◎  中國地質(zhì)調(diào)查局勘探技術研究所 王躍偉 劉秀美

　　液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術簡介

　　沖擊回轉(zhuǎn)鉆進是在鉆頭已承受一定靜載荷的基礎上，以縱向沖擊力和回轉(zhuǎn)切削力共同破碎巖石的鉆進方法。與常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進相比，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進只要用較小的鉆壓，便可以達到破碎堅硬巖石的效果。根據(jù)工作介質(zhì)不同，通常分為氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進和液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進。

　　YZX系列液動錘結(jié)構示意圖

　　液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術的核心機具是液動潛孔錘（又稱液動沖擊器，簡稱液動錘）。該技術具有機械鉆速高、回次進尺長、鉆頭壽命長、鉆孔質(zhì)量好、孔內(nèi)事故少、鉆進效率高、應用范圍廣等優(yōu)點。

　　中國地質(zhì)調(diào)查局勘探技術所于1958年最早在我國開展液動潛孔錘研究，經(jīng)過多年不懈努力研制出YZ正作用系列、YS雙作用系列、YQ復合作用系列以及SSC繩索取心液動錘系列產(chǎn)品。這項技術大部分用于小口徑巖心鉆探，取得較好的使用效果。

　　20世紀90年代以后，勘探技術所根據(jù)國內(nèi)外鉆探設備研究發(fā)展趨勢，注重開展大沖擊功液動錘的研究，并于1997年成功研制出一種新型的YZX127液動錘。該液動錘具有沖擊功大、能量利用率高等優(yōu)點。在中國大陸科學鉆探工程初期應用后對該沖擊器進行了進一步完善，提高了工作穩(wěn)定性和對沖洗液的適應性，并在大陸科學鉆探工程實施中發(fā)揮了重要作用。該系列液動錘鉆具目前已得到廣泛應用，并得到廣大地質(zhì)鉆探工作者的肯定。

　　2007年，勘探技術所在YZX系列液動錘基礎上成功研制出SYZX系列繩索取心液動錘，堅硬“打滑”地層應用優(yōu)勢明顯。經(jīng)過十多年的改進和完善，該項技術目前在地質(zhì)鉆探領域獲得了非常廣泛的推廣和應用。

　　YZX130液動錘

　　在WFSD-4孔中的應用

　　汶川地震斷裂帶科學鉆探四號孔（WFSD-4）位于四川省平武縣南壩鎮(zhèn)境內(nèi)，鉆遇地層主要為變質(zhì)巖地層。

　　YZX130液動錘在WFSD-4孔中累計下井70余回次，總進尺340多米，其中在上部較堅硬、破碎的板巖和變質(zhì)砂巖地層應用效果良好，采用YZX130液動錘+螺桿鉆具組合鉆進的機械鉆速，較單純采用螺桿鉆具提高70%以上，回次進尺提高40%以上。尤其在二開和三開上部取心鉆進中，巖性較為脆硬，效果非常顯著，利用液動錘鉆進機械鉆速分別提高78.65%和89.77%。液動錘在三開下部塑性較高的破碎地層應用中，機械鉆速和回次進尺也有一定程度提高，但相比之前的應用效果稍差。

　　總體上看，采用液動錘鉆進與普通鉆進相比，機械鉆速和回次進尺均有一定提高，在脆硬性地層應用效果則更為顯著。

　　YZX130液動錘在汶川科鉆四號孔應用

　　YZX130液動錘

　　在溫泉某地熱井中的應用

　　該井位于遼寧省大連市旅順口區(qū)，設計孔深3000m，終孔孔徑152mm。工程在施工過程中，上部覆蓋層較淺，過了覆蓋層后鉆遇巖層非常堅硬，硬度在7級以上，研磨性強，多為石英砂巖，石英含量很高，進尺極其緩慢，鉆頭磨損快，壽命短。

　　YZX130液動錘在溫泉某地熱井中應用

　　YZX130液動錘在該井鉆至2092.30m后得到應用，進尺400多米，均是在硬度7級以上、強研磨性的石英砂巖地層。采用液動錘鉆進前，自2027.69m至2092.30m孔段共用了3只鉆頭，純鉆時間191h，平均機械鉆速0.34m/h，平均鉆頭壽命21.5m。YZX130液動錘應用后的第一個回次鉆頭壽命提高至42.8m，平均機械鉆速提高至0.9m/h。將2000m至2600m井段不同施工方法進行對比，結(jié)果表明，采用YZX130液動錘鉆進與普通鉆進方法相比，效率提高92%，鉆頭壽命提高113%，同時有效地減少孔內(nèi)事故發(fā)生，降低了掃孔工作量。

　　本次應用證明了YZX130液動錘可以適應深孔全面鉆進的施工要求，并可較大幅度提高鉆頭壽命和鉆進效率，在水井、地熱井、干熱巖開發(fā)等領域具有廣闊的應用前景，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。

　　SYZX75繩索取心液動錘鉆具

　　在巖金第一深鉆中的應用

　　中國巖金勘查第一深鉆ZK96-5鉆孔位于山東省萊州市三山島礦區(qū)，設計鉆孔孔深4000m，終孔孔徑75mm�，F(xiàn)場施工鉆至約3380m時，鉆遇地層以花崗巖為主，偶見堅硬石英砂巖，可鉆性等級約為8~10級。同時由于地層破碎嚴重，巖心極易堵塞，導致回次進尺非常短。連續(xù)4個回次進尺均在0.8m以下，其中一個回次甚至沒有取到巖心。

　　N規(guī)格繩索取心液動錘在中國巖金勘查第一深鉆進行生產(chǎn)試驗

　　在這種情況下，施工方與課題組取得聯(lián)系，期望通過采用繩索取心液動錘技術解決這一問題，提高破碎地層的巖心采取率和回次進尺。繩索取心液動錘的軸向沖擊使巖心容易進入巖心管，大大減少了巖心堵塞的幾率，提高了回次進尺。鉆具入孔后效果非常明顯，從開始使用的最初8個回次里，累計進尺17.96m，平均回次進尺2.25m，巖心采取率99%。而之前采用普通繩索取心鉆具的8個回次平均回次進尺為1.0475m，相對普通繩索取心鉆具提高了114.32%。

　　N規(guī)格繩索取心液動錘鉆至孔深4006.17m取出的巖心

　　繩索取心液動錘鉆具自3381.77m下入孔中至終孔4006.17m，鉆進259個回次（1496－1754），多次取得滿管巖心，累計進尺624.4m，平均回次進尺2.41m。同時也創(chuàng)造了4006.17m的應用孔深紀錄。

　　技術展望

　　液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術在脆硬碎地層應用可大幅度提高鉆進效率和回次進尺、降低鉆孔彎曲強度的優(yōu)勢已得到鉆探界的廣泛認同。我國液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術目前已走在世界前列，但就整體水平而言，這項技術還應繼續(xù)提高，尤其是在大口徑鉆進中的應用，還有很大提升空間。

　　深入開展深孔用孔底動力鉆具研究，拓寬其應用領域，為新能源勘探開發(fā)發(fā)揮作用，使我國特有的液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術不斷向前發(fā)展，研究內(nèi)容符合國家經(jīng)濟與社會發(fā)展的需求，為我國地質(zhì)勘探領域節(jié)能減排提供技術支撐，滿足地質(zhì)大調(diào)查向深部找礦和深部地球科學研究的需要。

以上內(nèi)容來源于：中國礦業(yè)報