鉆探施工中金剛石鉆頭的非正常磨損淺析

趙 強

(川煤勘設地勘公司 攀枝花辦事處，四川 攀枝花617066)

0 引言

在金剛石鉆進中，正確分析鉆頭的磨損與變形，是保證正常鉆進，延長鉆頭壽命，提高鉆探操作技術水平的重要一環。本文通過對寶鼎礦區鉆探施工中金剛石鉆頭損壞的原因進行分析，總結出幾種現場常見的金剛石鉆頭出現的非正常磨損類型，以期能達到拋磚引玉的作用。

1 燒鉆變形

在鉆進時，由于水路不通或供水不良，形成沖洗液突然中斷，鉆頭在孔底繼續鉆進得不到及時冷卻，溫度驟升，而將鉆頭燒毀。按其燒鉆程度可分輕度燒鉆和嚴重燒鉆兩種。當燒鉆事故發現較早，及時提鉆。鉆頭損壞表現為唇面發黑，有些金剛石已石墨化，鉆頭鋼體下部呈灰黑色，與上部光亮的鋼體有明顯區別。鉆頭唇面形狀無顯著變形，尚未造成嚴重后果。當輕度燒鉆未及時發現，仍繼續以高速回轉時，鉆頭溫度持續升高，致使胎體熔化并與孔底巖石和巖心膠結在一起，造成嚴重燒鉆事故(如圖1)。

圖1 燒鉆變形

2 唇面溝槽變形

這類磨損變形在人造孕鑲金剛石鉆頭最常見，在寶鼎礦區鉆探中占所有損壞鉆頭的1/2 以上。其主要原因是:

1)由于人造孕鑲金剛石鉆頭經長時間使用，當金剛石孕鑲層接近磨完時，唇面金剛石濃度漸小，唇部磨損加快，但鉆頭內外側有聚晶補強，不易磨損，則鉆頭唇面形狀由弧形逐漸磨成平形(如圖2)。

圖2 溝槽變形

2)由于孕鑲金剛石鉆頭唇面較厚，在鉆進研磨性較強的巖石中鉆頭內外刃由于有沖洗液循環而冷卻較好，唇面由于緊貼巖石在高速回轉中發熱量不能及時傳走而溫度升高，引起部分金剛石在高溫下物理性質改變，使唇面中部硬度變低，在持續鉆進中逐漸比內外刃先磨損而形成溝槽(如圖3)。

圖3 溝槽變形

3 胎體磨光變形

當鉆頭唇面產生溝槽變形以后，仍未及時提鉆，繼續鉆進時，由于剩下胎體強度薄弱及沖洗液冷卻不足和鉆具回轉震動沖擊，其溝槽的外緣受力較大，很快脫落(如圖4)。

圖4 胎體磨光變形

4 內外臺階變形

因孔內留有較多的殘留巖心，并橫置孔內，同時所鉆巖石堅硬破碎，或巖心過粗，在套掃殘留巖心(或脫落巖心)時，易造成內臺階變形(如圖5)。當孔徑變小，下入新鉆頭進行擴孔時則易造成外臺階變形(如圖6)。有時內外臺階同時發生。

圖5 內臺階變形

圖6 外臺階變形

5 喇叭狀變形

鉆進中巖心堵塞，仍繼續鉆進，則破碎的巖心易造成鉆頭內側的早期磨損，形成喇叭狀變形。另外，因套掃孔內殘留巖心或脫落巖芯時，也易造成喇叭狀磨損，并常造成胎體的崩落(如圖7)。

圖7 喇叭狀變形

圖8 胎體崩落

6 胎體崩落

在開始使用新鉆頭時，由于操作上的疏忽大意，升降鉆具時，使鉆頭受到猛烈墩撞、沖擊，或在掃巖心、活石時壓力過大，常造成胎體大塊崩落，損壞嚴重(如圖8)。有時在胎體脫落后未及時發現，繼續回轉，則往往造成胎體的全部脫落。

圖9 胎體裂紋

7 胎體裂紋

鉆進時由于鉆具的強烈震動，產生較大的沖擊載荷，或升降鉆具中鉆頭受到碰撞，常使鉆頭胎體產生裂紋。另外，由于使用牙鉗擰卸鉆頭，也常將鉆頭夾裂，有時裂紋延伸至鋼體，并造成橢圓變形(如圖9)。

8 沖蝕變形

在鉆進磨擦性強的巖石或使用泥漿作沖洗液時，由予泥漿中細砂和巖粉較多，加之沖洗液量較大的情況下，沖洗液流經鉆頭的速度很高，對鉆頭胎體產生強烈的沖蝕作用。表現在鉆頭內外側面補強聚晶或金剛石的上下及迥轉前側面胎體金屬被沖蝕，聚晶或金剛石裸露過高，嚴重者則脫落(如圖10)。

圖10 沖蝕變形

圖11 內徑磨損

9 鉆頭內徑磨損嚴重

如果巖心已經堵塞而不及時提鉆，鉆頭內徑就會嚴重磨損。繩索取芯內管松脫，內管上部懸掛失靈，都易造成巖心堵塞和損壞鉆頭內徑。需要注意的是巖心堵塞往往是燒鉆或卡鉆的起因(如圖11)。

10 結語

總之，正確判斷金剛石鉆頭在孔里的工作狀況，對出現的一些非正常磨損原因進行分析，在此基礎上有針對性的采取措施，才能改進操作，提高技術，從而降低生產成本，促進鉆探工作經濟效益和社會效益的更大提高。

［1］ 李世忠.鉆探工藝學［M］.北京:地質出版社，1989.