钻进坚硬致密岩层的金刚石钻头试验研究

高玉彬, 陈 洋

(湖南省地质矿产勘查开发局409队湖南状元公司,湖南 永州 425000)

1 问题提出

地质勘探工程中经常遇到坚硬致密岩石，岩石的特性是坚硬而致密，其压入硬度一般达到4500MPa，甚至更高；钻进时效很低，多数情况下钻进率小于0.5m/h，甚至有时会出现钻头不进尺的现象，同时钻头唇面被抛光，胎体磨损极少。遇到这种岩层时，钻探人员多采用低硬度钻头和向孔内加投砂等人工方法使钻头出刃。这种方式虽然可以收到一定的效果，但不能从根本上解决问题。因此，这种情况的出现影响了钻探工程的进程，提高了钻探成本；广大钻探工作人员都希望钻头的质量能够出现明显突破，尽快解决这类岩石的钻进难的问题[1-2]。

2 坚硬致密岩石难钻进的原因

从钻进理论可知，要提高钻进速度，必须具备两个基本条件，一是要有合理而足够的压力加在钻头上；二是需要较快的钻头转速，提高破碎岩石的频率；这是正常而有效钻进的基本条件。由于坚硬致密岩石的压入硬度高，岩石的结构致密；而钻进压力受钻杆柱的材质和稳定性的影响，不允许过大提高钻进压力，这就导致钻头在钻进时金刚石不能有效切入岩石。同时，越是坚硬致密的岩石，金刚石破碎岩石的时间效应越明显，即金刚石从受力到压裂、压入岩石、到岩石发生破碎均需要一定的时间，所需时间越长，表明时间效应越明显，破碎效率越低。同时，在钻压不足以让金刚石切入岩石的情况下，钻头的转数越高，破碎岩石的效果越差。……