YDX3L钻机在宝兴沟矿区深孔钻探中的应用.docx

第 22 卷 第 5 期2014 年 10 月gold science and technologyvol.22 no.5 oct.，2014ydx-3l 钻机在宝兴沟矿区深孔钻探中的应用张振1，2，杨拴海2，魏立勇2，卢星旭1，2，张兆宇1，3，贺博1，4，杨强1，5，宋兵强1，61.中国地质大学，北京 100083；2.武警黄金第五支队，陕西 西安 710100；3.武警黄金第七支队，山东 烟台 264000；4.武警黄金第二支队，内蒙古 呼和浩特 010036；5.武警警种学院，北京 102202；6.武警黄金第三支队，黑龙江 哈尔滨 150016摘 要：ydx-3l 型全液压动力头式岩心钻机是由北京天和众邦勘探技术有限公司与国土资源部勘探技术研 究所联合研制开发，专门为固体矿藏地表取芯作业设计，适用于金刚石绳索取芯等多种高效钻探工艺方法。以 黑龙江省宝兴沟矿区钻孔 zk0005 施工设计为例，介绍了 ydx-3l 钻机的性能参数，根据矿区地层条件及钻 孔设计要求，重点对钻机在深孔钻进过程中钻压、转速及泵量的合理选择进行了分析,并对钻机在施工作业过 程中存在的不足提出了一些改进建议和解决方法，以便该钻机能在不同矿区应用中发挥其最大效益。 关键词：ydx-3l 钻机；深孔钻探；pab 冲洗液；宝兴沟矿区；黑龙江省中图分类号：p634.5 文献标志码：a 文章编号：1005-2518（2014）05-0084-04doi：10.11872/j.issn.1005-2518.2014.05.084引文格式 ：zhang zhen，yang shuanhai，wei liyong，et al.application of ydx-3l drilling rig in the deep hole drilling of baoxinggou orefieldj.gold science and technology，2014，22（5）：84-87.张振，杨拴海，魏立勇，等.ydx-3l 钻机在宝兴沟矿区 深孔钻探中的应用j.黄金科学技术，2014，22（5）：84-87.宝兴沟金矿床位于大兴安岭北段塔河县十八 站鄂伦春自治乡北部，区内大面积出露地层为中生 界侏罗系二十二站组，与额木尔河组呈整合接触， 岩性为黑灰色中粒砂岩和泥质粉砂岩，底部以粗砂 岩为主 1 。矿区地表出露地层主要为第四系沉积物， 厚730 m，矿区围岩蚀变发育。1地质概况1.1 zk0005 孔地质设计要求zk0005 孔位于 0 号勘探线，设计孔深 720 m， 方位角 312，倾角 82。1.2 钻遇地层在对号矿带 0 号勘探线进行大量地表地质 调查、 探槽开挖和浅孔钻探 控制的基础 上 ，对 zk0005 钻孔可能穿过的岩层进行了预测，该孔钻 遇地层岩性主要为砂岩类、闪长玢岩和闪长岩，预计至少穿过 5 个破碎带，分别在 110120，350380，410 430，590600，640670 m 部位，预计破碎带厚 105 m。1.3 岩石物理力学性质对穿过钻孔施工区的岩石进行物理力学性质 的划分 2 ，将组构和性质相近的岩石地层进行合并， 分析结果见表 1。 表 1 岩石物理性质 岩石名称岩石硬度可钻性级别研磨性特征砂岩类中软3中等闪长岩中硬6较强石英闪长岩硬8很强 闪长玢岩硬8很强 2钻机参数zk0005 孔由 301 机台承担施工，配备 ydx-3l 型全液压动力头钻机。ydx-3l 型全液压履带式地 表取芯钻机专门为固体矿藏地表取芯作业设计 3，收稿日期：2014-06-17；修订日期：2014-08-10.作者简介：张振（1987-），男，陕西富平人，助理工程师，从事钻探施工工艺研究工作.54500345784张振等：ydx-3l 钻机在宝兴沟矿区深孔钻探中的应用适用于金刚石绳索取芯等多种高效钻探工艺方法。 主机包括行走式履带底盘、柴油机、液压系统、操控 系统、可滑移式钻塔、主卷扬、副卷扬、动力头、动力 头给进系统及井口夹持器。ydx-3l 型全液压履带 式地表取芯钻机的所有功能均为液压驱动，操作方 便，控制精准，搬迁方便，取芯作业效率高且取芯率 高。ydx-3l 钻机总重 8 500 kg，行走状态时外形尺 寸为 5 200 mm2 450 mm2 600 mm，钻进能力：钻 杆外径为 55.5，71，89，108 mm，对应的钻深依次为 1 300，1 000，700，400 m。其他技术参数见表2。3技术方案3.1 施工工艺该孔设计深度 720 m，方位角 312，倾角 82。 结合施工区地层情况及钻探设备条件，此孔钻进采 用金刚石绳索取芯工艺，三径成孔 4 ，采用 110 金 刚石开孔施工至约 15 m，下入 108 孔口管，用 95 金刚石绳索取芯钻进方法钻进，至稳定岩层 后，孔深约 70 m，下入 89 mm 套管，最后采用 75 mm 金刚石绳索取芯钻进方法直至终孔。施工 过程中可根据单孔的实际地层情况进行灵活调整。 zk0005 钻孔结构如图 1 所示。3.2 钻具选择（1）钻头。施工选用 jsb 级和 jsc 级金刚石钻 头 5 ，工作唇面有平底、圆弧和梯齿 3 种。jsb 级金 刚石钻头采用国产特优级金刚石，工作层高达 8 10 mm，适用于破碎、研磨性较强地层。jsc 级金刚 石钻头采用进口金刚石，工作层高达 1216 mm，适 用于中度及研磨性较强地层。图 1 zk0005 钻孔设计图（2）扩孔器。选用 jsb75+1.5 级烧结扩孔器， 其采用大颗粒优质金刚石和聚晶保径。3.3 冲洗液选择根据矿区号矿带地层特点，zk0005 钻孔的钻 进方法、钻孔深度及地质设计要求，合理选择冲洗液。（1）低固相泥浆。膨润土是以含蒙脱石矿物为 主的粘土 6 ，在配制低固相泥浆中，膨润土的加入量 应控制在 4%6%，用以进行开孔护壁 7 。（2）php。即部分水解聚丙烯酰胺，常用作防塌 性冲洗液，对透水的砂层有较好的胶结作用。使用 配方：php 干粉溶解成 1%的水溶液，0.3%0.6%（干 粉）。钻进过程中要特别注意聚丙烯酰胺的补充，并 及时清除岩粉，确保岩粉与膨润土的比例，维护动 切力与塑性粘度的比值在规定范围以内。在孔内情 况稳定，岩石结构和构造良好的情况下，出于经济效 益考虑，技术组优先考虑采用 php 冲洗液随钻钻进。表 2 ydx-3l 钻机技术参数钻机结构参数名称数值钻机结构参数名称数值动力系统型号康明斯 6bta 柴油发动机钻塔总长度/m9气缸容积/l5.8钻大钻进角度/45气缸数6 缸直列给进力/kn55类型涡轮增压起拔力/kn120冷却发式水冷给进行程/mm3 500功率/kw123纵向滑移距离/mm1 200钻进能力钻杆外径（mm）/钻深（m）55.5/1 300动力头驱动方式液压驱动71/1 000最大扭矩/nm5064 25789/700最大通孔直径/mm117108/400主卷扬驱动方式液压驱动动力头卡盘启闭形式弹簧夹紧、液压松开提升力/kn68（空线鼓）最大通孔直径/mm117提升速度（/ mmin-1）51（空线鼓）夹持器启闭形式液压夹紧、液压松开绳索取芯卷扬驱动方式液压驱动最大通孔直径/mm117提升力/kn11-提升速度（/ mmin-1）1202014 年 10 月 第 22 卷第 5 期85采选技术与矿山管理（3）pab。pab 无固相聚合物冲洗液由 2 种高聚 物 pa 和 pb 组成 8。其中，pa 为白色粉末聚合物， pb 为白色粉粒聚合物。冲洗液中高聚物呈大分子 网状结构，可在孔壁吸附成网、成膜的速度快，分子 膜致密，胶结性强。其性能优点是在低流变参数具 有很强的胶结孔壁的护壁性能，经野外泥浆实验室 测得，当苏式漏斗粘度为 2224 s 时，低压 30 min 失水量为 3.54.6 ml，中压（压差 0.7 mpa）失水量 为 6.68.0 ml；将膨润土球浸泡在该冲洗液中，入 泡不胀、不散，中粗砂球也久泡不散。（4）803 堵漏剂。当钻遇大裂隙地层，钻井液漏 失严重，孔内不返水，各类冲洗液无法满足施工要 求时，采用 803 堵漏剂能起到良好的堵漏作用。 zk0005 钻孔钻遇破碎蚀变带较多，备以 803 堵漏剂。（5）皂化油。为阴离子型润滑剂 9 ，配合冲洗液 使用，添加量约占冲洗液体积的 0.3%0.5%，在深 孔施工中可极大减少钻进时孔内阻力。3.4 钻进规程在正确选择钻头的情况下，其钻进效率取决于 钻进规程参数，即钻压、转速与泵量。确定金刚石钻 进规程参数时，除了考虑机械钻速外，还要充分考 虑钻头的寿命问题。钻头费用在钻进成本费用中占 很大部分，因此，判别规程参数的合理与否，主要看 机械钻速和金刚石的消耗量。（1）钻压。钻进过程中，钻压既要保证金刚石能 有效地切入岩石，又要保证不超过每颗金刚石的允 许承载能力。即作用于钻头上的钻压应使每粒工作 的金刚石与岩石的接触压力既要大于岩石的抗压 强度，又要小于金刚石本身的抗压强度。生产实践 证明，金刚石钻进的机械钻速与钻压有密切关系。 依据新地标规范，孕镶金刚石钻头单位压力为 0.51.0 kn/cm2，计算得 nq 系列钻具承受压力在1.22.4 t 之间。在施工 zk0005 孔过程中，孔深在 0300 m 之 间采用加压钻进，通过计算加压范围在 05 mpa 之 间，视进尺情况而选定；孔深超过 300 m 之后，孔内 钻具重量增大，超过金刚石钻头单位压力，所以采 用减压钻进，减压值依据钻具重量和孔内情况，对 应理论数据值而确定。结合 ydx-3l 钻机钻进钻压参考值，确定实时 钻进压力，结果见表3 和表 4。（2）转速。钻头转速是决定钻进效率的重要参数之一。在一定条件下，转速愈高，则钻速也愈高，孕 镶钻头的金刚石颗粒细小，切入岩石浅，只有靠单位 时间内进行多次破碎才能获得高效。因此，要求转速 更高，以圆周线速度计，一般为 1.53.0 m/s。表 3 加压钻进表读数与加压钻进压力对应表加压钻进表读数/mpa加压钻机压力/t加压钻进表读数/mpa加压钻机压力/t0.50.1630.9410.30.4741.2620.634.51.412.50.79-注：该表所查出的加压钻进压力+称重重量=实际加压钻进压力表 4 减压钻进表读数与减压钻进压力对应表减压钻进表读数/mpa减压钻机压力/t减压钻进表读数/mpa减压钻机压力/t0.50.4833.881.51.943.822.384.54.752.53.33-注：该表所查出的减压钻进压力-称重重量=实际减压钻机压力依据新地标规范，nq 孕镶金刚石钻头转速的 适宜范围在 400800 r/min 之间，ydx-3l 钻机设计 转速分 4 档位（表 5）。表 5 ydx-3l 钻机马达转速档位马达低速/rmin-1马达高速/rmin-11 档2 档3 档4 档013802770495086601900378067501 182在施工操作中，考虑到岩石性质和地层情况， 通常采用 3 档高速（0675 r/min）进行钻进，在岩层 破碎、裂隙发育及软硬不均等情况下，会适当降低 转速，采用 3 档低速钻进（0495 r/min）。（3）泵量。金刚石钻进的冲洗液量应从以下 3 个 方面来考虑：保证钻头充分冷却；保证把岩粉从钻 头下带走，把岩粉排出孔外，上升速度应保持在 0.30.5 m/s 之间。计算冲洗液量：q=6snun式中：sn 为钻孔与钻具之间的最大环状间隙断面面 积（cm2）；un 为冲洗液流上升速度（m/s）。这里所计算的冲洗液量是纯送到孔底的量。但 在实际生产中，送入孔内泵量远大于这个计算量，86 vol.22 no.5 oct.,2014张振等：ydx-3l 钻机在宝兴沟矿区深孔钻探中的应用这是考虑到输送管路中漏失的缘故。综上计算，金 刚石钻进使用泵量在 4065 l/min 之间最适宜。4结语（1）从施工钻孔来看，ydx-3l 钻机在机台搬迁 和施工效率方面相比立轴式钻机优势较大，但由于 自身动力设计原因，当在施工至中深孔阶段时一旦 出现孔内事故，其处理事故能力方面有所不足。（2）ydx-3l 钻机动力头马达运行时要求有一定 的背压，操作中必须注意由回转状态到停止状态应缓 慢操作，不得由高速状态突然回到停止状态，禁止由 正转直接打到反转，否则极易损坏动力头马达。紧急 情况可先将给进阀打到上升位置，使钻具提离孔底。（3）钻机保养。ydx-3l 钻机动力头润滑油应每 周或200 h 更换一次，新机每工作 50 h 更换一次。 更换润滑油的同时，清理磁性滤清器一次。之后每 50 h 检查、清理一次润滑油路中的磁性过滤器滤 芯。换油时发现油脏污时，加完新油清理磁性滤清 器后，还必须检查清理润滑油管，保持润滑管畅通。 此外，建议开钻前回转试车时打开 3 个油管口检查 确认是否有油。参考文献1周传芳，公维国，宋丙剑，等. 黑龙江省宝兴沟金矿成 矿地质条件及成因探讨j.地质与资源，2012，21（3）： 272-274.2焉泰宁.岩土钻掘工程学m.武汉：中国地质大学出版 社，2001.3王飞.ydx-3l 动力头式全液压岩心钻机使用体会j.建 筑机械与设备，2011，10（1）：112-113.4张春波.绳索取心金刚石钻进技术m.北京：地质出版 社，1985.5左艳霞，张绍和.不同唇面形状金刚石钻头对钻进效率的 影响j.金刚石与磨料磨具工程，2012，32（4）：68-70.6郑秀华.膨润土应用技术m.武汉：中国地质大学出版 社，2001.7赵修太，王增宝，邱广敏，等.部分水解聚丙烯酰胺水溶液 初始粘度的影响因素j.石油与天然气化工，2009，38（3）：231-234.8孙富春，李景东，徐恒，等.pab 无固相聚合物冲洗液在复 杂破碎地层钻孔护壁实践中的应 用j. 探矿 工 程 ， 2009，40（增 1）：227-229.9程兆洪.皂化油 +php+ 清水无固相冲洗液的应用j.探 矿工程，1992，1（6）：46-47.application of ydx-3l drilling rig in the deep hole drilling of baoxinggou orefieldzhang zhen1，2，yang shuanhai2，wei liyong2，lu xingxu1，2，zhang zhaoyu1，3，he bo1，4， yang qiang1，5，song bingqiang1，61.china university of geosciences，beijing 100083，china； 2.no.5 gold geological party of capf，xian 710100，shaanxi，china；3.no.7 gold geological party of capf，yantai 264000，shandong，china； 4.no.2 gold geological party of capf，hohhot 010036，inner mongolia，china； 5.the corps college of capf，beijing 102202，china；6.no.3 gold geological party of capf，harbin 150016，heilongjiang，chinaabstract: the ydx-3l type core drill with hydraulic power head type developed by the tianhebang exploration technology co.，ltd.，in beijing and ministry of land and resources exploration technology research institute，was suitable for diamond rope core and various ot