湯鳳林， Чихоткин В.Ф.， 段隆臣， 潘秉鎖， 譚松成

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

1 概述

金剛石鉆進(jìn)中，破碎孔底巖石是用鑲在鉆頭刃部的金剛石完成的，金剛石鉆頭刃部示意見圖1[1-6]。

正確設(shè)計(jì)金剛石在胎體端面上的出露量(底出刃)，可以保證鉆頭的鉆速高、壽命長(zhǎng)，對(duì)表鑲鉆頭尤為重要。設(shè)計(jì)的出刃值，應(yīng)能保證巖粉在正常泵壓條件下從鉆頭端面順利通過，金剛石出刃在鉆進(jìn)過程中不易被折斷，金剛石在胎體中包鑲牢固。其出露數(shù)值取決于金剛石粒度的大小和所鉆巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。一般在中硬-硬巖層中的出露量，從胎體端面算起，以不超過金剛石直徑的1/3為宜。正常鉆進(jìn)時(shí)，金剛石切入巖石的深度一般為底出刃的1/3左右。

孕鑲鉆頭底出刃的大小，是由胎體的抗沖蝕性和耐磨性決定的，要保證在鉆進(jìn)過程中胎體不斷被磨蝕，金剛石不斷露出，才能有效鉆進(jìn)。如果金剛石磨損速率和胎體磨蝕速率相同，則金剛石露不出來，出刃為零，不能破碎巖石。只有在鉆進(jìn)過程中，胎體磨損速率適當(dāng)超前金剛石磨損速率時(shí)，金剛石才有正常出刃，即我們常說的“自磨出刃”，才能達(dá)到基本恒速鉆進(jìn)的目的[4]。

1-底刃金剛石；2-規(guī)徑金剛石；3-側(cè)刃金剛石；4-胎體；5-鉆頭體；6-金剛石；7-工作部分胎體；8-非工作部分胎體；9-鉆頭體；h-孕鑲層高度

圖1金剛石鉆頭刃部示意

Fig.1Diamond bit crown

可見，鉆頭金剛石的底出刃是非常重要的，只有金剛石處于銳化狀態(tài)才能得到好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。金剛石鉆頭雖有內(nèi)、外刃保徑問題，但是就鉆頭進(jìn)尺和鉆進(jìn)深度來說，主要是靠鉆頭底出刃完成的，所以我們主要討論金剛石的底出刃問題。

2 金剛石磨損與鉆頭底出刃量大小的關(guān)系

金剛石鉆頭是由鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖屑和孔底巖石顆粒磨損的。磨損程度與胎體對(duì)巖屑的壓力大小有關(guān)。顯然，在其它條件相同情況下，金剛石和胎體的磨損程度，是由位于胎體和孔底之間巖屑的數(shù)量和壓實(shí)程度決定的。孔底排出巖屑效果與金剛石底出刃大小有直接關(guān)系。

根據(jù)金剛石底出刃的大小不同，鉆頭磨損可能有4種情況：(1)巖屑顆粒磨損；(2)巖屑密集層磨損；(3)巖屑和被破碎巖石顆粒形成的壓實(shí)層磨損；(4)預(yù)破碎巖石磨損[7-8]。

第一種情況下，鉆頭工作的特點(diǎn)是金剛石底出刃盡量大(占金剛石顆粒大小的30%左右)。在此情況下，胎體和孔底表面的間距最大，孔底及時(shí)排屑，不會(huì)發(fā)生巖屑密集。鉆頭工作正常，含有巖屑顆粒沖洗液流經(jīng)過胎體和孔底的間隙順利通過。由于巖石破碎，金剛石經(jīng)受機(jī)械磨損，胎體經(jīng)受沖洗液水力研磨流的磨損。這種情況下鉆進(jìn)過程的特點(diǎn)是金剛石和胎體磨損都很小。

第二種情況下，鉆頭工作的特點(diǎn)是金剛石底出刃小一些(占金剛石顆粒大小的15%～20%)。在這種情況下，有巖屑密集，形成研磨性?shī)A層。巖屑對(duì)金剛石和胎體的研磨作用程度增加，也與巖屑顆粒密集程度有關(guān)。

第三種情況下，鉆頭工作的特點(diǎn)是金剛石底出刃占金剛石顆粒大小的8%～15%。在這種情況下，充滿體積減小，巖屑顆粒被壓實(shí)到無孔隙的狀態(tài)。若冷卻不足，則金剛石除了經(jīng)受機(jī)械磨損外，還經(jīng)受物理化學(xué)磨損和熱力磨損。胎體承受著由被壓實(shí)巖屑夾層產(chǎn)生的摩擦力的強(qiáng)烈作用。鉆頭耐磨性大為降低。

第四種情況下，鉆頭工作的特點(diǎn)是金剛石底出刃和胎體齊平，或者是出刃占金剛石顆粒大小的0%～8%。胎體和孔底的間距很小，幾乎等于零，即胎體與孔底巖石的不均勻平面直接接觸。在這種情況下，金剛石經(jīng)受機(jī)械磨損、物理機(jī)械磨損和化學(xué)機(jī)械磨損。胎體也承受很大的機(jī)械磨損和熱力磨損。所以，在這種情況下鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭的耐磨性是最低的。

全俄勘探技術(shù)研究所進(jìn)行的研究表明[8]，金剛石鉆頭鉆進(jìn)硬巖時(shí)，巖石破碎主要方式是以壓碎和擠壓方式進(jìn)行的。在此兩種情況下，孔底鉆得溝槽的體積一般會(huì)超過單個(gè)金剛石切入部分的體積。金剛石切入巖層的厚度，一般小于單個(gè)金剛石切入溝槽的深度，這是由于排出孔底巖屑情況決定的。金剛石正常鉆進(jìn)條件下，破碎巖屑的數(shù)量，應(yīng)與孔底排出巖屑的數(shù)量相應(yīng)，否則，巖屑將會(huì)充滿孔底部分，形成“巖屑?jí)|”，阻礙巖石破碎。所以，在設(shè)計(jì)鉆頭和選擇鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)時(shí)，應(yīng)該保證破碎巖屑體積與孔底表面、鉆頭胎體間的體積，即充滿孔底的體積相等。

3 機(jī)械鉆速與金剛石底出刃、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的關(guān)系[9-23]

3.1 機(jī)械鉆速(鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺)的計(jì)算

鉆探工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，一般指的是機(jī)械鉆速、鉆頭壽命和每米鉆探成本等。

機(jī)械鉆速非常重要，往往首先考慮這個(gè)指標(biāo)。機(jī)械鉆速可以用鉆進(jìn)每小時(shí)進(jìn)尺(m/h)表示，也可以用鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺h(yuǎn)轉(zhuǎn)(mm/r)表示。

計(jì)算鉆頭每轉(zhuǎn)一圈破碎巖屑的體積時(shí)，要考慮巖石碎脹情況及其從充滿區(qū)排出的情況，可以如下計(jì)算[7-8]：

VР=KРKВh轉(zhuǎn)SЗ

(1)

式中：VР——破碎巖屑體積；KР——巖屑碎脹系數(shù)；K?！扑閹r屑排出系數(shù)；h轉(zhuǎn)——鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺；SЗ——孔底面積。

充滿體積是孔底、鉆頭胎體間的體積和胎體中金剛石顆粒所占體積的差。因?yàn)橐话憬饎偸腥霂r石部分的數(shù)值不超過金剛石出刃的6%，西方國(guó)家不超過1.5%～3%,所以計(jì)算時(shí)此值可以忽略不計(jì)。故充滿體積Vз可以如下計(jì)算：

Vз=Vп-Vа

(2)

式中：Vп——孔底部分體積；Vа——金剛石顆粒出刃部分的體積。

Vп如下計(jì)算：

Vп=hSЗ

(3)

式中：h——金剛石底出刃。

出刃金剛石的體積與其在胎體中的濃度有關(guān)。金剛石濃度為100%時(shí)，占其體積的25%。所以，金剛石顆粒在孔底部分中所占體積Vа為：

Vа=Kah-SЗ

(4)

式中：Ka——金剛石在胎體中的濃度系數(shù)。

所以充滿體積為：

VЗ=(1-Ka)h-SЗ

(5)

令破碎巖屑體積和充滿體積相等，即VР=VЗ則經(jīng)計(jì)算得：

h轉(zhuǎn)=ah

(6)

式中：a——孔底排出巖屑程度的系數(shù)，a=(1-Ka)/(Kp-KB)。

從(6)式可見，在其它條件相同情況下，鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺與金剛石在胎體上的底出刃和孔底巖屑排出程度有關(guān)。

3.2 機(jī)械鉆速與回次進(jìn)度的關(guān)系

為了討論方便，我們把經(jīng)過銳化處理、能夠進(jìn)行正常鉆進(jìn)的金剛石底出刃稱之為正常出刃，把未經(jīng)過銳化處理、不能進(jìn)行正常鉆進(jìn)的金剛石底出刃統(tǒng)稱之為異常出刃，即非正常出刃。下面著重討論正常出刃金剛石和非正常出刃金剛石鉆頭的鉆進(jìn)效果與規(guī)程參數(shù)的關(guān)系。

圖2是回轉(zhuǎn)速度ω=0.93 m/s,單位軸載P0=108.4 dN和不同單位沖洗液量Q0〔L/(min· cm2)〕用02И4Д200К40鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，機(jī)械鉆速與回次進(jìn)度的關(guān)系曲線。

從圖2(a)可見，使用非正常出刃的鉆頭時(shí)，最大機(jī)械鉆速的數(shù)值在整個(gè)回次中，都是在最小的沖洗液量時(shí)取得的。這可能是由于沖洗液量最小時(shí)，胎體磨損量大、金剛石露出好(曲線1和2)，而沖洗液量增加時(shí)，胎體磨損不夠、金剛石露出不好(曲線3和4)引起的。

圖2 02И4Д200К40鉆頭鉆進(jìn)時(shí)機(jī)械鉆速與 回次進(jìn)度的關(guān)系曲線

使用正常出刃的鉆頭時(shí)，回次期間機(jī)械鉆速變化的情況與此不同。例如，從圖2(b)可見，機(jī)械鉆速最大值是在沖洗液量大的情況下取得的(曲線1和2)，這可以用金剛石露出足夠大時(shí)，孔底巖屑排出情況良好來解釋。正如從圖中曲線1和5可見，為了增加回次進(jìn)尺和保持機(jī)械鉆速，必需把沖洗液量從Q0=2.53 L/(min·cm2)降到Q0=0.64 L/(min·cm2)。

圖3是回轉(zhuǎn)速度ω=0.93 m/h,單位軸載P0=108.4 dN和不同單位沖洗液量Q0〔L/(min· cm2)〕用02И4Д200К40Г鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，機(jī)械鉆速與回次進(jìn)尺長(zhǎng)度的關(guān)系曲線。

從圖3可見，用02И4Д200К40Г鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，機(jī)械鉆速變化的性質(zhì)與02И4Д200К40鉆頭總體上是一致的，不同點(diǎn)在于用02И4Д200К40Г鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，在回次期間，在相同沖洗液量條件下，機(jī)械鉆速大為降低。這是因?yàn)?2И4Д200К40Г鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，所鉆巖石的裂隙性和研磨性均較02И4Д200К40鉆頭所鉆巖石的裂隙性和研磨性為高所致。

3.3 機(jī)械鉆速與沖洗液量的關(guān)系

使用正常出刃的鉆頭：1-Q0=2.53；2-Q0=1.57；3-Q0=1.0；7-Q0=2.53～1.57

使用非正常出刃的鉆頭：4-Q0=1.0；5-Q0=0.64；6-Q0=1.57

圖302И4Д200К40Г鉆頭鉆進(jìn)時(shí)機(jī)械鉆速與回次進(jìn)尺長(zhǎng)度的關(guān)系曲線

Fig.3Curves of penetration rate vs footage per run whiledrilling with02И4Д200К40Г bit

大量理論研究表明[8]，機(jī)械鉆速，即鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺與沖洗液量和鉆壓有著重要關(guān)系。合理的沖洗液量可以保證得到好的鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺(見圖4)。

圖4 鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺h(yuǎn)轉(zhuǎn)與沖洗液量Q的關(guān)系

從圖4可見，在Ⅰ區(qū)內(nèi)，沖洗液量的增加，導(dǎo)致孔底巖粉清理的改善，金剛石顆粒上的軸載比例份額增大，金剛石切入量增加，因此鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺增加。在Ⅱ區(qū)內(nèi)，未銳化金剛石鉆進(jìn)時(shí)，產(chǎn)生的巖粉數(shù)量可以適時(shí)磨損胎體、金剛石露出，每轉(zhuǎn)進(jìn)尺穩(wěn)定并達(dá)到最大值。經(jīng)過銳化處理金剛石在鉆頭鉆進(jìn)時(shí)形成的巖粉，能迅速排出，與胎體接觸較少，主要軸載落到金剛石上，所以每轉(zhuǎn)進(jìn)尺提高了。在Ⅲ區(qū)內(nèi)，未經(jīng)銳化處理金剛石鉆進(jìn)時(shí)巖粉被迅速排走，不能磨損胎體，金剛石不能及時(shí)出露，每轉(zhuǎn)進(jìn)尺減小，金剛石剖光，每轉(zhuǎn)進(jìn)尺下降，甚至停止。在Ⅳ區(qū)內(nèi)，經(jīng)銳化處理金剛石的鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，如果繼續(xù)增加沖洗液量，則巖粉被沖走，不能磨損胎體，金剛石不能露出，每轉(zhuǎn)進(jìn)尺下降。

本文作者之一俄羅斯CHIKHOTKIN V. F. 教授提出了合理巖屑規(guī)程的思想，即合理巖屑規(guī)程是金剛石正常鉆進(jìn)的保證，鉆進(jìn)正常與否主要取決于巖屑能否適時(shí)合理及時(shí)地排出。

他提出的正常鉆進(jìn)時(shí)合理巖屑規(guī)程條件是：

Q/S∑=(16～31)×102VM

即：

(Q/S∑)/VM=(16～31)×102

式中:Q——沖洗液流量，m3/s；S∑——水路總面積，m2；VM——機(jī)械鉆速，m/h 。

這個(gè)公式表明，機(jī)械鉆速與單位水路面積有直接關(guān)系，為了保證正常鉆進(jìn)，必須把產(chǎn)生的巖屑及時(shí)排出去。公式的邊界條件表明，在機(jī)械鉆速已經(jīng)確定的情況下，如果單位水路面積沖洗液量與機(jī)械鉆速之比低于16×102時(shí)，會(huì)導(dǎo)致孔底巖屑過多，對(duì)鉆頭胎體產(chǎn)生嚴(yán)重磨損；如果單位水路面積沖洗液量與機(jī)械鉆速之比大于31×102m/s時(shí)，會(huì)導(dǎo)致孔底巖屑迅速排走，與鉆頭接觸的巖屑過少，金剛石不能被磨出露，導(dǎo)致金剛石被拋光。一般情況下，只有當(dāng)單位水路面積沖洗液量與機(jī)械鉆速之比在16×102和31×102之間時(shí)，才可以使鉆進(jìn)處于正常狀態(tài)之中，機(jī)械鉆速穩(wěn)定，增加回次時(shí)間，改善鉆頭工作條件，提高鉆探的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。這個(gè)公式取得了俄羅斯發(fā)明專利，在俄羅斯已被實(shí)踐證明是可信的，受到了用戶的好評(píng)。

3.4 機(jī)械鉆速與底出刃正常出刃與否的關(guān)系

前已述及，不同出刃金剛石鉆進(jìn)時(shí)，孔底巖屑排出程度起著很大作用，所以首先要確定最大機(jī)械鉆速、最大回次進(jìn)尺和金剛石用量最小情況下的最優(yōu)沖洗液用量。

圖5和圖6是使用正常出刃的和使用非正常出刃的02И4Д200К40鉆頭和02И4Д200К40Г鉆頭時(shí)，機(jī)械鉆速和沖洗液量的關(guān)系曲線[7-8]。

從圖5和圖6可見：(1)機(jī)械鉆速與沖洗液量的關(guān)系很大；(2)對(duì)于鉆進(jìn)條件來說，沖洗液量都有一個(gè)最優(yōu)值，此值隨著回次鉆進(jìn)長(zhǎng)度的增加而減?。?3)不同出刃金剛石鉆頭的機(jī)械鉆速隨沖洗液量不同而變化的性質(zhì)，與理論研究曲線相符(圖4)。

3.5 機(jī)械鉆速、鉆頭胎體磨損與沖洗液量的關(guān)系

圖7為使用不同出刃的02И4Д200К40鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺、胎體高度磨損與沖洗液量的關(guān)系曲線；圖8為使用不同出刃的02И4Д200К40Г鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺、胎體高度磨損與沖洗液量的關(guān)系曲線。

(a)使用非正常出刃的鉆頭時(shí), 測(cè)得機(jī)械鉆速的鉆進(jìn)長(zhǎng)度：1-0.2 m；2-1.0 m；3-1.5 m；4-2.0 m (b)使用正常出刃的鉆頭,測(cè)得機(jī)械鉆速的鉆進(jìn)長(zhǎng)度：1-0.2 m；2-1.0 m；3-1.5 m；4-2.0 m

圖502И4Д200К40鉆頭機(jī)械鉆速與沖洗液量的關(guān)系曲線

Fig.5Curves of penetration rate vs drilling fluid volume whiledrilling with02И4Д200К40drill bit

使用正常出刃的鉆頭，測(cè)得機(jī)械鉆速的鉆進(jìn)長(zhǎng)度：1-0.2 m；2-1.0 m；3-1.5 m；4-2.0 m

使用非正常出刃的鉆頭，測(cè)得機(jī)械鉆速的鉆進(jìn)長(zhǎng)度：5-0.2 m；6-1.0 m；7-1.5 m；8-2.0 m

圖602И4Д200К40Г鉆頭機(jī)械鉆速與沖洗液量的關(guān)系曲線

Fig.6Curves of penetration rate vs drilling fluid volume whiledrilling with02И4Д200К40Г drill bit

從圖7和圖8可見，利用正常出刃的鉆頭在沖洗液數(shù)量合理情況下，胎體磨損很小，每轉(zhuǎn)進(jìn)尺很大。這個(gè)試驗(yàn)資料確認(rèn)了理論研究的正確性，即使用正常出刃金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)磨損可是非常小的結(jié)論。

1-正常出刃鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺曲線；2-非正常出刃鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺曲線；3-正常出刃胎體高度磨損曲線；4-非正常出刃胎體高度磨損曲線

圖7不同出刃的02И4Д200К40鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺、胎體高度磨損與沖洗液量的關(guān)系曲線

Fig.7Curves of footage bit per revolution and worn matrixheight vs unit drilling fluid volume, while drilling with02И4Д200К40bits with different diamond exposure height

1-正常出刃鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺曲線；2-非正常出刃鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺曲線；3-非正常出刃胎體高度磨損曲線；4-正常出刃胎體高度磨損曲線

圖8不同出刃的02И4Д200К40Г鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺、胎體高度磨損與沖洗液量的關(guān)系曲線

Fig.8Curves of footage bit per revolution and worn matrixheight unit drilling fluid volume, while drilling with02И4Д200К40Г bits with different diamond exposure height

3.6 不同出刃金剛石鉆頭鉆進(jìn)試驗(yàn)結(jié)果[7-8]

在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)鉆進(jìn)中，使用了不同類型的鉆頭，即表鑲鉆頭和孕鑲鉆頭。

綜合試驗(yàn)鉆進(jìn)結(jié)果，不同類型鉆頭(02И4Д200К40和2И3Д200К4為孕鑲鉆頭，01АЗГ40К40為表鑲鉆頭)鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭每轉(zhuǎn)的進(jìn)尺值和底出刃是否正常，以及規(guī)程參數(shù)關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果資料見表1。

從表1可見，鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺隨著軸載的增加而增加，且正常出刃金剛石鉆頭增加的幅度更大。鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺隨鉆頭回轉(zhuǎn)速度的增加而減少，可能是由破碎巖屑體積的增加而使巖屑排出條件惡化所引起的。

鉆頭野外試驗(yàn)鉆進(jìn)是在阿爾坦-托普砍(Алтын-Топкан)金屬礦床上進(jìn)行的。該金屬礦地質(zhì)剖面包括有可鉆性4～9級(jí)沉積巖和可鉆性9～11級(jí)侵入噴出巖。沉積巖的研磨性系數(shù)為0.4～1.9，侵入噴出巖的研磨性系數(shù)為1.0～3.1。沉積巖的動(dòng)強(qiáng)度系數(shù)為3.3～6.6，侵入噴出巖的動(dòng)強(qiáng)度系數(shù)為6.2～14.3。巖石軟硬互層頻繁，裂隙發(fā)育，巖石平均可鉆性級(jí)別為9.4。鉆孔平均深度為1200 m左右。鉆進(jìn)使用KCCK-76型繩索取心鉆具。使用的鉆機(jī)是ЗИФ-1200МР型。使用的沖洗液是低固相泥漿。641鉆孔和637鉆孔是用正常出刃金剛石鉆頭打的，597鉆孔和657鉆孔使用非正常出刃金剛石鉆頭打的。

表1 不同出刃、不同規(guī)程參數(shù)的金剛石鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺值

正常出刃和非正常出刃金剛石鉆頭野外試驗(yàn)結(jié)果見表2[7-8]。

表2 正常出刃和非正常出刃金剛石鉆頭野外試驗(yàn)結(jié)果

注：1 ct=0.2 g。

從表2可見，使用正常出刃金剛石鉆頭時(shí)，所有技術(shù)指標(biāo)均比使用非正常出刃金剛石鉆頭高，說明使用正常出刃的金剛石鉆頭是非常必要的。使用正常金剛石出刃鉆頭的巖心采取率，也較使用非正常出刃的鉆頭高，這可能是由于機(jī)械鉆速比較高，巖心停留在巖心管內(nèi)的時(shí)間短，而使用正常出刃金剛石鉆頭時(shí)增加了沖洗液量，大顆粒巖屑數(shù)量減少，巖心卡堵的可能性減小了。

4 討論與建議

根據(jù)上述研究分析，可以進(jìn)行下述討論，提出下列建議。

(1)俄羅斯鉆探工作者提出了金剛石正常鉆進(jìn)條件下，破碎巖屑的數(shù)量，應(yīng)與孔底排出巖屑的數(shù)量相應(yīng)，否則，巖屑將會(huì)充滿孔底部分，形成“巖屑?jí)|”，阻礙巖石破碎。所以，設(shè)計(jì)鉆頭和選擇鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)時(shí)，應(yīng)該保證破碎巖屑體積與孔底表面、鉆頭胎體間的體積，即充滿孔底的體積相等。在此基礎(chǔ)上提出了機(jī)械鉆速(鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)尺)的計(jì)算公式。該公式給出了機(jī)械鉆速與金剛石底出刃、巖屑排出程度的關(guān)系。建議根據(jù)這種產(chǎn)生巖屑的數(shù)量應(yīng)與排出巖屑數(shù)量相應(yīng)的思想來設(shè)計(jì)金剛石鉆頭和確定鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)。這種思路有一定的理論意義和實(shí)際價(jià)值，建議探索和研究。

(2)無論是表鑲鉆頭還是孕鑲鉆頭，其金剛石的底出刃都是非常重要的。正常鉆進(jìn)時(shí)，金剛石切入巖石的深度一般為底出刃的1/3左右，此時(shí)的出刃稱之為正常出刃，除此之外的出刃統(tǒng)稱為異常出刃，即非正常出刃。理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐都已證明，正常出刃金剛石鉆頭遠(yuǎn)比非正常出刃鉆頭的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好得多，因此一定要使用正常出刃的金剛石鉆頭。我們現(xiàn)在的情況常常是，不論金剛石出刃如何，拿到鉆探現(xiàn)場(chǎng)就立刻投入使用。這種情況應(yīng)該改變，建議首先要確認(rèn)金剛石是否正常，然后再?zèng)Q定是否使用為好。這個(gè)道理顯而易見，大家都明白，但是關(guān)鍵是要認(rèn)真去做。

(3)金剛石銳化的方法很多，俄羅斯多用以電化學(xué)為基礎(chǔ)的處理儀РЭХЗАК[8]，這種儀器輕便，易于操作，可以在鉆探機(jī)臺(tái)上隨時(shí)進(jìn)行金剛石出刃銳化處理并對(duì)出刃進(jìn)行測(cè)量。

(4)沖洗液量與機(jī)械鉆速有直接關(guān)系。本文作者之一俄羅斯CHIKHOTKIN V. F.教授根據(jù)多年的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了正常鉆進(jìn)時(shí)合理巖屑規(guī)程條件如下表示：

Q/S∑=(16×102～31×102)VM

式中:Q——沖洗液流量，m3/s；S∑——水路總面積，m2；VM——機(jī)械鉆速，m/h。

即：(Q/S∑)/VM=(16×102～31×102)。

這個(gè)公式表明，如果單位水路面積沖洗液量與機(jī)械鉆速之比，在16×102～31×102范圍之內(nèi)，就可保證正常鉆進(jìn)，把產(chǎn)生的巖屑及時(shí)排出去，機(jī)械鉆速穩(wěn)定，增加回次時(shí)間，改善鉆頭工作條件，提高鉆探的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

這個(gè)公式取得了俄羅斯發(fā)明專利，實(shí)踐證明是有效的，受到了俄羅斯用戶的好評(píng)，建議我國(guó)地質(zhì)鉆探工作者對(duì)此進(jìn)行探索、試驗(yàn)研究。