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地質(zhì)鉆探中金剛石鉆頭的科學(xué)選擇與合理使用

發(fā)布時(shí)間：2019/11/12 發(fā)布者：管理員

1.　金剛石巖芯鉆探除必須選用相應(yīng)鉆機(jī)、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***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******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(diǎn)是鉆進(jìn)效率高，鉆進(jìn)工作穩(wěn)定，同時(shí)具有勞動(dòng)強(qiáng)度低，孔內(nèi)事故少，鉆探成本低等優(yōu)勢(shì)，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(jí)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(jī)配合，不斷提高操作技術(shù)水平，是取得***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(qiáng)度和穩(wěn)定性，在配有潤(rùn)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(gè)合理值，即在一定轉(zhuǎn)速下金剛石磨量為***小。轉(zhuǎn)速過(guò)慢或過(guò)快，金剛石磨損量增加 ，確定轉(zhuǎn)速時(shí)一定加以考慮。如果在裂縫發(fā)育破碎巖層或軟硬交錯(cuò)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(zhǎng)鉆頭壽命的重要措施。在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭的壓力達(dá)到或超過(guò)所鉆巖石抗壓強(qiáng)度時(shí)，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(guò)金剛石的抗壓極限時(shí)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(shí)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(lái)確定，***優(yōu)的鉆壓應(yīng)該是回次進(jìn)尺多，時(shí)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(shí)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(shí)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(jiàn)表2）。

④在金剛石鉆進(jìn)中，還有泵量和泵壓這兩個(gè)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(rùn)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(shí)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(shí)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(wèn)題及時(shí)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(kuò)孔器要排隊(duì)組合使用。根據(jù)巖層、鉆孔結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)孔深等情況，確定需要鉆頭數(shù)量。鉆頭與擴(kuò)孔器必須排隊(duì)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(kuò)孔器都能正常下降到孔底。

②金剛石鉆頭與擴(kuò)孔器必須合理配合使用 ，擴(kuò)孔器外徑應(yīng)比外徑大0.3～0.5mm，在堅(jiān)硬巖層不得大于0.3mm。如擴(kuò)孔器外徑過(guò)大，將使擴(kuò)孔量增加，磨損加劇，鉆進(jìn)效率低；擴(kuò)孔器外徑小，則起不到擴(kuò)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(shí)機(jī)臺(tái)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(qiáng)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******。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(dòng)。同時(shí)要保持機(jī)上鉆桿運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，防止晃動(dòng)，不得用過(guò)大的泵量鉆進(jìn)，避免鉆具產(chǎn)生浮動(dòng)（脈動(dòng)）。還要使用乳化沖洗液等減少鉆具回轉(zhuǎn)時(shí)摩擦阻力，以提高金剛石鉆進(jìn)效率[1]。

⑥金剛石鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)"打滑"現(xiàn)象，不準(zhǔn)盲目加壓強(qiáng)迫鉆進(jìn)，應(yīng)立即提鉆檢查分析，尋找原因，解決問(wèn)題。

⑦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。

⑧金剛石鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)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(guò)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)。

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(shí)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(yǔ)

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(yè)巖氣、地?zé)徙@探等領(lǐng)域?？茖W(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)******性穩(wěn)，鉆具配套性多，操作維修方便，對(duì)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(dòng)強(qiáng)度，真正實(shí)現(xiàn)***優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)鉆探綠色勘查。