提高打滑地层钻进效率

提高坚硬打滑地层金刚石钻进效率广西电力工业勘察设计研究院安科公司生产管理QC小组

1小组概况1.1小组注册情况表1小组注册情况表小组名称生产管理QC小组课题名称提高坚硬打滑地层金刚石钻进效率课题类型现场型课题组长黄黎明小组成立日期2011年2月18日本课题注册日期2013年2月20日小组注册编号安科2013-011.2小组成员情况表2小组成员情况表序号姓名性别/年龄文化程度专业组内职务职称/职务组内分工1黄黎明男/49大学地质组长高级工程师/副总工/主任策划、组织活动2谢克男/58大学电子组员高级工程师/高级技术专家编写报告书，QC知识教育，参与活动3杨国春男/49硕研探矿工程组员副教授/主任技术指导、参与活动4李少明男/57中专钻探组员高级技师参与活动，活动记录5苏光男/29大学钻探组员工程师参与活动，活动记录

1.3小组业绩介绍ACPDAPCD荣获2012年度国家优秀QC小组奖《缩短工程任务下达办理时间》《升降式水上泡沫钻探平台的研究》荣获2013年度全国工程建设（勘察设计）优秀QC小组奖

ACPD《提高坚硬打滑地层金刚石钻进效率》1.4小组活动情况

小组本课题活动情况见表3。

表3本课题小组活动情况表活动时段2013年2月～2013年9月活动次数9次每次活动平均时间2小时平均接受TQC教育48小时/每人出勤率100%专有名词解释：坚硬打滑地层-----我们采用常规的钻探技术，在遇到像花岗岩、石英岩、辉绿岩、硅质灰岩、流纹岩这样的坚硬岩层时，常导致钻探打滑，钻进极慢几乎不进尺，钻孔效率严重降低，而且钻头寿命较短。这样的地层称为坚硬打滑地层。金刚石钻进效率-----采用金刚石钻头钻进时每小时钻进的进尺，单位m/h

提高坚硬打滑地层金刚石钻进效率现状公司方针以人为本，技术创新；产品合格，顾客满意；环保达标，健康安全；提高效率，持续改进。必须保证勘察项目工程的进度。公司要求课题选定顾客要求2P阶段（计划阶段）2.1选题理由

图1：选题理由流程图制图：谢克校核：黄黎明2013年3月1日第一次小组活动通过钻进效率低2.2活动计划为了使活动有计划地开展，小组成员制定了活动计划。图2活动计划甘特图内容月份3456789P选题、现状调查制定目标原因分析要因确认制定对策

D对策实施

C效果检查

A巩固措施与总结制图：杨国春校核：谢克2013年3月1日第一次小组活动通过2.3现状调查在地质勘探中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备称为钻机。主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具。钻具的钻进端是钻头。按破碎岩石的方式，可分为回转式钻机、冲击式钻机、冲击回转式钻机等；按钻探深度，可分为型号，100型可以钻进100米左右，300型钻进300米左右，等等。钻机的选择是按照深度和需求来选择的，钻机的钻进转速和压力按照钻探规范来施加，而钻具的钻头要用通过试验和经验来选择。在遇到坚硬打滑岩层时，常导致钻探打滑，进尺极慢几乎不进尺，钻孔效率严重降低，而且钻头寿命较短。试验各钻孔钻进至弱风化岩层时钻进效率及钻头使用情况调查见表4。

表4：每个100m深钻孔钻进效率及钻头使用情况调查统计表制表：苏光校核：黄黎明2013年3月11日第二次小组活动整理

通过对4个坚硬打滑地层工地现状调查，效率平均为0.315m/h。低于我单位其他非坚硬打滑地层工地平均值（1.1m/h）。小组对效率低的现状，再进行问卷调查统计。通过向生产人员（包括钻探长期农民工）发出问卷调查表，发出调查问卷130份，收回问卷120份。见表5。

表5坚硬打滑地层金刚石钻进效率低原因问卷调查统计表

图3排列图制图：谢克校核：黄黎明2013年3月11日第二次小组活动通过项目造成效率低的原因频数累计频数累计百分比（%）1钻头原因868671.072钻机原因129880.993钻具原因910788.434人为原因611393.395环境原因511897.526其它原因2120100.00从调查得知，坚硬打滑地层，效率平均为0.315m/h。低于我单位其他非坚硬打滑地层平均值（1.10m/h）。通过问卷调查得知钻头原因是主要问题。结论：钻头原因，是坚硬打滑地层金刚石钻进效率低的问题症结。2.4

设定目标2.4.1设定目标经过小组讨论决定，将本次活动的目标值定为：坚硬打滑地层金刚石钻进效率从现状平均0.315m/h提高到平均1.100m/h。详见图4。制图：苏光校核：黄黎明2013年3月30日第三次小组活动通过图4目标柱状图平均0.315m/h平均1.100m/h

2.4.2目标设定依据

依据1：经过调查坚硬打滑地层，效率平均为0.315m/h。其它非打滑坚硬地层平均值为1.1m/h。只要解决不打滑问题，视打滑地层为不打滑地层，就能达到非打滑坚硬地层平均值----1.1m/h。

依据2：小组由生产高级管理人员、高级技术专家、钻探专业工程师、技师等组成，有很强的实践能力，在技术革新上有丰富的经验。

结论：我们认为制定的目标值可以实现。

2.5

原因分析

目标设定后，小组成员充分开阔思路，集思广益，对“钻头原因导致坚硬打滑地层金刚石钻进效率低”的原因进行分析和归纳，并整理出因果分析关联图。详见图5。钻头原因导致坚硬打滑地层金刚石钻进效率低钻头胎体硬度选择不当钻头消耗严重钻头焊接质量差金刚石不能自锐出刃金刚石浓度和粒度未选择好金刚石容易脱落金刚石钻头未研磨焊工操作不当钻头唇面形状选择不当图5因果分析关联图制表：黄黎明校核：谢克2013年4月8日第四次小组活动通过

通过原因分析，找出了“钻头原因导致坚硬打滑地层金刚石钻进效率低”的5条末端因素，即：1、焊工操作不当；2、金刚石浓度和粒度未选择好；3、钻头胎体硬度选择不当；4、金刚石钻头未研磨；5、钻头唇面形状选择不当。

2.6

确定要因

小组成员针对因果分析关联图中的4条末端因素，逐一进行充分的调查分析。原因一：焊工操作不当确认方法：分析论证确认标准：公司《员工培训管理办法》确认人：李少明时间：2013-4-15公司《员工培训管理办法》等文件，明确了有关培训的工作，焊工工龄都在8年以上，而且每年都进行几次的技术培训考核，没有收到焊接引起质量问题反馈。结论：“焊工操作不当”为非要因。表7确认二：原因二：金刚石浓度和粒度未选择好确认方法：现场试验确认标准：有关钻探规范确认人：杨国春时间：2013-4-15从试验结果得知：金刚石浓度和粒度直接影响了钻进效率（注：100目=0.149mm）结论：“金刚石浓度和粒度未选择好”为要因。表6确认一：表8确认三：原因三：钻头胎体硬度选择不当确认方法：现场试验确认标准：有关钻探规范确认人：李少明时间：2013-4-15从试验结果得知“金刚石钻头胎体硬度”直接影响了钻进效率。结论：“钻头胎体硬度选择不当”为要因。表9确认四：原因四：金刚石钻头未研磨确认方法：现场试验确认标准：有关钻探规范确认人：谢克时间：2013-4-15研磨前，钻进1.233m后不进尺。效率为0.301m/h。研磨一次钻头后，最多可钻进6.535m，效率可达到0.95m/h。由此可见，“金刚石钻头未研磨”直接影响了钻进效率。结论：“金刚石钻头未研磨”为要因。表10确认五：原因五：钻头唇面形状选择不当确认方法：现场试验确认标准：有关钻探规范确认人：黄光延时间：2011-4-15通过钻头胎体硬度相同，不同唇面形状对比试验得知，钻头的唇面形状对钻进效率影响很大。效率相差5到6倍。结论：“钻头唇面形状选择不当”为要因。制表：苏光校核：黄黎明2013年4月15日第五次小组活动通过通过小组成员的调查、分析论证，确定的要因是：1、金刚石浓度和粒度未选择好；2、钻头胎体硬度选择不当；3、金刚石钻头未研磨；4、钻头唇面形状选择不当。2.7制定对策要因确定后，小组成员按5W1H要求，针对要因的现状、要达到的目标、所采取的措施、计划完成时间、负责人和检查人等进行了认真的讨论，并逐一制定了对策表。见表11。表11

对策表序号要因对策目标措施地点计划完成时间负责人1金刚石浓度和粒度未选择好通过现场试验找到最佳配方试验后效率超过0.315m/h1、选择武汉金地、无锡众金、无锡探矿工具厂和长春圣四方等不同厂家的钻头进行优选；2、选择不同的浓度和颗粒目数进行优选；3、总结出最佳配方；岩滩工地现场2013.06李少明、杨国春、谢克2钻头胎体硬度选择不当通过现场试验找到最佳硬度试验后效率超过0.315m/h1、通过钻头唇面形状相同，不同胎体硬度对比试验；2、总结出最佳硬度；岩滩工地现场2013.06杨国春、苏光、黄黎明制表：苏光校核：谢克2013年4月29日第六次小组活动通过序号要因对策目标措施地点计划完成时间负责人3金刚石钻头未研磨通过现场试验确定试验后效率达到或超过0.315m/h1、通过现场钻头研磨对比试验；2、总结出最佳状态。岩滩工地现场2013.06杨国春、李少明、谢克4钻头唇面形状选择不当通过现场试验找到最佳形状试验后效率达到或超过0.315m/h1、通过钻头胎体硬度相同而唇面形状不相同的对比试验；2、总结出最佳钻头唇面形状。岩滩工地现场2013.06苏光、黄黎明、杨国春表11

对策表（续表）

3D阶段（对策实施）

3.1对策实施一在岩滩工地现场，进行试验。

表12用优选法，选择武汉金地、无锡众金、无锡探矿工具厂和长春圣四方等不同厂家的钻头进行优选。钻头外径95mm，金刚石品级为SMD优级。金刚石粒度选在46~100目（100目=0.149mm），金刚石浓度选为50%~100%之间试验，试验结果见表12，优选结果：金刚石粒度选为100目，金刚石浓度为50%。效率达到了0.80m/h。效果评价：小目标达到。

3.2对策实施二在岩滩工地现场，首先对钻头唇面形状相同，不同胎体硬度做了多组金刚石钻头的对比试验，其结果见表13。

制表：谢克检查人：黄黎明2013年5月20日检查地点：岩滩水电站

表13钻头唇面形状相同，不同胎体硬度对比

由表13可知，钻头的胎体硬度选择在HＲC15～20为宜。因为胎体软，钻头消耗严重，胎体过硬，金刚石不能自锐出刃，如图6。经过试验胎体硬度选择HＲC15～20。效率达到了0.90m/h。

图6HＲC10～15齿轮钻头(左)，

HＲC15～20齿轮钻头(右)制表：谢克检查人：黄黎明2013年6月25日检查地点：岩滩水电站效果评价：小目标达到。3.3对策实施三在现场使用打磨机在地面进行打磨，但效果不明显，金刚石出露不好。打磨后使用的钻头如图7所示。该钻头胎体硬度为HＲC15～20钻头，打磨后钻进1.233m后不进尺。孔内投入磨料研磨钻头能够很好地提高钻进效率，研磨一次钻头，最多可钻进6.535m，经过试验效率达到了0.95m/h。图7使用打磨机打磨后使用的图片检查人：黄黎明2013年7月21日检查地点：岩滩水电站效果评价：小目标达到。

制表：李少明检查人：黄黎明2013年8月28日检查地点：岩滩工地3.4对策实施四金刚石钻头的胎体硬度已经通过对比试验确定，现在钻头的唇面形状上进行优选，其对比试验结果见表14。由表14可知，钻头的唇面形状对钻进效率的影响很大，在齿轮、斜直齿、同心环这三种唇面形状中选择斜直齿钻头。因为斜直齿钻头即具备了齿轮钻头的切削性，又具备了同心环钻头的耐磨性，这样不仅提高了钻进效率，同时也减少了钻头的损耗，提高了钻头的使用寿命。使用后的三种唇面形状的钻头(如图8所示)。通过试验，钻头的唇面形状选择斜直齿钻头效率达到了1.00m/h。效果评价：小目标达到。表14钻头胎体硬度相同，不同唇面形状对比同心环钻头(左);斜直齿钻头(中);齿轮钻头(右)图8胎体硬度为HＲC15～20金刚石钻头4C阶段（检查阶段）4．1目标检查经过小组共同努力，将制定的所有对策实施后，得到了钻头优选参数如下：1）金刚石粒度选为100目，浓度是50%；2）钻头的胎体硬度选择在HＲC15～20；3）孔内投入磨料研磨钻头；4）钻头的唇面形状选择斜直齿钻头。经过在四川某水电站石英岩钻进结果见表15表15

工程钻进效率统计表（单位:m/h）钻孔孔号zk69zk12zk18zk38zk29zk13zk20zk27zk54zk34效率（h/m）0.910.951.251.551.350.951.250.951.501.25钻孔孔号zk61zk35zk19zk39zk55zk31zk22zk19zk59zk66效率（h/m）0.951.250.951.451.351.250.951.351.500.95平均：1.193m/h活动后效率为1.193m/h，超过了原设定的1.100m/h目标值。实现了课题总目标！

0.315m/h实施前

目标值

实施后1.193m/h1.100m/h图9

实施效果对比柱状图制表：黄黎明校核：谢克2013年9月20日第八次小组活动通过制图：黄黎明校核：谢克2013年9月20日第八次小组活动通过

4．2经济效益每年节约材料成本：本单位每年钻探进尺3-4万m,例如2013年为34175m，其中坚硬打滑岩层占26.4%，每米材料成本约为450元，效率提高了（1.193-0.3