钻探设备在岩石掘进过程中的效率问题分析

龙松涛

（河南省煤田地质局一队,河南 新郑 451150）

在很多工程的施工过程中，都需要实用钻探设备进行岩石掘进，这就需要使得岩延时破碎，只有这样才能实现成功钻进。在对岩石进行破碎的过程中，可以失去的性质得到改变，当前破碎岩石的设备即就是钻探设备的种类很多，在施工中应用的极为广泛的是金刚石钻机。因此文中主要对钻机的效率问题进行了分析。

1、岩石破碎和钻探设备效率之间的关系

已有的研究表明，岩石在爆炸的作用下，大面积的岩石内部都会有空隙出现。由于岩石的四周会出现旋转或者是平移运动这样地质板块之间有相互位移的现象出现。由此可见爆炸能量不断会实现中心区岩石的粉碎，同时促使岩石具有动能，钻探设备效率和岩石破碎的关系表现为。

2、提高钻探设备效率的方法

2.1 选择合适的钻机

钻机就是在钻进时带动钻具实现对岩芯以及岩屑等的主要机械设备。当前钻机的钻机深度通常在2-15000 米的范围之内，在这个范围内可以分成不同的档次，他们在人类的生产和生活中所起到的作用是非常重要的。不同岩石具有不同的特点，因此所使用的钻机都是各不相同的，因此要保证钻进的效率就要确保选择的钻机的合理性。在对钻头参数进行设计的时候，应根据所选用的钻机的型号、钻进参数以及岩石的类型等综合因素进行考虑以便于达到最佳的钻进效果。

2.2对岩石钻进参数的合理设计和选用

岩石的钻进参数主要包括钻压、转速以及冲洗液量这三种。下面对它们的设计和选用进行分析。

2.2.1 钻压

钻压应却把岩石有效的破碎，通常情况下，随着钻头压力的增大，机械钻速也会随之增大。如果钻压小于最佳值距导致岩石被磨光无法钻进，想要使得钻速得到有效提高，应该使得钻压大于待钻岩石的压入硬度，这时岩石将会从表面破碎到整个体积破碎 ，而且钻速也会呈现出迅速增长的趋势。如果钻压过大会出现深度过大的情况，这样就不利于孔底的净化，容易出现堵塞现象，会致使钻速减慢，同时会损坏钻头，总之钻速过高过低都是不合理的，应根据实际情况对钻速进行合理控制以保证钻进的速度。对于孕镶钻头来说，钻压的最佳值的确定应确保钻速的恒定，以免给其使用寿命造成影响。通常在钻探生产中，如果最佳的钻压确定之后就应严格执行。在确定钻压的时候，主要是根据钻头的类型来进行的，通过公式可以将孕镶钻头的钻压计算出来。在该公式中，P、p、A 分别表示：钻头的压力（N）、推荐的单位压力（MPaz）以及钻头和岩石的接触面积（m2）。而在实际生产中，对钻压可造成影响的因素有很多，因此我们应根据实际情况而定。比如岩石的类型、钻头类型、钻孔内压力损失等。通常情况下，新钻头的金刚石和孔子的情况很难相适应，所以在使用的过程中应以较小的压力和转速进行初磨，等到和孔底的情况相适应之后，安照正常的规定进行钻进。

2.2.2 转速

转速作为影响钻进设备钻进效率的主要因素。在很多硬度较高的岩石中，随着钻头转速的增大钻速也会增大，但是金刚石的消耗量是不会增加的。通常转速和钻头磨损之间的关系是比较复杂的。但是在一的岩石条件下，可以确定出最佳的转速，这时金刚石钻头的磨损是最小的，同时还可以确保钻速的稳定性。可以通过公式将钻头的转速计算出来，在该式中，n、D、Vk分别表示钻头的转速（r/min）、钻头的直径大小（m）以及推荐的线速度（m/s）.对于孕镶钻头来说，若岩层比较坚硬的话，线速度应控制在1.5-2 m/s；若硬度更高的话应将线速度控制在 1.8-3 m/s、若岩层的硬度较软应将线速度控制在 2-2.5 m/s。除此之后，有很多因素都会对转速造成影响，比如岩石的性质、钻头的类型、钻孔深度等等，在生产中应根据具体情况进行必要的调整。

2.2.3 冲洗液量

冲洗液的的类型、泵量和泵压作为非常重要的钻进参数，其中泵量应该连续均匀确保高流速，以便于将孔底钻出来的岩粉清理干净，对钻头还可以起到冷却的作用。在钻进的过沉重，为了克服冲洗液的流通阻力，应控制好泵压、流速以及泵量。通常情况下，冲洗液量的大小是由多种因素决定的，而在实际中，我们在对冲洗液量进行确定的时候主要的依据就是看其是否能有效的将岩粉排出。而液流返回的速度在很大程度上会决定从洗液排粉的效率，这样看通过反流速度来确定冲洗液量，通过公式就可计算出来，在该式中，Q、V、S 分别表示流量（L/min）、钻孔和钻杆之间的环状面积大小（cm2）、推荐的返流速度（m/s）除了上述的因素之外，还应对钻头的类型、岩石的性质以及完成性等进行考虑。

2.3对钻头的合理设计以及选用

文中主要以金刚石钻头为例进行阐述，该种钻头具有较强的适用性，但是地层是处于变化的状态中的，这就对钻头有了一定的限制，也就是说一定性能的钻头是有一定适用范围的，对于不适合的岩层就无法保证钻进效率，或者是对钻头的寿命会产生一定的影响。因此为了使得钻头的效果能在最大程度上得以发挥，我们应综合多种因素钻机钻头的参数进行设计和选用。通常金刚石钻头的选择主要包括以下几个方面：第一，在选择钻头类型的时候，应根据岩石的硬度、均匀、完整程度以及研磨性来决定，岩石的硬度越大，而均匀性和完成程度差，研磨性越强则应该选用孕镶钻头，否则看采用表镶钻头；第二，对胎体性能的选择主要是根据岩层的破碎程度以及研磨性，所用钻机的型号以及岩层的硬度等；第三，对金刚石质量和粒度的选择，如果岩层越厚而且具有较强的研磨性，就要求金刚石的质量越高，粒度应较细，反之应较粗；第四，金刚石的浓度，若金刚石的研磨性越差，其浓度应降低，反之应增高；第五，钻头端面形状的选择，对于硬度较高的岩石所采用的钻头和岩石之间的接触面积应小；在钻进具有裂隙性而且是软硬交替的岩石所采用的钻头应具有较强的耐磨性和适应能力；若岩层的倾角大，所采用的钻头应就有较好的导向性。

2.4对钻头的使用要求

在以上的所有因素都得到合理的设计和选择时，应确保对钻头的合理使用，这对提高钻进效率以及延长使用寿命等都有着重要的作用和意义，我们在使用的过程中，应确保钻头的排队使用，做到和钻具的有效配合，控制合理的失效，以提高钻进的效率。

[1]赵晓冬，吴浩.中国煤炭地质总局钻探设备现状之思考[J].中国煤炭地质.2011(7).