关于工程勘探钻机和钻具升级的分析研究

董少辉

摘 要：勘探事业的不断发展，钻机和钻具在施工中是必不可少的工具，随着勘探施工不断走入越来越深的矿床和深远地区，对于钻机的要求也就越来越高。

关键词：工程勘探；钻机；钻具；升级

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.108

0 引言

本文根据美国宝长年公司和瑞典阿特拉斯.普柯公司在加拿大勘探开发者协会上展出的最新产品作为参考，逐步探讨钻具钻机需要的升级。我国幅员辽阔，不同地区的地质结构情况存在较大差异，虽然实际工程勘探过程中钻孔深度并不深，但是整个钻探过程比较复杂，因此必须使用多功能、稳定性较高的钻机。当前，市场上的钻机具有静压、振动、冲击、回转等功能，还有一些钻机可以回转振动钻进或者冲击回转钻进，极大地提高了钻机运行效率，特别需要注意的是液压振动器和钻机的配合，可以快速、准确地钻进坚硬的砂卵石地层中，这种振动机在高速运转状况下形成较大的离心力，实现高频振动，在垂直方向上产生激振力，从而推动钻机快速钻进，并且还可以随时调整马达旋转速度和旋转方向，利用其自身的锤击结构，实现振动器的上下振动，不仅可以将套管拔出，还可以快速放置套管。

1 地表取心钻机

美国宝长年公司在加拿大勘探开发者协会上推出的最新研制的SC11飞运式轻便钻机。在国内的钻具钻机的升级过程中，我们应该参考SC11钻机的主要特点进行全面的升级。

（1）安全性高。 SC11钻机包含钻杆处理设备和充氮卡盘，其可以自动化的处理一些运行故障，减轻了工作人员的钻杆处理量，钻机内部的控制模块，设置起换挡操作杆，有效避免钻机的意外启动，并且在安全系数不高的环境中，利用钻机的激光系统可以自动停止钻机钻进，这种钻机的高压软管主要采用防爆套管，安全性较高。

（2）钻进性能好。SC11钻机主要应用M4液压阀和LM地下钻进技术，包含四挡转速和空心主轴，运行过程中采用液压运转模式，设置弹簧开关，钻杆性能良好，其在实际应用中提升能力可达132kN，进行程约180cm，钻深能力非常强，运行故障发生率较低。

（3）动力强。SC11钻机集成了多种钻机的优势，在很多相同型号的钻机中，这种钻机设计了PQ大直径钻杆，可以快速飞转钻进，在实际应用中可以达到1500m左右的钻进深度。

（4）易拆卸。SC11钻机结构设计巧妙，包括多个飞运模块，这些飞运模块的最大重量约700kg，因此整个SC11钻机的重量和其它型号钻机相比重量较轻，其可以设置在载荷平衡区域，工作人员可以快速、准确地识别起吊点，SC11钻机的连接接头，可以实现快的拆卸和组装。

2 金刚石钻头

在实际的工程勘探中，钻探公司主要关注钻探设备的运行效率和岩心多少，因此越来越多的钻探公司不断寻找使用寿命长、钻进稳定性高的钻头，降低钻头消耗费用，当前瑞典阿特拉斯.科普柯公司推出的Excore金刚石钻头，可以实现在任何地质结构中的快速钻进，并且钻进压力始终保持稳定，因此不需要盲目地增加钻进压力，可以合理控制钻进速度，获得良好的钻进效果。由于不同地区地质结构情况不同，适用的钻头类型有限，而选择Excore金刚石钻头主要是因为其具有以下几个特性：

（1）适用性强。普通钻具在进行直孔钻进时，需要降低钻进压力，当钻进坚硬岩层过程中，再适当升高钻进压力，加快钻进速度，从而适用不同的岩层结构，提高岩心采取率。而Excore金刚石钻头在应用中不需要进行更换，其可以适应各种复杂的地质结构，有效简化了钻进工艺，保障了钻进质量。

（2）效率高。Excore金刚石钻头非常坚硬，并且相关切削工艺也得到了优化，和普通类型钻头相比，Excore金刚石钻头的钻进速度提高了70%以上，即使在非常坚硬的岩层中，可以以低钻压状态持续、稳定地进行钻进。

（3）使用寿命长。由于Excore金刚石钻头可以适应各种复杂的地质条件，因此其使用寿命相对较长，即使在极端恶劣的地质环境中，这种Excore金刚石钻头使用寿命也比普通类型钻头长5～8年，并且可以有效减少钻杆的起下时间和次数，降低其损坏程度。

3 我国工程勘探钻具的升级

（1）在恶劣环境下地表勘探作业。针对美国的SC11钻机的施工作业，我国的钻具还没有达到在恶劣环境下可以按照正常模式施工，所以在此条件下我们需要，针对钻机地表的钻进深度至少在1200-1500米，这样才可以有效的在比较难以进入的施工地区和钻进场地受到环境限制的地表勘探作业。

（2）钻机有较强的适应力和动力。在钻机的的升级中需要将钻机的适应力进一步加强，而且可以方便的组装运输，针对不同的环境可以使用多种形式进行施工作业。例如：气温比较寒冷的地区，由于结构紧凑，因此可在钻棚内进行钻探作业。

由于施工地区不同，地表结构不同，所以对于地质较强硬的地域就需要钻机的动能功率要大。

（3）钻机的安全性能要强。对于场地施工，工作人员的安全需要拜访在第一位，所以对于钻机的设计上方便连接组装和拆卸，可以安全的输送钻杆，我们可以再钻杆处理装置配备有接近传感器，以保护在附近的操作人员免受钻杆落下时的伤害。

（4）钻头的强度加固和速度升级。钻头的升级方面，我们可以借鉴Excore钻头，提供钻进稳定和钻进速度。在低钻压状态下，可以快速钻进直孔，这种钻进方式可以获得较高的岩心采取率，并且降低钻进过程中的摩擦阻力，避免损坏钻杆柱。对于坚硬的破碎地层，由于钻进过程中容易发生偏移，因此应合理控制钻进速度，适当降低钻头压力。同时，在进行工程勘探时，除了采集样本以外，还需开展静力触探、动力触探、标准贯入等试验，全面了解勘探现场的情况，降低钻机钻进损坏率。另外，工程勘探过程中，结合锤击数，根据静力触探试验，合理设置地锚设备，通过触探自动记录仪器或者电子应变仪器，仔细分析试验结果，从而有针对性地调整钻进过程。

4 总结

综上所言，在钻具钻机的升级中除借鉴外国钻具的技术，同时也要加强我国本身钻具实际的勘探作用，也就是对于我国的勘探施工具体环境的了解，有针对性和有目的的加以升级，这样对于我国的勘探业有着飞跃式的发展前景。

参考文献：

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[2]潘永平，杨一华.如何合理的使用金刚石钻头[J].内蒙古煤炭经济，2010（02）.

[3]黄志文.大型旋挖钻机设计中几个问题的讨论[J].建筑机械，2010（15）.