周卫国，李康东

（江西省地质矿产勘查开发局赣东北大队，江西 上饶 334000）

江西省铅山县某矿区从2009年至2019年已经累计施工岩心钻探20000余米，钻孔深度400～1200米不等。矿区地层破碎带位于300～500米之间，冲洗液漏失，较多钻孔在此层位出现掉块、卡钻，甚至埋钻等事故，事故处理费时费力，还是有钻孔报废。在这段破碎带层普通绳索取心进尺缓慢，内管起下频繁，钻进时效低，钻头容易磨损。经后期使用绳索取心液动锤钻进，回次进尺效果明显，钻进时效大幅提高[1]。

1 矿区概况及地层

1.1 矿区概况

该矿区位于铅山县城南东138°，方位直距33km处，行政区划归属铅山县英将乡管辖，交通便利。矿区地表水、地下水丰富，能够满足矿区施工及生活用水需求。

1.2 矿区地层

区内出露地层主要为青白口系周潭岩组，次为第四系联墟组。

（1）第四系联墟组主要分布在矿区东部、中部等山间盆地及沟谷地带，岩性为亚砂土、亚粘土及砂砾石层，厚度为20～50米。

（2）青白口系周潭岩组总体呈近东西向展布，区内与成矿关系较为密切的主要为透辉石岩，阳起透辉石岩。花斑岩脉侵入周潭岩组，岩脉与围岩呈侵入或断层接触。呈隐伏状主要分布于100线、107线钻孔中，少数具绿泥石岩，蚀变后为灰绿色或浅绿色，平均厚度为50～80m。

2 钻探施工

2.1 钻探设备

钻探设备采用XY-4、XY-44立轴式钻机，根据钻孔不同孔深合理调配钻机；2台BW-250型泥浆泵，泵压为8MP、泵量为250L/min；钻塔为12m、18m四角形管子塔。

2.2 钻孔结构

根据矿区前期施工情况，在7线、100线、107线的钻孔中辉绿玢岩脉非常破碎，岩心堵内管，进尺缓慢、回次进尺少，起钻频繁，孔壁不稳定。ZK705在576米处先卡钻，后埋钻，事故没有处理好，钻孔报废。为解决上述问题，后期钻探施工的钻孔结构就更合理。

一开（开孔口径）：以ø150mm硬质合金钻头和金刚石钻头穿过第四系覆盖层进入基岩5～10m，下入比实际孔深长0.2m的ø146套管护壁；

二开（过渡口径）：以PQø122mm绳索取心钻具钻至孔深100～130m，下入比实际孔深长0.4m的PQ钻杆作为护壁套管；

三开（备用口径）：以HQø95mm绳索取心液动锤钻至300～500m深，以穿过辉绿玢岩20m为准，下入比实际孔深长0.6m的HQ钻杆为护壁套管；

四开（终孔口径）：以NQø76mm的绳索取心液动锤钻至终孔。

图1 钻孔结构图

2.3 钻探工艺

SYZX系列绳索取心液动锤主要是利用泥浆泵输出的冲洗液驱动位于孔内的液动锤，液动锤内的冲击锤在惯性和液流的共同作用下，通过冲击锤轴将冲击功传到钻头，对钻头施加一定频率和能量的冲击。钻头在钻压、扭矩以及冲击功的联合作用下切削岩石，从而可以加速破碎岩石，减少岩心堵塞内管，也能提高岩心采取率。

表1 SYZX系列绳索取心液动锤钻具型号及技术参数

2.4 钻进参数

（1）转速：绳索取心液动锤的钻进转速与普通绳索取心钻进转速基本相同。在青白口系透辉石岩钻进采用6档转速（约为660r/min）。在孔深不断增加的情况下，根据地层及进尺情况，转速作适当调整。通常情况下，孔深0～500m，转速为600r/min左右；孔深500～1000m，转速为500r/min。

（2）钻压：由于绳索取心钻具装有液动锤，钻进给压和普通绳索取心略有不同。尤其是在钻进辉绿玢岩时，钻压过大，进尺过快，容易造成钻头水口堵塞，钻头容易微烧，加速了金刚石钻头的磨损，而且也容易使岩心管堵塞。虽然有液动锤，每回次进尺0.8～1.0m，在ZK1083孔，钻头更换频繁，钻压没有及时调整，每回次进尺不理想。该矿区钻压控制在15～20KN范围之内比较合适[2]。

（3）泥浆泵的选择：泥浆泵的主要作用是将冲洗液进行循环。由于冲洗液要冷却钻头、携带岩粉、润滑钻具等会直接损耗一部分泥浆泵的输出功率和能量，剩下的能量被液动锤损耗。要使液动锤能够正常工作，泥浆泵输出的冲洗液必须要有足够的流量、流速和压力。如果钻杆连接处有漏水现象，冲洗液形成假循环，就会损失更多的能量，液动锤就不能工作。ZK1073孔在500处使SYZX75液动锤，泥浆泵为BW-150型，液动锤出现间歇式工作，没有达到应有的效果。理论上BW-150型泥浆泵泵量为150L/min，能够满足SYZX75液动锤正常工作的泵量60～90L/min，但在实际钻进过程中会出现较多不确定因素，导致泥浆泵泵量出现损耗，从而使液动锤冲击无力，时冲时不冲。后改成泵量为250L/min的BW-250型泥浆泵，液动锤工作正常。通常情况下，泵量越大，液动锤的冲击频率和冲击功就越高，钻进效率也越高。因此，在使用液动锤时，要选择泵量大一级的泥浆泵。

（4）冲洗液：绳索取心液动锤推荐使用低固相、粘度低的冲洗液。该矿区主要使用聚丙烯酰胺和癸酯酸钠直接加清水搅拌，或在内管投放前，把一小包聚丙烯酰胺倒入钻杆内，然后投放内管，开通水泵进行循环。这样有利于孔内残留岩粉被刚投放的聚丙烯酰胺更多地带出孔内。当然，刚开始聚丙烯酰胺没有完全溶解，泵压会升高，待充分溶解后，泵压回落，液动锤正常工作就可以正常钻进[3]。

图2 部分岩心图片

3 绳索取心液动锤的优、缺点

3.1 优点

（1）能够准确地判断内管是否投放到位，避免出现“打空管”现象。普通绳索取心投放内管只能靠听内管撞击座环、扶正环的声音来判断。如果钻杆接箍有毛刺或者稍微扁平时，内管有时难于判断是否到位，再钻进时就会“打空管”。当液动锤投放到位时，液动锤正常工作，高压管产生高频振动，静止状态下触摸钻杆有明显的震动感，泥浆泵泵压也会升高0.8MPa以上，从而能准确判断内管是否投放到位。

（2）在破碎地层，能够提高钻进速度，岩心采取率明显提高。在辉绿玢岩比普通绳索取心钻具每回次进尺（0.1～0.2m）提高4～5倍。减少了辅助时间，提高了钻进效率。

（3）降低了材料消耗，提高了钻头寿命。减少了起下钻的次数及起下钻对孔壁的扰动。

（4）有文献资料显示，液动锤能有效对孔斜的控制。在该矿区中，由于地层不容易造斜，钻孔弯曲度控制没有可比性。

3.2 缺点

（1）绳索取心液动锤钻具比普通绳索取心钻具结构复杂，钻具外管明显加长，钻具强度有所降低。液动锤要与普通绳索取心钻具连接要重新加工短接。

（2）液动锤零部件较多，在高频振动下，易损件要经常更换。由于国内没有统一的标准，易损件不通用。

（3）对冲洗液要求比较严格，冲洗液以低固相或无固相为佳。

4 结语

绳索取心潜孔液动锤钻探技术是一项实践性很强的技术，能提高坚硬、破碎地层的回次进尺，可控制在造斜地层中钻孔弯曲度，提高钻孔质量。在岩心钻探中应积极推广该技术，提高钻进效率。