金刚石钻头时效与寿命的合理控制.pdf

SerialNo 448 September 2006 矿 业 快 报 EXPRESS I N FORMA T I ON OF M I N I N G I NDU STRY 总第448期 2006年9月第9期 虞结根 244000安徽省铜陵市 金刚石钻头时效与寿命的合理控制 虞结根 铜陵有色金属 集团 公司地质勘察分公司 摘 要 以某地质勘查单位为例 探讨钻头使用寿命与时效对钻探单位成本的影响规律 推算 出两项技术指标的最优控制区间 并就此提出正确合理地评价和使用钻头 控制钻探成本 提高钻 探综合经济效益的具体措施 关键词 钻探总成本 钻头费用 最优时效 最优寿命 中图分类号 P63415 3 文献标识码 B 文章编号 100925683 2006 0920066202 1 概述 某地质勘查单位每年要完成近4万m的各类钻 探工作量 如何降低钻探成本 提高经济效益是该单 位面临的一大课题 近年来 通过加强管理 对钻探 成本的控制水平不断提高 特别是对金刚石钻头实 行定额控制 提高了钻头的使用寿命 减少了钻头的 使用量 降低了金刚石钻头单项费用 但由于钻头的 使用效果主要表现为时效和使用寿命两项技术指 标 钻头寿命与时效之间有相互制约的关系 对钻探 单位总成本而言 钻头寿命不一定与其成反比 即钻 头寿命提高而单位钻探成本不一定必然降低 因此 探讨钻头寿命与时效对单位成本的影响规律并合理 给予控制 对于正确合理地评价和使用钻头 提高钻 探综合经济效益具有积极的作用 2 钻探成本的构成分析 目前 该地质勘查单位每米钻探总成本一般由 工资及津贴 福利费 劳保费 材料费 修理费 运输 费 其它直接费和管理费等构成 以上费用中仅有材 料费中的钻头费用与钻进时效有关 其它费用一般 与钻头时效无关或关系不大 因此每米钻探总成本 可理解为由两项构成 一为每米钻头费用 二为其它 合计费用 可用式 1 表示 e E V T q L 1 式中 E为除钻头费用以外的其余钻探总费用 元 V为金刚石钻头平均时效 m h T为纯钻进总台 时 h q为钻头平均单价 元 个 L为钻头平均寿 命 m 个 3 钻头时效与寿命对单位成本的影响 根据有关资料 当钻头转速为815r m in 用幂函 数数学模型回归求得的钻头磨损回归方程为 a 1 72V 3 7 1 2 L V T H aT a H V L 3 式中 a为钻头胎体高度磨损速度 m h H为钻 头胎体磨损高度 m 据统计H 2700 2800 m 考察式 2 式 3 两式得 L H 1172V 317 1600V 3 7 1 4 或 V 7 34L 1 3 7 1 5 由此得 e E V T q 1600V 3 7 6 或 e E 7134T L 1 317 q L 1 7 据统计 该地质勘查单位正常月份钻月固定费 用 E 约10万元 台月利用系数约为0 78 纯钻时间 利用率为49 则 T 275 18台时 按E 10万元 q 350元 个 平均价 作出一 元函数e f V 与e f L 曲线图 见图1 图2 由 图1 图2可以看出 1 钻头时效低于2 5m时 对单位成本的影响 非常显著 超过3 5m则呈增加的趋势 因此钻头的 时效过高 磨损加剧 寿命降低 每米钻头费用加大 故e呈增加的趋势 2 钻头寿命低于10m时对e的影响显著 最优 区间为10 25m 超过15m则e呈增加的趋势 超过 25m后e增加的趋势增强 因随着钻头寿命的提高 钻进时效必然受到限制 时效的降低必将导致成本 的提高 4 最优时效与最优寿命 66 考察式 6 式 7 利用一元函数求极值的方 法 令 e的导数为零 则有 最优时效 Ve 1600E 317qT 1 417 1 8 最优寿命 Le 317 7134qT E 1 1127 1 9 图1 e f V 曲线图 图2 e f L 曲线图 据此可知 钻探生产过程中 钻月固定费用越 高 则越应提高钻头时效增加进尺 方能有效地降低 单位成本 在提高时效的同时 钻头寿命相应地必然 会有所降低 需要指出 由于钻头与地层的适应性问题 在4 6级中软以下岩石中钻头的磨耗与 2 式有较大 的出入 即与中硬地层相比 钻头在较高的时效下 仍可获得较高的使用寿命 据统计在时效3 5m 时 此类地层钻头寿命仍可达40 60m 有时甚至达 80m以上 参考式 2 式 4 设L 1600Va 令L 40 m 个 V 4m h 取对数 则得a 2 7 据此 粗略求得在中软地层当E 10万元 T 275台时 q 350元 个时 钻头最优时效与寿命为 Ve 5 71m h Le 15 39m 个 由此可见在中软地层钻进也不必限制时效和追 求钻头寿命 提高时效对降低成本同样有利 5 钻探成本的控制 通过以上分析讨论可见 金刚石钻探单位成本 同时受钻头时效和寿命的影响 但钻头时效的影响 更为显著 过高的钻头寿命于降低成本反而不利 这 可解释为 在基本一定的钻月 或年度 固定费用和 基本正常的施工条件 台月利用系数和纯钻时间利 用率 下 由于时效的提高 钻月 或年度 实际进尺 增加 进而导致每米成本显著下降 而每米钻头费用 q L 在整个单位总成本中仅占很少的比例 因此 提高钻头的寿命对降低单位成本影响甚少 而钻头 寿命的提高在理论上是以降低时效为前提的 所以 追求钻头高寿命对整体经济效益而言得不偿失 在 保证钻头有一定寿命的前提下 降低成本的有效途 径是提高钻头时效 1 中硬以上地层钻进 对金刚石钻头采取强制 出刃措施 如孔内投石英砂研磨钻头 孔外喷砂 酸 腐等方法 以提高钻头时效 力争达到3 3 5m 2 中软地层采用强规程钻进 因此类地层钻头 一般均能很好的出刃 所以在保证不烧钻和出现其 他孔内事故的前提下 可采用高转速 大泵量和较高 压力的强规程钻进 将时效提高或保持在4 6m 对 降低成本更为有利 3 对金刚石钻头不必追求高寿命 保持在10 25m即可 在现有技术条件下 只有不发生非正常 磨损 如烧钻 掉胎块等 这一指标是完全可以保证 的 6 结论 1 金刚石钻头的使用效果评价应当从每米钻 探总成本这一最终经济效益角度综合考虑 仅仅考 虑其中的某一项 如每米钻头费用 是不合理的 2 钻头时效和寿命对钻探单位成本均有影响 但时效的影响更为显著 二者均存在一个最优区间 3 中硬以上地层 最优时效区间为3 4m 中 软以下则约为4 6m 钻头寿命最优区间为10 25m 当钻头寿命大于15m 则主要应当以时效的高 低来判断该钻头使用效果的优劣 4 为降低成