關于工程勘探鉆機和鉆具升級的分析研究

董少輝

摘 要：勘探事業的不斷發展，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，對于鉆機的要求也就越來越高。

關鍵詞：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者協會上展出的最新產品作為參考，逐步探討鉆具鉆機需要的升級。我國幅員遼闊，不同地區的地質結構情況存在較大差異，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雜，因此必須使用多功能、穩定性較高的鉆機。當前，市場上的鉆機具有靜壓、振動、沖擊、回轉等功能，還有一些鉆機可以回轉振動鉆進或者沖擊回轉鉆進，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、準確地鉆進堅硬的砂卵石地層中，這種振動機在高速運轉狀況下形成較大的離心力，實現高頻振動，在垂直方向上產生激振力，從而推動鉆機快速鉆進，并且還可以隨時調整馬達旋轉速度和旋轉方向，利用其自身的錘擊結構，實現振動器的上下振動，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者協會上推出的最新研制的SC11飛運式輕便鉆機。在國內的鉆具鉆機的升級過程中，我們應該參考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，鉆機內部的控制模塊，設置起換擋操作桿，有效避免鉆機的意外啟動，并且在安全系數不高的環境中，利用鉆機的激光系統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鉆機主要應用M4液壓閥和LM地下鉆進技術，包含四擋轉速和空心主軸，運行過程中采用液壓運轉模式，設置彈簧開關，鉆桿性能良好，其在實際應用中提升能力可達132kN，進行程約180cm，鉆深能力非常強，運行故障發生率較低。

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

（4）易拆卸。SC11鉆機結構設計巧妙，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，其可以設置在載荷平衡區域，工作人員可以快速、準確地識別起吊點，SC11鉆機的連接接頭，可以實現快的拆卸和組裝。

2 金剛石鉆頭

在實際的工程勘探中，鉆探公司主要關注鉆探設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、鉆進穩定性高的鉆頭，降低鉆頭消耗費用，當前瑞典阿特拉斯.科普柯公司推出的Excore金剛石鉆頭，可以實現在任何地質結構中的快速鉆進，并且鉆進壓力始終保持穩定，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。由于不同地區地質結構情況不同，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，當鉆進堅硬巖層過程中，再適當升高鉆進壓力，加快鉆進速度，從而適用不同的巖層結構，提高巖心采取率。而Excore金剛石鉆頭在應用中不需要進行更換，其可以適應各種復雜的地質結構，有效簡化了鉆進工藝，保障了鉆進質量。

（2）效率高。Excore金剛石鉆頭非常堅硬，并且相關切削工藝也得到了優化，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，可以以低鉆壓狀態持續、穩定地進行鉆進。

（3）使用壽命長。由于Excore金剛石鉆頭可以適應各種復雜的地質條件，因此其使用壽命相對較長，即使在極端惡劣的地質環境中，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，降低其損壞程度。

3 我國工程勘探鉆具的升級

（1）在惡劣環境下地表勘探作業。針對美國的SC11鉆機的施工作業，我國的鉆具還沒有達到在惡劣環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和鉆進場地受到環境限制的地表勘探作業。

（2）鉆機有較強的適應力和動力。在鉆機的的升級中需要將鉆機的適應力進一步加強，而且可以方便的組裝運輸，針對不同的環境可以使用多種形式進行施工作業。例如：氣溫比較寒冷的地區，由于結構緊湊，因此可在鉆棚內進行鉆探作業。

由于施工地區不同，地表結構不同，所以對于地質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，提供鉆進穩定和鉆進速度。在低鉆壓狀態下，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生偏移，因此應合理控制鉆進速度，適當降低鉆頭壓力。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、標準貫入等試驗，全面了解勘探現場的情況，降低鉆機鉆進損壞率。另外，工程勘探過程中，結合錘擊數，根據靜力觸探試驗，合理設置地錨設備，通過觸探自動記錄儀器或者電子應變儀器，仔細分析試驗結果，從而有針對性地調整鉆進過程。

4 總結

綜上所言，在鉆具鉆機的升級中除借鑒外國鉆具的技術，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有著飛躍式的發展前景。

參考文獻：

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