中華人民共和國地質礦產行業(yè)標準液動沖擊回轉鉆進技術規(guī)程中華人民共和國自然資源部發(fā)布I前言 Ⅱ1范圍 12規(guī)范性引用文件 3術語和定義 14適用條件 35液動沖擊器 35.1類型與型號 35.2鉆孔口徑匹配 45.3一般要求 56鉆進設備和附屬裝置 6 66.2鉆進設備和附屬裝置使用要求 67金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進 67.1鉆頭和擴孔器選擇 67.2鉆進參數(shù) 77.3操作要求 88硬質合金液動沖擊回轉取芯鉆進 8.1鉆頭選擇 8.2鉆進參數(shù) 8.3操作要求 9液動沖擊回轉全面鉆進 9.1鉆頭選擇 9.2鉆進參數(shù) 9.3操作要求 10沖洗液 10.3護壁堵漏 11液動沖擊器故障及孔內事故處理 附錄A(資料性)液動沖擊回轉鉆進相關計算公式 附錄B(資料性)液動沖擊器型號及技術參數(shù) Ⅱ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)本文件代替DZ/T0053—93《液動沖擊回轉鉆探技術規(guī)程》。與DZ/T0053—93相比，除編輯性修a)增加了規(guī)范性引用文件(見2);b)增加了術語和定義(見3);c)補充了繩索取芯液動沖擊回轉鉆進技術參數(shù)(見7.2、7.3);d)增加了液動沖擊回轉全面鉆進技術有關內容(見9);e)增加了液動沖擊器故障排除有關內容(見11.1);本文件由中華人民共和國自然資源部提出。本文件由全國自然資源與國土空間規(guī)劃標準化技術委員會(SAC/TC93)歸口。本文件起草單位：中國地質科學院勘探技術研究所、吉林大學、山東省第三地質礦產勘查院、河南省深部探礦工程技術研究中心、福建省第八地質大隊。本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：——1993年首次發(fā)布為DZ/T0053—93; 1液動沖擊回轉鉆進技術規(guī)程本文件適用于地質巖芯鉆探、水文水井地質鉆探、科學鉆探及其他鉆探工程領域的液動沖擊回轉下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文GB/T22512.2石油天然氣工業(yè)旋轉鉆井設備第2DZ/T0260地熱鉆探技術規(guī)程2沖洗液推動沖錘上行，彈簧推動沖錘下行沖擊的液動沖擊器。沖錘上行和下行沖擊均由沖洗液推動的液動沖擊器。采用雙穩(wěn)射流元件控制沖洗液換向，推動沖錘往復運動的液動沖擊器。射吸式液動沖擊器jetvacuumtypehydro-percussivetool利用高壓射流卷吸和水擊作用，推動沖錘往復運動的液動沖擊器。貫通式液動沖擊器hollow-throughhyd具有中空通道的液動沖擊器。由活塞和重錘組成的沖擊部件。沖錘沖擊鐵砧時所能做的功。沖錘沖擊鐵砧時的瞬時速度。單位時間內沖錘沖擊鐵砧的次數(shù)。閥由上限位到下限位的距離。3沖錘由上限位到下限位的距離。沖擊過程中沖錘和閥脫開后，沖錘繼續(xù)向下運動的距離。背壓backpressure液動沖擊器排出口處沖洗液的壓力。4適用條件4.1金剛石液動沖擊回轉鉆進適用于可鉆性級別4～12級巖層。硬質合金液動沖擊回轉鉆進適用于可鉆性級別4～7級巖層。4.2液動沖擊回轉鉆進以取芯鉆進為主，也可全面鉆進，鉆孔口徑范圍一般為48mm～311mm。4.3液動沖擊回轉鉆進適用鉆孔深度主要取決于泥漿泵額定工作壓力及鉆柱的耐壓和密封性能。4.4液動沖擊回轉鉆進宜使用人造孕鑲金剛石鉆頭和硬質合金鉆頭，以及專門設計的金剛石復合片鉆頭和表鑲金剛石鉆頭。4.5鉆入下列地層，宜采用液動沖擊回轉鉆進工藝：a)巖芯堵塞現(xiàn)象較嚴重，回次進尺短，機械鉆速低的較破碎地層；c)部分強研磨性地層；d)易發(fā)生鉆孔彎曲的地層。4.6遇下列情況，不宜采用液動沖擊回轉鉆進：b)局部孔段地層不穩(wěn)定，孔壁坍塌嚴重，尚未采取護壁措施；c)易發(fā)生巖芯沖蝕的松軟和水敏地層，巖芯采取質量達不到要求；d)沖洗液含砂量過高，且無有效的凈化措施；e)沖洗液中添加了惰性堵漏材料、漂珠等尺寸較大的固相顆粒。4.7在特深孔條件下，或應用大沖擊功、高能量的液動沖擊器時，宜進行專門的鉆具強度和碎巖效果計算。液動沖擊回轉鉆進相關計算公式參見附錄A。5液動沖擊器依據(jù)工作原理或結構特點，液動沖擊器主要類型見表1。4型號示例繩索取芯液動F——反作用；5.2.1不同規(guī)格的液動沖擊器主要技術參數(shù)及與鉆孔口徑匹配見表2。常見液動沖擊器型號及技術參J55.2.2繩索取芯液動沖擊器主要技術參數(shù)及與鉆孔口徑匹配見表3。表3繩索取芯液動沖擊器主要技術參數(shù)及與鉆孔口徑匹配繩索取芯液動配用繩索取芯鉆具配用液動沖擊功J5.3一般要求5.3.1液動沖擊器的上下接頭螺紋優(yōu)先采用GB/T16950和GB/T22512.2規(guī)定的標準，推薦選用的螺紋規(guī)格見表4。表4液動沖擊器上下接頭螺紋規(guī)格下螺紋5.3.2液動沖擊器應具有防空打功能，沖擊器提離孔底時，沖擊停止。5.3.3液動沖擊器應具有適用不同鉆孔角度的能力。5.3.4液動沖擊器應具有較寬的泵量、泵壓范圍，以滿足各種鉆進工藝要求。5.3.5液動沖擊器主要易損件工作壽命應符合表5規(guī)定。表5液動沖擊器易損件工作壽命易損件壽命h注：易損件主要指液動沖擊器活塞、缸套以及承受沖擊的部5.3.6液動沖擊器工作性能應穩(wěn)定、良好，沖擊功和沖擊頻率易于調整；各部件運動靈活，不得有阻卡66.1.2.2應選擇泵壓較高、泵量可調的泥漿泵。地質巖芯鉆探常用泥漿泵的額定泵壓為4MPa~6.1.3.4泥漿泵與高壓膠管間宜安裝穩(wěn)壓罐，其額定壓力不低于15MPa,容積不小于0.02m3~7.1.1金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進包括提鉆取芯金剛石沖擊回轉鉆進和繩索取芯金剛石沖擊回轉鉆77.1.3根據(jù)巖石可鉆性及孔內條件，依據(jù)DZ/T0227合理選擇金剛石鉆頭和擴孔器，并參考以下原則：a)在硬、堅硬、可鉆性級別高、裂隙和破碎巖層中鉆進，應選擇高目數(shù)(細粒度)的孕鑲金剛石鉆頭b)在中硬以下、可鉆性級別低和均質、完整巖石中鉆進，應選擇低目數(shù)(粗粒度)的孕鑲金剛石鉆頭和擴孔器；c)在研磨性強的巖石中鉆進時，應選擇較硬胎體的孕馕金剛石鉆頭和擴孔器；d)在研磨性弱的巖石中鉆進時，應選擇較軟胎體的孕鑲金剛石鉆頭和擴孔器。7.1.4金剛石鉆頭胎體的耐磨性、抗沖蝕性、沖擊韌性等應滿足液動沖擊回轉鉆進要求。7.1.5鉆頭胎體的金剛石濃度一般控制在75%～100%之間。7.1.6人造孕鑲金剛石鉆頭的金剛石粒度以40目～60目為宜。7.1.7宜選擇具有內、外徑補強的金剛石鉆頭。7.1.8宜選擇水口、水槽數(shù)量較多，過水斷面面積較大的鉆頭。7.1.9擴孔器外徑應比鉆頭外徑大0.3mm～0.5mm,堅硬完整地層采用下限數(shù)值。7.1.10鉆頭與卡簧之間應合理匹配，卡簧自由內徑應比鉆頭內徑小0.3mm～0.5mm。現(xiàn)場應配備2種～3種尺寸的卡簧，內徑相差0.2mm～0.3mm。7.2鉆進參數(shù)7.2.1.1應根據(jù)巖石可鉆性、完整程度和鉆孔口徑等選擇鉆壓，一般略低于金剛石回轉鉆進的鉆壓。在幅度一般不超過25%。7.2.1.3金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進推薦鉆壓見表6。表6金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進推薦鉆壓ABNHPS7.2.2轉速7.2.2.1金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進的轉速宜略低于金剛石回轉鉆進的轉速，一般在其范圍中下限，液動沖擊器沖擊頻率較高時，可取上限。適當降低轉速。7.2.2.3鉆孔較深、孔斜較嚴重、超徑情況下或鉆進強研磨性破碎巖層時，應適當降低轉速。87.2.2.4金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進推薦轉速見表7。表7金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進推薦轉速ABNHPS石回轉鉆進泵量高20%。7.2.3.2可鉆性級別高的巖層鉆進時，宜采用較高泵量；破碎地層鉆進時，宜采用較低泵量，以減輕對巖芯的沖蝕。7.2.3.3金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進推薦泵量見表8。表8金剛石液動沖擊回轉取芯鉆進推薦泵量ABNHPS7.3操作要求7.3.1液動沖擊器組裝7.3.1.1按照說明書進行組裝，測量和調整結構參數(shù)。7.3.1.2下孔前應進行檢查，保證各運動部件靈活，不得有阻卡現(xiàn)象。7.3.2孔口試驗7.3.2.1以下情況應進行孔口試驗：b)提鉆取芯鉆進，液動沖擊器工作超過20h時；9c)液動沖擊器經(jīng)擱置重新使用時。7.3.2.2試驗時緩慢提高泵量，液動沖擊器啟動并以低頻小沖擊功工作，頻率隨泵量提高而增大，至工作正常。如不正常，應將液動沖擊器卸下重新檢查、調整。7.3.2.3液動沖擊器正常工作后應將鉆具上提、下放數(shù)次，測試其防空打功能。7.3.2.4依據(jù)孔內情況和鉆進需要，調整液動沖擊器的沖擊頻率和沖擊功等參數(shù)，并做好現(xiàn)場記錄。7.3.3下鉆7.3.3.1液動沖擊器螺紋應連接緊密，無松脫和泄漏。7.3.3.3根據(jù)孔內情況，下鉆至距孔底一定距離時開泵循環(huán)，待孔口有沖洗液返出、泵壓正常和穩(wěn)定后，緩慢回轉并下放鉆具。7.3.4.1鉆進前0.5m時，鉆壓宜為正常鉆進鉆壓的2/3,并觀察泵壓、鉆速變化。7.3.4.2觀察泵壓和扭矩變化，適當調整鉆壓和轉速，保持適當?shù)你@速。7.3.4.3泵壓應比金剛石回轉鉆進時高0.5MPa～2.5MPa。7.3.4.4應保持沖洗液性能指標、泵量穩(wěn)定，保證液動沖擊器連續(xù)穩(wěn)定工作。7.3.4.5中硬以上或研磨性較強的地層鉆進時，如鉆速變慢應逐漸加大鉆壓，最大鉆壓不宜超過正常值的130%,同時觀察鉆速變化。如增加鉆壓后鉆速仍較慢，可適當提高泵量，最大泵量不宜超過正常值的120%。7.3.4.6泵壓持續(xù)波動且超過正常值2MPa～3MPa時，應立即提鉆檢查。7.3.4.7應使用卡簧卡取巖芯，不允許投放卡料。7.3.4.8每回次鉆進結束時應先沖孔再提鉆，確保孔內清潔。7.3.4.9應根據(jù)鉆孔口徑、孔深、巖石可鉆性及完整程度等合理選擇巖芯管長度。推薦巖芯管長度見表9。表9液動沖擊回轉取芯鉆進推薦巖芯管長度級別ABNHPS7.3.4.10繩索取芯金剛石沖擊回轉鉆進還應做到：a)繩索取芯液動沖擊器與常規(guī)繩索取芯鉆具匹配，無阻卡現(xiàn)象；b)內管總成不隨外管總成一起下鉆；c)泵送內管總成時，泵壓明顯升高且液動沖擊器啟動后再鉆進；d)打撈內管總成前充分循環(huán)。7.3.5鉆具維護保養(yǎng)7.3.5.1每回次后應對液動沖擊器進行檢查和保養(yǎng)，并及時調整結構參數(shù)。7.3.5.2鉆具提出孔口后，應檢查變形、磨損和失效情況，必要7.3.5.4拆裝液動沖擊器時，應使用多觸點式自由鉗，避免鉆具及零件變形，螺紋部位應涂螺紋潤滑脂8硬質合金液動沖擊回轉取芯鉆進8.1鉆頭選擇8.1.1應根據(jù)鉆孔口徑及所鉆巖層選擇鉆頭類型及其切削具的類型、數(shù)量、出刃大小、鑲焊角度及出8.1.2較軟巖層且使用高沖擊頻率、低沖擊功的沖擊器鉆進時，宜選用硬度較高、大顆粒的硬質合金。8.1.3較硬巖層且使用低沖擊頻率、高沖擊功的沖擊器鉆進時，宜選用高強度、高韌性、小顆粒的硬質合金。8.1.4常用的硬質合金牌號及性能見表10。表10硬質合金牌號及性能 8.1.5鉆頭壁厚和鉆頭鋼體長度應比普通回轉鉆進合金鉆頭大，在滿足巖礦芯采取率要求時，一般鉆頭壁厚為10mm～14mm,鋼體長度為140mm。8.1.7液動沖擊回轉取芯鉆進常用硬質合金鉆頭主要技術參數(shù)見表11。表11液動沖擊回轉取芯鉆進常用硬質合金鉆頭主要技術參數(shù)粒水口鉆頭出刃底出刃內外出刃刃角負前角6688圓柱狀44楔形片44 自磨出刃66圓柱狀8.1.8鉆頭刃齒磨鈍、鉆速下降時，可修磨刃齒后繼續(xù)使用。8.1.9普通大八角合金鉆頭適用于可鉆性4～6級的中硬巖石，內出刃一般為2.0mm～2.5mm,外出刃為3.0mm～3.5mm,底出刃為4mm～5mm,刃角為90°~100°,并根據(jù)巖石軟硬而定，巖石越硬，刃8.1.10大八角肋骨合金鉆頭，利用貼焊肋骨片的辦法加大過水斷面，內出刃為1mm,底出刃為5mm~8.2鉆進參數(shù)8.2.1硬質合金沖擊回轉取芯鉆進技術參數(shù)見表12。表12硬質合金沖擊回轉取芯鉆進技術參數(shù)巖石可鉆性級別78.3操作要求8.3.1同一公稱口徑硬質合金鉆頭應按直徑從大到小依次分組排列、排隊使用；鉆頭過度磨損或崩刃不8.3.2卡簧內徑一般比鉆頭內徑小0.3mm～0.8mm(硬巖層取小值，軟巖層取大值),使卡簧對巖芯有8.3.3認真檢查鉆桿和粗徑鉆具螺紋，若發(fā)現(xiàn)嚴重磨損或有微裂紋應立即更換。8.3.5下鉆至孔底遇脫落巖芯時，可輕輕竄動鉆具套住巖芯；若無效，可泵送沖洗液使液動沖擊器工作；8.3.6提下鉆時，鉆具應用提引器掛牢，避免造成孔內事故。8.3.8鉆具提至地表后，應輕放鉆具，以免碰壞鉆頭合金。8.3.9應先將鉆頭與卡簧卸掉再退取巖芯；不得高掛鉆具用錘猛敲，以防損壞鉆具及使巖芯層次顛倒。8.3.10啟動液動沖擊器時，應緩慢增大泥漿泵泵量，以防損壞泵零件及高壓膠管等。8.3.11鉆進時操作人員應密切關注泥漿泵壓力表的變化情況。8.3.13若泵壓突然升高，且液動沖擊器不工作，可能是鉆具或液動沖擊器發(fā)生堵塞；如液動沖擊器仍然8.3.14若泵壓突然下降，可能是鉆具折斷，應及時提鉆處理。9液動沖擊回轉全面鉆進9.1鉆頭選擇9.1.1可鉆性6級及以上地層，應優(yōu)先選用具有滑動軸承的耐沖擊牙輪鉆頭。9.1.2可鉆性6級以下的塑性均質地層，應優(yōu)先選用耐沖擊金剛石復合片鉆頭。9.1.3可鉆性6級以上的脆性地層，若使用高壓高能液動沖擊器鉆進，應選用硬質合金球齒鉆頭。9.2鉆進參數(shù)泵量選擇應兼顧液動沖擊器工作所需泵量和巖屑上返所需流速要求，泵壓不超過泥漿泵額定壓力的上限值。牙輪鉆頭、金剛石復合片鉆頭和硬質合金球齒鉆頭全面鉆進技術參數(shù)見表13、表14和表15。表13牙輪鉆頭全面鉆進技術參數(shù)中硬硬玄武巖、花崗巖、角巖、輝綠巖、輝長巖等表14金剛石復合片鉆頭全面鉆進技術參數(shù)中等抗壓強度非均質夾層的軟地層胎體刀翼式、拋物線頭型、中等抗壓強度和含研磨性胎體刀翼式、拋物線頭型、表15硬質合金球齒鉆頭全面鉆進技術參數(shù)中等抗壓強度非均質夾層的軟中等抗壓強度和含研磨性夾層的中硬地層高抗壓強度的硬及致密地層9.3操作要求9.3.2各處螺紋應涂螺紋潤滑脂。9.3.3液動沖擊器每次入孔前，應進行孔口試驗。9.3.4液動沖擊器與牙輪鉆頭、金剛石復合片鉆頭配合使用時，鉆頭噴嘴當量直徑應大于液動沖擊器內噴嘴處最小直徑；與硬質合金球齒鉆頭配合使用時，鉆頭水眼當量直徑應大于液動沖擊器內噴嘴處最小直徑的40%以上。9.3.5液動沖擊器與牙輪鉆頭配合使用時，應密切關注井下牙輪鉆頭的工作情況，謹防牙輪軸承斷裂。9.3.6液動沖擊器與金剛石復合片鉆頭配合使用時，沖擊功不宜過大，以防復合片碎裂。9.3.7液動沖擊器與硬質合金球齒鉆頭配合使用時，應嚴格控制回轉轉速，且沖擊功選取上限值；鉆頭應按直徑大小排列，并由大到小依次使用。9.3.8液動沖擊器上下螺紋連接時應達到規(guī)定的上扣扭矩，可根據(jù)現(xiàn)場條件使用B型鉗或液氣大鉗擰10沖洗液10.1沖洗液的選用10.1.1應根據(jù)地層情況確定沖洗液性能參數(shù)，確保沖洗液的潤滑和流變性能良好。10.1.2沖洗液密度通常控制在1.00g/cm3~1.25g/cm3之間；地質巖芯鉆進時，含砂量小于或等于0.2%,漏斗黏度(蘇式)小于或等于30s,大直徑全面鉆進時，含砂量小于或等于0.5%,漏斗黏度(馬氏)小于或等于60s。10.1.3需提高沖洗液密度時，可加入200目以細的重晶石、石灰石粉等。10.1.4不應選用含有固體潤滑球、噴射鉆砂粒、堵漏劑等顆粒狀惰性材料的沖洗液。10.1.5沖洗液的配制、性能檢測和維護按DZ/T0227相關規(guī)定執(zhí)行。10.2沖洗液的凈化10.2.1孔內返回的沖洗液應進行凈化處理。可根據(jù)施工現(xiàn)場條件選擇配備振動篩、旋流除砂器、離心機等固控設備。10.2.2可在沖洗液中加入絮凝劑，使固相顆粒聚結沉淀，凈化沖洗液。利用絮凝劑凈化沖洗液時，應按10.2.3未使用凈化設備的機臺，應采用自然沉淀法凈化沖洗液。循環(huán)槽長度不應短于15m,內寬220mm～250mm,高200mm,坡度1/100～1/80;循環(huán)槽中每隔1.5m～2.0m應安設100mm高擋可能原因液動沖擊器不啟動，卡簧座與鉆頭內臺階間隙過小液動沖擊器不啟動沖洗液管路出現(xiàn)漏失或泵量過小液動沖擊器沖擊無力自由行程過小泵壓突然降低，液動11.2孔內事故預防和處理11.2.1應對深孔鉆進用鉆具進行強度校核，滿足使用要求。11.2.2鉆具發(fā)生卡阻時，最大上拉力不應超過孔內鉆柱薄弱處抗拉能力的80%。11.2.3深孔鉆進時，應定期對液動沖擊器下接頭等關鍵部位進行探傷檢查。長期使用或強力起拔后的11.2.4在鉆孔全漏失、泵壓無顯示的頂漏鉆進情況下，使用液動沖擊器有利于判別孔內工況，預防燒鉆11.2.6孔內事故預防與處理的其他規(guī)定按照DZ/T0227、DZ/T0148、DZ/T0260的規(guī)定執(zhí)行。表A.1液動沖擊回轉鉆進相關計算公式Cδ——管壁厚度，單位為米(m);d;——管道圓形斷面直徑，單位為米(m);K——水的體積彈性模量，單位為帕[斯卡](Pa);E——管材的彈性模量，單位為帕[斯卡](Pa);,單位為米每秒(m/s);p?——水的密度，單位為千克每立方米(kg/m3)Sl——管路長度，單位為米(m);c——水擊波波速，單位為米每秒(m/s)m(水柱高度)v——液體平均速度，單位為米每秒(m/s);g——重力加速度，單位為米每平方秒(m/s2);c——水擊波波速