全液压轻便钻机钻进工艺研究

全液压轻便钻机钻进工艺研究

孙宏莉李守圣吕万宏

孙宏莉李守圣吕万宏（黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院河南洛阳471002）

摘要：全液压轻便钻机具有钻进效率高、结构简单、拆装方便、重量轻、液压控制、无极调速等优点，但其追求轻便的同时，钻进过程中会带来一些问题。

可从钻进工艺方面解决。针对不同地层，选择绳索取芯、干钻、薄壁套管跟进等工艺。

关键词：轻便钻机；复杂地层；钻进工艺

1前沿全液压轻便钻机是为了满足不同的钻进需求而设计的，采用模块化设计，各模块独立，模块间采用液压油管和电缆连接，体积小，质量小，结构简单，拆迁组装方便快捷，可迅速调整钻进参数，适合应用各种钻进工艺[1]。但其优点建立在丧失部分设备性能的基础上，相对机械钻机整体性能偏弱，在各类地层应用受到一定限制。因此，需对其钻进工艺进行研究，从工艺上解决问题，使其满足工作需求。

2全液压轻便钻机的优点及缺点全液压轻便钻机的优点是全液压控制，各类参数调整快捷，可以实现无级变速；模块化设计，单件重量轻，拆装与搬运方便；给进行程大，可应用多种钻进工艺，自动化程度较高；远离孔口操作安全性高。

全液压轻便钻机的缺点是：结构简单且轻，稳定性较弱，钻进复杂地层或钻孔加深时，易引起底座移位；复杂地层钻进能力较弱，一是全液压系统负载保护的设计，不能快速加压通过复杂地层，二是追求结构简单，降低能耗，减少柴油机数量或重量，设计扭矩远小于常规机械钻机，降低了钻进能力且易卡钻。以上缺点导致其复杂地层钻进能力较弱、易发生孔故；无塔式设计或桅杆式钻塔设计加之扭矩较小，导致其处理孔故能力较弱。

尽管全液压轻便钻机存在诸多问题，但应用还是越来越广泛，并通过提升钻机能力，改良钻进工艺，在更多地层中得到应用。

3钻进工艺研究3.1常规钻进工艺这里所说的常规钻进工艺是指金刚石、复合片钻进等。这类工艺效率高且稳定，与泥浆等冲洗液配合效果更佳。在机械钻机上应用结合锤击套管跟进护壁，可解决大多数地层钻进问题，但全液压钻机无法进行锤击跟管，因此仅适合钻进完整基岩。

完整基岩可以说最适合全液压钻机，钻进稳定，可在钻进过程中对钻进参数微调，效率高，可采用二级钻孔结构和下两种工艺：孔深较浅时，采用常规回转钻进工艺，以Φ91mm钻具开孔钻至一定深度，换Φ75mm钻具钻至预定孔深。需注意控制冲洗液量，保证孔内清洁，沉淀较多时及时清孔；钻进参数不易突变，应该进行微调。

3.2植物胶钻进工艺植物胶钻进工艺[2]是指利用金刚石半合管取芯钻具，配合调配好的植物胶冲洗液进行钻进的工艺，具有护壁效果好，取芯原样性好，适用于各种地层的优点。钻进参数遵循“小泵量、低压力、中高转速”原则。泵量以能够正常携带岩粉返屑即可；压力根据地层及进尺速度随时调整，为保证岩芯质量，回次进尺长度与时间不宜过长，控制在1m以内；转速不易过高，否则会破坏植物胶性能。应配有1个制浆池和1个沉淀池；循环槽长且弯，有一定坡度，每隔一定间隔将循环槽深挖或设置挡板沉砂，及时清理；卡簧座与钻头间隙根据地层与取芯情况随时调整，在砂土层以8～10mm为宜，在砂卵石层以3～5mm为宜。与全液压钻机结合应用在覆盖层、砂卵石层以及松散、破碎等地层。存在问题：全液压钻机扭矩较小，突变加压易致柴油机熄火，某些夹砂层与夹泥层取样时，易发生岩芯冲蚀，影响取芯质量。

3.3空气潜孔锤钻进工艺空气潜孔锤钻进工艺是指利用高压压缩空气作为动力驱动冲击器，进行破碎岩石的技术。可以实现全断面破碎钻进，也可以实现跟管钻进。具有地层适应性强、钻进效率高、孔壁稳定的优点[3][4]。

全液压钻机行程长、参数调整快捷，适合应用空气潜孔锤钻进工艺。

钻进时先回转再送风冲击；停钻时缓慢停风再停止回转钻具。在送风管路上装设注油器或定期在钻具内倒入机油润滑钻具与冲击器。在非含水层钻进一段时间后应集中清孔，可尝试向套管和钻杆内注水后瞬间开启送风阀门，强风清孔。如发生憋钻，不可强行回转，易造成钻具抱死无法拧卸。此工艺应用于松散覆盖层注水试验孔，采用同心潜孔锤钻试验孔，注水试验后，换潜孔锤跟管护壁。潜孔锤跟管钻进可达10-20m/h。

3.4干钻钻进工艺干钻钻进技术是指不采用任何冲洗液，利用钻具的旋转、冲击、挤压的方式采取岩芯[5]。干钻适用于松散覆盖层，取芯效果好，但钻进效率低，对设备能力要求较高。钻进遵循“短进尺、低转速、大压力冲击钻”原则。钻进过程中，钻进很短时间就上提再下压，反复上提下压操作，有效降低烧钻机率。为保证取芯效果，回次进尺控制在40～80cm。由于全液压钻机能力限制，应用此工艺钻进深度较浅。

3.5跟管钻头钻进工艺跟管钻头钻进工艺是指采用薄壁套管加装套管钻头破碎地层跟进护壁的钻进工艺[6]。该技术套管跟进平稳、角度控制好，在复杂地层和斜孔中应用效果好。与全液压钻机结合应用，配合其他钻进工艺，可有效提高钻进深度，降低孔故。

钻进工艺还有很多，如无泵反循环钻进，绳索取芯钻进等，实际应用中往往是多种工艺组合，才能取得更好的效果。

4实例应用水利水电工程勘察中，通常要在覆盖层中做注水、抽水试验，在基岩中做钻孔压水试验[7]。钻进通常要求清水钻进，避免冲洗液对试验造成影响，应用全液压轻便钻机钻进时钻孔结构以及工艺相对较为复杂。

4.1实例1某工区基岩为硬度六级左右完整基岩，孔壁稳定，要求终孔孔径不小于75mm，进行钻孔压水试验。以ExploreJr.36D轻便钻机为例，其钻进能力为100m，设计钻孔结构为：Φ130mm钻具开孔，下Φ127mm薄壁套管护孔口，换Φ91mm钻具钻进至40m，换Φ75mm钻具终孔。钻进过程中保证冲洗液量，及时排渣，效率可达1m/h。

4.2实例2某工区覆盖层上部为较松散砂层、土层以及砂砾层，下部为砂卵石层。有两种设计方案，一是取芯钻进方案，一是水文试验方案。

取芯钻进方案是开孔干钻后下入套管护壁，换植物胶钻具钻进，提钻取芯后下入比取芯钻具高一级配的薄壁套管以及套管钻头钻进护壁，再换植物胶取芯钻具扫孔至上一回次进尺位置后正常取芯钻进。效率可达1m/h。

水文试验方案是开孔干钻后，下入套管护壁，在钻具上加装无泵反循环接手，开始无泵反循环钻进一个试验段，下入钻杆加工成的花管连接扫孔钻头，进行扫孔以及水文试验，下入比钻具高一级配的薄壁套管以及套管钻头钻进护壁，重复上述钻进过程。效率可以达1次试验/台班。

5结论尽管全液压轻便钻机的应用受其设计应用目的、结构以及性能参数影响，但可通过多种钻进工艺组合，较好的解决其应用问题。

参考文献[1]轻便钻机在地质勘察工程中的应用[J].西部探矿工程，2013（5）：80-82.[2]张志平.SM植物胶在水电工程中的实践总结[J].四川水利发电，2003，22（2）：47－48.[3]鄢泰宁.岩土钻掘工程学[M].武汉：中国地质大学出版社，2001，8.[4]楼日新.复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究[D].成都理工大学博士论文，2007.[5]刘桂松.干钻法在砂砾石层钻进中的成功应用[J].西部探矿工程，2001，（4）.[6]黄小军，贺修安，陈晨.多级跟管钻进工艺在苏哇龙水电站贡扎滑坡体工程勘察中的应用[J].水利水电技术，2009（3）：47－49.[7]中华人民共和国水利行业标准，SL31-2003，水利水电工程钻孔压水试验规程[S].[8]全液压钻机应用情况分析[J].设备管理与维修，2012（6）：9-11.作者简介：孙宏莉（1982-），女（蒙古族），辽宁丹东人，黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院技术质量部工程师，勘查技术与工程专业，从事勘探技术研究与应用工作.