廬樅LZSD-1孔科學(xué)鉆孔鉆頭選擇與使用

余善平（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，安徽六安 237010）

yu Shan-ping(No.313 Unit of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province , Lu'an, Anhui 237010,China)

廬樅LZSD-1孔科學(xué)鉆孔鉆頭選擇與使用

余善平
（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，安徽六安 237010）

受中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所的委托，安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)承擔(dān)《華東廬樅盆地科學(xué)鉆探選址預(yù)研究》3000m科學(xué)鉆探工程任務(wù)，該鉆孔為大陸科學(xué)鉆探選址預(yù)研究項(xiàng)目中6個(gè)鉆孔之一，主要目的是通過鉆探揭示和驗(yàn)證與成礦有關(guān)的巖體、基底、蓋層的空間分布，建立地殼結(jié)構(gòu)模型和異常解釋的標(biāo)尺，為大陸萬米鉆探提供選址依據(jù)。本文主要介紹了在施工過程中的鉆頭選用情況，僅供同行參考。

LZSD-1孔；金剛石鉆頭；選擇；使用

1　工程概況

LZSD-1孔地處安徽省安慶市樅陽縣錢鋪鄉(xiāng)虎棧村境內(nèi)，位于京臺(tái)高速公路邊，原設(shè)計(jì)深度2500~3000m，終孔直徑75mm，巖芯采取率≧85% ，于2012年7月12日正式開鉆，歷時(shí)10個(gè)月，于2013 年5月20日竣工，

實(shí)際終孔孔深3008.29m，終孔直徑77mm，終孔頂角7.7°，巖芯采取率97.41%,為地學(xué)科學(xué)研究提供了翔實(shí)的實(shí)物資料。

2　施工技術(shù)要求

（1）鉆孔深度:2500~3000m；

（2）鉆孔傾角:90°（直孔）；

（3）終孔直徑不小于75mm；

（4）取芯要求全孔連續(xù)取芯鉆進(jìn)，全孔巖芯采取率≥85%；

（5）孔斜要求：鉆孔（2500m以內(nèi)）終孔頂角≤15°，全角變化率小于2°/30m；

（6）科學(xué)鉆探孔技術(shù)及施工方案研究,包括鉆進(jìn)工藝、鉆進(jìn)設(shè)備及配套鉆具相關(guān)參數(shù)研究，形成一套可操作性強(qiáng)，符合當(dāng)?shù)氐貙訋r性、構(gòu)造條件，經(jīng)濟(jì)合理的施工方案（鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)設(shè)備、鉆桿柱、碎巖工具、取芯取樣方法、井身軌跡控制、泥漿及井壁保護(hù)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集），提交專題研究報(bào)告；

（7）其他要求：協(xié)助完成與鉆探施工工作相關(guān)科學(xué)研究工作的實(shí)施，如科學(xué)鉆探編錄、測(cè)井、現(xiàn)場(chǎng)流體測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)巖芯樣品采集等；

3　鉆頭選擇與使用

鉆孔開孔及風(fēng)化層鉆進(jìn)選擇硬質(zhì)合金和金剛石復(fù)合片雙管取芯鉆頭；鉆孔上段破碎地層鉆進(jìn)選擇孕鑲金剛石雙管取芯和復(fù)合片雙管取芯鉆頭；擴(kuò)孔采用三牙輪導(dǎo)向鉆頭和金剛石導(dǎo)向鉆頭，如圖1、2所示。

圖1　不同形式擴(kuò)孔鉆頭Fig. 1 Reamer bits of different forms

在第四系開孔采用合金鉆頭鉆進(jìn)，風(fēng)化層、破碎層：采用普通金剛石鉆頭鉆進(jìn)，采取率為66.52%；采用階梯式底噴復(fù)合片鉆頭，采取率為93.62%；采用底噴式金剛石鉆頭半合管取芯，采取率為93.21%。

鉆孔至孔深203.08m以后，采用Φ97mm和Φ77mm繩索取芯金剛石鉆頭鉆進(jìn)。鉆頭唇部形狀選擇主要為同心圓尖齒式、圓弧式、直角梯形式等，不同形狀鉆頭見附圖?！?7mm金剛石鉆頭使用16個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺1299.19m，平均時(shí)效1.43m/h，最高時(shí)效1.79m/h，鉆頭使用最高進(jìn)尺341.35m，平均使用壽命81.20m。Φ77mm金剛石鉆頭使用32個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺1506.02m，平均時(shí)效1.26m/h，最高時(shí)效1.90m/ h，鉆頭使用最高進(jìn)尺169.82m，平均使用壽命47.06m。金剛石鉆頭選擇熱壓孕鑲鉆頭，鉆頭使用情況見附表。安徽省地礦局313地質(zhì)隊(duì)探礦工程技術(shù)研究所鉆頭研究室在施工過程中，根據(jù)地層及巖樣，針對(duì)性進(jìn)行了深孔長壽命、高效率金剛石鉆頭的研制工作，取得了良好的應(yīng)用效果（表1）。

圖2　不同形狀的金剛石鉆頭Fig.2 Diamond drilling bits of different appearances

表1　不同形狀金剛石繩索取芯鉆頭使用效果統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of results of application of diamond wire line core drilling bits of different forms

4　結(jié)論

通過LZSD-1孔不同形狀金剛石鉆頭選擇和使用情況可以表明：

（1）在風(fēng)化破碎地層選擇階梯底噴隔水式復(fù)合片和金剛石鉆頭，配合單動(dòng)半合管取芯，可以保證巖芯采取率；

（2）同心圓尖齒鉆頭與圓弧形鉆頭相比，具有時(shí)效高、壽命長等特點(diǎn)。主要原因是，減少了鉆頭唇部勀取巖石工作面面積，減小了鉆壓，增加了破碎巖石的自由面，使鉆頭產(chǎn)生擠壓、剪切破碎巖石的效果，使巖屑顆粒變粗，有利于金剛石出刃，以提高鉆進(jìn)效率；另外，鉆頭唇部有多環(huán)形同心圓，利于鉆頭鉆進(jìn)過程中排粉和冷卻，減少鉆頭唇部中心部熱量聚集，以增加鉆頭使用壽命；

（3）在淺孔中硬性地層鉆進(jìn)時(shí)，可開高轉(zhuǎn)速，鉆壓可控情況下，選擇圓弧狀鉆頭具有良好保徑性能，亦可達(dá)到較好的使用效果；

（4）通過巖樣測(cè)試，針對(duì)地層情況，由313地質(zhì)隊(duì)探礦工程技術(shù)研究所鉆頭研究室研制的部分鉆頭在該孔中試驗(yàn)，取得了較好的效果，最高壽命可達(dá)341.35m，平均時(shí)效1.62m/h。試驗(yàn)鉆頭在加工制造上主要采取如下措施：

（1）鉆頭的胎體硬度與耐磨性。采用中耐磨性胎體配方，鉆頭胎體硬度控制在HRC20~25范圍；

（2）金剛石品級(jí)。選擇高品級(jí)金剛石；

（3）金剛石粒度與濃度。粒度選擇40~60目，混合粒度；濃度選擇70%~80%范圍內(nèi)；

（4）鉆頭保徑。采用方柱狀聚晶加強(qiáng)內(nèi)保徑效果；

（5）鉆頭唇部形狀。設(shè)計(jì)為同心圓和直角梯形式。同心圓形式用于中硬和硬巖層鉆進(jìn)；直角梯形式水口較大，排粉冷卻效果好，且與孔底巖石接觸面積?。ㄣ@頭設(shè)計(jì)接觸巖石面只占鉆頭底面的43%~55%），適用于堅(jiān)硬打滑地層鉆進(jìn)。

[1]朱恒銀，等.深部巖芯鉆探技術(shù)與管理[M]. 北京:地質(zhì)出版社,2014.

[2]朱恒銀，余善平，等.華東廬樅盆地科學(xué)鉆探選址預(yù)研究LZSD-1孔施工技術(shù)報(bào)告[R].安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì).2013.

ChoiCe And uSe of drill bit for SCientifiC drillinG of hole lzSd-1 in the lu-zonG AreA

Commissioned by Institute of Geology of Chinese Academy of Geosciences, No.313 Unit of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province undertook 3000m scientific drilling for Pre-study of Scientific Drilling Site Selection in the Lu-Zong Basin of East China, which is one of 6 of its kind in continent, aiming to disclose and test spatial distribution of rock masses, basements and overburdens concerning ore formations, establish a crustal structure model and a scale for anomaly interpretation, providing a basis for site selection of continental 10000m drilling. This paper introduced the use of drilling bit in construction only for reference by our peers.

LZSD-1 hole; diamond drilling bit; selection; use

yu Shan-ping
(No.313 Unit of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province , Lu'an, Anhui 237010,China)

P634.4

A

1005－6157（2016）01－036－2

2015-09-15

余善平（1973-），男，安徽合肥人，一級(jí)建造師，助理工程師，現(xiàn)主要從事鉆探施工技術(shù)管理工作。