庐枞LZSD-1孔科学钻孔钻头选择与使用

余善平（安徽省地质矿产勘查局313地质队，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)

庐枞LZSD-1孔科学钻孔钻头选择与使用

余善平
（安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安 237010）

受中国地质科学院地质研究所的委托，安徽省地质矿产勘查局313地质队承担《华东庐枞盆地科学钻探选址预研究》3000m科学钻探工程任务，该钻孔为大陆科学钻探选址预研究项目中6个钻孔之一，主要目的是通过钻探揭示和验证与成矿有关的岩体、基底、盖层的空间分布，建立地壳结构模型和异常解释的标尺，为大陆万米钻探提供选址依据。本文主要介绍了在施工过程中的钻头选用情况，仅供同行参考。

LZSD-1孔；金刚石钻头；选择；使用

1　工程概况

LZSD-1孔地处安徽省安庆市枞阳县钱铺乡虎栈村境内，位于京台高速公路边，原设计深度2500~3000m，终孔直径75mm，岩芯采取率≧85% ，于2012年7月12日正式开钻，历时10个月，于2013 年5月20日竣工，

实际终孔孔深3008.29m，终孔直径77mm，终孔顶角7.7°，岩芯采取率97.41%,为地学科学研究提供了翔实的实物资料。

2　施工技术要求

（1）钻孔深度:2500~3000m；

（2）钻孔倾角:90°（直孔）；

（3）终孔直径不小于75mm；

（4）取芯要求全孔连续取芯钻进，全孔岩芯采取率≥85%；

（5）孔斜要求：钻孔（2500m以内）终孔顶角≤15°，全角变化率小于2°/30m；

（6）科学钻探孔技术及施工方案研究,包括钻进工艺、钻进设备及配套钻具相关参数研究，形成一套可操作性强，符合当地地层岩性、构造条件，经济合理的施工方案（钻孔结构、钻进设备、钻杆柱、碎岩工具、取芯取样方法、井身轨迹控制、泥浆及井壁保护、钻井数据采集），提交专题研究报告；

（7）其他要求：协助完成与钻探施工工作相关科学研究工作的实施，如科学钻探编录、测井、现场流体测试、现场岩芯样品采集等；

3　钻头选择与使用

钻孔开孔及风化层钻进选择硬质合金和金刚石复合片双管取芯钻头；钻孔上段破碎地层钻进选择孕镶金刚石双管取芯和复合片双管取芯钻头；扩孔采用三牙轮导向钻头和金刚石导向钻头，如图1、2所示。

图1　不同形式扩孔钻头Fig. 1 Reamer bits of different forms

在第四系开孔采用合金钻头钻进，风化层、破碎层：采用普通金刚石钻头钻进，采取率为66.52%；采用阶梯式底喷复合片钻头，采取率为93.62%；采用底喷式金刚石钻头半合管取芯，采取率为93.21%。

钻孔至孔深203.08m以后，采用Φ97mm和Φ77mm绳索取芯金刚石钻头钻进。钻头唇部形状选择主要为同心圆尖齿式、圆弧式、直角梯形式等，不同形状钻头见附图。￠97mm金刚石钻头使用16个，累计进尺1299.19m，平均时效1.43m/h，最高时效1.79m/h，钻头使用最高进尺341.35m，平均使用寿命81.20m。Φ77mm金刚石钻头使用32个，累计进尺1506.02m，平均时效1.26m/h，最高时效1.90m/ h，钻头使用最高进尺169.82m，平均使用寿命47.06m。金刚石钻头选择热压孕镶钻头，钻头使用情况见附表。安徽省地矿局313地质队探矿工程技术研究所钻头研究室在施工过程中，根据地层及岩样，针对性进行了深孔长寿命、高效率金刚石钻头的研制工作，取得了良好的应用效果（表1）。

图2　不同形状的金刚石钻头Fig.2 Diamond drilling bits of different appearances

表1　不同形状金刚石绳索取芯钻头使用效果统计表Table 1 Statistics of results of application of diamond wire line core drilling bits of different forms

4　结论

通过LZSD-1孔不同形状金刚石钻头选择和使用情况可以表明：

（1）在风化破碎地层选择阶梯底喷隔水式复合片和金刚石钻头，配合单动半合管取芯，可以保证岩芯采取率；

（2）同心圆尖齿钻头与圆弧形钻头相比，具有时效高、寿命长等特点。主要原因是，减少了钻头唇部勀取岩石工作面面积，减小了钻压，增加了破碎岩石的自由面，使钻头产生挤压、剪切破碎岩石的效果，使岩屑颗粒变粗，有利于金刚石出刃，以提高钻进效率；另外，钻头唇部有多环形同心圆，利于钻头钻进过程中排粉和冷却，减少钻头唇部中心部热量聚集，以增加钻头使用寿命；

（3）在浅孔中硬性地层钻进时，可开高转速，钻压可控情况下，选择圆弧状钻头具有良好保径性能，亦可达到较好的使用效果；

（4）通过岩样测试，针对地层情况，由313地质队探矿工程技术研究所钻头研究室研制的部分钻头在该孔中试验，取得了较好的效果，最高寿命可达341.35m，平均时效1.62m/h。试验钻头在加工制造上主要采取如下措施：

（1）钻头的胎体硬度与耐磨性。采用中耐磨性胎体配方，钻头胎体硬度控制在HRC20~25范围；

（2）金刚石品级。选择高品级金刚石；

（3）金刚石粒度与浓度。粒度选择40~60目，混合粒度；浓度选择70%~80%范围内；

（4）钻头保径。采用方柱状聚晶加强内保径效果；

（5）钻头唇部形状。设计为同心圆和直角梯形式。同心圆形式用于中硬和硬岩层钻进；直角梯形式水口较大，排粉冷却效果好，且与孔底岩石接触面积小（钻头设计接触岩石面只占钻头底面的43%~55%），适用于坚硬打滑地层钻进。

[1]朱恒银，等.深部岩芯钻探技术与管理[M]. 北京:地质出版社,2014.

[2]朱恒银，余善平，等.华东庐枞盆地科学钻探选址预研究LZSD-1孔施工技术报告[R].安徽省地质矿产勘查局313地质队.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，一级建造师，助理工程师，现主要从事钻探施工技术管理工作。