20世纪60年代以来, 气动潜孔锤钻进技术迅速发展, 应用领域不断拓宽。贯通式潜孔锤反循环连续取芯 (样) 钻进技术在地质岩芯勘探、水文水井钻凿、水库坝基帷幕灌浆、工程地质勘查等领域中得到广泛应用。
某一钼矿勘探生产项目, 所遇地层复杂, 具有钻进难、成孔难、取芯难三大问题, 该地层岩石类型主要为矽卡岩和石榴子石灰石角岩。其中石榴子石灰石角岩硬度很大, 可钻级达8~9级。矽卡岩硬度较小, 但其变质程度各异, 使钻进中孔壁易塌、难以成孔。且由于人为爆破造成地层中裂隙纵横交错, 是典型的严重漏失地层。
针对这种地层情况, 首先采用金刚石钻进、提钻取芯方法, 但由于地层裂隙漏水严重, 频频造成烧钻事故, 使钻进无法进行。后采用锚杆钻进, 依然无法克服地层复杂所造成的钻进难题, 难以成孔。针对这种典型的难钻进、难成孔、难取样的地层, 我们作了以下考虑:
(1) 由于地层岩石硬度很大, 难以钻进, 该工艺方法必须是专门针对硬岩;
(2) 由于地层塌孔、掉块、探头石严重而不易成孔, 该工艺方法必须能够有效防止地层塌孔而造成埋钻, 能有效的解决因掉块、探头石而引起的卡钻事故;
(3) 由于地层裂隙错纵复杂, 地层漏水漏气严重, 该工艺方法必须有效克服由于地层漏失对工艺方法实现的影响。于是, 将各种方法进行对比, 结合多年来潜孔锤在复杂地层施工的经验, 优选贯通式潜孔锤反循环连续取芯 (样) 钻进技术。
贯通式取芯潜孔锤钻探技术集合了潜孔锤冲击式碎岩、流体介质在钻孔内形成反循环及钻进中连续获取岩矿芯3种先进钻探工艺于一体。
(1) 潜孔锤冲击钻进技术是专门针对硬岩的一种高效钻进方法, 岩石越硬越能发挥作用, 可以解决硬岩钻进问题;
(2) 该工艺方法采用反循环方式排渣, 大大减小排渣介质对孔壁的强力冲刷作用, 有效防止孔壁因受冲刷而松动塌孔。同时采用钻具的合理级配, 即使孔壁出现探头石或掉块, 其对钻具的卡持力也小。能够避免塌孔和卡钻事故;
(3) 该工艺方法区别于其他冲击钻进方法的根本在于排渣介质是从钻具中间返回地表, 不与孔壁发生任何接触。即使孔壁有漏失, 对流体介质的循环也无影响, 从而有效克服孔壁漏失对工艺方法实现所产生的负面影响。同时由于岩样同排渣介质一起通过钻具中心通道返回到地表岩样槽, 故不必担心孔壁的漏失对岩样正常完全返回地表的影响。
综合以上考虑, 认定贯通式潜孔锤反循环连续取芯 (样) 钻进技术能够有效解决这“三难”问题, 是露天采场地质勘探合理有效的工艺方法。
钻具组合:!89mm双壁钻杆+!108/38贯通式潜孔锤+!113mm反循环钻头!89mm双壁钻杆+!89/33贯通式潜孔锤+!95mm反循环钻头;其他:正反接头、交叉接头、混合器、气水笼头、稳压储气罐、取芯钻头等。
(1) ɸ150mm冲击器开孔钻进;
(2) 下入ɸ133mm套管;
(3) ɸ108mm或ɸ89mm冲击器正常钻进;
(4) 孔壁有裂隙或掉块等塌孔事故, 灌注水泥护壁堵漏;
(5) 取岩样;
(6) 钻遇设计孔深处终孔。
图1为钻孔施工工序框图。
(1) 潜孔锤下入孔内以前要进地鼓气检查, 观察活塞工作是否正常, 正反通道是否畅通, 并加入一定量的润滑油, 使缸体活塞润滑, 确保潜孔锤在孔内正常工作。
(2) 在下钻中, 各连接部分应当加密封装置, 以防发生泄气漏气事故。
(3) 钻具下好后, 应在距离孔底一定高度处, 先开泵循环, 然后送风开钻, 且应使钻头慢慢接触孔底。
(4) 钻进中一旦发现扭矩过大时, 应换较慢速度, 不应强行钻进, 以免发生钻杆扭断事故。
(5) 加接钻杆时, 应从钻杆进气通道倒入1~2kg润滑油, 以使钻具保持良好的工作性能。
(6) 钻进结束后, 应将钻具提出吹洗干净, 并加润滑油, 以备下次再用。
(1) 在使用中, 曾发生过冲击活塞与花键轴损坏事故, 经分析活塞损坏主要是材质问题, 更换材质后问题得到解决;花键轴的损坏, 发生在联结花键轴的法兰盘根部, 这主要是由于应力集中所造成的, 我们对此进行了改进, 现在效果较好。
(2) 潜孔锤在钻进时, 偶尔产生短暂的岩芯卡堵现象, 排屑管停止排屑。隔几秒或几十秒后, 排屑管突然大量排屑, 这是由于冲击器高频冲击振动自动解卡。此时应立即停止进尺, 停止钻具回转, 只冲击, 不再产生新的岩芯 (样) , 依靠冲击顺原位振动, 都能顺利解除卡堵。
(3) 由于地层复杂, 孔内阻力较大, 曾发生过两次钻杆扭断事故。
反循环形成稳定;连续取芯 (样) 通畅;岩芯采取率98%, 呈短圆饼状, 长度20~35mm;取样率达100%。其中一个钻头在一个钻孔中反循环连续取芯104.5m, 平均时效4.05m/h, 水下钻进45m时钻头磨损轻微。
(1) 钻进效率高, 平均时效为4.44m/h;最高时效为36m/h;平均台班进尺14.02m/台班;最高台班进尺35m/台班。
(2) 岩矿芯 (样) 采取率达98%以上;上返流速高, 分层清楚。
(3) 机械钻速高, 转速低, 实现了反循环排屑, 孔壁破坏程度小, 可大量节省护孔堵漏的人、财、物的投入, 减少孔内事故发生。
(4) 反循环连续取芯 (样) 钻探, 将钻进与采芯 (样) 同时进行, 增长纯钻进时间, 提高效率, 还可减轻工人劳动强度。实现了潜孔锤反循环排屑, 孔口干净, 工人劳动条件得到改善。
(5) 采用空气作为动力介质, 使得在寒冷条件下也能顺利施工。
(6) 贯通式潜孔锤工作性能稳定、可靠、零件寿命长、防空打机构灵敏, 装卸方便, 易于掌握使用。
(7) 双通道气水笼头, 结构简单、轻便、灵活可靠, 主机零件寿命长。
(8) 钻探成本低:钻探效率高, 钻头寿命长, 孔内事故减少, 最终大幅度降低了钻探成本。
某钼矿露天采矿场应用贯通式潜孔锤反循环连续取芯 (样) 钻进技术, 有效解决了“三难”问题, 成孔顺利, 反循环稳定, 到目前为止, 累计进尺千余米, 钻进效率平均为2.5~3m/h, 岩样的采取率在95%以上。本次生产试验表明, 在复杂地层中采取贯通式潜孔锤进行反循环连续取芯 (样) 钻进, 可取得钻进效率高、事故少、岩矿芯采取率高、分层清楚、地质资料可靠等好的效果, 受到生产单位的好评。
摘要：笔者通过工程实例, 对钻进主要设备机具的配套、施工工序、操作要点、遇到问题的解决方法等进行了阐述。
关键词：贯通式,潜孔锤,连续取芯,钻进技术
推荐阅读：
贯通测量06-13
