金剛石鉆頭在金礦鉆探施工中的選擇及應用

王雪玉

（山東省地質礦產勘查開發局第七地質大隊，山東 臨沂 276002）

金剛石鉆頭是目前最優良的破碎復雜地層的切削工具之一。隨著鉆探新設備、新材料、新工藝、新技術的發展應用，金剛石鉆頭的研制水平與研發理念不斷地向更高層次發展，一方面提高了鉆頭對花崗巖等復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、超徑等復雜情況，采取了有效的應對措施，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，結合工程實踐，對金剛石鉆頭進行了選擇應用，在金礦普查鉆探施工項目中取得了較好的使用效果。

1 金剛石鉆頭的結構特點

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，水力結構（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，并布置有水力結構，其側面為鑲裝保徑齒，它和鉆頭體相連，由碳化鎢胎體或鋼質材料制成。鉆頭體是鋼質材料體，上部是絲扣和鉆柱相連接，其下部與冠部胎體連結在一起，鋼質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，最后攜帶巖屑從側面水槽及排屑槽流入環形空間。

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、鉆進進尺少的現象，進而導致鉆進效率低、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的地層就顯得極為重要，鉆頭胎體應具有較高的耐磨性，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，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

該項目地區地質構造條件復雜，且在區域內分布有大量的中粒、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。該區域裂隙發育，地層情況較為復雜。根據以往在該區域的施工經驗，總結該區域鉆孔的施工情況，為完成詳細查明礦區地質特征，礦體空間賦存情況及形態、產狀、規模和礦石質量特征，最終探求高級別金礦資源儲量，以達到提升探礦權價值的目的，對該項目施工鉆孔井身結構進行設計。

3.2 金剛石鉆頭的選擇與應用

根據上述分析，該施工區巖體為花崗巖，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，唇面為平底結構，如圖1所示。

圖1 唇面平底結構

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，通過對鉆頭胎體設計、金剛石優選、鉆頭結構設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，還可以適當的避免孔內事故的發生，提高了鉆進效率，節省了鉆進成本。相信在中深部礦產鉆探和頁巖氣等非常規能源鉆探施工中，創新性實用型金剛石鉆頭會發揮更大更深遠的作用。