤WL与常规WL在坚硬打滑地层施工情况对比

图9-33 液动锤WL与常规WL钻进时效对比图

图9-34 液动锤WL与常规WL钻进钻头寿命对比图

液动锤WL钻探方法~

液动锤WL钻探方法是液动锤与金刚石WL方法结合形成的又一组合钻探方法（图 6-5）。因此，常规金刚石WL钻探技术的最大优点是不提钻取心，可以大大减少提钻次数，减少辅助时间，提高钻探施工效率。这一特点对深孔钻探非常重要。

图6-5 液动锤WL钻具结构示意图

但是当地层破碎时，由于会经常发生岩心堵塞，被迫停钻打捞岩心，甚至提钻进行处 理，使打捞岩心和提下钻次数增多，辅助时间明显增加，影响钻探施工效率。特别是当地 层坚硬、可钻性高时，钻头寿命会大大缩短，由通常地层情况下的几十米甚至几百米，减 少至十几米甚至只有几米，这样就会大大增加提下钻次数（不提钻换钻头除外），大幅度 增加辅助时间，严重影响钻探施工效率，WL钻探技术优势难以发挥，这对深孔钻探影响 会更加明显。
将WL钻探技术与液动锤冲击钻进技术结合，形成液动锤WL钻探技术优化组合，实现冲击回转钻进，使岩心与岩心管之间一直保持相对活动状态，很大程度避免了岩心的卡堵 现象，延长了回次进尺，减少了打捞岩心和提大钻的次数，减少了辅助时间。液动锤WL 冲击回转钻进碎岩效率高，能有效提高机械钻速，还能减轻金刚石钻头的磨损，延长钻头 寿命，从而减少提下钻次数及辅助时间。
该方法将二者有机结合，起到了相辅相成、相得益彰的作用，使二者的优势得到了充分发挥，除具有液动锤提钻取心方法的上述六大优点外，还具有更加突出的优势，尤其对 深孔钻探更加有利。
（1）WL钻探（不提钻取心）的优势将液动锤高钻速的优点发挥到极致。液动锤钻进 效率高，但如果是提钻取心，则减少了纯钻进时间利用率，液动锤钻进的这一突出优势就 难以发挥。而WL钻探，不必提钻取心，大大增加了纯钻进时间利用率。
（2）液动锤减少岩心堵塞的优点使WL钻探提钻次数少的优势更加突出。WL钻探的最大优势是不提钻取心，提钻次数少，但若在破碎地层钻进，由于岩心堵塞而增加打捞内管次数甚至打捞内管失败，不得不进行提钻，这就影响了WL钻进优势的发挥，而液动锤可 有效减少岩心堵塞，不仅减少了打捞岩心的次数，而且大大减少了提下钻次数。
（3）液动锤还能有效延长钻头寿命，这同样对减少提下钻次数有利，可有效减少辅助 时间，提高深孔钻探效率，同时还能降低钻探成本。

（一）气动锤RC钻探方法概述
对于深部找矿钻探中上部中硬以上基岩地层可采用该方法。目前地质勘探多采用压缩空气作循环介质的气动潜孔锤RC钻进。
气动锤RC钻进是利用压缩空气驱动孔底潜孔锤冲击碎岩，同时将破碎下来的岩屑通 过双壁钻杆中心通孔以RC的方式连续排出孔外，实现了无须提出孔内任何钻具和钻杆，就可获得所需的地质样品（岩样），并可随时了解所钻进的地层情况。
气动锤RC主要有两种类型：常规气动锤RC和贯通式气动锤RC（图6-17）。常规气动锤RC在一般硬岩地层中均可使用，只是在破碎不稳定地层不太适用。贯通式气动锤RC消除了普通气动锤进行RC钻进时存在“局部正循环”的缺点，真正实现了全孔RC钻进，这 样不仅避免了岩样的机械混杂，还可以实现“取心”钻进，提高RC钻探取样（心）的质 量［29，43-57］（图6-18）。

图6-17 常规气动锤RC式和贯通式气动锤RC对比示意图


图6-18 贯通式气动锤RC钻探示意图

气动锤RC钻进同时拥有冲击碎岩和RC排渣两种高效优势，具有以下特点［53～57］：
（1）压缩空气既作为循环介质，又作为冲击碎岩的动力源；
（2）碎岩方式由冲击体积破碎代替了磨削或切削破碎，钻进效率大大提高，可达到传统取心钻进效率的3～10倍；
（3）冲洗介质循环方式由RC代替了传统的正循环，提高了排屑效率；
（4）地质样品由岩屑代替了传统的柱状岩心，样品采取率高（100％）；
（5）连续“实时”取样，判层及时准确；
（6）在干旱缺水、严寒地区施工更有优势；
（7）在破碎、漏失等复杂地层中钻进同样具有高效、高采取率的优势；
（8）施工成本低，一般可降低1/2～2/3。
气动锤RC连续取样（心）钻探效率高，成本低，优势突出，在欧、美及澳大利亚等 国家地质勘探阶段已得到较广泛的应用。澳大利亚采用RC钻探方法完成的地质找矿钻探工作量的比例已超过总工作量的80％，最大孔深已超过700m；美国、东南亚和非洲分别接 近80％、60％和30％。我国由于地质找矿传统观念的束缚和分析测试技术的影响，取样分 析测试方法没有规范可依，还不能被地质界所接受，因而目前应用较少，只有国外来华投 资公司才主动提出采用RC钻探法。
例如：2006年，澳大利亚瑞翔公司在黑龙江黑河增光岩金矿区勘探，要求采用气动锤 RC钻探技术，由勘探技术研究所和黑龙江地质矿产勘查总院合作承担，在设备不十分配套及操作不太熟练的情况下，完成取样钻探工作量约14344m，国产钻机完成进尺10584m，前期平均台月效率2574m，设备配套较完善及操作较熟练后，平均台月效率达4039m；日 最高进尺达240m，最高时效达40m；采用RC钻探技术施工，每米成本仅为本矿区采用常 规WL钻探方法的1/3～1/4，仅本次采用RC钻探法完成的钻探工作量就可节省钻探费用300 多万元［29，57］。
大量国内外钻探生产实践证明，RC钻探技术具有施工效率高、成本低的显著特点，可有效缩短找矿勘探周期，并且在多数情况下完全可以满足地质找矿的目的要求。从RC钻探技术的工作原理及钻探效率看，该项钻探技术符合我国正在实施的节约型经济及节能 降耗的战略方针。我国地质矿产主管部门和地质工作者应尽快转变观点，跟上世界找矿先 进分析测试技术发展的步伐，大力推广应用RC钻探技术。
当然，该项技术目前应用深度受空压机和双壁钻杆额定压力的制约，应用深度还有限，还不能满足深孔钻探要求，但是在深孔钻探的上部孔段可采用。
（二）应用气动锤RC的前提条件
应用液动锤RC钻探技术与前述情况不同。该组合是指将这两种技术分别在同一深孔钻探中应用。在同一个矿区多个深孔的情况下，若开孔或很浅孔段即为基岩，可将气动锤 RC和WL钻探技术分别用于同一深孔的浅孔段和深孔段（地质设计允许），以充分发挥两 种技术的优势，尤其是发挥气动锤RC钻进速度快的优势，达到提高效率、缩短工期、降 低成本的目的。
（三）应用气动锤RC技术经济分析
譬如，辽宁本溪思山岭铁矿区，按24个深孔（1200～2200m），35940m钻探工作量计算。假设每个孔上部600m采用气动锤RC钻探施工，下部则采用WL施工，所用时间情况见表6-6。
表6-6 本溪铁矿思山岭矿区WL和气动锤RC组合使用前后钻探总时间一览表


续表


从表6-6可知，仅上部采用气动锤RC钻探技术，该矿区共可节约时间22512h，合938d（没考虑因更换设备工艺所耽误的时间）。
实际上，如果全孔采用WL钻探方法，若配备10台钻机，约需要370d完成。若配备2台 气动锤RC钻机专门施工上部600m，下部换用WL，配备8台常规钻机施工，经过科学合理 调度，同样数量钻机可以276d完成。
假设采用WL钻探，上部600m每米成本为450元。若采用上述钻探技术优化组合方案施工，该矿区24个深孔共可节约成本：0.045×1/2×600×24＝324万元。

深孔钻探方法概况
答：如无泵RC、喷射RC；有的受方法自身特 点的限制，难以适应深孔钻探，如空气取心钻探等。目前，技术方法较成熟、可用于深孔 岩心钻探的钻探方法及其组合钻探方法主要有：提钻取心钻探、WL钻探、液动锤提钻取 心钻探、液动锤WL钻探和不提钻换钻头钻探等，其碎岩工具主要是金刚石钻头。

液动锤国内外研究现状
答：美国潘美石油公司(Pan American Petroleum Co)曾研制过两种尺寸的液动潜孔锤并作过一些试验,主要计划将其运用于石油天然气钻探,其代表为正作用的巴辛格尔液动锤(液动锤的外径为178mm和279mm),上述液动锤均由于无法适应上述钻井领域泥浆环境而停止研究;原苏联钻井技术研究所曾研制BBO 5A反作用型液动锤并用直径145...

液动锤技术方案研究
答：液动潜孔锤冲击回转钻探技术就其理论和实际应用效果来说,是深孔钻进的一种高效技术,但是在如此大直径的深孔应用中还需要作大量的工作。前述的各个参数的选择还需要在实际应用过程中不断的探索完善,所提供的数据仅供参照。 3.2.3 应解决的关键技术 到目前为止,大口径液动锤技术研究应用尚在完善阶段。根据以往的...

技术方法研究与应用
答：(一)SYZX系列绳索取心液动锤的应用及其钻进工艺优化 冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上,以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。SYZX75、95型绳索取心液动锤将绳索取心和液动锤两大钻进优势技术结合形成的一种新钻进方法,是中国地质科学院勘探技术研究所研发的、具有国际领先水平的钻探科技新...

各种钻探方法综合对比
答：（1）各种取心钻探方法对深孔钻探的适应性不同。各种取心钻探方法所采用的钻具有所不同，因而其成本投入有一定差别，但是这种差别较小，相对于完成的大量钻探工作量 而言，差别更小，因此，一种方法适不适应深孔钻探，主要体现在其钻探效率和其技术特 点与优势。液动锤WL钻探取心方法效率最高，切能...

各种传统钻探方法及适用条件
答：但是螺旋钻对孔底扰动很小，钻到预定深度，利用适当的取土器可以取得不扰动土样，因此该类钻探与取样技术结合，用于工程场地勘察的技术孔钻探，在黄土类场地中被广泛应用。用该方法进行滑坡钻探，也存在很大困难。首先得用螺旋钻头钻至预估的滑动面附近，再用取土器连续静压或锤击取得原状土样，用来鉴定...

大陆科学钻探概述
答：促进我国钻探工程技术和相关领域的发展。促进我国钻探技术的发展,其技术成果将使众多的钻探应用领域迅速赶...(终孔直径不小于156mm)金刚石绳索取心钻进技术体系;使独具中国特色的液动锤钻进技术更加完善,进一步...研究与开发新型的以绳索取心为基础的组合式取心钻进系统,如孔底马达/绳索取心二合一钻具、液动锤/...

深孔钻探关键技术研究的思路与方法
答：2）优化、集成地应用先进、成熟的钻探技术。全面收集、消化和吸收前人研究成果，通过综合应用国内外先进、成熟的钻探技术，以优化的理念开展深孔钻探关键技术研究，产出深孔钻探技术优化组合的创新性成果。3）贯彻产学研相结合的理念。通过调配大学毕业生和优秀钻探工人参加课题研究，适时开展学术活动和召开现场...

深部找矿钻探面临的主要问题
答：2.深孔钻探方法选择问题 目前，可用于固体矿产钻探的技术方法主要有：金刚石WL钻探、液动锤冲击回转钻探、气动锤RC钻探及其复合钻探方法等，各有各自的技术特点和优势。哪种钻探方法更 适合进行深孔钻探？又该如何针对生产实际选择应用？3.深孔钻探钻孔弯曲控制问题 进行深孔钻探时，钻遇易造斜复杂地层...

钻进技术及装备
答：勘探所研发的螺杆马达液动锤金刚石取心钻探技术系统用于硬岩深井取心，钻进具有机械钻速高、回次进尺长、取心效果好、钻柱磨损轻微、功耗低以及钻柱对井壁扰动小等优点，是一项新型的组合式取心钻探技术，属世界首创，达到国际领先水平。(2)反循环取样钻进技术及装备 瑞典Atlas Copco公司提供的资料显示，...