沖擊旋轉鉆井是在鉆頭已經受到壹定靜載荷的基礎上，利用縱向沖擊力和旋轉切削力破碎巖石的壹種鉆井方法。SYZX75，95型繩索取心液壓錘是壹種結合繩索取心和液壓錘兩種主要鉆井技術的新型鉆井方法。它是由中國地質科學院勘探技術研究所研制的具有國際領先水平的鉆探新技術成果。它可以大大提高鉆井效率和進尺，還可以有效地控制井斜，提高裂縫性地層的巖心收獲率。本課題開展了SYZX系列繩索取心液壓錘在馬坑鉆井中的推廣應用，優化了繩索取心液壓錘鉆井工藝。繩索取心液壓錘在馬坑礦區的應用及其與普通繩索取心鉆進的現場對比試驗，證明了該技術在礦區的適用性和優越性，應大力推廣應用。
(1)與普通繩索取心鉆井相比，鉆井效率大大提高。由於金剛石繩索取心鉆井采用高轉速的鉆井規範參數，具有旋轉鉆井切割和研磨破碎巖石的特點。液壓錘使用後，對鉆頭施加高頻脈動載荷，沖擊力可瞬間達到極高值，使被鉆巖石在交變外力作用下發生脆性斷裂和剪切坍塌破碎，機械鉆速(巖石破碎效率)明顯提高。巖石越堅硬，效率越明顯。
(2)在可鉆性9 ~ 12的堅硬“滑動”地層中，機械鉆速明顯提高。根據目前繩索取心鉆井的水平條件，壹般不適合在10 ~ 12的巖層中鉆進。在致密、完整、弱研磨性和硬“滑”地層中，盡管軟胎體鉆頭輔以人工研磨和孔內硬巖屑，繩索取心鉆進仍存在鉆進效率低、進尺少等問題。
用繩索取心液壓DTH錘鉆進堅硬“滑”地層時，跨頻沖擊載荷會降低鉆頭唇面接觸處巖石表面的光滑度，增加鉆頭與巖石之間的摩擦力。同時，粗巖粉顆粒也有助於金剛石從胎體中切下的條件，因此可以顯著提高鉆速。
(3)在堅硬、易碎、破碎的地層中，提高了巖芯采取率，延長了進尺。液壓錘在液壓作用下開始工作，產生高頻沖擊載荷。鉆具取心機構處於沖擊振動下，巖心不易被堵塞(即使堵塞也能迅速釋放)，降低了巖心的自磨作用，從而提高了巖心收獲率，延長了進尺，在破碎地層中更為明顯。
(4)繩索取心液壓錘鉆進可避免燒鉆事故。經過兩年多的使用表明，如果使用液壓DTH錘繩進行取心鉆進，壹旦發現泵壓下降，沖擊器不起作用，必須及時提鉆檢查，以免發生燒鉆事故。兩年來，幾乎沒有發生鉆井事故。
(5)繩索取心液壓錘鉆進具有良好的降斜效果。與旋轉鉆井相比，WOB和轉速更低，機械鉆速更高，有利於減少井斜。
(6)繩索取心水力沖擊旋轉鉆井還可以減少繩索取心鉆桿內壁的結垢現象。
(2)金剛石鉆頭優化研究
1.鉆頭測試選型綜合經濟效益評價指標及優化方法
現場對比試驗選擇:根據目的和需要，選擇不同技術參數的鉆頭，開展鉆頭在礦區或同壹地層的適應性、老化和壽命對比試驗，探索各鉆頭參數對鉆井效費比的貢獻率，驗證合適的鉆頭性能參數或鉆頭品種。統計分析與選擇:通過對鉆頭歷史使用數據和地層巖石可鉆性的統計分析，合理選擇鉆頭類型，從而更好地利用鉆頭，達到提高機械鉆速和降低成本的目的。
2.2 .主要性能和結構參數的優化結果。S75位
金剛石鉆頭的性能結構參數包括鑲嵌類型、胎體性能、金剛石質量和粒度、金剛石濃度、噴嘴形狀及其數量和尺寸、底唇形狀等。根據巖石性質如硬度、研磨性和完整性等技術條件，以高效、長壽、低耗、安全為標準，確定適合不同地層的孕鑲金剛石鉆頭的主要性能和結構參數。
3.不同工況下鉆頭方案的確定
不同條件下鉆井速度和使用壽命對鉆井綜合效益的貢獻率不同，確定了不同工況下的鉆頭方案:采用繩索取心鉆井時，應具有足夠的鉆頭壽命，以延長鉆井的間隔時間，減少鉆井次數和時間；在深孔硬巖條件下，鉆頭方案為:在保證鉆頭長壽命的前提下，提高鉆頭的機械鉆速；當機械鉆速較低時，如果遇到堅硬致密的“滑移”地層，應優先考慮提高機械鉆速；在軟硬互層頻繁、地層破碎的地層中，主要考慮的是延長鉆頭的使用壽命。
4.研究確定提高鉆頭壽命的技術對策。
繩索取心鉆井次數多，壹個井段進尺長，增加了遇到各種不同性質巖層的可能性，這就要求鉆頭具有廣泛的地層適應性。主要對策如下:將高強度、不同粒度的金剛石混合，增加鉆頭的適應性；提高工作層的高度；強化鉆頭的內外規，如:增加內外刃的高度，用天然金剛石或用高強度粗晶單晶和多晶規強化內外刃，在鋼體外焊接合金顆粒；增加胎體的抗沖擊性和耐磨性。
5.制定合理使用金剛石鉆頭的要點。
合理使用金剛石鉆頭也是實現高效率和長壽命的重要因素。合理使用鉆頭應註意以下幾個問題:鉆頭應分組排隊使用，並根據設計孔深和鉆頭的內外徑進行輪換:壹是選用外徑大內徑小的鉆頭；然後用外徑小內徑大的鉆頭。每下壹次鉆頭與前壹次鉆頭的直徑差較小，不大於0.1mm；鉆8 ~ 9級巖石時；鉆10 ~ 12級巖石時，不得大於0.05mm；選擇鉸刀，做好鉆頭、鉸刀和卡簧的配合；適當控制鉆速。對於松軟、中硬、粗粒地層，機械鉆速快，巖粉用量大。為了及時清除巖粉，達到冷卻鉆頭的目的，除了增加沖洗液量外，還應控制鉆速。壹般情況下，連續鉆進的時限不應超過5m/h；如果時限過高，容易導致鉆頭非正常磨損，甚至造成燒傷；避免鉆頭的異常損壞。
6.金剛石鉆進技術參數的優化
WOB:確定合理的WOB是提高鉆井效率、降低成本的重要措施之壹。應根據可鉆性、研磨性、完整性、鉆頭底部邊緣區域、金剛石粒度、巖石等級和數量來選擇WOB。
轉速:轉速是影響金剛石鉆頭鉆進速度的重要因素。轉速要根據巖石性質、鉆井結構、設備能力等因素選擇，即要獲得較高的機械鉆速，又要保證合理的鉆頭壽命。
泵送能力:泵送能力既要保證沖洗液能完成清除巖粉和冷卻鉆頭的功能要求，又要實現鉆頭金剛石自銳和防止復雜地層孔壁被沖刷損壞的要求。應根據巖石性質、環空間隙、鉆頭類型、金剛石粒度和胎體性能等因素進行選擇和適當調整。
泵壓:泵壓壹定泵量時，特定鉆井環境下沖洗液的流動阻力。泵壓受鉆桿內徑及其密封、取心工具截面、鉆頭噴嘴、鉆孔環隙和鉆孔漏失的影響，是反映孔內情況的敏感參數之壹。在鉆進過程中，應盡量降低泵壓，以保證實現鉆進所需的泵量。
根據上述原則、方法和思路，通過試驗確定了馬坑礦區繩索取心鉆進技術參數組合(表4-2)和SYZX75繩索取心液壓錘鉆進的最佳技術參數。
表4-2繩索取心鉆井技術參數組合推薦經驗表
7.聯合鉆井技術試驗
(1)試驗任務由來:石巖坑礦區ZK8321設計孔深900m，距已完成的觀測井8號孔15m。根據關8孔鉆取的巖心，地層為泥巖、砂巖、粘土層等。，多為砂質泥巖(巖芯極碎，裂縫發育，采收率極低)。關8孔由於孔壁收縮坍塌嚴重，孔深500米，施工時間長達4個多月。為了加快勘探進度，提高鉆井效率，經地質部門同意，在灰巖以上地層可以不取巖心，即在孔深390m m以上通過孔口取樣即可判斷地層情況，利用這壹條件，項目進行了聯合鉆井技術試驗，並設計了試驗方案(表4-3)。
表4-3復合鉆井技術試驗設計方案
(2)牙輪鉆頭鉆具組裝:根據防擺偏原理組裝牙輪鉆頭鉆具:？200mm牙輪鉆頭0.2m+5.15m鉆具+2.56m泥漿管+鉆鋌+鉆桿。鐘擺鉆具組合可以利用鉆具自身重力產生的鐘擺力，達到減斜防斜的目的。防斜原理是鉆頭上方、切點下方的鉆鋌像壹個“鐘擺”，在這個鉆鋌重力的側向分力，即鐘擺力的作用下，鉆頭斜靠在下部井壁上，從而減小傾斜角度。
(3)檢測過程:ZK8321孔於6月2011日鉆孔，孔徑0 ~ 13m。250mm金剛石鉆頭鉆孔，13m開始使用？200mm牙輪鉆頭鉆進，厚泥漿護孔。當鉆至孔深256.37m時，孔內發生嚴重事故，最終用偏心孔法繞過事故鉆具。牙輪鉆頭鉆井進尺243.37米，鉆井時間384小時，月效率480米/月，時效時間1.15米/小時
(4)試驗經驗:采用牙輪鉆頭和優質稠泥漿進行全方位鉆進，鉆進效率高，裸眼時間短，孔壁穩定。如遇破碎、斷裂、完全漏失地層，可將鉆桿下入漏失井段底部，用細砂拌入水灰比為0.3 ~ 0.45的水泥漿，水泥漿從孔口灌入鉆桿，由鉆桿內管送至預定位置，對大面積斷裂地層有明顯的封堵作用。
(3)馬坑鐵礦護壁堵漏技術的組合優化
福建鐵礦區巖性極其復雜，巖相變化大，斷裂褶皺發育，深孔鉆探是護壁的關鍵。經過多次鉆井試驗，研究制定了“優質泥漿+有效封堵、旋噴泥漿固結、多層套管等復合護壁”技術。該技術作為馬坑鐵礦深孔鉆探的護壁原理和要點(表4-4)，有效地保證了鉆探的順利進行。
表4-4石巖坑鐵礦堵漏地層及護壁措施選擇表
1.高壓噴射註漿泥漿護壁技術的研究與應用
高壓噴射註漿泥漿固結護壁技術是本研究形成的創新成果，在國內屬首創。該技術吸收了高壓噴射註漿加固軟土地基的精華。通過機械的發展和技術的研究，解決了常規護壁方法無法勝任的深層“斷層泥漿”護壁問題，如中深孔段遇到松散、破碎、易水化、易坍塌等復雜夾層，鉆井漏失，泥漿護壁困難，無法使用套管隔離等。
2.ZK7529旋噴泥漿護壁孔在馬坑的首次應用試驗。
馬坑礦區ZK7529設計孔深1200m，2010 10 19鉆孔，20110 14結束，最終孔深1299。孔深960米後，鉆了三個“斷層泥”破碎帶:前兩個斷層用套管隔離，第三個斷層用高壓噴射灌漿註入水泥漿。護壁的具體情況總結如下。
第壹斷裂帶:孔深969.20 ~ 970.50 m(中間有0.2m基巖)，地下水呈放射狀流動。鉆孔時阻力大，上提後孔段用細石填滿。泥漿護壁失敗後，采用常規方法多次灌註水泥，但未取水泥芯樣，隨後進行擴孔下放。89彈殼。
第二斷層:1049.60 ~ 1051.60m(？77mm口徑)。巖心從1015.69 ~ 1051.60m取，坍塌。多次灌註水泥漿後，因偏斜形成新的孔洞，反復坍塌。所以擴孔到孔深1086.94m，下入？73mm飛管。
第三斷層:1135.50 ~ 1138.50米(？59mm)，地層為強風化輝綠巖，強風化“斷層泥”松散地層膠結差，怕水侵蝕。由於鉆孔直徑的限制。59鉆具(鉆桿用於？50外線+？50內部金屬絲)鉆孔。穿過斷層帶後發生嚴重坍塌縮徑，多次註漿水泥漿護壁無效。由於口徑限制，無法下套管隔離復雜井段，探討並應用水泥漿高壓噴射灌漿法解決護壁問題。
3.旋轉噴漿護壁作業。
(1)設備:XY-5鉆機、BW-250泥漿泵、泥漿攪拌機等生產設備。
(2)擋墻材料:采用水灰比為0.45的42.5級普通矽酸鹽水泥，加入適量的促凝劑(NaCl)和促進劑(三乙醇胺)，漿液密度控制在1.6g/cm3。水泥用量為15包，配制水泥漿用量為600L，排水量為900L..
(3)旋轉噴射鉆井組件:？50外絲鉆桿+？42根36 m內螺紋鉆桿+註射器(3個註射器噴嘴，直徑5mm)+掃孔鉆具。
(4)在預定位置下入孔後，先掃孔，再掃至孔底。供水暢通後，換成壹定量的清水，開始送漿。
(5)壓送水泥漿，旋噴換水。當泥漿從噴嘴噴出時，啟動鉆機，使用(表4-5)中所列的技術參數進行旋噴作業，直到輸送泥漿和頂替水(輸送泥漿時，無泵壓或泵壓低，當泥漿從噴嘴排出時，泵壓升至4 ~ 5 MPa)。
表4-5高壓噴射灌漿技術參數表
(6)灌漿結束後，將鉆桿吊至立根，清洗鉆桿，吊起鉆機。
(7)灌漿24小時後探查水泥面，48小時後掃孔。
4.旋噴泥漿護壁技術的研究與應用體會
在馬坑礦區5個鉆孔的11復雜地層段，根據不同段長度分別進行了1次及以上的旋噴，累計旋噴作業33次。7節解決了護壁問題，4節達到了壹定的護壁效果。通過對這項技術的研究和應用，我們有以下幾點體會。
(1)噴射灌漿與註漿護壁方法比較。旋噴註漿護壁的工藝方法、操作步驟和註意事項與註漿水泥漿基本相同，但能達到比註漿水泥漿更好、更可靠的護壁效果，在註漿水泥漿無法解決的嚴重超徑孔段和溶洞地層中成功護壁。 主要是因為高壓泥漿從緩慢旋轉、緩慢提升的鉆具中高速側向噴出(表4-6)，使泥漿不僅具有很大的沖擊破土、滲透到裂縫中的能力，而且還能充分頂替泥漿，填充超徑。
表4-6旋噴泥漿與註漿水泥漿護壁技術的主要區別
(2)旋噴泥漿護壁技術的適用地層:通過多個鉆孔的應用實踐，旋噴泥漿可以在復雜地層的孔段形成有效的護壁“水泥套管”，解決了泥漿護壁和普通水泥灌漿無效情況下的護壁問題，以及套管因口徑限制無法下入隔離復雜孔段的問題。試驗表明，該技術適用於以下地層護壁:中深孔段鉆遇松散、破碎、易水化、易坍塌等復雜夾層，如馬坑礦區深部常見層厚1 ~ 5m的“斷層泥”；有任意孔深的中小孔或溶洞，如塌陷的超徑孔段、溶洞等。
(3)存在問題:基於旋噴註漿技術的應用，以下主要問題導致護壁效果不理想，甚至造成旋噴註漿失敗。
旋噴鉆具噴嘴加工隨意，不科學不合理。旋噴漿壓力不足；旋噴速度(n)與提升速度(υt)組合不匹配，如旋噴工具提升過快；水泥漿頂替水量控制不當；操作人員經驗不足，關鍵環節不熟練，各崗位人員配合不緊密。
5.提高旋噴泥漿護壁效果的思考與探討
針對旋噴泥漿護壁技術在應用中存在的主要問題和不足，有必要進壹步研究和不斷完善這項技術。因此，結合高壓噴射灌漿技術的相關研究成果，作如下設想和探討。
(1)旋轉射流鉆井工具噴嘴的設計優化——探索優質噴嘴:噴嘴是噴嘴的重要組成部分，噴嘴的水力特性直接影響射流對地層的打孔效果，進而決定“水泥套管”的直徑。為了研究不同噴嘴流道形狀和長度的射流效果，選擇了三種噴嘴進行了有針對性的室內試驗，並在對試驗數據和結果進行分析比較的基礎上，得出了以下結論:采用錐角收斂的噴嘴流道形式可以降低噴嘴本身的壓降損失；當噴嘴長徑比為8 ~ 10時，射流具有良好的噴射性能，射流穩定，沖擊力強。
通過進壹步研究，探索出壹種滿足旋噴泥漿護壁要求的優質噴嘴。壹般來說，高質量的噴嘴應使射流具有以下特性:擴散角小、等速核長、噴嘴流量系數大(即射流通過噴嘴的能量損失小)。
(2)旋噴漿配料機的研究:旋噴旋轉機構的研制，解決旋噴轉速不合適問題的探討。立軸鉆機最低轉速用於旋噴，轉速過快；以點動模式旋轉，速度不均勻。解決的辦法是:研制壹種可安裝在孔口並能無級調速的噴射混凝土液壓回轉器；研制了以鉆機立軸為動力輸入端的減速旋轉裝置，將立軸的高轉速轉化為所需的旋轉射流速度；高壓旋噴灌漿泵的開發與探索。通過進壹步研究，開發或探索能滿足旋噴泥漿護壁所需流量和泵壓的註漿泵；開發配套的泥漿攪拌機、泥漿除渣機等機械。
(3)擋墻旋噴固結漿液的研究:理想的註漿材料應滿足擋墻的力學性能要求，漿液應具有良好的可註射性，凝膠時間可自由調節，價格低廉，無毒無汙染，施工方便。通過進壹步研究，選擇了合適的灌漿材料及其配合比。初步考慮以下兩種途徑:水泥漿及其添加劑的選擇。純水泥漿是壹種無機矽酸鹽材料，無毒無汙染，長期穩定，價格低廉，應優先選用。根據工程需要，可通過試驗在水泥漿中加入適量的速凝劑、懸浮劑或防凍劑等添加劑和外加劑，以保證水泥漿的質量和低成本；化學漿料的選擇和應用。化學漿料具有壹些獨特的性能，如粘度低、可註射性好、凝膠時間控制準確等。但是，化學漿料價格昂貴，而且往往有毒，汙染環境，不利於環境保護。地質勘探由於孔距大、孔徑小，護壁所需泥漿量不多，化學泥漿價格高、毒性大，對鉆井成本和環境影響不大。因此，化學漿料也是壹種值得選擇和應用的護壁漿料。
綜上所述，旋噴樁護壁技術在福建龍巖馬坑鐵礦深部復雜地層護壁中取得研究成果後，在福建煤田、湖北放馬山等礦區的多個鉆孔中推廣應用，表明該技術能夠在坍塌的超大直徑孔段和任意孔深的松軟地層中形成可靠有效的“水泥套管”護壁。該成果為小直徑深孔復雜地層增加了有效的護壁技術和手段。目前，該技術已成為機械深孔鉆孔護壁的主要和必要手段。
(4)套管鉆井技術在馬坑鐵礦復雜地層中的應用試驗。
BH114套管鉆井技術是中國地質科學院成都勘探技術研究所開發的鉆井新成果。該技術用外管代替繩索鉆桿傳遞WOB和扭矩，帶動孔內套管取心鉆具旋轉鉆進，在不鉆進的情況下進行繩索取心、檢查或更換孔底主副鉆頭，有效減少起下鉆次數，避免頻繁鉆進造成復雜地層孔壁失穩，降低勞動強度，改善施工環境，促進安全生產。2012年9月8日，福建省第八地質大隊在石巖坑礦區ZK9501孔(孔深25.58m至186m)進行了BH114的套管鉆進工藝試驗，不僅對BH114的套管鉆進，
現場試驗:2065438年9月12日至2012年9月28日，在馬坑礦區ZK9501孔25.84 ~ 183.18m段進行。114套管鉆井工藝生產測試，測試進尺157.34m，下入？114套管181.70m，實現了隨鉆套管隔離和孔壁保護。