广西田东金矿区金刚石钻头选型及钻进参数优化分析①

张劲松

(桂林矿产地质研究院,广西桂林541004)

广西田东金矿区金刚石钻头选型及钻进参数优化分析①

张劲松

(桂林矿产地质研究院,广西桂林541004)

综述了在复杂地层钻进中对金刚石钻头的选型、钻进参数的优化、钻井冲洗液的选用以及各种钻头在不同地层中钻进效率的对比,提出了金刚石钻头使用的技术要求。

金刚石钻头;钻进参数;冲洗液;技术要求

我公司在田东某金矿区钻探施工过程中,由于该矿区地质条件复杂,岩石硬度差异大,造成钻进效率低,钻头寿命短,施工周期长等问题,对此我们通过对完工钻孔的资料分析对比,优化了钻头型号及钻进参数,提高了机械钻速和钻进效率,取得了较好的经济效益。

1 矿区地质特征及岩石性质

矿区出露地层为中叠统百蓬组岩层,根据岩性组合特征可分为两段。

百蓬组第一段:主要为泥岩、粉砂岩、不等粒杂砂岩,岩石可钻性4～7级。

百蓬组第二段:主要为厚层状不等粒杂砂岩、粉砂岩夹薄层状泥岩。是矿区主要含矿层位,部分钻孔含矿破碎带中有角砾岩、硅质岩及石英岩等。岩石可钻性一般为4～7级,硅质岩及石英岩可达9～10级,且坚硬破碎,研磨性强。

2 钻头选型及钻进参数

由于本矿区地质情况较复杂,为了保证施工的质量,采用了先进的S75金刚石绳索取芯钻探技术,同时对不同岩石选用了不同的金钢石钻头及钻进参数。

(1)在完整的泥岩、粉砂岩中钻进,钻头型号及钻进参数的选择:①钻头选择:采用皇冠牌人造孕镶金刚石钻头,金刚石用优质SM D级国产金刚石料,浓度80%～100%,粒度46#～60#,胎体硬度HRC 25～35,钻头底唇面有圆弧型、同心圆尖齿型、齿轮型。②钻进参数:钻压11～12kN,转速600～850 r/min,泵量60～70L/min,冲洗液为2%的植物胶水溶液。

(2)在破碎的泥岩、粉砂岩、杂砂岩中钻进,钻头型号及钻进参数的选择:①钻头选择:采用皇冠牌人造孕镶金刚石钻头,金刚石用优质SM D级国产金刚石料,浓度80%～100%,胎体硬度HRC 30～38,钻头底唇面有圆弧、同心圆尖齿型。②钻进参数的选择:钻压9～11kN,转速550～650r/min,泵量50～60L/min,冲洗液为3%～4%的植物胶水溶液。

(3)在坚硬的角砾岩、硅质岩、石英岩中钻进,钻头型号及钻进参数的选择:①钻头选择:采用皇冠牌人造孕镶金刚石钻头,金刚石用优质SM D级国产金刚石料50%,进口A级料50%,浓度100%,胎体硬度HRC 15～20,钻头底唇面为同心圆尖齿、齿轮型。②钻进参数的选择:钻压13～14kN,转速500～600r/min,泵量50～60L/min,冲洗液为2%～3%的植物胶水溶液。

3 钻头使用情况分析

2008年共完工的钻孔有ZK 0001、ZK 0002、ZK 0003、ZK 1301、ZK 1302、ZK 1303,完成钻探工作量共2012米,平均台月效率为532m,平均小时效率为2.11m,平均回次长度1.42m,取得了较好的经济效益。

(1)在完整的泥岩、粉砂岩、杂砂岩中钻进,使用的钻头情况见表1。

表1 完整岩层中钻进参数Table 1 Drilling parameters in integrated strata

(2)在破碎的泥岩、粉砂岩、杂砂岩中钻进,使用的钻头情况见表2。

表2 破碎岩层中钻进参数Table 2 Drilling parameters in breaking strata

(3)在坚硬的角砾岩、硅质岩、石英岩中钻进,使用的钻头情况见表3。

表3 坚硬岩层中钻进参数Table 3 Drilling parameters in hard strata

4 金刚石钻头使用时的技术要求

(1)严格遵守不同的地层选择不同类型钻头的原则,否则会严重影响钻进效率和钻头寿命,软～中硬完整地层,应选用齿轮钻头和同心圆尖齿钻头。软～中硬破碎地层应选用圆弧型钻头,坚硬致密打滑地层应使用齿轮型钻头。

(2)钻头使用时,应按钻头外径的大小,排队轮换使用,先用外径大内径小的,后用外径小内径大的钻头。

(3)钻头下入孔内时,需保证钻具水眼畅通,下钻途中遇阻,用钳子扭转无效时,应提钻更换专用扫孔钻头扫孔。

(4)新钻头下到孔底后,采用轻压慢转方式初磨5～10分钟,方可加正常压力和转速。

(5)保持孔内清洁,做好护壁堵漏工作,保证冲洗液的润滑效果良好。

(6)班长精心操作,起下钻速度均匀,严防跑钻和墩钻。

(7)在可钻性好的泥页岩中钻进时,要控制机械钻速不要太快,以免发生钻头泥包现象,并适当增大泵量。

(8)遇到岩芯堵塞时,应及时提钻取芯,不得强行钻进,避免钻头内径磨损。

(9)钻头使用到后期,若岩性没有大的变化,而采用的钻压又较大,机械钻速明显下降时,应提钻检查和更换钻头。

5 结论

(1)该矿区所使用的金刚石钻头,平均钻头寿命为46.5米,平均钻速为2.26m/h,取得了满意的效果。

(2)齿轮型钻头在坚硬致密的打滑地层中钻进,平均机械钻速达到1.45m/h,比其它的钻头提高了68.6%;平均钻头寿命为28.74m,比其它钻头提高了14.44m。

(3)齿轮型钻头在中硬完整的地层中钻进,平均机械钻速高达4.35m/h,比其它钻头提高145.7%;平均钻头寿命为125.14m,比其它钻头提高57.84m。

(4)在钻杆强度许可的情况下,在坚硬打滑地层钻进时应将钻压提高到15～16kN。

(5)在破碎的中硬地层钻进时,机械钻速不高,岩芯采取率低,还应对钻进参数作相应调整。

(6)齿轮型钻头,在破碎地层中钻进时容易崩块,胎体磨损快,寿命较短,有待改进。

[1] 刘广志.金刚石钻探手册[M].北京:地质出版社.

[2] 张春波编.绳索取心金刚石钻进技术[M].勘探技术研究所,地质出版社.

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

张劲松(1972—),男,1991年毕业于广西地校钻探专业,长期在岩心钻探第一线工作,钻探技术负责人。