使用金刚石突破煤田深部硬岩的几点体会

　　2003-2006年我公司在龙家堡勘探区施工中，遇到一个很大的问题就是突破深部硬岩关。该区孔深一般都在1000-1400米左右，钻孔直径Φ114mm，通常采用硬质合金肋骨钻头钻进。在孔深800米以下进入煤系地层前的岩层是胶结致密的砾岩，可钻性一般5-8级。这段岩层使用合金钻头受到限制，有时效率仅为0.1米/小时，合金钻头难以克取，有时肋骨也都磨没，只剩下钻头体，严重影响了生产进度和效益。针对这种情况，我们采取金刚石钻进的方法，有效的突破了这道难关。下面简要介绍一下我们的做法和几点认识。

　　一、钻头的选择和试验情况

　　为了能够突破硬岩，开始我们订购的直径Φ114mm复合体钻头进行了试验，效果很不理想，进尺速度仅为0.2-0.3米/小时，随后又分别订购了Φ114mm和Φ95mm两种孕镶金刚石钻头进行了试验，采用Φ114mm金刚石钻头虽然和原来孔径一致，减少扩孔时间，但也存在一些问题。一是克取面积大，进尺慢;二是现场多数使用老式千米机，转速慢影响钻进速度;三是孔径内径大，岩芯粗不易扭断，采芯困难，钻进效率为0.3-0.4米/小时。后来我们试用了Φ95mm金刚石钻头，进尺速度大大提高，可以达到1-2米/小时，甚至更多。进入煤系地层后，泥岩相对较软，可以重新更换合金钻进。另外从便于煤芯采取的考虑，孔径仍需保持Φ114mm，所以最终确定，使用Φ95mm金刚石钻头穿过硬岩层，然后再扩孔的办法通过深部硬岩层。

　　钻进硬岩过程中也常常遇到较软的泥岩层，金刚石钻进效率马上降下来，为了连续使用金刚石钻进，以便一次扩孔。合理选用适岩钻头是金刚石钻进工艺的关键。我们现场使用的Φ95mm金刚石钻头有三种类型：一种为唇面为平面的，第二种唇面为锯齿型，另一种为聚晶金刚石钻头。前两种使用较多，在较坚硬研磨性较强的岩层使用第一种。胎体硬度为HRc40，钻进软的泥岩层，使用第二种，胎体硬度为HRc35。

　　二、钻进参数的选择

　　使用金刚石钻头的效果除与钻头的质量有关外，与操作使用得当密切相关。在钻进过程中操作者必须精力集中，认真负责，合理掌握钻进参数，才能提高效率，延长钻头使用寿命。

　　1、钻压

　　在钻进过程中，压力的大小是直接影响钻速的重要因素。在钻头允许的范围内和设备、管材许可的情况下，适当增加钻压可以提高钻速，但盲目的加大压力会使金刚石胎体急剧磨损，胎体破裂，反而会降低钻头使用寿命，同时也会造成钻具折断或撸扣。所以根据岩性I 同合理掌握压力十分重要。钻进4-6级岩石，压力8-12千牛，钻进7-10级较硬岩石，压力10-14千牛。

　　2、转速

　　我们知道，提高转速就可以提高钻进效率。因此只要钻机、管材强度和岩层情况允许，就应该采用高转速钻进。实际中使用金刚石都是深孔情况下，而且受到设备因素的限制，高速回转对钻具会产生强烈振动，特别遇到破碎岩层更加严重，转速也只能控制在150-300转/分。

　　3、泵量

　　现场多数采用Brr250/40水泵，在深孔的情况下，尽量要求来水大些，由于金刚石内出刃较小，内径大，岩芯与岩芯管之间间隙较小，另外现场使用的岩芯管脑袋为Φ95mm直径。在施工中经常出现蹩泵现象，为解决这一问题，岩芯管脑袋改为Φ91mm径，并且在其上面加焊四条焊条，岩芯管改为薄壁的，解决了蹩泵问题。

　　三、泥浆的使用

　　龙家堡勘探区地层较为复杂，第四纪层下部有时会遇到较厚的流砂层，孔深500米以内是造浆性较强的红色泥岩，500-800为砂岩，砂砾岩或胶结较差的砾岩，这段孔壁极不稳定，泥浆使用不好会出现坍塌，掉块，漏失，这段岩层钻进泥浆粘度不能太低。而800米以下使用金刚石钻进泥浆粘度太高又会影响钻进效率。为解决这一矛盾，我们主要在保持泥浆质量上下了很大功夫，采用复合泥浆钻进施工，基本上解决了这一问题。现场使用的泥浆添加剂有：火碱、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素，水玻璃、抗高温降滤失剂、防坍剂等。为了即能保证上部孔壁完好，又能使下部金刚石效率提高，使用优质的复合型泥浆，尽量降低固相含量，使用优质土粉(200目以上膨润土)，严格控制泥浆失水量，根据岩层性质不同有选择的使用泥浆处理剂，合理调配，使泥浆的性能指标控制在如下范围;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、使用金刚石应注意的几点

　　1、孔内有合金或肋骨块不能下金刚石钻头，应用铁钻头或磁力打捞器处理后再下。

　　2、残留岩芯多(超过0.3米时)应特取，不能用金刚石钻头扫孔，扩孔。

　　3、采芯时不能关泵干研，以免高温降低钻头寿命。

　　4、保持运转平稳，防止钻具晃动，不能使用弯曲钻杆和岩芯管钻进。

　　5、在强研磨性岩层，破碎的砾岩层钻进不能开高转速。

　　6、卸岩芯时不能用大锤敲打钻头。

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