王雪玉

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第七地質(zhì)大隊，山東 臨沂 276002）

金剛石鉆頭是目前最優(yōu)良的破碎復(fù)雜地層的切削工具之一。隨著鉆探新設(shè)備、新材料、新工藝、新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，金剛石鉆頭的研制水平與研發(fā)理念不斷地向更高層次發(fā)展，一方面提高了鉆頭對花崗巖等復(fù)雜地層的針對性研究，提高鉆頭在多變花崗巖地層中的適用性；另一方面針對破碎、縮徑、超徑等復(fù)雜情況，采取了有效的應(yīng)對措施，提高鉆頭在花崗巖地層中的鉆進效率。

針對實際鉆進中遇到的堅硬抗研磨性等花崗巖地層，結(jié)合工程實踐，對金剛石鉆頭進行了選擇應(yīng)用，在金礦普查鉆探施工項目中取得了較好的使用效果。

1 金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)特點

金剛石鉆頭屬一體式鉆頭，整個鉆頭無活動部件，主要有鉆頭體，冠部，水力結(jié)構(gòu)（包括水眼或噴嘴、水槽亦稱流道，排屑槽），保徑、切削齒五部分組成。金剛石鉆頭的冠部是鉆頭切削巖石的工作部分，其工作面鑲裝有金剛石材料切削齒，并布置有水力結(jié)構(gòu)，其側(cè)面為鑲裝保徑齒，它和鉆頭體相連，由碳化鎢胎體或鋼質(zhì)材料制成。鉆頭體是鋼質(zhì)材料體，上部是絲扣和鉆柱相連接，其下部與冠部胎體連結(jié)在一起，鋼質(zhì)的冠部則與鉆頭體成為一個整體。金剛石鉆頭的鉆井液從中心水孔流出，經(jīng)鉆頭表面水槽分散到鉆頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒，最后攜帶巖屑從側(cè)面水槽及排屑槽流入環(huán)形空間。

2 花崗巖地層中金剛石鉆頭的使用情況

在鉆進堅硬密實的花崗巖地層時，會出現(xiàn)鉆頭胎體磨損快、鉆頭壽命短、單鉆頭鉆進總進尺少等問題，主要原因是花崗巖地層巖屑具有較強的研磨性，對鉆頭胎體的研磨、刻蝕能力強，使金剛石顆粒過早地失去胎體的包鑲而脫落，而脫落的金剛石顆粒更加加劇了胎體的磨粒磨損，因而造成鉆進鉆時低、鉆進進尺少的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致鉆進效率低、工期延長、成本增加等一系列附帶問題。

3 金剛石鉆頭在金礦鉆探施工項目中選擇和應(yīng)用

針對金剛石鉆頭在花崗巖地層鉆進過程中面臨的一系列問題，有針對性的選擇相適應(yīng)的地層就顯得極為重要，鉆頭胎體應(yīng)具有較高的耐磨性，使胎體不會過快磨損，以保證金剛石鉆頭的使用壽命，胎體硬度又要與地層的研磨性相適應(yīng)，具有極強的抗耐磨性，并且可以及時出刃與自銳，以提升進尺速率，提高生效率。

3.1 項目簡介

該項目地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，且在區(qū)域內(nèi)分布有大量的中粒、中細粒二長花崗巖及花崗閃長巖、巖石可鉆性分級為八級以及八級以上。該區(qū)域裂隙發(fā)育，地層情況較為復(fù)雜。根據(jù)以往在該區(qū)域的施工經(jīng)驗，總結(jié)該區(qū)域鉆孔的施工情況，為完成詳細查明礦區(qū)地質(zhì)特征，礦體空間賦存情況及形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模和礦石質(zhì)量特征，最終探求高級別金礦資源儲量，以達到提升探礦權(quán)價值的目的，對該項目施工鉆孔井身結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。

3.2 金剛石鉆頭的選擇與應(yīng)用

根據(jù)上述分析，該施工區(qū)巖體為花崗巖，堅硬研磨性強，為保證鉆頭壽命，采用胎體硬度為HRC35-40，金剛石濃度為80%，金剛石顆粒采用35-80目混合粒度，試制了Φ95.5mm和Φ75.6mm金剛石鉆頭，唇面為平底結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 唇面平底結(jié)構(gòu)

表1 金剛石鉆頭使用壽命

在金礦鉆探施工項目中，采用XY-6B鉆機。如圖2所示。

圖2 金礦鉆探施工中的XY-6B鉆機

在金礦鉆探施工項目中，金剛石鉆頭使用壽命如表1所示。

圖3 金礦鉆探施工項目巖心

金礦鉆探施工項目中采取的巖心如圖3。

從使用結(jié)果可以看出，所使用的金剛石鉆頭在堅硬致密的花崗巖底層中的鉆進效果，隨著孔深的增加鉆頭的磨損也是快速的加劇，但是金剛石鉆頭的平均壽命也是達到了72m左右，最高時效為2.4m/小時，相比較同一個項目的其他機臺，每天平均多進尺3m/天，鉆進效率較高。

針對上述花崗巖地層采用的金剛石鉆頭胎體硬度為HRC30-35，主要采用35-80目的混合金剛石。細粒金剛石在單位唇面上分布的顆粒數(shù)多，有利于提高鉆頭的耐磨性，粗顆粒金剛石有利于提高金剛石破巖效率，保證鉆頭具有較好的鉆進效率和壽命。

4 結(jié)論

針對金礦鉆探施工過程中堅硬致密強研磨性花崗巖地層鉆進中鉆頭壽命短的特點，通過對鉆頭胎體設(shè)計、金剛石優(yōu)選、鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面合理選擇實用性的金剛石鉆頭，不僅可以滿足鉆探鉆進需要，還可以適當(dāng)?shù)谋苊饪變?nèi)事故的發(fā)生，提高了鉆進效率，節(jié)省了鉆進成本。相信在中深部礦產(chǎn)鉆探和頁巖氣等非常規(guī)能源鉆探施工中，創(chuàng)新性實用型金剛石鉆頭會發(fā)揮更大更深遠的作用。