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如何提高金刚石钻头在深孔钻进中的效率金刚石钻头在深孔钻进施工中有极高的效率，同时具有低成本、高质量的特点，因此受到了越来越广泛的关注，具有极好的发展前景。
本文从岩石的物理性质出发，对不同参数的金刚石钻头的使用寿命和钻进效率进行了统计和分析针，对如何提高金刚石钻头的钻进效率进行了详细论述和探讨。
标签：金刚石钻头现状耐磨机理钻进效率1金刚石钻头的国内外研究现状金刚石钻头是一种将金刚石与胎体混合体镶焊在钻头上的一种特殊钻头，当进行钻进工作时，钻头表面会随着岩石的破碎受到被磨损，采用金刚石钻头能够增加钻头的使用寿命。
高质量的金刚石成本相对较高，因此从发展趋势上来说，国内外都采用中低档的金刚石材质作为钻头使用。
而我国是一个产钻量并不高的国家，因此在成本问题上需要尤为重视。
如何提高金刚石钻头在深孔钻进中的效率是我国深钻行业共同重视的问题，对提高我国经济效益具有重要意义。
国外的金刚石钻头研究相较我国而言较为先进，早前美国宝长年公司将金刚石电镀和切割技术介个起来生产出一种金属镀层的金刚石钻头，降低了金刚石在工作中的氧化率，对提高钻头效率有一定的促进作用。
国内外研究表明，应用特殊材料作为镀层与金刚石结合能够防止金刚石过早的脱离，对钻头速度和寿命都有一定程度的增加。
除此之外也有一种采用巴拉斯和人造单晶复合而成的金刚石钻头被研究出来，它具有增加钻进宽度的作用，多用于油气深钻等方面的应用。
金刚石钻头如今的发展已经不仅是在于追求实用寿命，更多的要求高效，重点研究如何在高钻速的前提下降低钻头消耗，从而节约钻探成本。
现在的市场更加需要的是高效、低耗类型钻头，但是目前这种钻头的价格仍然过高，接受程度较低。
进行钻头的研发和创新是目前极为重要的任务，国外的发展已经走在了我们的前面，我们应该更加强调技术创新、摆脱陈旧，尽快赶超国际水平。
2金刚石钻头耐磨机理金刚石钻头的耐磨机理主要表现在当其与岩石发生机械磨损时，能够以某种方式对岩石的内部结构进行破坏，当然钻头本身也会造成一定程度的损耗，这就是磨损的过程。
提高岩心钻探取心质量的研究和技术摘要：文章论述了作者二十多年来在研究深厚砂卵石覆盖层和基岩复杂地层金刚石钻进提高取心质量的成果和一套独立完整的工艺技术方法。
上述地层岩心采取率可达到95%以上，并可取得原结构状岩心样。
关键词：岩心钻探,金刚石钻进,取心岩心钻探仍然是目前和今后国内外地质工作者获取直观地质资料的主要手段之一。
提高岩心钻探取心质量是钻探工作者的主要职责和奋斗目标。
勘探工作者经过数十年的努力，不断取得了一些进步，如各种取样器的研制，绳索取心钻具的推广，都提高了岩心钻探的取心质量。
尤其是S系列植物胶钻井液的研制和SDB（及SD）系列金刚石钻具的改进，岩心钻探取心质量有了新的突破。
大多数松散地层（砂卵石覆盖层）和破碎地层（基岩复杂地层）岩心采取率可提高到95%-100%,而且可以取得保持原结构状态的岩心，砂卵石层金刚石钻进获得成功并已普及，曾获得国家和省部级科技进步奖，国际金奖，获准三项国家专利。
取心质量从最早的概念和要求来说，就是岩心采取率，只要取出的岩心数量多就可以了。
现代由于工程勘察的发展和质量要求的提高，还要求取出代表岩层结构、构造、成分、颗粒级配的原结构状岩心样。
即使矿床勘探，取得原结构状岩心也是必要的，如金矿，可以防止分选和人为贫化；对于任何脉状矿体，都可以防止打丢，并保证含矿层的真实厚度和品位。
因此现在的取心质量应该包括岩心采取率和岩心的原状结构程度两个指标。
植物胶类钻井液的应用，金刚石单动双管钻具的改进和操作工艺技术的完善，为取原结构状岩心样创造了条件，它已成为一套完整的工艺技术。
二十多年来在全国许多大、中、小水电站的勘探，部分黄金矿的勘探，煤田地质勘探和金属矿床勘探，公路、铁路、桥基勘探和成都市所有中、高层建筑基础及地铁勘探，都采用了上述材料和工艺技术，取得了可靠的地质资料，解决了大量工程勘探难题。
有些是过去常规方法多年无法解决的难题，如铜街子电站解决了河床基岩深埋隐伏断层取样，太平驿电站解决了深厚河床砂卵石覆盖层中多层透镜体砂层取样，三峡电站花岗岩全强风化层和滑坡体滑带取样率达到100％，广西百色电站取得了硬、碎硅质岩柱状岩心才使电站获得批准立项。
砂卵石层金刚石钻进与取样技术浅谈周宝惠（安徽省水利水电勘测设计院233000）[摘要] 砂卵石层钻进一直是水利钻探中的的难题之一，传统钻探一般采用以清水作冲洗液，跟管护壁，金钢石钻进。
这种钻探方法效率低、勘探周期长、取样质量较差，难以查明砂卵石层的级配和物理力学性质等。
本文介绍用木质纤维素制作的胶体加入粘土粉制备的泥浆作冲洗液，结合SD双管单动钻具对厚层砂卵石层进行钻探和取样，该方法较传统钻探方法有较大的改进，技术经济效果显著。
[关键词]砂卵石木质纤维素单动双管钻具1 前言我省长江以南地区以丘陵和山地为主，河流、湖泊众多，山区水力资料丰富，这一地区河流均分布有厚度不同的沉积岩、火成岩组成的砂卵石覆盖层，常见在厚度多在10～30m，局部厚度超过40m。
砂卵石层常夹有10～50cm的漂、卵石，偶夹有5m以上的大孤石；砂卵石层胶结与级配状况变化很大，夹有细砂透镜体，局部有架空层，透水性很强，是一种勘探取样难度很大的地层。
过去在对这类河床砂卵石覆盖层勘探中，一直采用跟管护壁，以清水作冲洗液，金钢石钻具钻进；遇砂卵石层松散时先行采用重型动力触探冲击、挤密，再用金钢石钻具钻进。
这种钻探方法效率低、勘探周期长，取样质量差，不能探明地基的承载力、沙性土层液化等问题。
本文作者在对江南石台县城市防洪墙勘探中，采用将木质纤维素胶体加入粘土粉泥浆中作冲洗液，结合SD钻具对厚层砂卵石层进行钻探和取样，取得了成功，现将该方法介绍如下。
2 冲洗液的配制与使用近年来在覆盖层钻探中常常以SM植物胶作冲洗液，利用SD钻具对砂卵石层进行钻进和取样。
SM植物胶冲洗液具有良好的护壁、冷却和润滑减阻作用，但SM植物胶在夏季发酵快，易变质，重复利用困难，浪费严重等问题。
我省江南地区粘土丰富，利用粘土粉制备的浆液粘度不够，疏水性差，钻进时达不到很好的护壁效果，因此作者想到利用木质纤维素胶体对土粘土粉制备的浆液进行改良。
2.1冲洗液的配制石台县附近砂卵石层结构较松散，多夹细砂透镜体，根据以往经验，该类地层钻探需冲洗液的漏斗粘度在5min左右。
浅谈工程地质勘察钻探中的取样要】我国的地质勘察事业近些年不断发展，钻探技术以其准确的分析能力在地质勘察工程中也应用得越来越多，成了地质勘察的主要手段。
本文论述对岩土工程勘察钻探技术和取样及测试进行了探讨。
关键词】工程地质勘察；钻探；取样引言在工程地质勘察中，按勘察或工程设计施工技术要求，从钻孔（或从探坑、探井、探槽）内某一深度处采取一定数量的实物样品，这是工程地质勘探的主要任务，是工程地质勘探和水文地质勘探获取地表以下地质资料的主要手段，也是检验建筑物基础等地下工程施工质量的重要方法。
一、钻探技术和取样及测试概述（一）钻探技术和取样及测试的目的钻探取样的目的主要有以下几个方面：①揭露并划分地层，鉴定和描述岩土的性质和成分；②查明地质构造，不利地质现象分布界限及形态等；③对孔内采取的岩石样品，进行分析实验，搞清岩石的物理力学性质；④查明地下水的类型，水位测量，采取水样，分析地下水的物理化学性质；⑤在钻孔内进行取样及测试。
（二）钻探技术和取样及测试的分类钻探取样主要有以下几个方面：①测绘孔：为工程测绘而钻的浅孔，在孔中采取原状样品以供室内实验适用，以查清建筑物基础的工程地质特征；②勘探孔：在勘察阶段中，了解建筑物的地基土的详细地质资料，决定施工方法；③控制孔：是为编制岩性和水文地质剖面进行工程地质分层；④实验孔：是为在孔内进行取样及测试、水文地质试验而钻的孔。
（三）钻探技术和取样及测试的特点钻探取样是一项复杂的工程，具有明显的特点：①孔浅，一般50m 以内；②取未扰动和原状土样；③孔内进行多种多样试验；④钻进条件变化大，勘察对象分散。
（四）工程地质钻进方法和工具钻进方式：岩芯钻探、冲击钻探、回转钻探、小径机械回转钻进及小径冲击回转钻进等等。
机械振动钻进：振动钻进应用范围砂土和粘性土地层；孔浅时，钻进效率较高，孔深和岩石较硬时，钻进效率低。
机械振动原理振动器带动钻杆和钻头产生周期振动，使周围岩层和土层也产生振动。
浅谈砂卵石层钻探工艺作者：王景维来源：《中国科技博览》2015年第21期[摘要]对于卵石地层钻探，目前一般采用钢粒钻进、跟管扩孔泥浆循环等常规钻进方法。
取芯低劣、效率低。
采用金刚石钻进，选用植物胶做冲洗液，取芯效果显著，能够完整的保持岩芯的原状结构，是目前在这类地层钻进取芯比较先进的钻进工艺。
[关键词]卵石地层、植物胶、金刚石钻具、钻探工艺、取芯效果。
中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0033-01引言我公司承接了新东方大厦工程勘察任务，该项目属地下、地上结合的高层建筑，基底压力850kpa，勘察等级为甲级，鉴于该工程的重要性，对现场钻探质量提出了很高要求。
经现场钻探，钻进4至6米范围钻机跳动剧烈，漏水严重。
依据取芯情况将该底层定为卵石，由于采用的是传统钻探工艺取芯质量较差，对该层的性状结构及其工程地质条件无法进行准确判断。
为此我们经过研究决定。
试用金刚石钻进配用植物胶进行比对施工。
结果取芯质量得到了显著成效。
通过新老工艺的比对浅谈一下卵石地层的钻探施工工艺，已积累宝贵经验。
1.卵石层的结构特点卵石层根据充填物的不同可分为砂卵石和泥卵石。
砂卵石为散胶结局部有架空层，渗透性强、漏失严重、质地坚硬、结构复杂。
松散和软硬不均，颗粒级配无规律，取芯取样困难。
常规钻探只能取出部分大粒径的卵石，细颗粒被冲洗液冲失，因而要查明其结构与颗粒级配结构关系极为困难。
泥卵石质地坚硬、结构复杂，漏失情况相对砂卵石层较轻，但容易出现鳖泵现象。
同时由于岩芯在钻具中旋转碰撞及冲洗液的作用取芯效果仍难以保证。
2.卵石层钻进方法2.1 常规钻探方法及特点目前一般采用钢粒钻进，清水冲洗跟管扩孔及泥浆循环等常规钻进方法，采芯则采用回转钻进、干钻、跟管、冲击、钢丝钻头等取芯方法。
这些方法钻进卵石层的缺点是钻机负荷大孔内事故多、钻进效率低、取芯质量差。
2.2 金刚石钻具配合植物胶冲洗液钻进方法及特点为适应各种硬脆碎地层钻探的要求，成都勘测设计院专门研制了系列单动双管金刚石钻具配合植物胶冲洗液的钻进新技术。
关于深孔地质钻探中金刚石钻头技术应用相关问题的分析及探究【摘要】在深孔地质钻探中，金刚石钻头因为本身高效长寿的特点,大大降低了全部起钻的次数,能够有效降低工程成本,提高钻头钻速,提高收益，因此得到广泛应用。
本文我们将就深孔地质钻探中金刚石钻头技术应用的相关问题展开分析及探究。
【关键词】深孔地质；钻探；金刚石钻头；应用一、深孔地质钻探中金刚石钻头的应用价值在进行深部岩石层的钻探时,施工周期比较长,而且孔壁不够稳定,伴随着下钻的次数增加让钻孔的稳定性更加降低,非常容易发生孔内事故。
提钻和下钻的次数频繁,钻杆的损伤就会加剧。
所以,根据深孔钻探的施工特点和条件,提钻的间隔和回次进尺要求最好是越长越好,金刚石钻头是钻探岩石的常用工具,所以金刚石钻头在深孔钻探的应用起到很大的作用。
金刚石钻头具有高效长寿的特点,不仅把钻头在井底工作的时间延长了,还降低了提下钻的次数,更达到了取样快速的目的,满足了深孔钻探的要求,大大的缩短了工程工期,也同时把我国的钻探技术提升到一个新的台阶。
二、深孔地质钻探金刚石钻头的设计为了使金刚石钻头在深孔钻探达到更高的要求。
要使金刚石钻头具备高效率、长寿命的特点,必须从钻头的材料和结构设计方面着手,对钻头的水路和切削结构来进行优化设计,其中包括钻头的制造工艺、金刚石参数、胎体的性能、结构形式来进行研究分析,设计的目的就是平衡金刚石在一定的切削单位下工作,从而防止有些地方先受到损害,让钻头的工作能力能最大化的发挥,而达到钻头的高效率和长寿命。
深孔钻探金刚石钻头的结构设计,钻头设计的出发点是延长钻头的使用寿命以及提高钻头的钻速,但是钻头的使用寿命却是首先应该考虑的因素,所以金刚石的工作层是决定深孔钻探金刚石钻头的关键之一。
在考虑了金刚石层的冷却效果之后,高胎体钻头的水路设计主要有两种形式,一是双水口高胎体;二是单水口的高胎体,随着钻头工作层的增高,也需要特殊设计钻头的保径措施,要起到保径的功能,还要不影响钻进的效率。
砂卵石地层金刚石钻进工艺陈凯;李庆庆;顾敏智【摘要】采用土力学原理和弹性力学的拉梅解答，分析了钻孔孔壁泥浆护壁力学机理，对比硬质合金、钢粒、金刚石钻进工艺，并在此基础上研究了孕镶金刚石钻进的工艺方法、技术参数及泥浆的相关指标参数，同时针对卵石层取芯率低的问题，采用自行焊接的岩芯管进行取芯，结果表明，取芯率达到80％以上。
%Using the principle of soil mechanics and Lame solutions of elasticmechanics,mechanics mechanism of slurry wall of borehole were analyzed. This research contrasts carbide drilling,steel grains drilling and diamond drilling. The process of diamond drilling method,technical parameters and mud performance were discussed. For the problem of poor core recovery rate,the research uses welded core barrel of its own de-sign to drill. The results indicate that core recovery rate is more than 80%.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】3页(P76-77,78)【关键词】砂卵石层;金刚石钻进;泥浆护壁;力学机理【作者】陈凯;李庆庆;顾敏智【作者单位】中交第三航务工程勘察设计院有限公司勘察工程分公司，上海201612;中交第三航务工程勘察设计院有限公司勘察工程分公司，上海 201612;中交第三航务工程勘察设计院有限公司勘察工程分公司，上海 201612【正文语种】中文【中图分类】TU452金刚石钻进是当前钻探工艺中比较先进的钻进方法之一，该工艺具有钻进效率高，钻孔质量好，施工劳动强度轻，钻探成本低等特点。
砂卵石层金刚石钻进与取样技术浅谈
周宝惠
（安徽省水利水电勘测设计院233000）
[摘要] 砂卵石层钻进一直是水利钻探中的的难题之一，传统钻探一般采用以清水作冲洗液，跟管护壁，金钢石钻进。
这种钻探方法效率低、勘探周期长、取样质量较差，难以查明砂卵石层的级配和物理力学性质等。
本文介绍用木质纤维素制作的胶体加入粘土粉制备的泥浆作冲洗液，结合SD双管单动钻具对厚层砂卵石层进行钻探和取样，该方法较传统钻探方法有较大的改进，技术经济效果显著。
[关键词]砂卵石木质纤维素单动双管钻具
1 前言
我省长江以南地区以丘陵和山地为主，河流、湖泊众多，山区水力资料丰富，这一地区河流均分布有厚度不同的沉积岩、火成岩组成的砂卵石覆盖层，常见在厚度多在10～30m，局部厚度超过40m。
砂卵石层常夹有10～50cm的漂、卵石，偶夹有5m以上的大孤石；砂卵石层胶结与级配状况变化很大，夹有细砂透镜体，局部有架空层，透水性很强，是一种勘探取样难度很大的地层。
过去在对这类河床砂卵石覆盖层勘探中，一直采用跟管护壁，以清水作冲洗液，金钢石钻具钻进；遇砂卵石层松散时先行采用重型动力触探冲击、挤密，再用金钢石钻具钻进。
这种钻探方法效率低、勘探周期长，取样质量差，不能探明地基的承载力、沙性土层液化等问题。
本文作者在对江南石台县城市防洪墙勘探中，采用将木质纤维素胶体加入粘土粉泥浆中作冲洗液，结合SD钻具对厚层砂卵石层进行钻探和取样，取得了成功，现将该方法介绍如下。
2 冲洗液的配制与使用
近年来在覆盖层钻探中常常以SM植物胶作冲洗液，利用SD钻具对砂卵石层进行钻进和取样。
SM植物胶冲洗液具有良好的护壁、冷却和润滑减阻作用，但SM植物胶在夏季发酵快，易变质，重复利用困难，浪费严重等问题。
我省江南地区粘土丰富，利用粘土粉制备的浆液粘度不够，疏水性差，钻进时达不到很好的护壁效果，因此作者想到利用木质纤维素胶体对土粘土粉制备的浆液进行改良。
2.1冲洗液的配制
石台县附近砂卵石层结构较松散，多夹细砂透镜体，根据以往经验，该类地层钻探需冲洗液的漏斗粘度在5min左右。
考虑这一要求，冲洗液的配制方法为：首先按每10kg的清水中加入0.5~1.0kg 的木质纤维素，再加入0.1kg的烧碱（主要用于控制发酵时间），发酵约2~4个小时，形成粘稠的胶体以备用；钻探时按每100kg清水大约加入粘土粉15~20kg和制备好的胶体20kg左右，用搅拌机搅拌约20min后，待粘土粉与胶体稠化后即可使用。
2.2冲洗液的使用
冲洗液制备完成后应及时使用，设专人对冲洗液进行管理，随时检查冲洗液的稠度，当冲洗液变稀时应及时补充。
钻进时应根据地层的变化情况适时调整冲洗液的稠度，砂卵石层松散时应加入制备好的胶体，当卵石为泥质胶结时可适当降低稠度。
当冲洗液稠度高，砂颗沉淀分离慢时，应及向沉淀池中加入少量聚丙烯酰胺水溶液，加快除砂。
3 钻进工艺
3.1主要钻探工具
①钻头：砂卵石层中卵石强度普遍较高，适合使用抗冲击性能较好的硬质胎体钻头。
钻探中采用胎体硬度HRC40—45，金刚石粒度为60—100目的孕镶式或电镀式钻头。
为增强钻头的抗冲击性能，采用厚胎体，并减少了水口数量，加大水口的深度，可防止崩刃，减少抽吸现象。
②钻具：为了取得质量较高的芯样，钻探时采用直径Φ91mm 的SD金刚石双管单动钻具。
为了达到较好的单动效果，钻具单动接头采用两盘园锥滚柱轴承，以保持较大的盘距；另外采用内径相同的卡簧与钻头，以减少岩心的堵塞，钻具内管长度和间隙可能够根据地层变化情况自由调节。
3.2 钻进方法
3.2.1钻孔设计
首先应将机械安装在平坦、牢固场地上，使钻机天车、立轴、钻孔的中心在一条直线上，不能马虎开钻。
河床覆盖层表层结构松散，需要采用常规工艺跟管法开孔，打入Φ127mm孔口管，其打入深度根据上部松散层厚度来确定，以穿过松散层厚度为限。
根据钻探经验，一般一次裸孔钻进的安全深度约30m左右，如果要求钻探深度大于30m或孔内出现不稳定的现象时，则需要再下直径为Φ108mm保护套管，方可继续钻进。
3.2.2钻进参数
①立轴转速：砂卵石层结构松散，相当于在破碎和非均质岩石中钻进，用SD钻具进行钻进时应根据冲洗液返回情况、钻机负荷能力和孔壁稳固情况来确定立轴转速。
一般每回次开始钻进时，起始转速以200～300r/min为宜，经过几分钟磨合后，若孔内返浆较好，钻机平稳，可采用500~700r/min 的转速，反之应使用低速钻进。
②钻压：加压要适当、均匀，不能忽大忽小，更不能过大。
钻压过大，金刚石切入岩石过多，就会堵塞水路，造成金刚石冷却不良，导致烧钻。
砂卵石层属松散地层，应采用较低钻压，一般较正常压力值小一倍，采用2～4MPa压力。
当钻进速度均匀、钻机平稳时，可适当增加压力。
③泵量：冲冼液具有冷却钻头、排除岩粉、调节钻头胎体磨损等作用，钻进时泵量必须均匀、连续，不能过大过小。
冲冼液泵量的大小直接影响覆盖层的采样率、钻速和钻头的使用寿命等。
考虑到砂卵石层取芯的效果，一般泵量应控制在40～50L/min之间，并根据岩层变化情况适时调整泵量大小。
3.2.3操作事项
砂卵石层本身结构松散，可钻性差，为取出好的岩样应加强现场操作的管理。
①必须保持冲洗液良好的性能，设专人管理，经常除砂，根据钻进情况及时调整冲洗液的性能，使之能够满足护壁、排砂等要求。
②下钻前应认真检查钻具，确保卡簧、卡座和钻头内径尺寸符合要求，保证卡簧在卡簧座中能够自由移动。
钻具下至离孔底约0.5m时，应开泵冲洗，待孔口返水后方可轻压慢转扫孔到底，以防下钻过快，孔底沉淀堵塞水口。
③正常钻进时，转速和钻压不要忽高忽低，不要活动钻具。
若发现岩心堵塞，处理无效时，应立即提钻，检查原因。
④提钻时应慢速、均匀上提，以防芯样滑落和钻头抽吸作用，破坏孔壁的稳定。
4 取样
在正常钻进情况下，SD钻具就能够在砂卵石层中取得原状样（基本达到二级土样标准）。
为了提高取样的质量，提钻时要慢速平稳提升，防止芯样脱落。
退出岩心时，不要吊起钻具敲打，应平放钻具卸掉钻头，抽出卡簧座和短节管，再卸掉钻头，倒出岩芯或采用水压退芯。
当遇到细砂透镜体时，建议采用TD108X30原状取砂器取样。
该取砂器内管超前外管，取土时外管回转，内管不转，直接切入砂层，内管装有内环刀取砂筒，避免开土时的二次扰动。
5 结语
采用常规钻进，砂卵石层岩芯采取率一般在10~20％，很少能够达到30%，而且芯样中的细颗成分多被清水冲走，不能够反应出砂卵石层的级配和胶结情况。
采用新工艺钻进，加快了钻进的速度，岩芯采取率平均达75％左右，所取芯样质量较高，能够进行有关物理力学试验，同时节约了成本，经济效益明显。
作者：周宝慧，男，高级钻探技术工，一直从事外业地质钻探工作，先后参加过长江中下游重要堤防勘探、淮河综合治理19项工程中的4项勘探、以及多座中小型水库治理工程勘探工作，撑握了在各类复杂地层中的钻探取芯技术，多次被评为单位“先进工作者”。
