廣西田東金礦區金剛石鉆頭選型及鉆進參數優化分析①

張勁松

(桂林礦產地質研究院,廣西桂林541004)

廣西田東金礦區金剛石鉆頭選型及鉆進參數優化分析①

張勁松

(桂林礦產地質研究院,廣西桂林541004)

綜述了在復雜地層鉆進中對金剛石鉆頭的選型、鉆進參數的優化、鉆井沖洗液的選用以及各種鉆頭在不同地層中鉆進效率的對比,提出了金剛石鉆頭使用的技術要求。

金剛石鉆頭;鉆進參數;沖洗液;技術要求

我公司在田東某金礦區鉆探施工過程中,由于該礦區地質條件復雜,巖石硬度差異大,造成鉆進效率低,鉆頭壽命短,施工周期長等問題,對此我們通過對完工鉆孔的資料分析對比,優化了鉆頭型號及鉆進參數,提高了機械鉆速和鉆進效率,取得了較好的經濟效益。

1 礦區地質特征及巖石性質

礦區出露地層為中疊統百蓬組巖層,根據巖性組合特征可分為兩段。

百蓬組第一段:主要為泥巖、粉砂巖、不等粒雜砂巖,巖石可鉆性4～7級。

百蓬組第二段:主要為厚層狀不等粒雜砂巖、粉砂巖夾薄層狀泥巖。是礦區主要含礦層位,部分鉆孔含礦破碎帶中有角礫巖、硅質巖及石英巖等。巖石可鉆性一般為4～7級,硅質巖及石英巖可達9～10級,且堅硬破碎,研磨性強。

2 鉆頭選型及鉆進參數

由于本礦區地質情況較復雜,為了保證施工的質量,采用了先進的S75金剛石繩索取芯鉆探技術,同時對不同巖石選用了不同的金鋼石鉆頭及鉆進參數。

(1)在完整的泥巖、粉砂巖中鉆進,鉆頭型號及鉆進參數的選擇:①鉆頭選擇:采用皇冠牌人造孕鑲金剛石鉆頭,金剛石用優質SM D級國產金剛石料,濃度80%～100%,粒度46#～60#,胎體硬度HRC 25～35,鉆頭底唇面有圓弧型、同心圓尖齒型、齒輪型。②鉆進參數:鉆壓11～12kN,轉速600～850 r/min,泵量60～70L/min,沖洗液為2%的植物膠水溶液。

(2)在破碎的泥巖、粉砂巖、雜砂巖中鉆進,鉆頭型號及鉆進參數的選擇:①鉆頭選擇:采用皇冠牌人造孕鑲金剛石鉆頭,金剛石用優質SM D級國產金剛石料,濃度80%～100%,胎體硬度HRC 30～38,鉆頭底唇面有圓弧、同心圓尖齒型。②鉆進參數的選擇:鉆壓9～11kN,轉速550～650r/min,泵量50～60L/min,沖洗液為3%～4%的植物膠水溶液。

(3)在堅硬的角礫巖、硅質巖、石英巖中鉆進,鉆頭型號及鉆進參數的選擇:①鉆頭選擇:采用皇冠牌人造孕鑲金剛石鉆頭,金剛石用優質SM D級國產金剛石料50%,進口A級料50%,濃度100%,胎體硬度HRC 15～20,鉆頭底唇面為同心圓尖齒、齒輪型。②鉆進參數的選擇:鉆壓13～14kN,轉速500～600r/min,泵量50～60L/min,沖洗液為2%～3%的植物膠水溶液。

3 鉆頭使用情況分析

2008年共完工的鉆孔有ZK 0001、ZK 0002、ZK 0003、ZK 1301、ZK 1302、ZK 1303,完成鉆探工作量共2012米,平均臺月效率為532m,平均小時效率為2.11m,平均回次長度1.42m,取得了較好的經濟效益。

(1)在完整的泥巖、粉砂巖、雜砂巖中鉆進,使用的鉆頭情況見表1。

表1 完整巖層中鉆進參數Table 1 Drilling parameters in integrated strata

(2)在破碎的泥巖、粉砂巖、雜砂巖中鉆進,使用的鉆頭情況見表2。

表2 破碎巖層中鉆進參數Table 2 Drilling parameters in breaking strata

(3)在堅硬的角礫巖、硅質巖、石英巖中鉆進,使用的鉆頭情況見表3。

表3 堅硬巖層中鉆進參數Table 3 Drilling parameters in hard strata

4 金剛石鉆頭使用時的技術要求

(1)嚴格遵守不同的地層選擇不同類型鉆頭的原則,否則會嚴重影響鉆進效率和鉆頭壽命,軟～中硬完整地層,應選用齒輪鉆頭和同心圓尖齒鉆頭。軟～中硬破碎地層應選用圓弧型鉆頭,堅硬致密打滑地層應使用齒輪型鉆頭。

(2)鉆頭使用時,應按鉆頭外徑的大小,排隊輪換使用,先用外徑大內徑小的,后用外徑小內徑大的鉆頭。

(3)鉆頭下入孔內時,需保證鉆具水眼暢通,下鉆途中遇阻,用鉗子扭轉無效時,應提鉆更換專用掃孔鉆頭掃孔。

(4)新鉆頭下到孔底后,采用輕壓慢轉方式初磨5～10分鐘,方可加正常壓力和轉速。

(5)保持孔內清潔,做好護壁堵漏工作,保證沖洗液的潤滑效果良好。

(6)班長精心操作,起下鉆速度均勻,嚴防跑鉆和墩鉆。

(7)在可鉆性好的泥頁巖中鉆進時,要控制機械鉆速不要太快,以免發生鉆頭泥包現象,并適當增大泵量。

(8)遇到巖芯堵塞時,應及時提鉆取芯,不得強行鉆進,避免鉆頭內徑磨損。

(9)鉆頭使用到后期,若巖性沒有大的變化,而采用的鉆壓又較大,機械鉆速明顯下降時,應提鉆檢查和更換鉆頭。

5 結論

(1)該礦區所使用的金剛石鉆頭,平均鉆頭壽命為46.5米,平均鉆速為2.26m/h,取得了滿意的效果。

(2)齒輪型鉆頭在堅硬致密的打滑地層中鉆進,平均機械鉆速達到1.45m/h,比其它的鉆頭提高了68.6%;平均鉆頭壽命為28.74m,比其它鉆頭提高了14.44m。

(3)齒輪型鉆頭在中硬完整的地層中鉆進,平均機械鉆速高達4.35m/h,比其它鉆頭提高145.7%;平均鉆頭壽命為125.14m,比其它鉆頭提高57.84m。

(4)在鉆桿強度許可的情況下,在堅硬打滑地層鉆進時應將鉆壓提高到15～16kN。

(5)在破碎的中硬地層鉆進時,機械鉆速不高,巖芯采取率低,還應對鉆進參數作相應調整。

(6)齒輪型鉆頭,在破碎地層中鉆進時容易崩塊,胎體磨損快,壽命較短,有待改進。

[1] 劉廣志.金剛石鉆探手冊[M].北京:地質出版社.

[2] 張春波編.繩索取心金剛石鉆進技術[M].勘探技術研究所,地質出版社.

Optimum drilling parameters and selection of the diamond drill bit used in the Tiandong gold orefield of Guang xi

ZHANG Jin-song
(Guilin Research Institute of Geology for Mineral Resources,Guilin,Guangxi 541004)

The paper has proposed the technical requirements of using diamond drill bit to drilling in complex strata by selecting diamond drill bit and washing fluid,optimizing d rilling parameters,comparing drilling efficiency of various drill bit.

diamond drill bit;d rilling parameters;washing fluid;technical requirement

TQ 164

A

1673-1433(2010)03-0019-03

2010-04-16

張勁松(1972—),男,1991年畢業于廣西地校鉆探專業,長期在巖心鉆探第一線工作,鉆探技術負責人。