绳索取芯金刚石钻头在复杂地层中的应用研究

唇 面 与 岩石 实 际接 触 面积 越
小 ， 则 比 压 越 大 ，越 有 利 于 以体 积 破 碎 的 方 式 克 取 岩 石 ， 从 而 获 得 较 高 的 钻 速 。 在 硬 、 碎 、 脆 地 层 中使 用 金 刚 石 钻
头 钻 进 时 ， 因 钻 具 纵 向 和 横 向
绳 索取 芯钻头 与普通 单管钻 头不 同 ，绳索 取芯钻 头对
ｘ 内 径 尺 寸 要 求 比 较 严 格 ， 有 些 钻 头 由 于 内 径 耐 磨 性 不 强 ， 即 使 金 刚 石 层 未 用 完 ， 也 因 钻 头 内 径 扩 大 ， 岩 芯 不 能 进 入 内管 ， 而 使 钻 头 报 废 。 因此 ， 绳 索 取 芯 钻 头 的 内 外 径 保 径 十 分 重 要 ， 传 统 的 保 径 材 料 为 中 １ ５ Ⅱｌ 柱 形 聚 ． Ｘ４１ 圆 【 Ｉ ２ 晶 ， 在 胎 体 内 外 侧 出 露 面 积 小 （ 条 线 ） ， 当 内径 增 加 一 １５ 时 ， 出露 面 积 为 最 大 。 一般 来 说 ， 内径 增 大０６ ．咖 ．咖 时 ， 钻 头 就 不 能 用 了 。 为 了 增 加 出 露 面 积 ， 改 善 保 径 效 果 ，我 们 采 用 了 １５ ． Ｘ４ 。 耐 磨性 强 的 方 聚 晶 。 在 内 ． Ｘ １５ 咖 的 径 没 有 扩 大 到 报 废 尺 寸 时 ， 聚 晶 出 露 面 积 就 达 到 恒 定 的 最
震 动 剧 烈 ， 使 金 刚 石 钻 头 的 寿 命 大 为 缩 短 。 经 过 现 场 对 各 种 唇 型 钻 头 的 反 复 使 用 对 比 ， 最 后确 定 了阶 梯环 槽式 唇 面 （ 如
图 所 示 ）。
使用前 使用后
大 值 ， 从 而 获 得 理 想 的保 径 效 果 。 （ ）在 钻 头 唇 面 中 间 高 低 齿 分 界 处 预 置 一 层 或 几 层 适 ２ 当 厚 度 的 铁 片 ， 或 加 一 薄 层 低 浓 度 低 硬 度 胎 体 ，钻 头 工 作 时 唇 面 形 成 宽 度 合 适 的 凹 槽 。 当钻 进 初 磨 后 ，很 快 磨 成 尖 齿 形 钻 头 ， 随着 钻 进 的 正 常 磨 耗 尖 齿 同步 延 伸 ， 直 到 钻 头 工 作 层 磨 耗 终 了 为 止 ， 始 终 为 尖 齿 形 钻 头 。 改 变 了原 钻 头 表 面 凸 出 的 部 分 梯 齿 磨 平 后 既 成 为 平 底 钻 头 的 缺 点 。 同 时 ， 由 于 金 刚 石 钻 头 钻 进 时 金 刚 石 的 碎 岩 方 式 主 要 是 磨
石钻 头 内径 磨损 的原 因一般认 为是重 复破碎碎 块岩心 、扫
脱落岩心或掉块、岩心堵塞继续进尺等 。除了地层和工艺
等 一 般 因素 外 ，钻 头 制 造 因 素 影 响 很 大 ，钻 头 水 口 的 数 量 和 宽度 的增 加 相 应 减 小 了 内外 侧 面 积 ， 更 需 要 加 强 保 径 的 措 施 。 在 孕 镶 钻 头 金 刚 石 钻 头 的 非 正 常 磨 损 中 ， 因 内 径 部 位 工 作 层 高 度 过 快 磨 损 成 喇 叭 形 或 碟 形 而 导 致 钻 头 使 用 寿
（ ）胎 体 内侧 凸 出 ， 比 外 侧 高 约 ２ ２ ５ 。 孕 镶 金 刚 １ ～ ．咖
问题 。 由于煤 矿区地 质条件 复杂 ，软硬 互层 多 ，岩石 的可
钻 性 相 差 悬 殊 ，地 层 破 碎 。 我 队 经 过 ２ 年 的 不 断 探 索 ， 在 Ｏ 选 用 金 刚 石 钻 头 积 累 了许 多 经 验 ， 基 本 上 解 决 了龙 岩 煤 田 煤 系 地 层 孑 壁 环 状 间 隙 小 ， 冲 洗 液 冲 刷 孑 壁 造 成 孑 内 坍 Ｌ Ｌ Ｌ 塌 ，严 重 漏 失 等 技 术 难 题 。 ｌ 钻头唇面形状的选择
命缩 短 的比例很 大 ，造 成成本 上升 。特 别是 绳索取芯 钻头 更为普遍 ，报废 的钻 头往往外径工作 层高度还剩２ 以上 。 咖
因此 ， 我 们 将 钻 头 内侧 工 作 层 增 大 了２ ２ ５ 。 当钻 头 底 ～ ．咖 唇 面 和 外 侧 磨 完 时 ， 内 外 侧 工 作 层 同 步 磨 完 ， 极 大 地 提 高 了钻 头 的使 用 寿 命 。此 外 ， 钻 头 唇 面 内 侧 凸 出 ， 可 以 起 到 导 向钻 进 的 作 用 ， 增 加 了 钻 进 的 稳 定 性 ，也 可 达 到 防 斜 的
刚石钻头可 最有效地提 高绳 索取 芯钻进 效率 及延 长钻 头寿命 。为类似 类矿 区施 工具有一 定 的借 鉴意 义。 关键 词：地质 条件 复杂地层施 工 ；金 刚石钻 头选 择 ； 应 用研 究
如 何 选 用 金 刚 石 钻 头 是 绳 索 取 芯 钻 金 刚 石 钻 进 的 关 键
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绳索取芯金刚石钻头在复杂地层中的应用研究
林 明 辉
（ 建省 １ １ 田地质勘探 队，福建 龙 岩 ３４２ ） 福 煤 ２ ６ ０ １
摘
要 ：本 文主要 论述 在煤矿 区地质 条件 复杂 ，即软硬互层 多、岩石 的可钻性 相差悬殊 及地层破 碎 条件下 ，如何选择金
效果 。
金刚石具 有极 高的硬度 和耐 磨性 ，其磨耗 主要 有三种 情况 ：① 金 刚石 与孑 底岩石和 其它磨粒产生 的摩 擦磨损 。 Ｌ ② 由于冲击载荷 或压力过大 ，导致 钻头上 的金 刚石产生碎 裂而崩落 。③ 胎 体的适岩性差 或对金刚石 的包镶 力小使 尚
有 破 岩 能 力 的金 刚石 过 早 脱 落 。 在 复 杂 地 层 中钻 进 ，钻 头 上 金 刚 石 的 磨 耗 主 要 在 于 后 两 种 情 况 ， 因 此 ， 在 选 择 钻 头 唇 面 形 状 时 ，考 虑 的 主 要 因 素 是 底 唇 面 接 触 面 积 、钻 头 的稳 定 性 。