淺析金剛石鉆頭在礦山地質(zhì)鉆探中的發(fā)展趨勢

李迎東

（云南錫業(yè)股份有限公司老廠分公司，云南 個舊 661000）

金剛石鉆頭在發(fā)展過程中要緊跟時代發(fā)展潮流，滿足社會發(fā)展需求，在材料、工藝和技術(shù)方面不斷應用提升，從而提高金剛石鉆頭的使用壽命和期限，滿足油氣井鉆探、海洋深水鉆探、科學鉆探等領域的發(fā)展要求，繼而最大化的為資源開發(fā)服務，提高金剛石鉆探技術(shù)和水平，對國外在技術(shù)方面的壟斷這一現(xiàn)象進行打破，走在世界發(fā)展前沿，并在激烈的世界競爭中占據(jù)有利地位，從而為社會主義經(jīng)濟深化發(fā)展做貢獻[1]。

1 礦井鉆探金剛石鉆頭的發(fā)展現(xiàn)狀

從目前發(fā)展情況來看，礦井鉆探金剛石鉆頭在選擇時基本以礦層為依據(jù)來對其進行合理選擇，通常情況下復合片鉆頭在軟礦層中使用廣泛，而復合片鉆頭和牙輪鉆頭則在軟一中硬礦層中使用較多，在硬礦層中也會使用牙輪鉆頭，基本上鑲嵌齒輪。但是在實際情況中遇到硅化白云礦、花崗礦等情況時，牙輪鉆頭也無法實現(xiàn)對其進一步的鉆探工作。因此，為了使這一問題得以有效解決，國內(nèi)外學者都在不斷研究，從而將技術(shù)層面的難關(guān)得以攻破[2]。從當前發(fā)展情況來看，在技術(shù)研究層面上取得一定的進展，在一定程度上推動了鉆探工作的開展。

1.1 礦井鉆探硬礦層所具有的特征

從全國范圍來看，礦井鉆探硬地層所具有的特征具體表現(xiàn)為石英含量相對較高，高研磨性也較強，礦層中也含有砂礫石等成分。可鉆探性能的難易程度與井鉆深度息息相關(guān)，也就是說，當井鉆深度增加時，上部壓力作用也會進一步增大，在這一發(fā)展情況下，礦井鉆探地層可鉆性也將會隨之變差，這一特性則在川東北的自流井底部珍珠沖含礫礦層、高研磨性須家河礦層中都有體現(xiàn)并表現(xiàn)得尤為明顯。

1.2 礦井硬礦鉆頭的研究歷程

結(jié)合礦井硬礦層的特點，國家工作人員對此進行了一系列研究。具體表現(xiàn)如下:①使胎體合金化程度進一步提高，對胎體預合金粉進行了研制，從而將各種金屬元素蘊含在胎體粉末中。②為了使金剛石的強度得以有效保護，對粉末煉制的技術(shù)進一步提高，并將其提煉到微米級，粉末顆粒結(jié)構(gòu)以開口狀展現(xiàn)出來，燒結(jié)活性高，燒結(jié)溫度也相對較低。③對金剛石鉆頭結(jié)構(gòu)也進一步優(yōu)化升級，也對水路設計方案進行優(yōu)化。④將表、孕鑲兩種結(jié)構(gòu)有機融合起來。⑤并將具有高耐磨性和高抗沖擊韌性的復合片放置在金剛石鉆頭的中心位置，避免金剛石鉆頭在使用過程中被磨損，從而形成O形圈，阻礙其正常使用。

1.3 硬礦層礦井鉆頭的應用成效

從當前發(fā)展情況來看，渦輪+孕鑲這一模式的金剛石鉆頭和螺桿+孕鑲這種模式的金剛石鉆頭的使用，在很大程度上改變了傳統(tǒng)的鉆進工藝方法和模式，從而使可鉆性差的地層難題得以有效克服和解決。金剛石鉆頭壽命不斷增加，使用期限更為延長，這一性能在四川元壩氣田元陸702井表現(xiàn)得尤為明顯，首先要對這一井位難鉆進地層的主要組從成分進行分析，其中包括自流井組珍珠沖段，由細砂礦、泥礦等構(gòu)成，井田深度在4180m～4245m之間，從以往發(fā)生情況來看，基本上使用國產(chǎn)的牙輪鉆頭，其工作效率為0.33m/h，進尺則為7.32m，但是在改進鉆頭以后，其鉆進效率大幅提升，由當初的0.33m/h提升為0.61m/h，鉆頭壽命也隨之增加，具體表現(xiàn)為65.7m。

從總體發(fā)展情況來看，硬礦層油井鉆頭使用效果甚佳，成效顯著，在很大程度上縮減了施工期限，為油井開發(fā)提供了強有力的技術(shù)支撐，而使其更好的為社會經(jīng)濟發(fā)展服務。針對堅硬致密地層，通過在胎體中添加稀土和自銳材料、低壓鉆頭結(jié)構(gòu)設計，在可鉆性小于11級的堅硬致密“打滑”地層中，鉆進速度可達1.5m/h～2.0 m/h，鉆頭壽命達30m～300m；針對堅硬研磨性地層，通過超高金剛石工作層和優(yōu)化的水力結(jié)構(gòu)設計，超細預合金化粉末以及超耐磨胎體性能，使機械鉆速同比提高20%～70%。

2 地質(zhì)鉆探金剛石鉆頭的發(fā)展概況

2.1 國內(nèi)地質(zhì)鉆探金剛石鉆頭的概述

聚晶金剛石復合片鉆頭和孕鑲金剛石鉆頭屬于國內(nèi)地質(zhì)鉆探金剛石鉆頭的主要組成部分，這兩種鉆頭在地質(zhì)鉆探領域中被廣泛應用推廣，具有快速鉆探等特點，很大程度上滿足了地質(zhì)鉆探對金剛石鉆頭鉆探速度的要求。但是其在發(fā)展過程中也受到諸多因素的影響，阻礙其鉆探效率的提升，其中包括堅硬致密地層、堅硬強研磨性地層等，使其鉆探難度進一步加大，為鉆探工作開展帶來諸多負面影響。

2.2 堅硬致密礦層所具有的特征

堅硬致密礦層中礦石的造礦物硬度相對較大，石英含量也相對較高。堅硬致密礦層具有抗壓強等特性，因其造巖礦物顆粒比較細致，因而，結(jié)構(gòu)比較嚴密，顆粒間具有極強的結(jié)合力，正是因為這一結(jié)構(gòu)特性，使得堅硬致密礦層具有抗壓性強等特點。堅硬致密地層具有研磨性差等特點，因此，金剛石鉆頭在對其進行鉆探時容易發(fā)生鉆頭和礦層之間的打滑現(xiàn)象，從而使鉆探工作無法進一步開展。

2.3 地質(zhì)鉆探金剛石鉆頭的對策

針對勘探開發(fā)中鉆遇的難鉆進地層，需從鉆頭結(jié)構(gòu)、胎體配方及制造方法等方面對孕鑲金剛石鉆頭進行分析研究。在對胎體進行使用時在其內(nèi)部添加稀土等材料，從而提高胎體的扛彎強度，也使得其抗沖擊韌性得以提升。通過改變胎體材料的勻稱度，將胎體對金剛石的把持力得以有效提升，從而延長金剛石鉆頭的使用壽命。

3 結(jié)語

近年來，社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術(shù)日新月異。社會經(jīng)濟在發(fā)展過程中對能源礦產(chǎn)資源需求也不斷增多，為了確保地質(zhì)鉆探、礦井鉆探、海洋鉆探工作進一步開展，需要對金剛石鉆頭進行探討，金剛石鉆頭的成本在很大程度上影響著鉆頭的鉆進效率和使用壽命，在鉆探過程中要根據(jù)不同的鉆探情況金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)、品種等進行擇優(yōu)選擇，從而使其性能進一步提升，打破壞技術(shù)壟斷的局面，將金剛石鉆頭與鉆探礦層結(jié)構(gòu)有機結(jié)合起來，從而為鉆探工作進一步發(fā)展服務。