孕镶金刚石钻头胎体硬度选择

孕镶金刚石钻头胎体硬度选择 孕镶金刚石钻头现在普遍应用于钻探生产中，具有抗压能力大、抗磨能力强、抗冲击能力较好、价格相对较低、工业制造过程简单等特点。本文介绍了孕镶金刚石钻头的碎岩机理、选择依据和使用方法，并对钻头磨损形态进行了分析，为以后选择和使用孕镶金刚石钻头提供了一些参考。 孕镶金刚石钻头就是把较细的金刚石均匀的分布到钻头胎体中，这种钻头配有不同硬度的胎体，可以钻进各种硬度的岩石，特别是钻进中等硬度以上的岩石，钻进效率高、成本低、岩芯采取率高、钻孔弯曲度小，能钻进任何倾角的钻孔。 1孕镶金刚石钻头的碎岩机理 由于孕镶金刚石钻头的金刚石颗粒较细，对于岩层的体积破碎效果很小，实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件，即以唇面上多而小的硬质点(金刚石)对加工件(孔底岩石)进行刻划、磨削，并随着原有硬质点的逐渐磨损和消失，胎体也在不断磨耗，新的硬质点又裸露出来继续工作。实际上，孕镶钻头在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的“自磨出刃作用”而常处于锐利状态。 孕镶钻头在孔底的工作过程是非常复杂的，钻头被钻具紧压在孔底岩石表面，钻具的振动和变形加强或减弱了加在孔底的钻压，而往复泵送出的冲洗液又是脉动的，更加剧了钻具和钻头的振动，所以不排除孔底存在微动载的破岩过程。 2孕镶金刚石钻头的选择依据 孕镶金刚石钻头的结构参数较为复杂，选择时应根据所钻岩层性 质考虑金刚石品级、胎体性能、保证胎体自锐、唇面形状、内外径补强和水路设计等因素。 2.1选择金刚石参数 孕镶钻头使用的天然和人造金刚石粒度取决于所钻岩石的岩性(表1)。 表1孕镶钻头用的金刚石粒度表 选择金刚石浓度的依据包括:所钻岩石的硬度、研磨性、完整程度;金刚石的品级和粒度;兼顾胎体的包裹能力和钻压值的大小。 总之岩石坚硬致密，金刚石质量好、粒度细、浓度宜较低(若唇面的单位压力较大时，可选较高的浓度)，这样对提高胎体耐磨性有好处。合适的浓度为70,,120,，过高了将影响胎体的包镶能力和钻速。 2.2合理选择钻头胎体 由于常规的胎体配方可以满足抗弯和抗冲击的要求，所以选择胎体主要考虑其硬度和耐磨性两方面。 由于胎体硬度容易测得，虽然不能完全代表其耐磨性，但目前仍习惯于用胎体的硬度来表示其耐磨性。我国孕镶金刚石钻头制造业采用的胎体硬度(耐磨性)指标如下表。 表2孕镶金刚石钻头的胎体硬度和研磨性 总之为了保证孕镶金刚石钻头及时出刃，在钻进过程中孕镶钻头胎体的磨损应稍前于金刚石。 合适的胎体耐磨性应能使唇面的金刚石正常出刃，并且在每粒金刚石的后面形成蝌蚪状支撑，随着工作金刚石的磨钝，胎体应在岩粉的磨蚀下促进新的金刚石出刃。 当钻进的岩石变硬时，金刚石磨损的更快，这时产生的岩屑变得更薄，数量也少，因此岩屑对胎体的磨蚀作用也弱于稍软的岩石。所以在坚硬的岩石中钻进时，必须选择低耐磨性(硬度较小)的胎体。 2.3底唇面形状的作用 孕镶金刚石钻头的底唇面形状适应岩层如下: ?1平底形—适用于中硬和中研磨性岩层。 ?2圆弧形—适用于硬和强研磨性岩层。 ?3阶梯形—适用于中硬至硬地层。 ?4尖齿形—适用于易孔斜、打滑地层。 注意:孕镶金刚石钻头的底唇面形状比较简单，在孔内磨合一段 时间后便自然形成圆弧形，有利于形成破碎自由面。 3金刚石钻进的操作要领 ?1新钻头下入钻孔内，必须要进行“初磨”(轻压慢转，选平常的1,2,1,4)。 ?2“五不扫”:不用金刚石钻头扫孔、残留岩芯、脱落岩芯、掉快、探头石。 ?3“三必提”:下钻遇阻，轻钻无效必提;岩芯堵塞必提;钻速骤降必提。 ?4减压钻进时，要用钢丝绳拉紧立轴后再倒杆，倒杆后，用油缸将钻具提直后再开车。(防止钻头在承压过大的情况下，突然转动而损坏) ?5钻进过程中，不要轻易提动钻具，不准将钻具提离孔底，不准使用三通阀门调节泵量。 ?6在复杂地层钻进时，升降钻具不得过快并随时回灌冲洗液，以防止因“抽吸作用”导致塌孔或因“压力激动”而压裂孔壁岩石。 ?7及时清除孔底岩粉，保证孔底清洁。 ?8注意钻具工作的稳定性，采取措施防振减振。 ?9钻进中发现“打滑”现象，不准盲目加压，应选择底唇面积较小的钻头或向孔内投石英块，卵砾石层中冲击回转钻进 ?10每次提钻后，要仔细观察钻头和岩芯，发现问题及时解决。 ?11坚守岗位、精心操作。 注意:当发现孕镶金刚石钻头出现下述情况应停止使用。 (1)钻头内外径消耗0.3,0.4mm，孕镶工作层已磨耗殆尽。 (2)胎体被冲蚀，水口金刚石又掉落的危险 (3)扩孔器外径磨损严重(已小于钻头外径尺寸)。 4对钻头磨损形态的分析 孕镶钻头正常磨损的标志是:内外径和工作层磨耗均匀，胎体内外径磨耗不超过0.02mm,m，工作层的磨耗不超过0.1mm,m;底唇面由平面变成圆弧形并磨成轻微的“蝌蚪状”。 孕镶钻头非正常磨损的原因有(1)钻头参数不对应。(2)规程参数不合理。(3)操作有误。 孕镶钻头非正常磨损的标志及原因分析: ?1钻头唇面光滑，进尺缓慢——表明胎体过硬 ?2胎体底部成内外锥形——表明钻头内部内外径补强不足或钻进了破碎地层。 ?3钻头出现了偏磨现象——表明钻头与钻具同心度差或者水口与水槽规格不一致。 ?4钻头外径磨损严重甚至成外锥形——表明钻头长时间扫孔(或探头石)或者是外径补强不好。 ?5钻头内径磨损严重甚至成喇叭形——表明钻头长时间扫岩芯或岩芯堵塞或内径补强不良。 ?6钻头内、外径同时磨损严重，甚至出现阶状——表明孔底有金属碎屑(或岩石硬粒)或金刚石分布不均匀或者是内外径补强不良。 ?7钻头胎体磨损过快，金刚石出露过多——说明胎体软或孔底 积存岩屑过多。 ?8钻头水口或底唇面出现冲蚀的沟槽——说明泵量过大或冲洗液含砂量过多或胎体软。 ?9钻头唇部出现沟槽——说明冲洗液冷却钻头不良或转速钻压配合不当或金刚石分布不均或孔内有异物(或硬岩唇)。 ?10胎体或钢体变为蓝色——说明冷却不良已发生一定程度的烧钻。 ?11胎体出现裂纹——说明内外水槽过深钻具强烈振动。 ?12钻头钢体上出现刻痕拉槽——说明孔内有硬碎异物。 5小结 从孕镶金刚石钻头的结构特征入手，全面掌握该钻头的工作特性，可充分发挥金刚石钻探工艺的优势，有助于总结经验，也有助于解决钻探过程中的疑难问题。