一種新型全孔繩索取心鉆具的方案設(shè)計(jì)與成本分析

孫成明 易亞?wèn)|

摘 要：隨著我國(guó)人均GDP的快速增長(zhǎng)，勞動(dòng)密集型單管鉆進(jìn)工藝面臨的成本壓力日益增大。在工資水平較低的條件下，資本密集型的繩索取心鉆進(jìn)工藝效益優(yōu)勢(shì)常常體現(xiàn)在深孔段，而如今，隨著工資的飛漲，繩索取心工藝的效益優(yōu)勢(shì)逐漸在中深孔段和淺孔段有所體現(xiàn)?，F(xiàn)提出既不同于地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)系列，也不同于Boart Longyear Q系列（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“Q系列”），鉆桿之間以接頭連接的三級(jí)全孔繩索取心鉆具;而后基于成本核算，分別對(duì)三種方案進(jìn)行最優(yōu)經(jīng)濟(jì)適用區(qū)間的評(píng)價(jià);評(píng)價(jià)結(jié)果表明，接頭式三級(jí)全孔繩索取心鉆進(jìn)方案更適合目前我國(guó)的國(guó)情。

關(guān)鍵詞：全孔繩索取心;鉆具級(jí)配;鉆探經(jīng)濟(jì)性

0? ? 引言

在我國(guó)處于低收入水平的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，勞動(dòng)力成本低，淺孔段和中深孔段鉆進(jìn)以勞動(dòng)密集、簡(jiǎn)單可靠、價(jià)格低廉的單管鉆具為主，而采用繩索取心鉆具的高鉆速在當(dāng)時(shí)難以體現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)效益，以終孔孔段普遍使用75S繩索系列為主[1]。

近年來(lái)，勞動(dòng)力價(jià)格飛漲，勞動(dòng)密集型的鉆進(jìn)方法逐漸面臨巨大的成本壓力。因此，在中深孔段和淺孔段鉆進(jìn)的過(guò)程中，提高資本密集度、降低勞動(dòng)密集度迫在眉睫。

1? ? 幾種常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)的鉆具對(duì)比

如表1所示，本文對(duì)典型的繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)選擇進(jìn)行對(duì)比。Q系列鉆進(jìn)工藝為直連式全孔繩索取心，其鉆速快、工時(shí)低，但對(duì)加工工藝要求高、損耗成本大、維修不便，其在北美、澳大利亞等資本密集型經(jīng)濟(jì)體取得了廣泛的市場(chǎng)成功[2]。

考慮目前國(guó)內(nèi)地質(zhì)巖心鉆探行業(yè)面臨的以資本要素代替勞動(dòng)要素的壓力，并提高地質(zhì)巖心鉆機(jī)的存量產(chǎn)能利用率，本文提出基于接頭連接的全孔繩索取心鉆進(jìn)的尺寸級(jí)配方案，并進(jìn)行鉆進(jìn)效益測(cè)算和優(yōu)化。

2? ? 基于接頭連接的全孔繩索取心級(jí)配設(shè)計(jì)

以目前最常用、產(chǎn)能存量最大的XY-4立軸式地質(zhì)巖心鉆機(jī)為動(dòng)力，終孔使用75S繩索取心鉆具，如表2所示，設(shè)計(jì)三級(jí)全孔重型繩索取心鉆具。考慮對(duì)主要地層的適應(yīng)性以及與?127套管的內(nèi)通過(guò)性兼容，一開(kāi)使用?110×5.2 mm冷拔合金結(jié)構(gòu)鋼繩索取心鉆桿。

考慮到對(duì)一開(kāi)繩索取心鉆桿的內(nèi)通過(guò)性以及對(duì)終孔用地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)75S繩索取心鉆具的外通過(guò)性，二開(kāi)使用?92×5.2 mm繩索取心鉆桿。

終孔使用GB/T 16951—1997標(biāo)準(zhǔn)?71×5.0 mm系列繩索取心鉆桿。

3? ? 成本分析

對(duì)比以下三種鉆探工藝方案：方案一為沿用地質(zhì)系列標(biāo)準(zhǔn)的鉆進(jìn)方法，方案二為本文提出的接頭式全孔繩索取心方法，方案三為使用Q系列全孔繩索取心方法。

單孔鉆探成本核算公式如式（1）所示：

y=α1+α2+α3+α4+k1（β1+β2）+k2 β3（1+β4）? ?（1）

以典型的一開(kāi)100 m表面覆蓋層、二開(kāi)300 m不穩(wěn)定地層、三開(kāi)?75 mm終孔700 m的地質(zhì)巖心鉆孔為例。α1為踏勘和論證成本，三個(gè)方案的成本大體相當(dāng);α2為進(jìn)出場(chǎng)成本，三種方案相差不大;α3為鉆井事故處理成本，具有較大的隨機(jī)性，難以有確定值;α4為設(shè)備固定折損成本;k1為日固定工資，按照三班倒班制，每班1名機(jī)長(zhǎng)+2名鉆工，按日固定工資的經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，為12k11，k11為鉆工日固定工資;β1為鉆進(jìn)準(zhǔn)備工作工時(shí)，β2為全孔回次鉆進(jìn)時(shí)間;k2為單位米數(shù)的進(jìn)尺支出指數(shù)，以鉆工的進(jìn)尺提成工資k2 β3為基準(zhǔn)，通常由于實(shí)際情況的差異，與k1之間存在著k1=（80～120）k2的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不妨取k1=100k2;β3為進(jìn)尺米數(shù)，在本次計(jì)算中為給定值，k2 β3為鉆工進(jìn)尺總工資;β4為單位進(jìn)尺米數(shù)的損耗指數(shù)，包括鉆探機(jī)具的損耗、鉆機(jī)的損耗和折舊等，k2 β4為單位鉆進(jìn)米數(shù)的鉆探材料消耗成本，k2 β3 β4為總鉆探材料消耗成本[3]。

一開(kāi)成本為式（2），二開(kāi)成本為式（3），終孔成本為式（4）：

y1=100k2 β2+100k2（1+β4）? ? （2）

y2=100k2 β2+200k2（1+β4）? ?（3）

y3=100k2 β2+400k2（1+β4）? ?（4）

設(shè)α=α1+α2+α3，則式（1）可以簡(jiǎn)化為式（5）：

y=α+α4+100k2（β1+β2）+k2 β3（1+β4）? ? （5）

根據(jù)對(duì)吉林省地礦局歷史鉆探數(shù)據(jù)的調(diào)研，方案一、二、三的α4分別為5 000、6 400、9 500，β1分別為2.0、2.0、1.5。方案一的β2為2.5（一開(kāi)）、5.0（二開(kāi)）、8.0（終孔），方案二分別為1.5（一開(kāi)）、3.0（二開(kāi)）、8.0（終孔），方案三分別為1.25（一開(kāi)）、2.0（二開(kāi)）、6.0（終孔）。方案一的k2 β4為30（一開(kāi)）、40（二開(kāi)）、50（終孔），方案二分別為30（一開(kāi)）、45（二開(kāi)）、50（終孔），方案三分別為40（一開(kāi)）、55（二開(kāi)）、60（終孔）。

對(duì)于方案一，得出不考慮前期勘查成本、隨機(jī)成本和補(bǔ)償成本的設(shè)備折損和準(zhǔn)備工作的成本的總鉆探成本y與鉆工日固定工資k11的線性關(guān)系為y=294k11+36 000;對(duì)于方案二，對(duì)應(yīng)關(guān)系為y=258k11+38 400;對(duì)于方案三，對(duì)應(yīng)關(guān)系為y=213k11+48 500。

以總鉆探成本最小化為目標(biāo)，當(dāng)鉆工日固定工資為66元（約合鉆工月總工資4 000元、班長(zhǎng)月總工資8 000元）以下時(shí)，方案一的成本最小;當(dāng)鉆工的日固定工資介于66元到224元（約合鉆工月總工資4 000～13 500元、班長(zhǎng)月總工資8 000～27 000元）時(shí)，方案二的成本最小;當(dāng)鉆工日固定工資為224元（約合鉆工月總工資13 500元、班長(zhǎng)月總工資27 000元）以上時(shí)，方案三的成本最小。

4? ? 結(jié)論

（1）在我國(guó)處于中低收入發(fā)展區(qū)間的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，勞動(dòng)密集型的地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)系列鉆進(jìn)工藝取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）對(duì)于目前處于中等收入?yún)^(qū)間的我國(guó)，勞動(dòng)密集型的地質(zhì)系列標(biāo)準(zhǔn)日益面臨巨大的成本壓力，而資本密集、高鉆進(jìn)效率的Q系列鉆具現(xiàn)階段的鉆探經(jīng)濟(jì)性仍然不高。

（3）使用本文提出的接頭連接式三級(jí)全孔繩索取心解決方案，在我國(guó)目前的發(fā)展階段，與上述兩種方案相比，其鉆進(jìn)成本最低、鉆探經(jīng)濟(jì)性最好。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳書(shū)亮.談深部探礦鉆探特點(diǎn)及技術(shù)[J].山西建筑，2015（1）：88-89.

[2] 孫建華，張永勤，梁健，等.深孔繩索取心鉆探技術(shù)現(xiàn)狀及研發(fā)工作思路[J].地質(zhì)裝備，2011，12（4）：11-14.

[3] 張偉.取心鉆進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究[D].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），2006.

收稿日期：2020-03-31

作者簡(jiǎn)介：孫成明（1991—），男，吉林梅河口人，在讀碩士研究生，研究方向：地質(zhì)工程。