呂 智,劉志環(huán),潘曉毅,羅文來,林 峰,王進(jìn)保

(1.廣西超硬材料重點實驗室;2.國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心;

3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,廣西桂林 541004)

深部找礦金剛石鉆進(jìn)工具發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢①

呂 智,劉志環(huán),潘曉毅,羅文來,林 峰,王進(jìn)保

(1.廣西超硬材料重點實驗室;2.國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心;

3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,廣西桂林 541004)

結(jié)合國內(nèi)近幾年深部找礦的發(fā)展現(xiàn)狀,介紹了金剛石深孔鉆頭的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,對當(dāng)前備受關(guān)注的深孔鉆頭進(jìn)行了簡要的介紹與分析,并對深孔鉆頭未來的發(fā)展方向提出了一些想法。

深部找礦;深孔鉆頭;結(jié)構(gòu);胎體性能;發(fā)展現(xiàn)狀

1 引言

現(xiàn)階段,能源以及礦產(chǎn)資源開發(fā)已經(jīng)成為支撐一個國家經(jīng)濟社會發(fā)展的重要支柱。經(jīng)過數(shù)十年的礦產(chǎn)勘查與開采,我國淺部地層的礦產(chǎn)資源開采殆盡,地質(zhì)找礦逐步從過去的淺部(300m以內(nèi))、中深部(300～1000m)轉(zhuǎn)向深部(大于1000m)甚至超深部勘探(大于3000m)。積極尋找“第二找礦空間”,深部找礦已成為我國地質(zhì)找礦事業(yè)的發(fā)展方向,而深孔鉆探工具技術(shù)制約了深部找礦事業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展[1～3]。

金剛石鉆頭是我國最早應(yīng)用人造金剛石的工具產(chǎn)品,經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,金剛石鉆頭從產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)、制作方法幾乎沒有發(fā)生變化。近年來,應(yīng)用于深孔鉆探的深孔鉆進(jìn)工具的研制逐步受到超硬材料行業(yè)及地質(zhì)行業(yè)相關(guān)人員的重視,然而,由于行業(yè)交流、重視程度等多方面的限制,深孔鉆頭研發(fā)進(jìn)度很慢,雖然已經(jīng)有仿制國外產(chǎn)品的使用報道,但使用效果不明顯,不能實現(xiàn)批量應(yīng)用[4～8]。

本文針對我國深孔鉆頭的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了相關(guān)總結(jié),分析了深孔鉆頭未來的發(fā)展趨勢,希望通過本文的分析闡述,為深孔鉆頭的研究發(fā)展提供新的思路。

2 深孔鉆頭與常規(guī)鉆頭的區(qū)別

隨著鉆探深度的增加,巖石性質(zhì)、鉆進(jìn)受力、鉆進(jìn)輔助時間等都發(fā)生了很大的變化,常規(guī)鉆頭已很難滿足使用的要求。深孔鉆探用金剛石鉆頭(深孔鉆頭)必須從材料、結(jié)構(gòu)、配方、強度等方面進(jìn)行改變,才能滿足深部找礦的需要。深孔鉆頭與常規(guī)鉆頭的不同之處主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)鉆頭使用壽命要求不同。普通金剛石鉆頭平均使用壽命約為40～50m,單個鉆頭使用完成后,需要提桿更換鉆頭,這一更換過程所占用的時間往往占總鉆進(jìn)時間的40%以上,而且提桿過程中對孔的穩(wěn)定性也產(chǎn)生了一定的危險,操作不當(dāng)有可能導(dǎo)致孔塌事故;特別是在1500m以深的深孔鉆進(jìn)中,這一問題尤為突出。因此,盡可能提高鉆頭工作層的使用壽命,減少起下鉆次數(shù),是深孔鉆頭研究的重要方向之一。同時,也必須認(rèn)識到,提高鉆進(jìn)效率,單位時間進(jìn)尺深度提高,也同樣能減少起下鉆次數(shù),但是,通過現(xiàn)有技術(shù)水平,很難大幅度提高鉆頭的效率,而大幅度提高鉆頭的壽命相對較容易。

(2)鉆頭破巖能力要求不同。受地質(zhì)構(gòu)造的影響,深孔鉆進(jìn)過程中,軟硬互層往往較多,巖石不均勻和各向異性明顯,因此,金剛石鉆進(jìn)過程中容易出現(xiàn)鉆頭跑偏導(dǎo)致孔斜,而深部鉆探對孔斜的控制要求更高。解決孔斜的問題,除了要從施工設(shè)計、鉆探工藝、檢測儀器等技術(shù)方法著力解決之外,還要求金剛石鉆頭具備很好的硬巖破巖能力,需要從切削刃、鉆頭結(jié)構(gòu)等多方面考慮,使之滿足深孔鉆進(jìn)的需要。

(3)鉆頭廣譜性能的要求。深部找礦鉆探往往在受地質(zhì)構(gòu)造影響的區(qū)域進(jìn)行,特別是那些受地質(zhì)構(gòu)造控礦因素的影響,礦層及其頂?shù)装甯郊貙虞^復(fù)雜,地層一般經(jīng)過多次復(fù)雜的構(gòu)造運動,斷層、解理和破碎帶發(fā)育。復(fù)雜的地層特性對深孔鉆頭提出了更高的要求,由于深孔鉆頭往往具有很長的使用壽命,因此鉆進(jìn)過程中會經(jīng)過各種不同的地層,這就要求深孔鉆頭具有廣譜性,能夠適應(yīng)不同巖石硬度、不同研磨性的地層鉆進(jìn)需要。

(4)鉆頭強度的要求。鉆頭成孔過程中,由于巖石的去除,巖石受力結(jié)構(gòu)發(fā)生重組,被去除的巖石邊緣會產(chǎn)生側(cè)壓力,隨著巖層深度的增加,巖石側(cè)壓力也逐漸增大。巖石側(cè)壓力的增大對鉆齒斷裂強度提出了更高的要求,而深孔鉆頭往往鉆齒高度也較常規(guī)鉆頭高,因此,鉆齒與鋼體的結(jié)合強度是深孔鉆頭的研究重點之一。

(5)鉆頭抗疲勞性能的要求。深部找礦鉆進(jìn)過程中,由于地層復(fù)雜,以及深孔鉆頭的長壽命,鉆頭需要保持長時間運行的穩(wěn)定性,必然要求深孔鉆頭具備更好的抗疲勞強度,包括鋼體、鋼體與鉆齒的結(jié)合部位以及鉆齒本身的抗疲勞性能等。常規(guī)金剛石鉆頭材料、結(jié)構(gòu)、結(jié)合強度已不能滿足深部鉆探技術(shù)的要求。

正是因為深孔鉆探的地層特征、環(huán)境特點、鉆探方式等因素的影響,要求深孔鉆頭必須從整體材料選擇、鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆齒增壽與強化、結(jié)合強度、制作方式等幾個方面進(jìn)行研究與開發(fā),從常規(guī)鉆頭制作思路中脫離出來,結(jié)合超硬材料最新發(fā)展技術(shù),使之滿足深部找礦的需要。

3 深部找礦金剛石鉆進(jìn)工具產(chǎn)品現(xiàn)狀

近年來,隨著我國深部找礦戰(zhàn)略的實施,超硬材料和地質(zhì)找礦行業(yè)相關(guān)人員都開始了深孔鉆進(jìn)工具的研究,通過數(shù)年的努力,已取得了一定的進(jìn)步,通過相關(guān)資料收集,近年來我國深孔鉆頭的研究方向基本都集中在鉆頭胎體的增高[9～12]方面,具體包括以下幾類產(chǎn)品。

3.1 扇形單水口高胎體鉆頭

近年來出現(xiàn)的扇形單水口高胎體金剛石鉆頭(圖1)就是在常規(guī)熱壓孕鑲金剛石鉆頭的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而成的,通過配方、燒結(jié)工藝、結(jié)構(gòu)改良使其更匹配深孔鉆探的嚴(yán)苛環(huán)境并且降低提前失效的風(fēng)險。

圖1 扇形單水口鉆頭Fig.1 The fan-shaped single runner bit

扇形單水口高胎體鉆頭由于其扇形水口的設(shè)計,降低了內(nèi)外圓弧的弧長差,制作前通過對鉆頭工作時內(nèi)外圓弧線損耗率及胎體設(shè)計高度進(jìn)行計算確定相關(guān)參數(shù),保障在長時間的鉆進(jìn)工作過程中內(nèi)外圓弧高度方向損耗相近,避免唇面出現(xiàn)內(nèi)外沿高度差形成斜坡形唇面,從而加速工作層的磨損,減少工作層服役壽命的狀況,且水口的設(shè)計參數(shù)保證了冷卻液的沖洗,保障了鉆頭工作冷卻效率。

3.2 多層水口高胎體鉆頭

為提高鉆頭的工作冷卻效率與工作壽命,常見的解決策略是制造多工作層并相應(yīng)的增添水口數(shù)目。多水口、多工作層高胎體鉆頭中,充足的水口數(shù)量保證了沖洗液對金剛石層的冷卻能力,排粉充分,降低了鉆進(jìn)過程中金剛石的熱損耗率,提升了鉆頭壽命。

圖2為國內(nèi)某單位研發(fā)的雙層水口高胎體鉆頭。雙層水口金剛石鉆頭經(jīng)過幾年的試用推廣,在全國各勘探單位小口徑巖芯鉆探深孔施工中取得了很好的使用效果,壽命較常規(guī)產(chǎn)品高出一到兩倍。其雙層結(jié)構(gòu)的設(shè)計一方面借雙水口增加了過水面積,保證了鉆頭的冷卻效果;另一方面,雙工作層提高了鉆頭胎體高度,當(dāng)?shù)谝还ぷ鲗酉拇M時,新的胎體工作層會隨之出露,進(jìn)行新的一輪巖石破碎工作,從而實現(xiàn)長壽命鉆頭的高效鉆進(jìn);再者,其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計強化了胎體與基體的連接強度,也緩解了鉆頭高胎體在鉆進(jìn)過程中的應(yīng)力集中、胎體易脫落斷裂的問題。

圖2 雙層水口高胎體鉆頭Fig.2 The high matrix drill bit with double-lay nozzle

3.3 聚晶金剛石復(fù)合鉆頭

這類鉆頭采用聚晶與工作層復(fù)合技術(shù),在工作層中交錯鑲嵌超硬體作“骨架”與耐磨相,在增加胎體強度的同時增加胎體耐磨性能,以提高深孔孕鑲金剛石鉆頭的壽命(圖3)。

圖3 聚晶復(fù)合金剛石孕鑲鉆頭Fig.3 The composite polycrystalline diamond impregnated bit

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)所選工作層鑲嵌聚晶需滿足:(1)具有低的磨耗比;(2)加入比例不宜過高。如若不然會導(dǎo)致鉆進(jìn)過程中鉆頭鋒利度降低,使金剛石不出刃,降低工作效率,胎體易發(fā)生斷裂等問題。低磨耗比的聚晶及合理的鑲嵌排布設(shè)計可以有效提高該類鉆頭的使用壽命與工作效率。

3.4 超高胎體橋式聯(lián)接鉆頭

高胎體鉆頭由于其胎體較高,從力學(xué)角度來看,高胎體結(jié)構(gòu)在鉆頭運轉(zhuǎn)過程中越接近胎體根部的部位所承受的彎矩越大,胎體越高越容易發(fā)生提前斷裂的失效事故(掉齒、斷齒等),使鉆頭無法按設(shè)計壽命正常服役。橋式聯(lián)接結(jié)構(gòu)高胎體金剛石鉆頭(見圖4)胎體間以“橋”進(jìn)行聯(lián)接,在鉆頭運轉(zhuǎn)過程中,該結(jié)構(gòu)可以通過“橋”將高胎體單齒塊受到的應(yīng)力有效地分散到整體結(jié)構(gòu)中,降低單齒提前失效的風(fēng)險,從而增加胎體強度。

圖4 超高胎體橋式聯(lián)接金剛石鉆頭Fig.4 The diamond bit with ultra-high matrix bridged linkage

超高胎體橋式聯(lián)接鉆頭特點:

(1)胎體高度最高可以達(dá)到約22mm,金剛石工作層高約16mm;

(2)相鄰胎體單齒之間以“橋”進(jìn)行聯(lián)接,既增加了胎體強度,又不妨礙沖洗液的正常流通;

(3)水口設(shè)計數(shù)量較多,水口投影底面積約占胎體投影底面總面積的50%,運轉(zhuǎn)過程中胎體同巖石的接觸面積小,有利于鉆進(jìn)效率的提高,同時排粉通液效率極高。

上述深孔鉆頭的開發(fā)在部分鉆探施工中得到應(yīng)用,并取得了良好的效果,但由于只是單純的提高胎體的高度,而胎體材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、制作方式并沒有相應(yīng)改變,使得使用效果并不顯著,性價比不高,市場應(yīng)用面遲遲不能打開。

4 深孔鉆頭技術(shù)未來趨勢

為了實現(xiàn)深孔鉆頭的普及應(yīng)用,應(yīng)當(dāng)改變常規(guī)理念,應(yīng)用現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù),從材料、結(jié)構(gòu)、強度等多方面入手,全方位提高鉆頭的使用性能,使之滿足深孔鉆探的需要。

4.1 合金改性技術(shù)實現(xiàn)工作層胎體的強化

隨著胎體的提高,由于熱壓燒結(jié)存在的局限性,會出現(xiàn)胎體內(nèi)部成分分布不均、致密度偏低、運轉(zhuǎn)中易斷折等問題。若要求高胎體鉆頭能滿足鉆探需要則需通過有效的手段改善胎體性能。

就合金改性而言,在未來將有以下幾點可行的發(fā)展思路:

(1)采用超細(xì)粉體配方設(shè)計。超細(xì)粉體可在燒結(jié)過程中改善胎體成分的交互性與流動性,使胎體成分易均勻化,燒結(jié)成型需求的溫度更低,燒結(jié)胎體密度、強度更高,力學(xué)性能分布更均勻。這就要求在配置粉料時重新審視成分的配比與各組分粒度的選擇與搭配,力求優(yōu)化配方體系,使胎體強度、耐磨性與金剛石包鑲性能更符合深孔鉆探。

(2)稀土改性配方體系的深入研究。稀土的變性作用、微合金化作用、脫氧純化、密度均勻化作用能明顯提高鉆頭胎體的性能,很微量的添入稀土就能很好地提高胎體綜合性能,對提高鉆頭質(zhì)量與鉆頭對深部巖層的適應(yīng)性意義重大。目前稀土對于胎體配方體系及性能的強化影響機理還處于研究階段,但是相信不遠(yuǎn)的將來會得到更廣泛的應(yīng)用。

(3)新型預(yù)合金粉末技術(shù)的引入:預(yù)合金粉末較常規(guī)的機械混合金屬粉末而言,元素分布更均勻、致密化更高,能有效避免成分偏析,使胎體組織均勻、性能一致、致密性更好并有效改善胎體耐磨性能;所需燒結(jié)溫度較低,在避免對金剛石造成熱損傷的同時對金剛石包鑲能力更高,提高金剛石利用率,更能有效延長金剛石服役壽命。進(jìn)一步對預(yù)合金粉末進(jìn)行有針對性的研究有助于改善鉆頭胎體工藝,優(yōu)化其性能,滿足更長時間的服役要求。

就復(fù)合強化技術(shù)而言,可以通過復(fù)合強化技術(shù)來保證高胎體的強度,使高胎體深孔鉆頭更好地滿足人們的預(yù)期進(jìn)行服役。

目前國內(nèi)對于超細(xì)纖維強化類材料的研究已經(jīng)有一定的建樹。碳超細(xì)纖維材料具有強度、硬度與韌性上的優(yōu)勢,若能作為強化相與胎體工作層加以復(fù)合,充當(dāng)“骨架”與耐磨相,在理論上將能有效提高胎體強度與耐磨性能。雖然纖維材料在金剛石工具中的應(yīng)用尚處于試驗研究階段,但相信隨著材料科學(xué)的進(jìn)步,在不遠(yuǎn)的未來會得到長足的發(fā)展。

4.2 進(jìn)一步強化鉆齒獨立燒結(jié)技術(shù)

高胎體鉆頭由于胎體較高,若采用單次成型鉆頭熱壓燒結(jié)工藝將會不可避免的面對燒結(jié)時間長的問題,而熱壓單次成型若要保障胎體與基體的結(jié)合部位性能又需求極高的溫度,長時間高溫?zé)Y(jié)條件下金剛石的石墨化、熱損問題會愈加嚴(yán)重,且常規(guī)熱壓燒結(jié)單向加壓,胎體內(nèi)部具有致密性梯度差,力學(xué)性能分布不均的缺陷。

鉆齒的獨立燒結(jié)由于具有可采取雙向加壓、燒結(jié)所需溫度低、可先冷壓成塊再燒結(jié)等特點,可有效避免單次成型工藝上引發(fā)的缺陷,為未來鉆頭的發(fā)展提供了一個很好的思路。鉆齒的獨立燒結(jié)也為鉆齒內(nèi)部設(shè)計改良提供了便捷,可以引入金剛石有序排布技術(shù)讓鉆齒內(nèi)部金剛石分布更均勻;也可以發(fā)展?jié)舛炔钽@齒令鉆齒易磨損部位金剛石濃度更高,使鉆進(jìn)過程中整個唇面均勻磨損或自形成有利唇面使鉆進(jìn)更有效率等。

4.3 新型焊接技術(shù)在深孔鉆頭中的應(yīng)用

改善胎體與基體結(jié)合強度能有效避免高胎體在深部鉆進(jìn)過程中嚴(yán)苛條件下的提前失效(掉齒)。故而,未來新型結(jié)合技術(shù)的引入也是未來深孔鉆頭發(fā)展的重要思路。

激光焊接技術(shù)在超硬材料中的應(yīng)用已經(jīng)有十多年的歷史,在金剛石鋸片、薄壁工程鉆頭中已發(fā)展得較為成熟。激光焊接具有能量集中、能量輸出覆蓋范圍廣、焊接過程無需填充釬料、可焊材質(zhì)種類范圍大、異種材料焊接性能好、焊接深寬比高、易于實現(xiàn)自動化等其他焊接、中頻燒結(jié)無法比擬的優(yōu)勢。

但是,由于地質(zhì)鉆頭壁厚一般在10mm左右,遠(yuǎn)大于鋸片與薄壁工程鉆頭鋼體厚度,目前常規(guī)的薄壁工程鉆頭、鋸片用激光機在深孔鉆頭上的實現(xiàn)還有一定的困難,若能在激光頭處加以改進(jìn)實現(xiàn)激光內(nèi)外雙面焊接,激光焊接深孔鉆頭投入實際運用就不會太遠(yuǎn)了。

5 深孔鉆頭的市場需求

在討論市場需求之前,需重新定義一下所謂的深孔鉆頭。深孔鉆頭,即具有長壽命、深鉆進(jìn)、高鉆進(jìn)速率、廣譜性能好的一類新技術(shù)鉆頭,較普通常規(guī)鉆頭有單體鉆進(jìn)距離深、回次數(shù)低,節(jié)約起下鉆時間、針對地層巖類廣、鉆進(jìn)時效高的優(yōu)勢,而并不是指僅僅指只能運用于深部鉆探工程的鉆頭,在常規(guī)普通鉆頭能使用的場合也適用并且相較而言能更好地適應(yīng)更復(fù)雜的環(huán)境。

雖然深孔鉆頭由于技術(shù)上及制造成本上的原因相較普通鉆頭單價高,但是若能在非深部鉆探工程中得到普及應(yīng)用,從總體上來看將會為施工帶來縮短工期、降低勞動強度、降低人工成本、減少機械損耗、節(jié)約資源能源、減少鉆頭耗費數(shù)目等優(yōu)勢,長遠(yuǎn)上來看利遠(yuǎn)大于弊,在未來其必然將逐步甚而完全取代市面上現(xiàn)有的普通鉆頭。

據(jù)SNL金屬經(jīng)濟集團(SNL Meg)為加拿大勘探開發(fā)者協(xié)會年會(PDAC)編制的《2013年世界勘探趨勢》所述:雖然由于2008年爆發(fā)的金融危機使全球經(jīng)濟低迷,世界金屬價格動蕩不定,大多數(shù)的金屬價格在2009年年初探底,導(dǎo)致全球范圍內(nèi)2009年勘探總支出較2008年高峰相比猛跌57.7億美元(下降42%),但是,整個行業(yè)復(fù)蘇速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期,至2012年,盡管中國經(jīng)濟增速放緩,歐洲出現(xiàn)經(jīng)濟崩潰的威脅,美國存在政治與經(jīng)濟的不確定因素,但是全球勘探預(yù)算仍達(dá)到了19%的年同比增長量,全球總勘探預(yù)算一舉達(dá)到234.2億美元,創(chuàng)下了歷史新高。其中拉丁美洲、非洲、加拿大地區(qū)依次包攬了前三的勘探投資,中國僅僅占有全球勘探總投資的4%。

而2009年我國金屬找礦鉆探工作量就已達(dá)1720.5萬米,2010年1800萬米,2011年更是達(dá)到了前所未有的2500萬米。從鉆頭市場來看,以2011年我國鉆探總工作量為例,現(xiàn)有金剛石鉆頭消耗量超過60萬個(指常規(guī)鉆頭),按鉆頭價值估算,每年耗費鉆頭總價值約1億美元,照此投資占有比例進(jìn)行估算,全球單年度將耗費總值約20多億美元的鉆頭,其中每年約有近2億多美元將耗費在深孔鉆頭上。如果在未來,深孔鉆頭技術(shù)發(fā)展成熟并逐步向常規(guī)鉆頭使用領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用,由于深孔鉆頭性能上相較常規(guī)鉆頭具有無可比擬的優(yōu)越性,在未來幾年內(nèi)其市場占有率將會進(jìn)一步加速擴張。

由此可知,隨著深孔鉆頭技術(shù)的進(jìn)步及國內(nèi)外推廣普及應(yīng)用,深孔鉆頭將會為超硬材料制品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供新的方向,且具有很高的經(jīng)濟價值。

6 未來展望

隨著深部找礦戰(zhàn)略的實施,現(xiàn)有金剛石地質(zhì)鉆頭技術(shù)已不能滿足深孔鉆探的需要,深部找礦用金剛石地質(zhì)鉆頭的研究開發(fā)將是超硬材料新產(chǎn)品、新技術(shù)的重要方向,將會為超硬材料制品技術(shù)的進(jìn)步開拓新的思路。由于深孔鉆頭在淺部地層鉆探的通用性,因此深孔鉆頭還將具有顯著的市場應(yīng)用價值,也會為地質(zhì)鉆探技術(shù)的進(jìn)步注入新的動力,具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。

深部找礦用金剛石鉆頭的研究與發(fā)展應(yīng)從以下幾個方面去努力:

(1)加強對深部找礦鉆探機理的研究,進(jìn)一步認(rèn)識深部鉆探的巖層構(gòu)造、礦物特性、巖石力學(xué)及水力學(xué)特征等,為深孔鉆進(jìn)金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)、強度、材料設(shè)計提供理論依據(jù);可學(xué)習(xí)石油鉆頭設(shè)計開發(fā)過程,有效建立不同條件下深部鉆探工具使用模型,運用計算機模擬技術(shù)進(jìn)行推導(dǎo)與分析,驗證設(shè)計可行性和使用安全性,為深孔鉆頭設(shè)計與研究提供助力。

(2)充分利用超硬材料新技術(shù)和相關(guān)行業(yè)最新發(fā)展成果,打破常規(guī)金剛石鉆頭制造技術(shù)的陳舊思路,根據(jù)深孔鉆進(jìn)存在的主要問題和矛盾,結(jié)合相關(guān)理論分析結(jié)論,從材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)改型、連接技術(shù)、制作方式等幾個方面進(jìn)行研究與開發(fā),使深孔鉆頭的使用壽命、破巖能力、地層廣譜性、強度與疲勞性能等都能滿足深部鉆探的需要。

(3)要充分認(rèn)識深孔鉆探技術(shù)的制約因素除了鉆進(jìn)工具技術(shù)外,還包括鉆探設(shè)備、鉆桿強度、鉆井液體系、鉆探檢測與固控技術(shù)等多方面的問題,因此,在深孔鉆頭研發(fā)過程中,應(yīng)加強與相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的單位或企業(yè)合作,發(fā)揮各自技術(shù)優(yōu)勢,共同進(jìn)步,從而根本性地解決深孔鉆探技術(shù)問題。

(4)另外,超硬材料工具技術(shù)最重要的實驗手段是現(xiàn)場使用,然而深孔鉆頭與普通工具相比,現(xiàn)場使用的難度相對較大,實驗成本較高。因此,有必要與鉆探單位形成合作,設(shè)立深孔鉆頭專門實驗點,為樣品試驗和數(shù)據(jù)反饋提供通道。同時,也可在深孔鉆探理論研究結(jié)論基礎(chǔ)上,設(shè)計模擬深部鉆進(jìn)平臺,提高試驗效率和降低試驗成本。

(5)還需要引起重視的是,由于深孔鉆頭的研制是一個需要多學(xué)科交叉及綜合技術(shù)應(yīng)用的過程,涉及材料、地質(zhì)、機械等多方面的專業(yè)領(lǐng)域,因此,應(yīng)當(dāng)注重具有不同知識面的人才的培養(yǎng),注重不同專業(yè)領(lǐng)域人才研發(fā)團隊的建設(shè),只有這樣,深孔鉆頭的成功開發(fā)與普及應(yīng)用才是有可能做到的。

[1] 王學(xué)龍.回眸“十一五”展望“十二五”——鉆探技術(shù)和裝備形成系列為資源環(huán)境開發(fā)提供直接手段[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(1):3-7.

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Development status and trends of deep prospecting diamond tools

LU Zhi,LIU Zhi-huan,PAN Xiao-yi,LUO Wen-lai,LIN Feng,WANG Jin-bao
(1.Guangxi Key Laboratory of Superhard Materials,Guilin 541004,Guangxi; 2.National Special Mineral Materials Engineering Research Center,Guilin 541004,Guangxi; 3.China Nonferrous Metal(Guilin)Geology and Mining Co.,Ltd.,Guilin 541004,Guangxi)

This article combines the domestic deep prospecting current development status in recent years to introduce the present research status and future trends of the deep hole bits.Brief introduction and analysis on the current popular deep hole bits are presented, and some ideas to the development direction for the deep hole bits are introduced.This paper is mean to play a positive role to domestic deep hole bits and deep prospecting.

deep prospect;deep hole bit;structure;matrix performance;development status

TQ164

A

1673-1433(2013)04-0039-06

2013-09-30

呂智(1956-),男,博士,教授級高級工程師,中國材料研究學(xué)會超硬材料及制品專業(yè)委員會主任委員,廣西有色金屬集團副總經(jīng)理,中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院院長,長期從事超硬材料方面的研發(fā)和管理工作。