使用金剛石突破煤田深部硬巖

　　2003－2006年我公司在龍家堡勘探區(qū)施工中，遇到一個(gè)很大的問(wèn)題就是突破深部硬巖關(guān)。該區(qū)孔深一般都在1000－1400米左右，鉆孔直徑Φ114mm，通常采用硬質(zhì)合金肋骨鉆頭鉆進(jìn)。在孔深800米以下進(jìn)入煤系地層前的巖層是膠結(jié)致密的礫巖，可鉆性一般5－8級(jí)。這段巖層使用合金鉆頭受到限制，有時(shí)效率僅為0.1米/小時(shí)，合金鉆頭難以克取，有時(shí)肋骨也都磨沒，只剩下鉆頭體，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)進(jìn)度和效益。針對(duì)這種情況，我們采取金剛石鉆進(jìn)的方法，有效的突破了這道難關(guān)。下面簡(jiǎn)要介紹一下我們的做法和幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。
　　 一、鉆頭的選擇和試驗(yàn)情況
　　 為了能夠突破硬巖，開始我們訂購(gòu)的直徑Φ114mm復(fù)合體鉆頭進(jìn)行了試驗(yàn)，效果很不理想，進(jìn)尺速度僅為0.2－0.3米/小時(shí)，隨后又分別訂購(gòu)了Φ114mm和Φ95mm兩種孕鑲金剛石鉆頭進(jìn)行了試驗(yàn)，采用Φ114mm金剛石鉆頭雖然和原來(lái)孔徑一致，減少擴(kuò)孔時(shí)間，但也存在一些問(wèn)題。一是克取面積大，進(jìn)尺慢；二是現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)使用老式千米機(jī)，轉(zhuǎn)速慢影響鉆進(jìn)速度；三是孔徑內(nèi)徑大，巖芯粗不易扭斷，采芯困難，鉆進(jìn)效率為0.3－0.4米/小時(shí)。后來(lái)我們?cè)囉昧甩?5mm金剛石鉆頭，進(jìn)尺速度大大提高，可以達(dá)到1－2米/小時(shí)，甚至更多。進(jìn)入煤系地層后，泥巖相對(duì)較軟，可以重新更換合金鉆進(jìn)。另外從便于煤芯采取的考慮，孔徑仍需保持Φ114mm，所以最終確定，使用Φ95mm金剛石鉆頭穿過(guò)硬巖層，然后再擴(kuò)孔的辦法通過(guò)深部硬巖層。
　　 鉆進(jìn)硬巖過(guò)程中也常常遇到較軟的泥巖層，金剛石鉆進(jìn)效率馬上降下來(lái)，為了連續(xù)使用金剛石鉆進(jìn)，以便一次擴(kuò)孔。合理選用適巖鉆頭是金剛石鉆進(jìn)工藝的關(guān)鍵。我們現(xiàn)場(chǎng)使用的Φ95mm金剛石鉆頭有三種類型：一種為唇面為平面的，第二種唇面為鋸齒型，另一種為聚晶金剛石鉆頭。前兩種使用較多，在較堅(jiān)硬研磨性較強(qiáng)的巖層使用第一種。胎體硬度為HRc40，鉆進(jìn)軟的泥巖層，使用第二種，胎體硬度為HRc35。
　　 二、鉆進(jìn)參數(shù)的選擇
　　 使用金剛石鉆頭的效果除與鉆頭的質(zhì)量有關(guān)外，與操作使用得當(dāng)密切相關(guān)。在鉆進(jìn)過(guò)程中操作者必須精力集中，認(rèn)真負(fù)責(zé)，合理掌握鉆進(jìn)參數(shù)，才能提高效率，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命。
　　 1、鉆壓
　　 在鉆進(jìn)過(guò)程中，壓力的大小是直接影響鉆速的重要因素。在鉆頭允許的范圍內(nèi)和設(shè)備、管材許可的情況下，適當(dāng)增加鉆壓可以提高鉆速，但盲目的加大壓力會(huì)使金剛石胎體急劇磨損，胎體破裂，反而會(huì)降低鉆頭使用壽命，同時(shí)也會(huì)造成鉆具折斷或擼扣。所以根據(jù)巖性I 同合理掌握壓力十分重要。鉆進(jìn)4－6級(jí)巖石，壓力8－12千牛，鉆進(jìn)7－10級(jí)較硬巖石，壓力10－14千牛。
　　 2、轉(zhuǎn)速
　　 我們知道，提高轉(zhuǎn)速就可以提高鉆進(jìn)效率。因此只要鉆機(jī)、管材強(qiáng)度和巖層情況允許，就應(yīng)該采用高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。實(shí)際中使用金剛石都是深孔情況下，而且受到設(shè)備因素的限制，高速回轉(zhuǎn)對(duì)鉆具會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，特別遇到破碎巖層更加嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速也只能控制在150－300轉(zhuǎn)/分。
　　 3、泵量
　　 現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)采用Brr250/40水泵，在深孔的情況下，盡量要求來(lái)水大些，由于金剛石內(nèi)出刃較小，內(nèi)徑大，巖芯與巖芯管之間間隙較小，另外現(xiàn)場(chǎng)使用的巖芯管腦袋為Φ95mm直徑。在施工中經(jīng)常出現(xiàn)蹩泵現(xiàn)象，為解決這一問(wèn)題，巖芯管腦袋改為Φ91mm徑，并且在其上面加焊四條焊條，巖芯管改為薄壁的，解決了蹩泵問(wèn)題。
　　 三、泥漿的使用
　　 龍家堡勘探區(qū)地層較為復(fù)雜，第四紀(jì)層下部有時(shí)會(huì)遇到較厚的流砂層，孔深500米以內(nèi)是造漿性較強(qiáng)的紅色泥巖，500－800為砂巖，砂礫巖或膠結(jié)較差的礫巖，這段孔壁極不穩(wěn)定，泥漿使用不好會(huì)出現(xiàn)坍塌，掉塊，漏失，這段巖層鉆進(jìn)泥漿粘度不能太低。而800米以下使用金剛石鉆進(jìn)泥漿粘度太高又會(huì)影響鉆進(jìn)效率。為解決這一矛盾，我們主要在保持泥漿質(zhì)量上下了很大功夫，采用復(fù)合泥漿鉆進(jìn)施工，基本上解決了這一問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)使用的泥漿添加劑有：火堿、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素，水玻璃、抗高溫降濾失劑、防坍劑等。為了即能保證上部孔壁完好，又能使下部金剛石效率提高，使用優(yōu)質(zhì)的復(fù)合型泥漿，盡量降低固相含量，使用優(yōu)質(zhì)土粉（200目以上膨潤(rùn)土），嚴(yán)格控制泥漿失水量，根據(jù)巖層性質(zhì)不同有選擇的使用泥漿處理劑，合理調(diào)配，使泥漿的性能指標(biāo)控制在如下范圍；粘度：22－25秒，比重1.10－1.15；失水量小于10毫升，PH值8－9，含砂量1%，泥皮1毫米。
　　 四、使用金剛石應(yīng)注意的幾點(diǎn)
　　 1、孔內(nèi)有合金或肋骨塊不能下金剛石鉆頭，應(yīng)用鐵鉆頭或磁力打撈器處理后再下。
　　 2、殘留巖芯多（超過(guò)0.3米時(shí)）應(yīng)特取，不能用金剛石鉆頭掃孔，擴(kuò)孔。
　　 3、采芯時(shí)不能關(guān)泵干研，以免高溫降低鉆頭壽命。
　　 4、保持運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，防止鉆具晃動(dòng)，不能使用彎曲鉆桿和巖芯管鉆進(jìn)。
　　 5、在強(qiáng)研磨性巖層，破碎的礫巖層鉆進(jìn)不能開高轉(zhuǎn)速。
　　 6、卸巖芯時(shí)不能用大錘敲打鉆頭。