SYZX绳索取心液动锤在小秦岭金矿田复杂地层深部钻探中的应用.pdf

2 0 1 3年第 4 0卷第 3期 探矿工程( 岩土钻掘工程 ) 7 S Y Z X绳索取心液动锤在小秦岭金矿田 复杂地层深部钻探中的应用 罗永贵 ( 河南省地矿局第三地质勘察院， 河南 洛阳4 7 1 0 2 3 ) 摘 要： 小秦岭金矿田南、 北矿带深部找矿钻探施工中， 应用 S Y Z X绳索取心液动锤钻进技术， 对深孔钻进采取防斜 保直钻进 ， 为钻孔的顺利延伸创造了条件， 在硬碎地层中钻进， 提高回次进尺， 提高小时效率 ， 延长钻头寿命 ， 体现 出了液动锤技术的优越性 ， 并对液动锤使用中易出现的问题进行了总结。 关键词 ： 液动锤； 复杂地层 ； 深部钻探； 防斜； 回次进尺； 小秦岭金矿田 中图分类号 ： P 6 3 4 5 6 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 0 7 0 3 Ap p l ic a t io n o f W ir e - l in g Co r in g Hy d r o - h a mme r in De e p Dri l l in g in Co mp l e x Fo r ma t io n o f Xia o q in li n g Go l d F ie l d L U O 一 g u i ( N o 3 G e o l o g i c a l E x p l o r a t io n I n s t it u t e ，H e n a n P r o v i n c ia l B u r e a u o f G e o e x p l o r a t i o n a n d Mi n e r a l D e v e l o p m e n t ，L u o y a n g H e n a n 4 7 1 0 2 3 ，C h in a ) Abs t r a c t ：I n t he d e e p p r o s pe c t ing dr il l ing c o ns t r uc t io n o f Xia o q in l in g g o l d fi e l d，SYZX wir e - l ine c o ri n g h y d r o ha mme r wa s a d o p t e d t o p r e v e n t d e e p d ri l l in g in c l in a t io n， w h ic h c a n imp r o v e f o o t a g e p e r F u n a n d e f f ic ie n c y p e r h o u r ， a n d p r o l o n g s e r v ic e l if e o f b it in h a r d b r it t l e f o r ma t io n T h e p a p e r s u mme d u p t h e p r o b l e ms o f t e n e n c o u n t e r e d in t h e a p p l ic a t io n o f h y d r o ha mme r Ke y wo r d s ：h y d r o - h a mme r ；c o mp l e x f o r ma t io n；d e e p d ri l l in g；in c l in a t io n p r e v e n t io n ；f o o t a g e p e r I n n；Xia o q in l in g g o l d f ie l d 我队于 2 0 0 9年引进 S Y Z X绳索取心液动锤钻 进技术 ， 通过几年来的钻探施工 ， 取得 了较好 的钻探 经济技术效果 ， 特别是在河南省小秦岭金矿 田普查 深部找矿钻探施工 中， 采用 S Y Z X绳索取 心液动锤 技术 ， 较好地保证 了南 中矿带 深孔施工孔 内安全 问 题 ， 解决 了北矿带孔内事故多 、 钻探效率低等问题。 1 矿区钻探工程概况 小秦岭金矿 田大部分都处在变质岩 、 岩浆岩 的 破碎带中 ， 矿层为蚀变破碎带 型矿脉 ， 矿层破碎 ， 围 岩坚硬。河南省小秦岭金矿田普查项 目分为南 中矿 带普查和北矿带普查 ， 以深部钻探为主 ， 南矿带设计 孔深 1 5 0 01 8 0 0 m， 北矿带钻孔设计 深度 1 0 0 0 1 5 0 0 m， 钻孔倾角均为 9 0 。 ， 终孔 口径 7 7 m m。 2 主要钻探设备及钻进方法 主要钻探设备 ： X Y一6 B型岩心钻机 ， B W 一3 2 0 型泥浆泵 ， S T L一1 w 型数字陀螺仪。 钻进方法 ： 采用 以 P A M、 P A V为主 的聚合物无 固相冲洗液， 普通绳索取心与绳索取心液动锤钻进， 绳索取心液动锤型号为 S Y Z X 9 5 、 S Y Z X 7 5 。 3 S Y Z X 9 5型液动锤防斜钻进应用 由于绳索取心钻头比普通双管钻头要厚 ， 因此 ， 底唇面积 比普通双管钻头约大 2 0 左右 ， 需足够的 轴心压力才能够有效地克取岩石 ， 所以， 所需钻压也 比普通双管大 2 0 左 右。特别是 目前深孑 L 钻探普 遍使用 的端部加厚绳索钻杆 ， 其钻头底唇面积较普 通绳索钻头更大 ， 所需钻压也更 大； 而钻具壁薄 ， 刚 性差 ， 因此 ， 在易孔斜岩层 中钻进 ， 钻压的增加也增 加了钻孔的弯曲度。我队曾利用 S Y Z X 9 5型绳索取 心液动锤 ， 在某矿区强造斜地层进行过多次防斜钻 进试验。实践证 明， S Y Z X系列绳索 取心液动锤钻 进易造斜地层 ， 加以其他辅助技术措施 ， 是能够起到 防斜保直作用的。因此 ， 在小秦岭金矿 田南矿带深 孑 L 施 工 中， 对 5 0 0 m 以浅 孔 段 ， 要 求 必 须 采 用 S Y Z X 9 5型绳索取心液 动锤 钻进， 并采取 以下防斜 技术措施 ， 保证钻孑 L 垂 直度， 保证深孔 钻进 安全延 伸。 ( 1 ) 优化钻孔结构 。一开 以 0 1 3 0 m m开孔 ， 钻 收稿 日期 ： 2 0 1 21 1一 O 5 作者简介 ： 罗永贵( 1 9 5 7一) ， 男( 汉族 ) ， 四川威远人 ， 河南省地矿局第 三地质勘查院高级工程师 ， 钻探工程专业 ， 从事地质岩 心钻探技术及管 理工作， 河南省洛阳市洛龙区关林南路 7 4号院， l y g l 1 9 9 0 0 1 6 3 c o n。 8 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 2 0 1 3年第 4 O卷第 3期 穿“ 坡皮” 后 ， 下入 01 2 7 m m孔 口管稳定孔 口； 二开 以 1 1 0 mm钻至 2 0 3 0 m， 下入 01 0 8 mm表层套 管 ， 隔离 浅部 风 化破 碎 层 ； 三 开 以 0 9 6 mm 口径 S Y Z X液动锤钻至 5 0 0 m左右， 下入 0 8 9 m m技术套 管； 四开以 0 7 7 m m 口径钻进至终孔。 ( 2 ) 减少岩心管长度。对 重点防斜孔段 ， 将 岩 心管长度减短为 23 m， 以增强钻具刚度， 缩短上 下扩孔器问的距离 ， 降低钻具带来的弯 曲。 ( 3 ) 增设稳定接头。在岩心管顶部 3 5根 0 8 9 mm单根钻杆 上， 每一个单根钻杆 加装一个 0 9 6 5 mm扩孔器 ， 形成组合式防斜稳定机构 ， 起到扶正保 直作用 。 ( 4 ) 控制钻进参数。以小规 程钻进参数钻进 ， 压力 81 0 k N， 转速 1 7 5 2 6 0 r min 。 小秦岭金矿 田南 中矿带 Z K 9 1 5孔 、 Z K 6 1 0孔 ， 采用 S Y Z X 9 5型液动锤防斜保直钻进 ， 钻进效率 、 钻 孔保直效果等均优于普通绳索钻进。防斜钻进效果 对比见表 1 。 表 1 小秦岭金矿田深部钻探防斜效果对比 称n 号 募 北矿带 Z K I 9 0 9 1 2 1 0 7 0 8 1 0 0 5 9 1 4 7 9 6 普通绳索8 5 南巾矿带 Z K 9 1 5 1 8 0 0 6 5 7 4 5 2 3 1 6 9 6 液动绳索2 7 南叶 1 矿带 Z K 6 1 0 1 7 5 0 2 5 0 0 5 5 0 0 5 9 6 液动绳索4 0 4 S Y Z X 7 5 9 5型在硬碎岩层中的应用 4 1 提高回次进尺 小秦岭金矿 田北矿带钻探施工中， 破碎地层钻 进岩心堵塞问题 ， 始终是 困扰该区钻探效率的技术 难点之一。由于岩心堵塞 的原因， 而导致频繁地打 捞岩心， 且常出现因岩心堵塞， 内管上移后造成打捞 内管失败的现象 ， 虽然绳索取心钻进技术较好地解 决了起下钻捞取岩心的问题 ， 但当钻孔深度较大时， 频繁地打捞岩心， 也需 占用大量的台时， 特别是钻遇 厚度大 、 层数多的破碎带 ， 对钻探效率影响极大。 从绳索取 心液动锤 的工作原 理可知， 使用 S Y Z X绳索取心液动锤钻进 ， 当发 生岩心堵塞时传 动环相对承冲环上移 ， 冲击功直接作用在岩心内管 上， 利用 冲击振动消除岩心堵塞 ， 从而提高回次进尺 长度。小秦岭金矿 田北矿带 大湖矿区 Z K1 9 0 6孔 ， 在孔深 5 2 01 1 8 3 4 1 m段 ， 钻遇数层破碎石英脉和 碎裂岩 ， 平均厚度 2 0 3 0 m， 钻进中岩心堵塞严重 ， 普通绳索钻进回次进尺仅为 1 01 5 m； 于 7 8 1 5 0 1 2 1 0 7 0 m孑 L 段使用 S Y Z X 7 5型绳索取心液动锤 钻进 ， 回次进尺大幅增加 ， 一般均在 2 5 I n左右， 钻 进效率 明显提 高。S Y Z X 7 5 9 5型绳 索取心液 动锤 硬碎地层使用效果对比见表 2 、 表 3 。 表 2 小秦岭金矿田北矿带 Z K1 9 0 9孔硬碎地层钻进效果对 比 孔段 m 钻进 进尺数 同同次进 纯钻时 方法 m 次数尺 m 间 h 时效 m 1 3 5 1 9 5 1 1 9 1 5 9 5 9 0 4 77 8 1 5 O 普通绳索1 9 1 0 3 7 8 1 5 0 9 3 7 6 0 液动绳索1 5 6 1 0 9 3 7 6 0 9 7 4 6 5 普通绳索 3 7 0 5 9 7 4 6 51 2 1 0 7 0 液动绳索2 3 6 0 5 1 2 6 1 5 6 l 4 2 6 0 2 6 O 8 0 3 5 1 0 5 3 1 9 3 2 5 3 1 4 8 表 3 小秦岭南矿带 Z K 6 1 0孔硬碎地层钻进效果对比 瓶 m 蒡 时 效 Ill 1 8 3 2 3 0 1 3 0 1 6 2 1 01 2 5 3 6 普通绳索1 1 5 3 6 1 2 5 3 62 8 3 6 5 液动绳索1 5 8 2 9 2 8 3 6 53 7 6 5 0 普通绳索 9 2 8 5 3 7 6 5 05 5 0 0 5 液动绳 索1 7 3 5 5 5 4 2 1 4 6 3 5 6 2 8 3 6 9 5 9 1 5 7 7 2 8 8 1 9 7 l 0 7 通过表 2 、 表 3的对比统计可 以看出， 绳索取心 液动锤钻进时产生的振动解卡效应 ， 可 以有效防止 破碎地层钻进时的岩心堵塞状况， 大幅度提高 了回 次进尺。 4 2 降低孑 L 内事故 南矿带 Z K1 9 0 6孔使用 普通绳索钻进时 ， 由于 岩石极破碎 ， 经常出现石英颗粒卡钻现象 ， 钻进中钻 机“ 罢车” 严重 ， 回转阻力大 ， 常有扩孔器被扭断 ， 钻 杆折断事故发生。Z K1 9 0 6孑 L 在未使用绳索取心液 动锤之前， 曾因破碎带发生事故而被迫两 次移位。 使用 S Y Z X 7 5型绳索取心液动锤后 ， 这一 问题得到 较好地解决。由于绳索取心液动锤采用了小规程钻 进 ， 一是避免 了钻具对不稳定地层的扰动， 二是液动 锤产生的冲击功对卡于扩孑 L 器部位 的小掉块 、 破碎 石英起到了解卡作用 ， 断钻杆的几率大幅降低。但 是 ， 钻穿破碎层后及时进行水泥固壁是不可忽视的。 4 3 延长钻头寿命 普通绳索取心在坚硬致密 的低研磨性 “ 打滑” 地层 中钻进 ， 常采取用 向孔底投坚