浅谈全液压动力头结合高频震动在岩芯钻探中的应用_韩健庄.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-02-24修回日期 2020-03-11 作者简介 韩健庄 （1975-） ， 男 （汉族） ， 湖北武汉人， 工程师， 现从事探矿工程技术工作。 浅谈全液压动力头结合高频震动在岩芯钻探中的应用 韩健庄* （广东省地质局第四地质大队， 广东 湛江 524049） 摘要 本次研究以全液压动力头结合高频震动在岩芯钻探中的应用， 作为研究对象， 结合实际工程 深入分析了全液压动力头下出现的一些岩芯钻探问题， 而根据问题提出全液压动力头结合高频震动 在岩芯钻探中的应用， 最终得到行走参数预期速度为 5.67km/h， 通过能力预期约为380mm， 行走最 大爬坡角约为27； 钻进进给力大于或等于56kN， 钻进提拔力大于或等于120kN， 钻进回转转速 1000r/min， 钻进进给行程约为4.0m， 钻进钻深1600m （NQ） ， 取芯主卷扬拉力96kN， 取芯绞车速度设 置约为1.5m/s， 单次取芯长度为1.6m、 2.9m， 取芯容绳量为1800m， 取芯钻杆规格为PQ、 BQ、 NQ， 采 用高压油泵高频震动。在相应设计参数下， 达到钻深1600m的处理效果。 关键词 全液压动力头； 高频震动； 岩芯； 钻探 中图分类号 P634 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202011-0066-03 目前， 在世界范围内我国的矿产资源仍然占据较 高的储备量， 约在世界排名为前三位[1]。而我国作为人 口大国， 一直对于资源的开发采取粗放式， 以及低效率 的使用， 从而导致我国大部分资源处于严重破坏的状 态， 也由此导致我国人均资源占有量下降， 并且部分资 源出现危机的发展态势[2]。因此资源合理开发， 已经成 为我国当下必须处理的任务[3]。近年来， 国外一些国家 采取大规模的开挖式勘探， 使得一些资源浪费与环境 污染问题严重[4]。因此， 大规模开采方式无法在各国适 用， 取而代之岩芯钻探这种小范围的开采方式得到了 广泛应用[5]。岩芯钻探能否得到较高的工作效率， 与钻 机的合理选择密切相关[6]。因此， 本次研究中浅谈全液 压动力头结合高频震动在岩芯钻探中的应用效果， 从 而为深部岩芯钻探积累一些经验。具体内容如下所 述。 1工程概况 勘察拟建场地位于河北省石家庄市H县城城东北 约3km处的HC产业集聚园区内， 厂区形状接近长方 形， 东西约860m， 南北940m， 占地面积808400m2。本 次该拟建厂区工程做初步勘察。本次勘察是为了对拟 建厂区拟建建筑地段的稳定性作出评价。原全液压动 力头岩芯钻探处理深度达800～1000m， 而本次研究采 用全液压动力头结合高频震动， 预计岩芯钻探处理深 度在1600m。 2具体应用分析 2.1常见问题 目前， 结合本工程区域的实际情况来看， 单纯使用 全液压动力头岩芯钻探的情况下， 其性能普遍存在稳 定性差的现象， 一般在一些浅层或岩质较软地带， 可以 达到较佳的钻岩效果， 但在遇见一些深层的玄武岩质 时， 往往较难达到更深层次的勘察效果， 会因过大的阻 力， 从而消弱机械性能， 全液压动力头岩芯钻头的工作 效率也因此下降。 另外一方面， 全液压动力头岩芯钻探， 大多数机型 仅能够提供单一方向的进力， 如在实际钻探过程中， 随 着钻探的不断深入， 而随之变化的钻具， 其质量也在不 断的增加， 而在钻探超过一定的深度时， 往往钻具其自 身的重量会超出所在地层所需要的进力。而无法给出 一定的力量产生消除机制， 则会进一步地导致过大的 力量产生， 从而该力量会作用在钻头与扩孔器上， 进而 会导致扩孔器或钻头， 出现结构性的损伤， 既间剪切性 的原理破坏产生。而在这种状态下， 不仅会促使岩芯 钻探的整体成本增加， 也同样降低了工作效率。 2.2解决对策 根据上述问题的产生， 提出相适宜的全液压动力 头结合高频震动在岩芯钻探中的应用设计策略， 以此 66 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 杜绝上述问题的产生。具体内容如下 （1） 钻机的预期设计参数。根据上述问题， 结合本 工程勘探的实际岩质情况， 提出全液压动力头结合高 频震动， 行走参数预期速度为 5.5km/h， 通过能力预期 约为380mm， 行走最大爬坡角约为27； 钻进进给力大 于或等于56kN， 钻进提拔力大于或等于119kN， 钻进回 转转速 40～1100r/min， 钻进进给行程约为3.8m， 钻进 钻深1600m （NQ） ， 取芯主卷扬拉力96kN， 取芯绞车速 度设置约为1.5m/s， 单次取芯长度为1.6m、 2.9m， 取芯 容绳量为1799m， 取芯钻杆规格为PQ、 BQ、 NQ， 采用 高压油泵高频震动。另外， 在实际施工过程中， 钻机正 常运行下， 钻塔所呈现的受力相对简单。若出现钻机 事故时， 所呈现的钻机工况却非常复杂。因此， 要保证 在钻塔受外力影响状态下， 若出现恶劣条件及复杂的 工况， 钻机仍然能够稳定运行， 那么， 在实际工作中， 也 依然可以保证机械稳定运行， 那么机械事故发生的机 率也相应能够减小。由此将取芯主卷扬拉力设计为 96kN， 取芯绞车速度设置约为1.5m/s， 单次取芯长度 为1.6m、 2.9m， 取芯容绳量为1799m。 （2） 预期与结果比较。通过上述研究数据与实测 结果可得， 所设定的相应参数满足设计要求， 最终钻深 达到1600m， 回转速度处于高频状态下， 使用高压油泵 高频震动， 钻深处理效果更佳。具体结果如表1所示。 3结论 功能 行走 钻进 取芯 速度 （km/h） 通过能力 （mm） 最大爬坡角 （） 进给力 （kN） 提拔力kN 回转转速 （r/min） 进给行程 （m） 钻深 （m） （NQ） 主卷场拉力 （kN） 取芯绞车速度（m/s） 单次取芯长度 （m） 容绳量（m） 钻杆规格 高频震动钻机 设计值 5.5 380 27 56 119 40～1100 3.8 1600 96 1.5 1.6、 2.9 1799 PQ、 BQ、 NQ 高压油泵高频震动 实际值 5.67 380 27 55 120 1000 4 1600 96 1.5 1.6、 2.9 1800 PQ、 BQ、 NQ 高压油泵高频震动 表1预期参数与结果比较 综上所述， 全液压动力头结合高频震动在岩芯钻 探中的应用需要结合场地的实际情况， 以及在运行过 程中， 可能出现的问题， 从而有针对性地提前做好相应 参数的设定， 进而达到最佳的钻深效果。全液压动力 头在不同的工况下， 所产生的钻岩效果也各不相同， 在 实际钻取过程中， 需要考虑可能出现的事故问题， 也要 考虑维修保养、 成本等问题。而本次研究中所设计的 参数， 在实际应用中将综合问题进行有效的分析， 从而 得到有针对性的解决对策。并在实际模拟中最佳的效 果。全液压动力头结合高频震动， 能够在实际钻进过 程中， 遇见阻力， 可通过高频震力消减阻力， 最终达到 最佳的钻深效果。 参考文献 [1]郑文龙, 乌效鸣, 许洁, 等. 中国深部岩心钻探钻井液技术应 用现状及研究方向探讨[J]. 地质与勘探, 20193. 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