賈衛(wèi)權(quán)

【摘 要】地質(zhì)鉆探工程是地質(zhì)礦產(chǎn)勘查過程中的重要手段，金剛石巖芯鉆探除必須選用相應(yīng)鉆機、地質(zhì)管材、鉆具、泥漿材料外，鉆進(jìn)工藝中金剛石鉆頭的科學(xué)選擇、合理使用顯得非常重要，可使金剛石鉆頭效能得到充分發(fā)揮，提高鉆進(jìn)進(jìn)尺，減少金剛石鉆頭使用數(shù)量，提高鉆探效率，從而取得最優(yōu)地質(zhì)鉆探技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

【Abstract】 Geological drilling engineering is an important means in geology and mineral exploration. for diamond core drilling， in addition to select the appropriate drilling， geological pipe， drilling rig and mud materials， in the process of drilling， scientific selection and rational use of diamond drill is very important， it can fully play the effect of diamond drill and improve the drilled footage， reduces the usage quantity of diamond drill， improve the drilling efficiency， so as to achieve the optimal technical and economic effect of geological drilling.

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)鉆探；鉆進(jìn)技術(shù)；金剛石鉆頭；鉆具組合； 綠色勘查

【Keywords】geological drilling； diamond drilling technology； diamond bit； drilling assembly； green exploration

【中圖分類號】TD166 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）12-0168-02

1 引言

地質(zhì)鉆探是地質(zhì)礦產(chǎn)勘查的重要技術(shù)手段，它是在動力機械的帶動下，鉆機驅(qū)動鉆具（鉆桿、巖芯管、鉆頭等）向地下鉆進(jìn)不同深度的鉆孔，并將鉆孔中切磨下來的巖芯或巖粉取出，進(jìn)行科學(xué)分析與研究。其所進(jìn)行的全部施工工作，稱為地質(zhì)鉆探工程，簡稱鉆探。

金剛石巖芯鉆探除必須選用相應(yīng)鉆機、地質(zhì)管材、鉆具、泥漿材料外，金剛石鉆頭的科學(xué)選擇、合理使用非常重要。這樣才能取得最優(yōu)鉆進(jìn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

2 金剛石鉆進(jìn)技術(shù)與鉆頭的科學(xué)選擇

在地質(zhì)鉆探工程中，使用金剛石鉆頭以回轉(zhuǎn)方式破碎孔底巖石的鉆進(jìn)技術(shù)方法，稱為金剛石鉆進(jìn)。金剛石是一種硬度最高的礦物，所以用金剛石鉆頭可鉆進(jìn)各種硬度的巖石，主要特點是鉆進(jìn)效率高，鉆進(jìn)工作穩(wěn)定，同時具有勞動強度低，孔內(nèi)事故少，鉆探成本低等優(yōu)勢，因此金剛石鉆進(jìn)技術(shù)有廣泛的適用性。

①金剛石鉆頭分類：金剛石有天然和人造兩種之分，金剛石鉆頭也是天然和人造兩種，在地質(zhì)鉆探中主要大量使用人造金剛石鉆頭。

②科學(xué)選擇金剛石鉆頭參數(shù)：（指鉆頭胎體硬度、金剛石品級粒度、濃度等），提高鉆頭壽命、提高鉆速、降低金剛石消耗。其參數(shù)選擇如下表1所示。

③鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的選擇：合理選擇鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，注意在不同鉆進(jìn)條件下各參數(shù)之間的有機配合，不斷提高操作技術(shù)水平，是取得最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的關(guān)鍵之一。

首先， 鉆頭轉(zhuǎn)速：在一定線速度范圍內(nèi)金剛石鉆頭的鉆速是隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加的。轉(zhuǎn)速是提高鉆速的主要因素。只要巖層比較完整，管材有足夠的強度和穩(wěn)定性，在配有潤滑劑和設(shè)備能力允許下，就應(yīng)該選用高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。轉(zhuǎn)速和金剛石磨損之間存在一個合理值，即在一定轉(zhuǎn)速下金剛石磨量為最小。轉(zhuǎn)速過慢或過快，金剛石磨損量增加 ，確定轉(zhuǎn)速時一定加以考慮。如果在裂縫發(fā)育破碎巖層或軟硬交錯巖層等地質(zhì)條件下要降低轉(zhuǎn)速。

其次， 鉆壓：選擇合理的鉆壓是提高鉆進(jìn)效率，降低鉆頭磨損，延長鉆頭壽命的重要措施。在鉆進(jìn)過程中，鉆頭的壓力達(dá)到或超過所鉆巖石抗壓強度時，金剛石才能有效破碎巖石。鉆進(jìn)速度隨鉆壓增加而相應(yīng)增加。當(dāng)鉆壓超過金剛石的抗壓極限時金剛石即被破損而脫落，鉆速下降。相反金剛石不能切入巖石，鉆頭打滑而不進(jìn)尺。同時鉆壓應(yīng)根據(jù)鉆頭類型規(guī)格、金剛石質(zhì)量和數(shù)量，以及所鉆巖石性質(zhì)等因素來確定，最優(yōu)的鉆壓應(yīng)該是回次進(jìn)尺多，時效高，鉆頭磨損量小。鉆頭鉆壓的確定是給予鉆頭唇面以每平方厘米20～50kg為適宜，在鉆進(jìn)給壓時要考慮鉆壓損失。金剛石鉆具與井壁摩擦阻力隨鉆孔加深而加大；轉(zhuǎn)速越快，鉆壓損失也越大；鉆桿與孔壁間的間隙很小，泵壓較大，使鉆具承受一定的反作用力。實際鉆探操作中，要科學(xué)分析注意鉆壓損失，（金剛石鉆頭單位壓力推薦表見表2）。

④在金剛石鉆進(jìn)中，還有泵量和泵壓這兩個參數(shù)的選擇也十分重要，鉆進(jìn)中必須有較大壓力和足夠的沖洗液，排掉巖粉，清洗孔底，潤滑和冷卻鉆頭，防止燒鉆。正常鉆進(jìn)要求水泵具有較大的泵壓，應(yīng)在7～15公斤每平方厘米之間。泵量不須很大，實際鉆探操作中應(yīng)考慮鉆具連接處的漏失現(xiàn)象。每次起鉆后，要及時觀察分析金剛石鉆頭的磨損形態(tài)，檢查鉆進(jìn)參數(shù)是否合理，操作是否恰當(dāng)，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。降低金剛石鉆頭消耗量，提高鉆探技術(shù)經(jīng)濟(jì)效率。

3 合理使用金剛石鉆頭

①金剛石鉆頭與擴孔器要排隊組合使用。根據(jù)巖層、鉆孔結(jié)構(gòu)、設(shè)計孔深等情況，確定需要鉆頭數(shù)量。鉆頭與擴孔器必須排隊輪換使用，先用外徑大、內(nèi)經(jīng)小的，后用外徑小、內(nèi)經(jīng)大的，以保證鉆頭擴孔器都能正常下降到孔底。

②金剛石鉆頭與擴孔器必須合理配合使用 ，擴孔器外徑應(yīng)比外徑大0.3～0.5mm，在堅硬巖層不得大于0.3mm。如擴孔器外徑過大，將使擴孔量增加，磨損加劇，鉆進(jìn)效率低；擴孔器外徑小，則起不到擴孔保徑的作用。

③金剛石鉆頭與卡簧的自由內(nèi)徑必須合理配合，卡簧自由內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭內(nèi)經(jīng)小0.3～0.5mm，因此每次下鉆前要注意檢查鉆頭與卡簧的配合尺寸，同時機臺應(yīng)備幾種不同的卡簧，以供選擇。

④金剛石鉆頭鉆進(jìn)應(yīng)具備良好的工作條件。金剛石性脆，遇強烈沖擊易破裂，因此要求孔內(nèi)清潔、孔底平整、孔徑規(guī)則。如發(fā)現(xiàn)孔底有胎體碎屑，脫落巖芯等立即采用沖撈抓粘套磨等方法消除。凡是金剛石鉆頭鉆進(jìn)的鉆孔禁止使用鋼粒鉆進(jìn)。

⑤金剛石鉆頭鉆進(jìn)要保持鉆頭在孔底鉆進(jìn)的穩(wěn)定性，要選擇使用與鉆頭外徑接近的鉆桿及鉆具。

⑥金剛石鉆頭鉆進(jìn)要盡量減少鉆具與孔壁之間的環(huán)狀間隙，限制鉆桿，鉆具的彎曲度。不得盲目增加鉆壓鉆進(jìn)，以減少鉆具產(chǎn)生軸向振動。同時要保持機上鉆桿運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，防止晃動，不得用過大的泵量鉆進(jìn)，避免鉆具產(chǎn)生浮動（脈動）。還要使用乳化沖洗液等減少鉆具回轉(zhuǎn)時摩擦阻力，以提高金剛石鉆進(jìn)效率[1]。

⑦金剛石鉆進(jìn)過程中對金剛石鉆頭要仔細(xì)檢查，如果發(fā)現(xiàn)鉆頭出現(xiàn)石墨化現(xiàn)象、偏磨或變行、水口和水槽尺寸過小、鉆頭剛體變形及死扣損壞等，金剛石鉆頭必須更換，不得下入孔內(nèi)。

⑧金剛石鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象，不準(zhǔn)盲目加壓強迫鉆進(jìn)，應(yīng)立即提鉆檢查分析，尋找原因，解決問題。

⑨新金剛石鉆頭初次使用必須進(jìn)行初磨，即磨去鉆頭虛偽尺寸及棱角，使孕鑲鉆頭磨出刃口等。同時不能用新金剛石鉆頭進(jìn)行掃孔、掃殘留、掃脫落、掃掉塊、掃探頭石等作業(yè)，以提高金剛石鉆進(jìn)壽命和效率。

4 結(jié)語

隨著鉆探技術(shù)裝備和鉆進(jìn)方法的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，鉆探已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘查、工程地質(zhì)勘察、水文水井鉆探以及石油天然氣、頁巖氣、地?zé)徙@探等領(lǐng)域。科學(xué)選擇鉆探設(shè)備不僅要技術(shù)先進(jìn)且經(jīng)濟(jì)，即生產(chǎn)效率高，質(zhì)量保證度好，生產(chǎn)安全性穩(wěn)，鉆具配套性多，操作維修方便，對環(huán)境影響小。金剛石鉆進(jìn)已廣泛應(yīng)用，金剛石鉆頭的科學(xué)選擇和合理使用能夠提高鉆探效率，降低鉆探成本，降低勞動強度，真正實現(xiàn)最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，實現(xiàn)地質(zhì)鉆探綠色勘查。

【參考文獻(xiàn)】

【1】溫妹靜.試談如何提高金剛石鉆進(jìn)的效率[J].西部探礦工程，2011，23（4）：69-72.