使用金剛石突破煤田深部硬巖的幾點體會

2003－2006年我公司在龍家堡勘探區(qū)施工中，遇到一個很大的問題就是突破深部硬巖關。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。在孔深800米以下進入煤系地層前的巖層是膠結致密的礫巖，可鉆性一般5－8級。這段巖層使用合金鉆頭受到限制，有時效率僅為0.1米/小時，合金鉆頭難以克取，有時肋骨也都磨沒，只剩下鉆頭體，嚴重影響了生產(chǎn)進度和效益。針對這種情況，我們采取金剛石鉆進的方法，有效的突破了這道難關。下面簡要介紹一下我們的做法和幾點認識。
　　 一、鉆頭的選擇和試驗情況
　　 為了能夠突破硬巖，開始我們訂購的直徑Φ114mm復合體鉆頭進行了試驗，效果很不理想，進尺速度僅為0.2－0.3米/小時，隨后又分別訂購了Φ114mm和Φ95mm兩種孕鑲金剛石鉆頭進行了試驗，采用Φ114mm金剛石鉆頭雖然和原來孔徑一致，減少擴孔時間，但也存在一些問題。一是克取面積大，進尺慢；二是現(xiàn)場多數(shù)使用老式千米機，轉速慢影響鉆進速度；三是孔徑內(nèi)徑大，巖芯粗不易扭斷，采芯困難，鉆進效率為0.3－0.4米/小時。后來我們試用了Φ95mm金剛石鉆頭，進尺速度大大提高，可以達到1－2米/小時，甚至更多。進入煤系地層后，泥巖相對較軟，可以重新更換合金鉆進。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金剛石鉆頭穿過硬巖層，然后再擴孔的辦法通過深部硬巖層。
　　 鉆進硬巖過程中也常常遇到較軟的泥巖層，金剛石鉆進效率馬上降下來，為了連續(xù)使用金剛石鉆進，以便一次擴孔。合理選用適巖鉆頭是金剛石鉆進工藝的關鍵。我們現(xiàn)場使用的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，在較堅硬研磨性較強的巖層使用第一種。胎體硬度為HRc40，鉆進軟的泥巖層，使用第二種，胎體硬度為HRc35。
　　 二、鉆進參數(shù)的選擇
　　 使用金剛石鉆頭的效果除與鉆頭的質(zhì)量有關外，與操作使用得當密切相關。在鉆進過程中操作者必須精力集中，認真負責，合理掌握鉆進參數(shù)，才能提高效率，延長鉆頭使用壽命。
　　 1、鉆壓
　　 在鉆進過程中，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)和設備、管材許可的情況下，適當增加鉆壓可以提高鉆速，但盲目的加大壓力會使金剛石胎體急劇磨損，胎體破裂，反而會降低鉆頭使用壽命，同時也會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4－6級巖石，壓力8－12千牛，鉆進7－10級較硬巖石，壓力10－14千牛。
　　 2、轉速
　　 我們知道，提高轉速就可以提高鉆進效率。因此只要鉆機、管材強度和巖層情況允許，就應該采用高轉速鉆進。實際中使用金剛石都是深孔情況下，而且受到設備因素的限制，高速回轉對鉆具會產(chǎn)生強烈振動，特別遇到破碎巖層更加嚴重，轉速也只能控制在150－300轉/分。
　　 3、泵量
　　 現(xiàn)場多數(shù)采用Brr250/40水泵，在深孔的情況下，盡量要求來水大些，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，解決了蹩泵問題。
　　 三、泥漿的使用
　　 龍家堡勘探區(qū)地層較為復雜，第四紀層下部有時會遇到較厚的流砂層，孔深500米以內(nèi)是造漿性較強的紅色泥巖，500－800為砂巖，砂礫巖或膠結較差的礫巖，這段孔壁極不穩(wěn)定，泥漿使用不好會出現(xiàn)坍塌，掉塊，漏失，這段巖層鉆進泥漿粘度不能太低。而800米以下使用金剛石鉆進泥漿粘度太高又會影響鉆進效率。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，采用復合泥漿鉆進施工，基本上解決了這一問題。現(xiàn)場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目以上膨潤土），嚴格控制泥漿失水量，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、使用金剛石應注意的幾點
　　 1、孔內(nèi)有合金或肋骨塊不能下金剛石鉆頭，應用鐵鉆頭或磁力打撈器處理后再下。
　　 2、殘留巖芯多（超過0.3米時）應特取，不能用金剛石鉆頭掃孔，擴孔。
　　 3、采芯時不能關泵干研，以免高溫降低鉆頭壽命。
　　 4、保持運轉平穩(wěn)，防止鉆具晃動，不能使用彎曲鉆桿和巖芯管鉆進。
　　 5、在強研磨性巖層，破碎的礫巖層鉆進不能開高轉速。
　　 6、卸巖芯時不能用大錘敲打鉆頭。