深孔岩心钻探装备配置应用技术趋势分析

2016-04-14范红兵

地球 2016年7期

关键词：液压式全液压岩心

■范红兵

（甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院甘肃酒泉735000）

深孔岩心钻探装备配置应用技术趋势分析

■范红兵

（甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院甘肃酒泉735000）

对钻探装备选型原则进行分析，从钻探能力、钻探效率、操控条件、钻探成本、劳动强度等方面入手，探讨深孔岩心钻探装备配置要求。最后，结合国内深孔岩心钻机应用情况，总结钻探装备配置应用技术趋势。

深孔岩心钻探装备配置应用

矿产资源是现阶段我国经济发展过程中比较稀缺的能源，成为制约经济发展的主要因素。为此，要在实际工作中不断强化地质勘探力度，为矿产资源科学供给提供保障。随着钻探深度的增加，对钻探装备性能提出更高要求。对深孔岩心钻探装备配置技术相关问题进行探究，具有深刻的现实意义。

1　钻探装备选型原则

钻探设备主要包括钻机、泥浆泵及附属设备等装置，是矿产资源钻探施工过程中常见的专用工具（地面）。其中，钻机是钻探装备的关键，在选择钻机型号时，应充分考虑到矿产资源钻探目标、施工工艺、现场地质情况等因素[1]。同时，要根据钻探深度及相关参数，正确选择钻杆、钻塔等配套设施。泥浆泵则要按照深孔岩心的钻探方法、钻孔主要结构、钻探施工方法及钻机类型进行搭配，其他用于施工的钻探装备也要兼顾到相关因素。严格按照钻探施工方法为钻机选择附属工具，如液压钳、泥浆固控装置、照明设备、工作平台、泥浆搅拌机等。除此之外，还要为深孔岩心钻探装备配置压力指示表、转速表、电流表、参数仪及功率表等。结合钻探设备相关技术规范，深孔优先选用电驱动设备。对于严重缺电的偏远地区，可采用发电机组进行单机供电或充分利用柴油机作为驱动方式。而对于高海拔地区矿产资源勘探工作，则可适当增加柴油机自身的功率，以满足实际施工需要。

2　深孔岩心钻探装备配置要求

按照《岩心钻探技术规程》中相关要求，可对钻孔深度进行分级，其中1000-3000m属于深孔的范畴，大于这个范围的钻孔则被称为特深孔。随着钻探深度的不断增加，要相应增加钻杆自身的重量与长度，同时对钻探能力、质量、效率提出更为严格的要求。

2.1钻探能力

提高钻探装备的深孔钻探能力，不仅要增加钻杆等附属设备的重量，还要对可能引起孔洞变形的主要因素加以重视。由于钻探装备中的泥浆泵与主机之间的动力机功率较高，加之孔壁摩擦力等因素均会对钻探水平带来一定制约，因此要不断提高钻杆的强度、刚度，从而有效解决自重问题，全面提升钻探装备的工作能力。

2.2钻探效率

在实际工作中，钻孔深度不断增加，可进一步增加设备的运行支出成本，因此对于深孔钻探工作而言，要更加重视钻探效率，方能严格控制成本。深孔岩心钻探过程中，由于地形、地貌及地层条件均很复杂多变，可增加设备运行故障率，并加重处理的难度。为此，要重视辅助性作业的实际功效，保证单位作业时间内的钻探工作效率，节省更多开支。

2.3操控条件

在开展深孔岩心钻探时，相关操作人员完全可以按照主要执行参数的变化情况来判断钻探设备的运行状况，同时结合自身工作经验掌握钻孔情况。但是，随着钻孔深度的不断增加，对于复杂深孔而言，上述方法无法进行准确判断。因此，要对钻进参数进行采集，并建立良好的故障预警机制，改善操控条件，加大智能化、可视化管理，进而有效减少设备故障，并强化相关操作技术的强度[2]。改善操控条件，是开展深孔岩心钻探的主要趋势，也是改善钻探装备的内在要求。

2.4钻探成本

深孔岩心钻探施工周期较长，往往需要充分考虑到钻探工作的经济性。实际上，影响钻探施工经济性的主要因素为设备自身运行状况、实际钻探质量，并与动力系统传动效率密切相关。在现代化钻探技术的影响下，发展更为节能、环保的钻探模式，是我国未来矿产资源勘探工作的重点。

2.5劳动强度

劳动强度主要体现在不断增加的钻探深度上，在这种条件下，钻进强度将大为增加，且标准化事故处理也将明显增多。同时，若施工周期比较长，则要立足于长远发展，逐渐缩小操作空间，并在此基础上减轻实际操作的强度。深孔岩心钻探作业过程中，要建立相对完善的机械化操作系统，以此来减少作业人员的劳动强度，从而全面提升钻探作业的综合效率。

3　深孔岩心钻探装备配置应用技术未来发展趋势探究

3.1全液压动力头钻机优势

目前，全液压动力头钻机逐渐被应用在实际工作中，此种钻机可开展大行程钻进，并实现回转速度无极调节。同时，采用全液压动力头钻机，不仅工况良好，且相关参数稳定。实践经验表明，全液压式钻机钻进质量、效率显著高于立轴式钻机。通常情况下，全液压式钻机要与绳索取心式钻井方法相结合，中等深度的孔可不采用钻塔，从而最大程度上节省装置迁移、安装期限，通常仅需1-2d即可完成钻机搬迁，而立轴式钻机至少需要3-6d才能迁移完毕[3]。采用全液压式钻机，可发挥液压手柄的作用，大大减少劳动的强度，例如，配套使用液压钳，可明显减轻的钻场作业人员的劳动强度。由于全液压钻机具有较高的集成度，每班至少可减少1-2人。

3.2全液压动力头钻机技术改进

全液压式钻机技术使用优势明显，且使用范围广泛。但是，随着深孔岩心钻探孔深的不断加深，需将装备配置作为主要出发点，对其开展必要的技术改进，进一步满足钻探施工需要。首先，要在充分掌握全液压式钻机基本运行原理的前提下，对其结构进行改进，不断增加操纵空间，为其他施工工序的顺利实施提供便利条件。其次，若孔深＞3000m，则要充分利用液压原理对泥浆泵进行驱动，并采用程序控制进行集中操作。最后，鉴于开孔直径不断扩大，全液压动力钻机可能会逐渐转变为单独配置动力的模式。