金剛石鉆頭的優(yōu)選研究

8.2.1 鉆頭試驗選擇的綜合經(jīng)濟效益評價指標(biāo)

鉆頭使用的綜合經(jīng)濟效益評價指標(biāo)主要有鉆速、壽命、綜合成本（表8.6）。

表8.6 鉆頭選擇的綜合經(jīng)濟效益評價表

注：Z為鉆頭價格，元；Z0為鉆頭停用或報廢后的殘留價值（如廢鉆頭其他使用、金剛石回收等）。

8.2.2 金剛石鉆頭的優(yōu)選方法

（1）現(xiàn)場對比試驗選擇

根據(jù)目的和需要，選擇不同技術(shù)參數(shù)的鉆頭在同一礦區(qū)或同一地層進行鉆頭適應(yīng)性、時效、壽命等指標(biāo)的對比試驗，探討各鉆頭參數(shù)對鉆探成本效益的貢獻率，求證合適的鉆頭性能參數(shù)或鉆頭品種。

（2）統(tǒng)計分析選擇

通過對鉆頭歷史使用資料進行統(tǒng)計分析，結(jié)合地層巖石可鉆性合理選擇鉆頭類型，從而更好地用好鉆頭，達到提高鉆速、降低成本的目的。

8.2.3 S75鉆頭主要性能結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)選成果

金剛石鉆頭的性能結(jié)構(gòu)參數(shù)有鑲嵌類型、胎體性能、金剛石的質(zhì)量和粒度、金剛石濃度、水口形狀及其數(shù)量和大小、底唇形狀等。根據(jù)巖石的硬度、研磨性和完整度等巖層性質(zhì)和其他技術(shù)條件，以高效、長壽、低耗、安全為標(biāo)準(zhǔn)，確定不同地層適用的孕鑲金剛石鉆頭主要性能結(jié)構(gòu)參數(shù)（表8.7）。

表8.7 S75繩索取心鉆頭選擇表

8.2.4 不同工況下鉆頭方案的確定

鉆速與壽命在不同情況下對鉆探綜合效益的貢獻率是不同的，通過研究確定了不同工況的鉆頭方案：

1）采用繩索取心鉆進時，應(yīng)有足夠的鉆頭壽命，以延長提鉆間隔，減少提鉆次數(shù)和提鉆時間。

2）繩索取心鉆進在深孔硬巖條件下，鉆頭方案為：在保證鉆頭壽命足夠長的前提下，提高鉆頭的機械鉆速。

3）鉆速低下時，如鉆遇堅硬致密“打滑”地層，應(yīng)以提高鉆速為主。

4）軟硬互層頻繁和破碎裂隙性地層，應(yīng)主要考慮延長鉆頭壽命。

8.2.5 研究確定提高鉆頭壽命的技術(shù)對策

繩索取心鉆進，一個提鉆間隔內(nèi)回次多、進尺長，鉆遇多種不同性能巖層的可能性增多，要求鉆頭具有較廣的地層適應(yīng)性。主要對策：

1）金剛石采用高強度、不同粒徑混鑲，增加鉆頭的適應(yīng)性。

2）提高工作層的高度。

3）加強鉆頭的內(nèi)外保徑，如：增高內(nèi)外側(cè)刃高度，內(nèi)外側(cè)刃采用天然金剛石補強或采用高強度、較粗粒的單晶、聚晶體保徑，鋼體外焊合金顆粒等。

4）增加胎體的耐沖擊、耐磨性，如：采用無壓法加工高壓耐沖擊鉆頭胎體，增加鉆頭的工作扇形面積（小水口，斜水口與螺旋水槽等）。

8.2.6 制定合理使用金剛石鉆頭的工作要點

要使金剛石鉆頭實現(xiàn)高效率、長壽命，合理使用也是一個重要因素。合理使用鉆頭要注意以下幾個問題：

1）鉆頭要分組排隊使用。根據(jù)設(shè)計孔深，按鉆頭內(nèi)、外徑尺寸，輪換使用：先用外徑大、內(nèi)徑小的鉆頭；后用外徑小、內(nèi)徑大的鉆頭。每次下入鉆頭與前一回次鉆頭直徑差要小，當(dāng)鉆進8～9級巖石時，不大于0.1mm；當(dāng)鉆進10～12級巖石時，不大于0.05mm。

2）選擇好擴孔器，做好鉆頭與擴孔器及卡簧間配合。金剛石擴孔器具有修正孔壁，保持鉆孔直徑符合設(shè)計要求，從而減少新鉆頭下入孔內(nèi)的掃孔工作量；保持孔內(nèi)鉆具在高轉(zhuǎn)速條件下的工作穩(wěn)定性。為減輕鉆頭負擔(dān)，延長鉆頭壽命，選擇好擴孔器至關(guān)重要。鉆頭與擴孔器及卡簧間要合理配合，要求如下：①擴孔器的外徑應(yīng)比鉆頭外徑大0.3～0.5mm，巖層堅硬時應(yīng)采用下限數(shù)值。②卡簧的自由內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭內(nèi)徑小0.3～0.5mm。卡簧應(yīng)在上一回次巖心上測試，以不脫落、不卡死為宜。

3）合理控制機械鉆速。對軟的、中硬粗顆粒的巖層，鉆進速度快，巖粉量大，為了及時排除巖粉達到冷卻鉆頭的目的，除增加沖洗液量外，要控制鉆進速度。一般連續(xù)鉆進時效不要超過5m/h，時效過高，易于造成鉆頭的非正常磨損，甚至?xí)馃@。

4）避免鉆頭非正常損壞：①孔底要保持清潔，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有硬質(zhì)合金、胎塊、金剛石、金屬塊、脫落巖心及孔壁掉塊時，應(yīng)采用沖、撈、抓、粘、套、磨、吸等方法加以清除；②鉆具通過換徑、探頭石、孔壁掉塊等部位以及在斜孔和干孔中下鉆時，應(yīng)放慢下降速度；③換徑后應(yīng)用錐形鉆頭修整換徑臺階；④地層由硬變軟時應(yīng)減壓并控制鉆速；⑤鉆進中，操作人員應(yīng)隨時觀察沖洗液消耗和泵壓的變化情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停鉆查明原因；⑥不允許使用彎曲度超過規(guī)定的鉆桿和鉆具。