摘要
本文介绍了便携式全液压钻机在秦岭地区固体矿产地质钻探中的应用情况，简述了EP600系列钻机基本概况与钻探工艺，结合不同工区11个钻孔分析了地层岩石级别与钻进施工效率的关系。针对该钻机在钻进效率、功率损耗、施工能力等方面的问题，通过合理选择（改进）钻头、降低钻杆孔内摩阻力及采用轻型高强钻杆等有效措施或建议，初步取得了较好的试验效果。提出了便携式全液压钻机的适用条件和优势，该钻机在地层岩石可钻性级别7级以下的浅孔（孔深<350 m）中钻进效率高，在复杂地形环境中具有搬迁便捷、组装快、环境破坏少的特点，满足了生态环境保护政策和绿色勘查工作相关要求，钻探综合经济成本明显降低。对于尚未解决的问题，给出了合理工作建议，为下步更好地发挥便携式全液压钻机效能起到了积极的指导与借鉴意义。
2020年，西安矿产资源调查中心在陕西秦岭地区设立了矿产地质调查（勘查）项目，秦岭地区植被茂密、地形切割强烈、国家级保护动植物丰富，环保政策要求严格。为贯彻落实习近平生态文明思想，切实加强地质勘查工作中生态环境保护，最大限度减少对环境的扰动和影
（1）模块化设计，桅杆式钻架结构。模块轻量化设计，最重模块180 kg，施工运输便道宽0.7~1 m即可满足通行，易于搬运；桅杆式钻架，可实现45°~90°任意角钻进，机架材料采用航空铝材，机身轻
（2）全液压驱动。顶驱式动力头，长行程导轨，油缸推进，不用反复倒杆，导向性、定向性好；无级调速，可开高速，钻机震动小；通过各种压力表实时掌握孔内情况，有限压保护，安全性高；操作台面板布置合理，方便操作，管路布局灵活，各模块维护保养简单。
（3）运行稳定，机械故障率低。钻机动力等主要部件为国外进口，液压系统高度集成，运行过程中，动力输出稳定，噪声小，80%以上结构件采用高强度铝合金材料，机械故障较少。
EP600系列便携式全液压钻机采用“薄壁系列钻杆+薄壁系列绳索取心钻具+无（低）固相冲洗液”钻进技术方法，主打HTW-NTW-BTW级配的薄壁金刚石绳索取心钻探工
注： 钻头底唇与孔底岩石接触的实际面积应为钻头底唇面积减去水口面积（水口面积约占总底唇面积的25%~30%）
一般情况下，地表或浅层覆盖有不同厚度的松散沉积物，常采用Ø110 mm-HTW-NTW三级钻孔结构，用Ø110 mm口径开孔，施工至较稳定的基岩后无需起拔套管，Ø108 mm套管护壁，直接采用HTW口径钻进施工。若采用HTW口径施工过程中出现严重的坍塌、掉块等情况，造成严重卡钻（钻具无法回转或起拔），可采取以下2种处理方案：一是直接续接Ø108 mm套管用Ø110 mm口径扩孔至卡钻位置以下，以实现解卡，再继续用HTW口径钻进；二是HTW钻杆直接作为护壁套管使用，打捞出HTW内管总成，用NTW口径钻进施工，需要注意的是必须先用NTW钻头磨铣掉HTW钻头内台阶，NTW钻具通过后才能正常施工钻进。钻孔地层较理想的情况下，钻进深度<400 m时，可采用NTW口径施工至终孔，BTW口径作为备用级，钻具组合选择见
对于地表覆盖层薄（小于30 cm）或基岩裸露地区，常采用HTW-NTW两级钻孔结构，若在NTW口径施工过程中，钻机转速明显降低，扭矩增大，或钻进中出现卡钻等不适于继续使用NTW口径钻进的问题时，宜采用BTW口径接续开展钻进施工。
一般情况下，要结合地层主要岩性、硬度、完整程度及风化程度等地质条件，才能确定满足高效钻进所需的实际参数。便携式全液压钻机各机构的驱动力来自高压管路中的液压油，通过调节阀控制给进油缸、动力头马达和泥浆泵马达管路中流动的油量，可实现钻压、转速和泵量无级调节。采用“便携式全液压钻机+薄壁系列钻杆+薄壁系列绳索取心钻具+无（低）固相泥浆”钻进技术，形成了一套能够适用于多种地层的钻进技术参数。便携式全液压钻机钻进技术参数选取范围见
注： (1)一般在可钻性5级以下较完整岩层中钻进选取小钻压、高转速和大泵量；松散易冲蚀岩层选取小钻压、低转速和小泵量。(2)在可钻性5级以上岩层中钻进选取较大钻压、低转速和大泵量
陕南-柞水商南地区金多金属矿产地质调查项目主要工作区在丹凤县龙驹寨镇东坪、丹凤县蔡川镇白庙沟和商州区杨斜镇麻籽沟。县城和村镇之间都有公路相通，交通较为便利。由于各工区之间跨度较大（40~100 km），地层也有很大的区别，东坪工区位于商丹结合带，断裂构造发育，岩性主要为黑云斜长角闪片岩、绿帘斜长角闪片岩、黑云斜长片麻岩等；白庙沟工区出露的岩性主要为宽坪岩群四岔口组绢云石英片岩，岩石变形强烈；麻籽沟工区岩性主要为似斑状中粗粒黑云母二长花岗岩。
2020年8月14日—11月29日，先后采用2台便携式全液压钻机（EP600和EP600PLUS型）在商洛-丹凤工作区开展钻探施工，共完成岩心钻孔6个，累计完成钻探工作量2000.24 m，平均日进尺21.95 m，平均台月效率为658.49 m，各钻孔施工情况见
从
秦岭地区金银矿资源勘查项目陕西省宁强县中坝外围锰金多金属矿勘查工作区位于宁强县北西方向约69 km处，隶属宁强县燕子砭镇和安乐河镇管辖，村镇之前有公路相通，交通较为便利，工区处于秦岭与大巴山接壤地带，属中低山区，地势总体北高南低，地形切割较强烈，植被覆盖茂密。工区内揭露的主要岩性为铁质菱镁矿千枚岩、铁质菱镁矿千枚岩夹石英脉、硅质千枚岩、长石石英砂岩、含碳硅质板岩等。
2020年9月15日—12月24日，先后采用2台便携式全液压钻机（EP600和EP600PLUS型）在汉中宁强工作区开展钻探施工，共完成岩心钻孔5个，累计完成钻探工作量1450.57 m，平均日进尺14.44 m，平均台月效率为433.05 m，各钻孔施工情况见
从
（1）地层适应性较好，钻进效率较高。从前面各工作区的应用分析情况来看，该钻机在岩石可钻性级别7级（中硬岩层）以下的地层中钻进效率较高（台月效率为320~895 m，平均614 m），能够达到常规岩心钻机的效率水平，在8级（硬岩层）以上的地层中钻进效率则比较低（240 m/台月）。总体来看，该钻机比较适宜于7级以下的地层，可用于7~9级的地层钻进工作，采用NTW口径比较适用于钻进深度在300~350 m的浅孔。
（2）在复杂地形环境中，机台搬迁便捷，钻机组装快，辅助工作时间大幅降低。通过在不同工作区的试点应用，在汉中宁强交通用电不便、山林难进入的情况下，在商洛-丹凤生态环境保护政策要求严格、运输困难（便道无法大规模修建）的情况下，该钻机表现出了易进入、搬迁快的优势（见
图2 便携式全液压钻机搬迁运输
Fig.2 Movement of the portable full hydraulic drill
（3）符合绿色施工作业要求，综合经济成本较低。实际工作中，采用配套小型爬山虎运输，修筑物资运输便道规模小，机台占地破坏少，利用已有便道则无需修筑或扩建，有效控制耕地、林地、草地及周边环境的损毁、破坏和扰动范围。钻机采用厂家配套的无固相（低固相）绿色环保冲洗液材料，冲洗液配方简单，材料消耗少，沉淀后的废弃冲洗液对周边环境污染小，施工作业结束后，场地、便道等临时用地恢复简单、速度快、质量高、效果明显。该钻机事故少，纯钻台时高，与全液压履带钻机相比施工作业油耗低，采用的薄壁系列钻探管材单位价格成本较低廉，机台班组仅需2~3人即可正常开展工作。从临时占地、环境破坏、搬迁运输、材料及人工费用等方面综合考虑，采用便携式全液压钻机明显降低了钻探施工综合经济成本。
针对岩石级别高的岩层（硬-坚硬岩）钻速慢，施工效率低的问题，结合ZK5801钻孔地层开展了一些试验：一是采用不同硬度和底唇形式的金刚石钻头钻进；二是通过人工处理改善了金刚石钻头性能，再进行试验钻进，“人工处理”即通过人为改造或修整钻头底唇的形状、大小、出刃及胎块数量的方法，用以改善钻头性能，提高钻头碎岩能力。试验的具体情况见
通过试验数据对比可知，采用齿轮钻头的钻速普遍高于同心圆尖齿钻
原因分析：该钻孔花岗岩地层坚硬、致密、“打滑”，便携式全液压钻机给进的钻压不够大，钻头胎体中的金刚石难以压入岩石。在高转速下，钻头在钻进初期钻速还比较高，很快随着尖齿磨耗完毕，钻速大幅下降，甚至无进尺（即钻头打滑），要投砂磨钻头，用以保证进
图3 金刚石齿轮钻头试验应用前后（已处理）
Fig.3 Diamond gear bits before and after
test application（treated）
降低钻杆与孔壁摩阻力主要措施有：一是采用高润滑性冲洗液，改善冲洗液性能，增强冲洗液的润滑性能。本次工作主要采用英格尔专用配方冲洗液材料（G4480和G3370泥浆材料），G4480和G3370通用型泥浆配方，G4480泥浆材料具有润滑性极强的聚合物及表面活性材料，极大降低扭阻，提高钻进效率保护钻具。G3370主要功能润滑减阻减低钻杆振动和扭矩，降滤失，稳定孔壁，增强冲洗液流变性。在地层情况适宜的情况下，在冲洗液中适当加入皂化油或乳化油，也可降低钻杆摩阻
目前，钻探行业的轻型高强钻杆以铝合金、钛合金钻杆为主。铝合金钻杆的密度、弹性模量低，线膨胀系数最高，可适用于陆地深孔钻进；钛合金钻杆的密度、弹性模量较高，线膨胀系数较低，是理想的深孔钻探用管材，但其价格非常昂
（1）具有较好的物理力学性能。铝合金钻杆的密度和弹性模量约为同尺寸钢质钻杆的1/3，比强度是钢的1.5~2
（2）铝合金钻杆钻进深度可超越钢钻杆。在钻机能力给定的条件下，采用“铝合金钻杆+钻具”或“铝合金钻杆+钢钻杆+钻具”组合，可降低钻机功率消
（3）铝合金钻杆质轻，铝合金钻杆于钢质钻杆相比浮重、摩阻力小，可减轻起下钻的起拔力和阻卡力，降低钻机能耗，卸扣扭矩小，减轻工人劳动强度，可节省20%~25%的起下钻时间，提高效率。
（4）井内断钻、卡钻等事故易处理，在打捞、起拔等措施无法实现情况下，采用钻头磨削法可快速把井内的铝合金钻杆（钻具）“消灭
（5）铝合金钻杆具有和镍钴合金相似的无磁特性，方便电磁法测井和随钻测量仪器的使用。
综上所述，在高海拔、山势险峻、地形复杂、自然条件恶劣、地理位置偏远、交通不便的特殊地带实施钻探工程作业时，采用“便携钻探装备+轻型高强钻探管材”技术方法，可更加合理匹配和发挥便携式全液压钻机功效，同时可大幅降低运输难度，缓解了机台搬迁困难，减轻工人劳动强度。
（1）钻进适用冲洗液类型受限。钻机采用薄壁系列钻具，钻具内外管间隙和钻孔环状间隙小，泥浆泵为柱塞泵，钻机仅能使用无固相或低固相冲洗液。循环的冲洗液中岩粉等固相含量高，易堵塞内外管过水通道，损坏柱塞泵部件，且易引发卡钻等事故，所以该工艺不适用于使用（利用）循环冲洗液钻进，确需循环使用（利用）冲洗液钻进施工时，则需配备相关的泥浆净化装置。采用水泥封闭钻孔，还需配备单独的水泥浆液泵送装置。
（2）钻机处理井内事故能力弱。便携式全液压钻机与立轴钻机（XY-44型）参数相比钻探施工能小。该系列钻机比较适用于较完整、稳定的地层，不适于软、碎、水敏性等易发生井故地层，钻机处理孔内事故（断钻、卡钻或埋钻等）的方法也较少。
（3）薄壁钻杆强度低，损坏后难修复。该钻机主打薄壁式钻探管材，与标准Q系列钻杆相比，钻杆管壁薄，螺纹长度短，螺距和牙高小，钻杆刚度和丝扣咬合力小。在高钻压下丝扣部位易发生挤压变形，在冲击力下钻杆易劈裂，钻杆受拉载荷大的情况下，易发生脱扣“跑钻”事故，在高转速和大环状间隙下易发生断钻事故等。薄壁系列钻杆采用直连式（无接手），钻杆螺纹损坏后修复难，修旧利用率低。
（4）动力头转速和泵量无法实时监
（1）便携式全液压钻机对地层适应性较好，浅孔钻进效率较高。从钻机应用情况来看，该系列钻机适宜于岩石可钻性7级以下的地层钻进（台月效率高，平均614 m）。可用于岩石可钻性8~9级的地层钻进（台月效率低，240 m）。NTW口径施工深度在300~350 m为宜，钻进深度超过400 m，为确保钻探施工效率，建议采用BTW口径施工终孔。
（2）便携式全液压钻机特点突出，浅孔作业优势明显，经济成本可行。该钻机搬迁、拆装方便快捷，临时占地少，环境破坏小，人工劳动强度低，符合绿色施工作业要求。浅孔钻进台月效率较高，可有效控制钻探综合成本。实际应用中要依据工区地形环境、地层情况及经济成本等条件综合确定该钻机是否可行。
（3）便携式全液压钻机配合新的（改进）工艺方法，可提高钻机的施工效率和钻进施工能力，弥补其短板。如优选（改善）薄壁绳索取心金刚石钻头，通过改善冲洗液、涂抹润滑脂等方法降低钻杆与孔壁摩阻力，采用“便携钻探装备+轻型高强钻探管材”的技术方法等，能够有效增强该系列钻探设备的施工作业能力。
（4）继续加强人机结合，探索高效技术试点应用。下步还需深入增强人机的磨合，操作人员要深层次掌握该系列钻机使用特性和施工技术参数，在实践中加强探索和研究，结合地层情况，合理选择钻头和施工工艺，优化钻压、转速、泵量等技术参数，提高钻头寿命，确保钻机钻速最佳。试点开展HTW、NTW口径的铝合金绳索取心钻杆应用，探索“便携钻探装备+轻型高强钻探管材+高效碎岩钻头”的技术方法研究与应用，进一步研究解决便携式全液压钻机的能力不足等“瓶颈”问题。
（5）大力促进绿色地质钻探工作建设，完善绿色钻探相关工作制度、管理办法及成本预算标准等，形成相应的综合管理体系，支撑绿色钻探施工作业各环节要求，保障钻探工程全周期的各项费用投入。研究绿色施工技术、工艺方法和现场作业模式，与地质工作紧密结合，推广以钻代槽、一基多孔的工作思路，发挥便携式全液压钻机更大的综合优势。
参考文献（References）
陈明军.便携式钻机在绿色勘查中的应用［J］.低碳世界，2018（9）：45-46． [百度学术]
CHEN Mingjun. Application of portable drilling rig in green exploration［J］. Low Carbon World， 2018（9）：45-46. [百度学术]
孔二伟，张锋，李大鹏，等.便携式全液压钻机在地质勘查中的应用［J］.西部探矿工程，2021，33（1）：71-74. [百度学术]
KONG Erwei， ZHANG Feng， LI Dapeng， et al. Application of portable full hydraulic drilling rig in geological exploration［J］. West-China Exploration Engineering， 2021，33（1）：71-74. [百度学术]
董高林.浅谈便携式全液压钻机在洛南景村—三要一带萤石矿岩心钻探中的应用［J］.甘肃科技，2020，36（5）：47-49. [百度学术]
DONG Gaolin. Brief discussion on the application of portable full hydraulic drilling rig in fluorite mine core drilling in luonan jingcun-Sanyao area［J］. Gansu Science and Technology， 2020，36（5）：47-49. [百度学术]
杨培智，郑明珠.EP600便携式全液压钻机在广西良结新寨矿区钻探中的应用［J］.科技经济导刊，2016（7）：87-88. [百度学术]
YANG Peizhi， ZHENG Mingzhu. Application of EP600 portable full hydraulic drilling rig in Drilling in Xinzhai Mining Area，Liangjie， Guangxi［J］. Technology and Economic Guide，2016（7）：87-88. [百度学术]
GB/T 16950—1997，金刚石岩心钻探钻具设备［S］. [百度学术]
GB/T 16950—1997， Diamond core drilling equipment conventional system［S］. [百度学术]
马映辉，贾宏福，李成志，等.某铁路勘察近水平孔取心钻探施工技术［J］.地质与勘探，2021，57（1）：190-197. [百度学术]
MA Yinghui， JIA Hongfu， LI Chengzhi， et al. Near‑horizontal borehole coring and drilling techniques in the survey of a railway［J］. Geology and Exploration， 2021，57（1）：190-197. [百度学术]
DZ/T 0227—2010，地质岩心钻探规程［S］. [百度学术]
DZ/T 0227—2010， Geological core drilling regulations［S］. [百度学术]
王思礼.关于岩石可钻性分级［J］.地质与勘探，1981（2）：72-74. [百度学术]
WANG Sili. About drillability classification of rock［J］. Geology and Exploration，1981（2）：72-74. [百度学术]
DZ/T 0277—2015，地质岩心钻探金刚石钻头［S］. [百度学术]
DZ/T 0277—2015， Diamond bits for geological core drilling［S］. [百度学术]
周荣书.绳索取心钻进钻头打滑原因分析及对策［J］.科技创新导报，2009（1）：64-65. [百度学术]
ZHOU Rongshu. Analysis and countermeasure of bit slip in rope coring drilling［J］. Science and Technology Innovation Herald， 2009（1）：64-65. [百度学术]
仝在平，芦建华.绳索取心钻进“打滑”地层的分析与对策［M］.北京：地质出版社，2011：169-170. [百度学术]
TONG Zaiping，LU Jianhua. Analysis and Countermeasure of Rope Coring Drilling “slip” Stratum［M］. Beijing： Geological Publishing House， 2011：169-170. [百度学术]
Н.П.Ерманов，黄振国.通用冲洗液润滑添加剂［J］.国外铀金地质，1990（4）：93-95. [百度学术]
Н.П.Ерманов， HUANG Zhenguo. Lubrication additive for general rinsing fluid［J］. World Nuclear Geoscience， 1990（4）：93-95. [百度学术]
鲁凡，葛仁雄.人造金刚石钻进中冲洗液的润滑和吸附机理［J］.地质与勘探，1978（5）：50-53. [百度学术]
LU Fan， GE Renxiong. Lubrication and adsorption mechanism of rinsing fluid in drilling of synthetic diamond［J］. Geology and Exploration，1978（5）：50-53. [百度学术]
Н.П.Ермаков，王贵和.冲洗液润滑剂［J］.国外地质勘探技术，1991（6）：13-15. [百度学术]
Н.П.Ермаков， WANG Guihe. Rinsing fluid lubricants［J］. Foreign Geoexploration Technology， 1991（6）：13-15. [百度学术]
熊正强，陶士先，张德龙，等.高效钻杆润滑脂研制及其在川藏铁路勘察中的应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2020，47（11）：7-11． [百度学术]
XIONG Zhengqiang， TAO Shixian， ZHANG Delong， et al. Development of high efficiency grease for drill pipes and it’s application in Sichuan-Tibet railway invesgation［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2020，47（11）：7-11. [百度学术]
彭振斌，彭铖，巫相辉，等.新型钻杆润滑脂的研制［J］.科技视界，2014（16）：65-66. [百度学术]
PENG Zhenbin， PENG Cheng， WU Xianghui， et al. Development of new type of grease for drill pipes［J］. Science & Technology Vision， 2014（16）：65-66. [百度学术]
于殿奎，李演.钻杆润滑脂在钻探生产中的应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2005，32（10）：47. [百度学术]
YU Diankui， LI Yan. Grease for drill pipes in application of drilling production［J］. Exploration Engineering（Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2005，32（10）：47. [百度学术]
梁健，刘秀美，王汉宝.地质钻探铝合金钻杆应用浅析［J］.勘察科学技术，2010（3）：62-64. [百度学术]
LIANG Jian， LIU Xiumei， WANG Hanbao. Application analysis of aluminum alloy drilling rods in geologic drilling［J］. Site Investigation Science and Technology， 2010（3）：62-64. [百度学术]
鄢泰宁，薛维，卢春华.铝合金钻杆的优越性及其在地探深孔中的应用前景［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2010，37（2）：27-29. [百度学术]
YAN Taining， XUE Wei， LU Chunhua. Superiorities of aluminum alloy drilling pipe and its application prospects in deep holes for geological exploration［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2010，37（2）：27-29. [百度学术]
祝效华，李柯.铝合金钻杆在长水平井段延伸钻进的可行性［J］.天然气工业，2020，40（1）：88-96. [百度学术]
ZHU Xiaohua， LI Ke. Feasibility of extended drilling of aluminum alloy drill pipe in long horizontal wells［J］. Natural Gas Industry， 2020，40（1）：88-96. [百度学术]
孙建华，梁健，张永勤，等.地质钻探高强度铝合金钻杆研制及其应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2011，38（7）：5-8. [百度学术]
SUN Jianhua， LIANG Jian， ZHANG Yongqin， et al. Development of high-strength aluminum alloy drill rod and its application in geological drilling［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2011，38（7）：5-8. [百度学术]
孙建华，梁健，王立臣，等.深部钻探铝合金钻杆开发应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2016，43（4）：34-39. [百度学术]
SUN Jianhua， LIANG Jian， WANG Lichen， et al. Development and application of aluminum alloy drill rod in deep drilling［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2016，43（4）：34-39. [百度学术]
