金剛石鉆進(jìn)的注意事項(xiàng)

金剛石鉆進(jìn)工作的主要特點(diǎn)在于提高鉆頭的轉(zhuǎn)速。金剛石的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和導(dǎo)熱性等都很高，這是它的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢決定了它能承受高速運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來的影響。但由于金剛石顆粒較小，即使表鑲鉆頭其出刃也很小，切入巖石的深度很小，因而每一轉(zhuǎn)的碎巖量也很小。在鉆進(jìn)中，能否充分發(fā)揮金剛石的優(yōu)勢、提高鉆進(jìn)效率，關(guān)鍵就在于鉆進(jìn)中能否提高轉(zhuǎn)速。影響金剛石鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速提高的因素較多，金剛石鉆頭價格又較昂貴，鉆進(jìn)時要按規(guī)程操作。

（一）鉆進(jìn)

（1）鉆具下孔前必須嚴(yán)格檢查螺紋連接是否合格、防漏情況是否良好，以及所用附屬機(jī)具是否安全可靠。如發(fā)現(xiàn)問題，必須及時處理。

（2）下孔鉆具接觸孔底前0.3～0.5m時，必須先開泥漿泵沖孔，待鉆井液正常循環(huán)后，再把鉆具慢慢下放到底。

（3）當(dāng)鉆具接觸孔底后，才準(zhǔn)許開動鉆機(jī)，并嚴(yán)禁鉆具懸空回轉(zhuǎn)。開機(jī)鉆進(jìn)初，要輕給鉆壓，使鉆具在輕壓下平穩(wěn)啟動。

（4）當(dāng)孔內(nèi)鉆具的總質(zhì)量超過正常鉆壓參數(shù)值時，無論在任何情況下，都不允許把此質(zhì)量全部壓在鉆頭上。所以，當(dāng)鉆具下到孔底前，要先稱重，然后決定是加壓鉆進(jìn)還是減壓鉆進(jìn)。

（5）回次鉆進(jìn)開始時，要先用輕壓、慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)3～5min，待孔底情況正常后，再用正常技術(shù)參數(shù)鉆進(jìn)。

（6）一個回次的鉆進(jìn)中，最好是由同一個人進(jìn)行機(jī)上操作，以便更好地掌握孔內(nèi)情況。在正常鉆進(jìn)中，不要隨意改變鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，更不可無故提動鉆具。

（7）隨時注意保證鉆頭的及時冷卻，除應(yīng)保證泥漿泵的正常工作外，鉆具接頭處應(yīng)加密封圈或纏油線、涂螺紋油，以防接頭漏水，并保證鉆井液全部流過孔底。

（8）保持孔底清潔。當(dāng)孔底巖粉集存厚度超過0.2m時，要專門停鉆進(jìn)行沖洗。

（9）當(dāng)孔底有胎體碎塊、脫粒金剛石或其他金屬碎塊存在時，必須處理干凈后才允許下入金剛石鉆頭鉆進(jìn)。

（10）當(dāng)孔底有殘留或脫落的巖心時，必須用硬質(zhì)合金鉆頭或?qū)Ｓ霉ぞ哌M(jìn)行掃孔或打撈，不允許用金剛石鉆頭掃孔和打撈巖心。

（11）正常鉆進(jìn)時，機(jī)上操作者必須精神集中，時刻注意進(jìn)尺速度、返漿情況、泵壓、功率消耗、機(jī)器聲音等，發(fā)現(xiàn)異常變化，應(yīng)立即進(jìn)行檢查，情況不明不允許勉強(qiáng)鉆進(jìn)。

（12）為了更好地掌握孔內(nèi)情況，鉆進(jìn)中每隔5～6min，應(yīng)丈量一次進(jìn)尺數(shù)，并記在現(xiàn)場記錄牌上，還應(yīng)繪制進(jìn)尺統(tǒng)計曲線圖（圖10-3），以便根據(jù)曲線的變化，更好地判斷孔底情況。

（13）異常情況分析：

a當(dāng)出現(xiàn)不進(jìn)尺、泵壓增大、功率有所減小現(xiàn)象時，可判斷為巖心堵塞。應(yīng)把鉆具稍微提起并上、下輕輕竄動幾分鐘，故障解除，再繼續(xù)鉆進(jìn)。如無效果，應(yīng)馬上提升鉆具進(jìn)行處理。

圖10-3 進(jìn)尺曲線

b當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)尺速度有所降低、功率突然增大現(xiàn)象時，可判斷為鉆孔技術(shù)參數(shù)已達(dá)到臨界值，必須降低轉(zhuǎn)速或減小鉆壓，以防燒鉆。

c當(dāng)出現(xiàn)泵壓突然減小、功率隨著減小、不進(jìn)尺現(xiàn)象時，可判斷為孔內(nèi)鉆具折斷或脫扣。應(yīng)先提動一下鉆具試試輕重，確認(rèn)后提升鉆具進(jìn)行處理。

d當(dāng)出現(xiàn)鉆速急劇降低、泵壓和功率增大現(xiàn)象時，可判斷為燒鉆?？上劝雁@具提離孔底空鉆一下，如無效果，則必須提升鉆具，進(jìn)行處理。

（二）提升或下降鉆具

（1）下孔前組裝鉆具或提升后拆卸鉆具時，要用特制的自由鉗擰、卸鉆具，不允許用牙鉗，以免鉆具被擠咬變形。

（2）在擰、卸鉆頭和擴(kuò)孔器時，嚴(yán)禁把擰、卸工具夾在金剛石或胎體部位，以防夾碎或夾裂金剛石或胎體。

（3）升、降或搬動鉆具時，不允許猛抬或猛放。因?yàn)殂@具徑小、壁?。ㄓ绕涫抢K索取心鉆具）、強(qiáng)度小，猛抬、猛放可能因受力不均而使鉆具發(fā)生彎曲。

（4）嚴(yán)禁快速下降鉆具，以防因孔壁碰撞而損傷鉆頭。鉆進(jìn)時，若給進(jìn)速度過快，也易損傷鉆頭。

（5）提升鉆具時，速度也不準(zhǔn)過快，以防震落巖心或孔壁坍塌掉塊。

（6）提出后的鉆具如暫時不使用，應(yīng)洗凈、擦干、涂油，妥善保管，特別是對鉆頭、擴(kuò)孔器及雙層巖心管，更應(yīng)加強(qiáng)保養(yǎng)，以利再用。

（7）每回次提鉆后，要仔細(xì)檢查鉆頭的磨損量、卡簧與卡簧座及鉆頭內(nèi)臺階和內(nèi)徑等的配合關(guān)系、巖心情況等，以便判斷孔內(nèi)有無異?，F(xiàn)象，確定下一回次應(yīng)選用的鉆具及鉆進(jìn)的技術(shù)參數(shù)。每鉆進(jìn)一個回次，都要小結(jié)一次經(jīng)驗(yàn)，以利不斷提高操作技術(shù)水平，爭取提高鉆進(jìn)效率。

（8）提升鉆具時，由于孔壁間隙小，易形成嚴(yán)重的抽吸作用，導(dǎo)致孔壁坍塌。除應(yīng)減小提升速度外，還應(yīng)從外內(nèi)回灌鉆井液，以保持孔內(nèi)的液柱壓力平衡。

（三）鉆進(jìn)中的防振工作

前面提到，金剛石鉆進(jìn)時，要想取得較高的鉆進(jìn)效率，就必須采用高轉(zhuǎn)速，這是金剛石鉆進(jìn)取得高效率的前提條件。而從金剛石特性的優(yōu)勢分析，如果選用鉆頭合理，鉆進(jìn)操作技術(shù)得當(dāng)，它是完全能夠適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的。

但在鉆具高速轉(zhuǎn)動時，勢必會發(fā)生軸向振動和徑向振動。而且，轉(zhuǎn)速愈高，振動愈嚴(yán)重。

鉆具的振動現(xiàn)象，對穩(wěn)定鉆進(jìn)是不利的。它會振碎巖心，振壞鉆具，甚至?xí)斐山饎偸@頭的損壞。因此，鉆進(jìn)時必須采取各種防振或減振措施，確保鉆具的穩(wěn)定，以達(dá)到高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)的目的。

此外，像鉆桿彎曲、鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)選擇不當(dāng)、機(jī)械設(shè)備技術(shù)狀況不好、巖層破碎、孔壁不穩(wěn)定等，都會引起鉆具的振動。為了防振或減振，可采取下述幾種措施。

1.加裝穩(wěn)定接頭防振

組裝孔內(nèi)鉆具時，在不同的位置加裝特制的接頭，對孔內(nèi)鉆具可以起到穩(wěn)定作用，減輕鉆具的振動。穩(wěn)定接頭分兩類。

（1）鉆桿穩(wěn)定接頭：組裝孔內(nèi)鉆桿柱時，每隔一定的距離，用穩(wěn)定接頭代替普通接頭，以便導(dǎo)正鉆桿，使之保持穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)如圖10-4所示。

圖10-4 鉆桿穩(wěn)定接頭

接頭中部加工成凹槽，在凹槽中嵌入橡膠柱的（圖10-4a）稱橡膠柱接頭；在凹槽中嵌入橡膠圈的則稱橡膠圈接頭（圖10-4b）。

橡膠柱或橡膠圈的自由外徑，比鉆桿接頭大（如圖中剖面所示），而比所配的鉆頭外徑小0.5～1.0mm。因橡膠有彈性，故可自由伸縮，鉆進(jìn)中可以使鉆桿與孔壁間隙減小，以導(dǎo)正和穩(wěn)定鉆桿，取得防振和減振效果。橡膠柱接頭與各橡膠柱之間留有空隙，以便鉆井液流通。橡膠圈接頭則在接頭體內(nèi)壁加工縱向溝槽，橡膠圈嵌入后，溝槽仍聯(lián)通，以便鉆井液沿此溝槽通過。應(yīng)用時，每4～5根鉆桿之間可接裝一個穩(wěn)定接頭。

（2）巖心管穩(wěn)定接頭：巖心管穩(wěn)定接頭又稱為穩(wěn)定異徑接頭（圖10-5和圖10-6）。

圖10-5 有螺旋水槽的穩(wěn)定接頭

圖10-6 鑲有硬質(zhì)合金片的穩(wěn)定接頭

有螺旋水槽的穩(wěn)定接頭，是在加工巖心管接頭時，把其外徑尺寸加大到與擴(kuò)孔器的外徑相同，并在其外壁上開出螺旋形溝槽，以便鉆井液流通。

鑲硬質(zhì)合金片的穩(wěn)定接頭，是在常用的巖心管接頭的外壁上，以交錯排列形式鑲嵌硬質(zhì)合金片，使合金片出露的外徑相當(dāng)于擴(kuò)孔器外徑。合金片間的空隙可以流過鉆井液。在使用時可以減小孔壁與接頭的間隙，扶正穩(wěn)定巖心管，取得防振與減振效果。

（3）擴(kuò)孔器：組裝鉆具時，如果所用的粗徑鉆具較長，可在外巖心管中部加接擴(kuò)孔器。加接擴(kuò)孔器的數(shù)量，可視巖心管長度確定。這樣，也能取得穩(wěn)定鉆具、減振與防振的效果。

2.減振器

金剛石鉆進(jìn)中，除使用穩(wěn)定接頭防振減振外，還可以采用專制的減振器以減振、防振。目前，這類專用工具品種很多，現(xiàn)選兩種簡介如下。

（1）縱向（軸向）孔底減振器：這種減振器可用以減輕（或防止）鉆具軸向振動（圖10-7）。

圖10-7 T56型孔底減振器

T-56型孔底減振器的基本工作原理是：異徑接頭1上部連接鉆桿柱，花鍵軸7的下端連接巖心管的異徑接頭，上段通過螺母6可以推動碟形彈簧5沿縱向伸縮。鉆進(jìn)中，花鍵軸套8通過外管4與異徑接頭1傳遞壓力和轉(zhuǎn)矩。橡膠密封圈3用以防止鉆井液串流到花鍵軸套內(nèi)部，以保證減振器的正常工作狀態(tài)。

鉆進(jìn)中，當(dāng)鉆具發(fā)生縱向振動時，通過花鍵軸的上行，壓碟形彈簧收縮，以減輕鉆具的彈跳力，使鉆具保持穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）扭向和縱向減振器：這類減振器的基本結(jié)構(gòu)如圖10-8所示。其基本工作原理是，上端連接鉆桿柱，下端異徑接頭6連接巖心管，花鍵軸1可以在花鍵軸套4內(nèi)沿縱向自由活動，而且有一定的伸縮空隙。通過金屬墊圈2壓縮橡膠墊圈3，借助橡膠的彈性減輕鉆具的縱向振動力。通過借助橡膠銷子5的彈性，減輕扭向振動力。

圖10-8 降低縱向和扭向振動的減振器

使用這類減振器，可提高機(jī)械鉆速；可延長鉆頭壽命。

3.潤滑劑減振

前述各類減振器，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和維修都不方便，因而推廣使用有一定的困難。目前，為解決金剛石鉆進(jìn)的減振問題，都在積極推廣使用潤滑劑減振法。這種方法主要是，通過潤滑劑減輕或消除鉆具與孔壁的摩擦阻力，從而減輕鉆具的振動。實(shí)踐證明，此法行之有效，能大大提高鉆進(jìn)效率，延長鉆頭壽命，減少金剛石的磨耗，減少水泵、鉆具等的損壞。因此，潤滑劑已成為目前金剛石鉆進(jìn)的必備材料。

鉆探用潤滑劑的種類很多。但總括起來可以分為兩大類。

（1）脂狀潤滑劑：脂狀潤滑劑呈粘稠脂狀，用以涂抹在鉆具的表面，即可進(jìn)行潤滑減振。要求防振潤滑劑的潤滑性能良好，能有效地附著在鉆具表面和孔壁上，不怕沖刷、不糊鉆，有足夠的粘性，能形成抗沖擊載荷和減振的彈性層，且其化學(xué)性能穩(wěn)定，不腐蝕鉆具，也不與其他化學(xué)處理劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對溫度的穩(wěn)定性也好，還有一定的護(hù)壁、防漏作用。

（2）防振乳化劑：在不漏水、不涌水的巖層中鉆進(jìn)時，可以使用防振乳劑。它也是一種潤滑劑，呈乳白色粘液狀。鉆進(jìn)時，按比例混合在鉆井液中即可使用。清水、泥漿鉆進(jìn)都可使用。它是用石油加工和化學(xué)工業(yè)的下腳料如環(huán)烷酸皂、氧化石蠟、肥皂生產(chǎn)的鎦渣、皮革生產(chǎn)的乳化膏、水油乳化劑等為原料配制的。

這些乳化劑用來處理鉆井液效果良好，有顯著防振作用。能有效地提高鉆進(jìn)效率和延長鉆頭壽命。