鉆頭的合理選擇及使用

1.鉆頭的合理選擇

為了獲得最佳的鉆進效果和技術(shù)經(jīng)濟指標，必須合理選擇鉆頭，選型不當就可導(dǎo)致鉆頭提前磨損，影響鉆頭使用壽命，因此，應(yīng)在對鉆頭結(jié)構(gòu)和工作原理充分理解的基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)實際出發(fā)，綜合考慮鉆進工藝、地層條件、鉆進設(shè)備及其他因素對鉆頭使用的要求，合理選擇鉆頭。

煤礦井下隨鉆測量定向鉆進配套使用孔底馬達，鉆孔深度大，同時還需進行分支孔鉆進。因此，應(yīng)選擇鉆速快、壽命長、造斜穩(wěn)斜性能好的胎體式PDC定向鉆頭，由于其鉆頭體耐磨性強，所選用的PDC性能優(yōu)異，最佳適用地層為1～8(f≤10)級的完整巖層，部分軟硬互層及少量裂隙發(fā)育地層中也可以正常使用。

鉆頭直徑的選擇，應(yīng)充分考慮使鉆具組合滿足鉆頭穩(wěn)定鉆進的要求。煤礦井下隨鉆測量定向鉆進施工通常采用φ73mm中心通纜式鉆桿，與之配套的鉆頭直徑推薦選用φ96mm。在松軟煤層中鉆進時，應(yīng)選用布齒密度較低、保徑寬度較窄且具有退鉆反切削齒的胎體式PDC定向鉆頭;在硬煤層及巖層中鉆進，應(yīng)選用布齒密度中等、保徑效果較好的胎體式PDC定向鉆頭，其技術(shù)參數(shù)見表5-4。

表5-4 隨鉆測量定向鉆頭技術(shù)參數(shù)

2.鉆頭的合理使用

如何使用好鉆頭是取得最佳鉆進效果的關(guān)鍵，在實際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)由于使用方法不當而導(dǎo)致鉆頭提前報廢的情況，為保證PDC鉆頭正常使用，必須嚴格按照以下要求進行操作:

1)應(yīng)選擇合理的鉆具級配，力求鉆頭工作平穩(wěn)，切削齒不至于因受力不均而損壞。

2)PDC鉆頭切削齒抗沖擊能力較差，在運輸及搬運過程中應(yīng)輕裝輕放，嚴禁砸、碰、拋擲鉆頭。鉆頭應(yīng)在干燥、通風環(huán)境中存放。

3)從包裝箱內(nèi)取出鉆頭，應(yīng)先用軟質(zhì)材料做好襯墊，不允許在鋼質(zhì)或其他硬質(zhì)材料上碰撞或滾動鉆頭，防止損壞切削齒和螺紋。

4)鉆頭使用前應(yīng)對各部位進行現(xiàn)場檢查，包括鉆頭直徑是否符合要求、連接螺紋是否完好、切削齒是否有損傷、鉆頭內(nèi)孔是否有異物、水眼水槽是否暢通。

5)安裝及拆卸鉆頭時，不許用榔頭敲擊鉆頭以免對切削齒及保徑部位造成損傷，安裝前應(yīng)在螺紋部位涂抹潤滑脂。

6)開孔前應(yīng)將開孔點修整為凹坑，以免開鉆時鉆頭擺動太大造成損傷。在開孔時或二次下鉆后，應(yīng)首先采用輕壓、慢轉(zhuǎn)、適當泵量(絕對不允許干鉆)鉆進0.2～0.3m，完成孔底造型后，再平緩均勻地增加鉆壓、轉(zhuǎn)速和泵量，然后按照正常鉆進規(guī)程鉆進。

7)下鉆時速度要慢，防止巖石探頭、脫落的巖石碰壞鉆頭切削齒。在鉆頭接近孔底之前，應(yīng)開啟水泵，充分沖刷孔底，觀察出水是否正常，防止鉆頭水眼堵塞。

8)鉆進時應(yīng)確?？椎浊鍧?，如果孔內(nèi)有脫落的切削齒、保徑硬質(zhì)合金、鋼件等異物，很容易導(dǎo)致PDC定向鉆頭的早期損壞。

9)由于PDC復(fù)合片與鉆頭體之間是采用低溫焊料焊接的，因此，工作中的鉆頭必須要有充足的循環(huán)沖洗液來保證對其冷卻和清洗。鉆進過程中嚴禁斷水，避免燒鉆事故發(fā)生，防止掉片和巖屑重復(fù)破碎，而影響鉆頭使用壽命。

10)鉆進過程中應(yīng)精心操作，時刻注意孔底工況，如發(fā)現(xiàn)有異常的振動或無進尺、泵壓明顯升高或降低、機械鉆速突然下降、扭矩增大等現(xiàn)象，應(yīng)及時排查，必要時提鉆檢查，不可強行加壓鉆進。

11)當PDC定向鉆頭鉆遇強研磨性夾層時，其切削齒的磨損將隨著轉(zhuǎn)速和鉆壓的增加而加劇。為延長鉆頭壽命，應(yīng)采用低轉(zhuǎn)速和盡可能低的鉆壓。遇到地層變化或夾層時，應(yīng)及時調(diào)整鉆壓和轉(zhuǎn)速，以達到最優(yōu)的鉆頭壽命和鉆進速度，獲得最佳的鉆進效果。

12)正常鉆進時應(yīng)以鉆壓和轉(zhuǎn)速的乘積為約束條件，不能同時使用最高鉆壓和最高轉(zhuǎn)速，鉆進中操作要平穩(wěn)，嚴禁猛提猛放、溜鉆和頓鉆。

13)盡可能避免用PDC鉆頭擴孔，若在較短的孔段需要擴孔時，應(yīng)采用小鉆壓、適中轉(zhuǎn)速以及較大泵量。

14)鉆頭使用后期，因切削齒磨損而使承壓面積增大，需適當增加鉆壓以保持鉆進速度。

15)同一鉆孔使用多只鉆頭時，鉆頭要排隊輪換使用，先用外徑大的，后用外徑小的。

16)在鉆進軟巖及黏性地層時，鉆頭有時會產(chǎn)生泥包現(xiàn)象，影響正常鉆進，主要征兆為鉆速及扭矩突然下降、泵壓增加，此時應(yīng)對鉆頭進行清洗，主要方法是將鉆頭提離孔底，然后開大泵量和正常轉(zhuǎn)速，從而清洗鉆頭表面。

17)起鉆前應(yīng)逐步減小鉆進規(guī)程參數(shù)，停止鉆頭轉(zhuǎn)動，使鉆頭上的鉆壓逐漸得以釋放;在膨脹等復(fù)雜地層，起鉆速度不能太快，以免“抽吸”作用造成塌孔或突出事故。

3.鉆頭的磨損

PDC定向鉆頭的磨損分正常磨損和非正常磨損兩種，正常磨損表現(xiàn)為鉆頭心部至外側(cè)切削齒磨損逐漸加重，設(shè)計良好的鉆頭基本可實現(xiàn)等速磨損，PDC片無斷裂、掉片、脫落現(xiàn)象、鉆頭體沖蝕正常、隨著進尺的增加磨損量逐漸增大。PDC鉆頭的非正常磨損往往表現(xiàn)為:

1)燒鉆。鉆進過程中若鉆壓過大，轉(zhuǎn)速過快，鉆頭工作面與巖石之間強烈摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，斷水、干鉆或地層漏失出現(xiàn)沖洗液假循環(huán)等帶來沖洗液不足，或水眼堵塞等，無法及時帶走巖屑和熱量，這些往往容易造成燒鉆事故。由于復(fù)合片切削齒與鉆頭體之間的連接是低溫焊接，溫度過高導(dǎo)致鉆頭因掉片而失效，鉆頭體變?yōu)樗{色或棕色，甚至與巖石燒結(jié)在一起，常常引起重大事故。為防止燒鉆事故發(fā)生，應(yīng)控制合理的鉆進速度，保證沖洗液循環(huán)暢通。

2)拉槽。當鉆壓過大、冷卻不良造成微燒鉆，孔底有異物、擴孔鉆進或掃孔，外刃脫落或斷裂，這些都會造成鉆頭冠部拉槽。復(fù)合片金剛石層脫落或復(fù)合片覆蓋不全也容易造成鉆頭冠部拉槽。

3)鉆體損壞。若孔內(nèi)有臺階、探頭石或坍塌掉塊、縮徑孔段，鉆頭受到強力擠壓，都會造成鉆頭胎體損壞，孔底巖粉過多會嚴重磨損鉆頭體。

4)切削齒損壞。主要表現(xiàn)為磨損嚴重、斷齒、掉齒、焊接失效和熱裂紋等。

5)水口水槽嚴重沖蝕。所鉆巖層研磨性特高，或沖洗液含砂量高且流速過高，都會造成鉆頭水口水槽嚴重沖蝕，影響鉆頭強度。

6)鉆頭外徑過早磨損。若鉆頭保徑太弱或巖石硬度過高，導(dǎo)致外徑過早磨損。