[摘要]隨著時代的發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，我國的金剛石工業(yè)也在不斷進(jìn)步，在金剛石工業(yè)中，金剛鉆頭是其中重要的組成部分，由于金剛鉆頭在鉆探施工中具有鉆進(jìn)效率高、勞動強度低、鉆孔質(zhì)量較好的特點，最重要的是鉆探的成本較低，所以，近年來，金剛鉆頭也越來越被廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，由此可見，它具有很好的發(fā)展前景。而隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，科技進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，金剛石鉆頭的應(yīng)用也越來越廣泛，本文就針對如何提高金剛石鉆頭的鉆進(jìn)效率進(jìn)行了詳細(xì)論述和探討。
1金剛石鉆頭的現(xiàn)狀
金剛石鉆頭是將金剛石鑲在胎體表面或?qū)⒔饎偸c胎體混在一起鑲焊在鉆頭上的一種鉆頭，當(dāng)用金剛石鉆頭破碎巖石時，金剛石也會因受力及摩擦而被磨損或脫落，采用優(yōu)質(zhì)金剛石可增加金剛石鉆頭的使用壽命，但成本會很昂貴。就目前我國生產(chǎn)金剛石的成本趨勢來看，一般都要求成本在中低檔為好，因為我國的經(jīng)濟(jì)不是很發(fā)達(dá)，同時又是一個產(chǎn)鉆量不是很高的國家，所以成本的問題更加突出。提高金剛鉆頭鉆進(jìn)效率，不僅有利于降低成本，而且有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。
2提高金剛鉆頭鉆進(jìn)效率的途徑
?。?）鉆頭和擴孔器要配套使用
選擇和使用好鉆頭的目的在于高效和長壽，在使用金剛石鉆頭時，首先應(yīng)該對金剛石鉆頭進(jìn)行合理的排隊使用：先用外徑大和內(nèi)徑小的鉆頭，之后再用外徑小和內(nèi)徑小的鉆頭，與此同時，還要保證每一次的鉆頭直徑之間差值不能太大，對新鉆頭的使用也要經(jīng)過輕壓、慢轉(zhuǎn)磨合后再轉(zhuǎn)入正常技術(shù)參數(shù)鉆進(jìn)。對于擴孔器來說，它的主要作用是要對孔壁進(jìn)行調(diào)整、能夠使鉆頭保證穩(wěn)定的狀態(tài)，同時它也應(yīng)該符合鉆頭的級別配置，也要按照使用鉆頭一樣排隊使用。
（2）鉆進(jìn)參數(shù)的選擇
金剛石破碎巖石主要有壓皺壓碎和體積破碎，其中體積破碎需要將鉆壓增大到巖石的壓入硬度，需要很高的壓力，高壓力會導(dǎo)致金剛石崩刃或壓碎以及鉆具的彎曲損壞。另外，體積破碎產(chǎn)生的大量巖屑也會被阻塞在胎體唇面與巖石面細(xì)小的間隙之間而燒鉆事故。目前金剛石鉆進(jìn)主要以壓皺壓碎為主，其鉆進(jìn)速度主要取決于金剛石的刻槽寬度和切入深度（通常大于金剛石的切人寬度和深度），若鉆壓過小，不僅其金剛石的切人寬度和深度小，機械鉆速低，而且由于切入體積小而很快被磨掉，鉆頭的壽命也低；鉆壓增大，金剛石的切人寬度和深度增大，機械鉆速隨之提高；但若鉆壓過大，鉆具的阻力過大，轉(zhuǎn)速開不上去，不僅不利于機械鉆速的提高，還會造成鉆孔彎曲。同時，由于巖屑太多，被阻塞在胎體唇面與巖石面細(xì)小的間隙之間的巖屑被重復(fù)破碎，導(dǎo)致金剛石、胎體無益磨損，引起金剛石過多出露和早期脫落。此外，巖粉量的增多，有礙于鉆頭唇下沖洗液的流動，甚至堵塞通路。
確定鉆壓要綜合考慮巖石的可鉆性、研磨性及完整程度。表鑲鉆頭的鉆壓按15N/?！?5N/粒計算；孕鑲鉆頭的鉆壓按0.5KN/cm2～1.0KN/cm2計算。硬度較小、破碎的巖石采用較低的鉆壓；堅硬完整的采用較高的鉆壓。
確定轉(zhuǎn)速同樣要考慮巖石的可鉆性、研磨性及完整程度。表鑲鉆頭的轉(zhuǎn)速按1～2m/s的線速度計算；孕鑲鉆頭的轉(zhuǎn)速按1.5～3m/s的線速度計算。中硬完整巖層采用高轉(zhuǎn)速，破碎、裂隙發(fā)育、軟硬不均等鉆進(jìn)時振動大的巖層適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，在軟巖層中鉆進(jìn)很高時適當(dāng)限制轉(zhuǎn)速。
確定泵量要考慮巖石的可鉆性、環(huán)狀間隙、鉆頭類型、金剛石粒度和胎體硬度。泵量以沖洗液0.3m/s～0.7m/s的上返速度計算。鉆進(jìn)堅硬、顆粒細(xì)等鉆進(jìn)速度較慢的巖層采用較小泵量，鉆進(jìn)軟～中硬、顆粒粗等鉆進(jìn)速度較快的巖層采用較大泵量；表鑲鉆頭采用較小泵量，孕鑲鉆頭采用較大泵量。
?。?）護(hù)壁堵漏及沖洗液的選用
護(hù)壁堵漏措施及沖洗液的選用是否得當(dāng)影響金剛石的鉆進(jìn)效率。對于地表層及鉆孔上部不穩(wěn)定地層，一般通過下套管護(hù)壁。其他的不穩(wěn)定地層可根據(jù)漏失、坍塌、掉塊的程度采用優(yōu)質(zhì)沖洗液護(hù)孔、隨鉆堵漏漿液護(hù)孔、技術(shù)套管護(hù)孔或關(guān)注水泥漿護(hù)孔。下好套管是正常鉆進(jìn)的基礎(chǔ)，一般鉆孔至少應(yīng)下入大一級的井口管控制表土坍塌，若鉆孔設(shè)計較深，或地層比較復(fù)雜，一般都要下2～3層套管，包含一層技術(shù)套管。當(dāng)孔內(nèi)出現(xiàn)坍塌、掉塊或遇溶洞裂隙時，則將技術(shù)套管撥出，在擴孔到下部3米左右重新下入。每層套管應(yīng)下到完整基巖，套管連接部位用接箍焊死，孔口處用水泥或木楔固定并用膠皮密封，防止泥沙、巖粉流入套管間隙，以便終孔后套管順利起撥。套管的直徑與鉆具規(guī)格之間的關(guān)系極其重要，套管直徑過大會造成鉆具工作不穩(wěn)定，容易折斷鉆桿，而且不便提高鉆具回轉(zhuǎn)速度，影響效率的提高；套管直徑過小則容易因上下鉆困難，鉆具不斷碰撞套管而造成套管松動或折斷。一般應(yīng)根據(jù)所采用繩索取芯鉆具規(guī)格和孔徑要求來選擇套管直徑。并根據(jù)所遇地層巖性完整程度來確定所下入套管的深度。
優(yōu)質(zhì)沖洗液的作用不僅在于攜帶巖粉和冷卻鉆頭，而且具有護(hù)壁作用。金剛石特別繩索取芯鉆進(jìn)時鉆具與鉆孔之間的環(huán)形間隙小，當(dāng)鉆進(jìn)漏失、坍塌、掉塊等不穩(wěn)定地層時，不僅要求沖洗液的泥皮薄而韌、失水量少，有利于護(hù)壁和抑制坍塌漏失，而且不易堵死鉆孔環(huán)形空間，造成提鉆時由于抽吸而引起掉塊或坍塌；而且要具有低切力、低粘度、低密度的性能，不會造成開泵時泵壓過高以及上下鉆時激動壓力過大，引起鉆孔坍塌漏失。金剛鉆頭鉆進(jìn)時要根據(jù)地層的特點和鉆孔設(shè)計的深度來進(jìn)行對洗液成功的選取。通常情況下采用無固相沖洗液，其性能為密度1.02～1.03g/cm3粘度為17～20s、失水量7～8ml、PH值7～8，鉆進(jìn)坍塌掉塊不穩(wěn)定巖層，密度和粘度相應(yīng)提高。
?。?）對鉆具的正確使用和保養(yǎng)
首先應(yīng)做好鉆具的日常維護(hù)和保養(yǎng)：用鉆桿夾持器、自由鉗等專用工具擰卸鉆桿；堅持使用絲扣油；敲打鉆桿接手時用橡膠錘輕擊；鉆桿立根臺放緩沖材料如木板、橡皮；搬遷鉆桿時，在螺紋部分?jǐn)Q上護(hù)絲，輕拿輕放；防止螺紋端部與鐵器接觸等。
采用繩索取芯鉆進(jìn)時，內(nèi)管總成在使用之前應(yīng)在地表組配和檢查，要詳細(xì)檢查卡簧座底端與鉆頭內(nèi)臺階之間是否有2～3mm通水間隙；彈卡鉗張開、收縮動作是否靈活，張開間距是否比彈卡擋頭內(nèi)徑大1.5毫米；單動軸承是否靈活；內(nèi)管是否彎曲變形；卡簧坐水口的深度是否控制在3mm；內(nèi)管、卡簧座的連接絲扣是否擰緊等等。在嚴(yán)重漏失地層投放內(nèi)管總成時應(yīng)用絞車配合鋼絲繩下入，不允許直接將內(nèi)管總成放入鉆桿柱內(nèi)，以免因撞擊損壞鉆具和鉆頭；內(nèi)管提出后，應(yīng)緩慢放下擺平，以免將調(diào)節(jié)螺桿墩彎。被打撈上來裝巖芯的內(nèi)管總成要擰開卡簧座，輕輕敲擊內(nèi)管，倒出巖芯，勿用鐵錘敲擊。
3結(jié)語
近年來，金剛鉆頭鉆進(jìn)技術(shù)的使用在我國很大范圍中取得了一定的成績，但是在欣然的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，我國的金剛鉆頭鉆進(jìn)技術(shù)與其他國家還有明顯的差距，突出的問題就是效率不高，那么怎樣使金剛鉆頭鉆進(jìn)的效率有所提高，本文進(jìn)行詳細(xì)分析和探討，希望能夠?qū)嶋H工作者有所幫助。
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