勘探鉆機的工作原理確實主要基于旋轉鉆進和沖擊鉆進兩種方式,這兩種方式各有特點,適用于不同的地質條件和鉆探需求。下面是對這兩種鉆進方式的詳細解釋:
1. 旋轉鉆進
旋轉鉆進是鉆探中常用的方法之一,其工作原理是通過鉆機的動力系統驅動鉆桿和鉆頭旋轉,利用鉆頭對巖石的機械切削作用來鉆進。具體過程如下:
鉆頭選擇:根據地質條件選擇合適的鉆頭,如金剛石鉆頭、牙輪鉆頭等。金剛石鉆頭適用于硬巖,而牙輪鉆頭則更適用于軟巖和土層。
鉆桿轉動:鉆機通過動力頭(如頂驅或鉆機回轉臺)驅動鉆桿和鉆頭旋轉,產生切削力。
施加壓力:通過鉆機頂部的鉆壓系統(如鉆塔或鉆桿自重)向下施加壓力,使鉆頭更好地切入巖石。
循環沖洗液:通過鉆桿中心向鉆頭輸送沖洗液(如水、泥漿等),用于冷卻鉆頭、清除切屑并穩定井壁。沖洗液還可以攜帶巖屑返回地面,供地質人員分析。
2. 沖擊鉆進
沖擊鉆進主要用于硬巖層或復雜地質條件,其工作原理是通過沖擊能量直接破碎巖石。具體過程如下:
沖擊器選擇:使用氣動或液壓沖擊器,如DTH(Down-The-Hole)錘或頂錘。這些沖擊器能夠產生高頻率的沖擊力。
沖擊作用:沖擊器產生的沖擊力直接作用于鉆頭,使鉆頭對巖石進行沖擊破碎。這種破碎方式適用于硬巖和裂隙發育的巖石。
旋轉輔助:在沖擊鉆進的同時,鉆桿和鉆頭也會進行旋轉,以幫助破碎巖石并清除鉆孔。旋轉還可以提高鉆進的均勻性和效率。
沖洗液循環:同樣需要循環沖洗液以冷卻鉆頭、清除巖屑并穩定鉆孔。在沖擊鉆進中,沖洗液的作用尤為重要,因為它可以攜帶被沖擊破碎的巖屑返回地面。
實際應用中的選擇
在實際應用中,勘探鉆機可能會根據具體的地質條件和鉆探目的,選擇合適的鉆進方法或者兩者的組合。例如,在硬巖地層中,可能會先使用沖擊鉆進進行粗破碎,然后轉為旋轉鉆進以提高鉆進效率和精度。在復雜地質條件下,還可能需要結合其他鉆探技術(如定向鉆探、取心鉆探等)來滿足特定的鉆探需求。