深孔鉆探金剛石鉆頭技術研究

     隨著社會的飛速發(fā)展，能源礦產(chǎn)的供求關系是制約著我國社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素,　能源礦產(chǎn)的高效快速開發(fā)已經(jīng)成了我們國家的重要戰(zhàn)略目標。

1.　深孔鉆探金剛石鉆頭技術的概述

　　傳統(tǒng)深孔鉆探所遇到的困難。在進行深部巖石層的鉆探時,施工周期比較長,而且孔壁不夠穩(wěn)定,伴隨著下鉆的次數(shù)增加讓鉆孔的穩(wěn)定性更加降低,非常容易發(fā)生孔內(nèi)事故。提鉆和下鉆的次數(shù)頻繁,鉆桿的損傷就會加劇。所以,根據(jù)深孔鉆探的施工特點和條件,提鉆的間隔和回次進尺要求最好是越長越好,金剛石鉆頭是鉆探巖石比較專業(yè)的工具,所以金剛石鉆頭在深孔鉆探的應用起到很大的作用。

　　金剛石鉆頭具有高效長壽的的特點,不僅把鉆頭在井底工作的時間延長了,還降低了提下鉆的次數(shù),更達到了取樣快速的目的,滿足了深孔鉆探的要求,大大的縮短了工程工期,也同時把我國的鉆探技術提升到一個新的臺階。

2.　深孔鉆探金剛石的設計方法以及研究思路

　　為了使金剛石鉆頭在深孔鉆探達到更高的要求。要使金剛石具備高效率、長壽命的特點,必須從鉆頭的材料和結構設計方面著手,對鉆頭的水路和切削結構來進行優(yōu)化設計,其中包括鉆頭的制造工藝、金剛石參數(shù)、胎體的性能、結構形式來進行研究分析,設計的目的就是平衡金剛石在一定的切削單位下工作,從而防止有些地方先受到損害,讓鉆頭的工作能力能最大化的發(fā)揮,而達到鉆頭的高效率和長壽命。

　　深孔鉆探金剛石鉆頭的結構設計,鉆頭設計的出發(fā)點是延長鉆頭的使用壽命以及提高鉆頭的鉆速,但是鉆頭的使用壽命卻是首先應該考慮的因素,所以金剛石的工作層是決定深孔鉆探金剛石鉆頭的關鍵之一。在考慮了金剛石層的冷卻效果之后,高胎體鉆頭的水路設計主要有兩種形式,一是雙水口高胎體;二是單水口的高胎體,隨著鉆頭工作層的增高,也需要特殊設計鉆頭的保徑措施,要起到保徑的功能,還要不影響鉆進的效率。所以在設計鉆頭的結構時要確保金剛石層的保徑設計、水路布置和結構強度,同時也必須考慮到金剛石層的抗疲勞載荷性能以及抗沖擊性能,影響金剛石層強度的水口結構,在水路的布置上要考慮金剛石的冷卻能力以及各個水口沖洗液的流量分布。

　　影響金剛石鉆頭壽命長短還有超細粉末,胎體結合劑也制約著金剛石鉆頭的質(zhì)量,為了讓金剛石鉆頭擁有較好的把持力,通常該對胎體的材料進行改善,需要加入一些有利于金剛石鉆頭濕潤性的元素,這樣不僅能很好的保持金剛石鉆頭的熱穩(wěn)定性,還能降低鉆頭的燒結溫度。

　　金剛石的參數(shù)設計以及胎體的性能。根據(jù)不同的地層條件,設計出不同性能的鉆頭胎體,研究分析胎體的耐磨性和硬度,在滿足這兩個要求的情況下,要對胎體的抗沖擊韌性和抗彎強度盡可能的提高,這對高胎體的鉆頭非常重要。

　　研究金剛石鉆頭的制造工藝。從制造的合理性以及可行性來考慮高胎體鉆頭,要用無壓浸漬和二次鑲嵌兩種金剛石鉆頭的方法。要確定燒結工藝的最佳參數(shù),就必須對胎體配方、浸漬金屬來進行工藝試驗。對于二次鑲嵌的鉆頭,需要對預合金粉末的保溫時間、燒結溫度、燒結壓力來試驗,用以確定制造鉆頭的工藝。

3.　如何在進行深孔鉆探時提高金剛石鉆頭的使用壽命

　　為什么要在深孔鉆探時使用金剛石鉆頭？因為在進行鉆探的過程中金剛石鉆頭由于它高效長壽的特點,大大降低了全部起鉆的次數(shù),降低了工程成本,更提高了鉆頭鉆速,提高了收益。

　　要從超硬的材料入手,借助金剛石鉆頭中新型超硬的材質(zhì),提高鉆頭的耐磨性,以此來實現(xiàn)鉆頭使用壽命的延長。

　　在鉆頭的結構上面下手,開發(fā)出具有多層水口的高胎體的金剛石鉆頭。雖然在耐磨性方面胎體沒有很明顯的改變,但是超高胎體在孔底工作的時間就變得更長了,通過這個來增長鉆頭使用的壽命。

　　在孔底換鉆頭也可以延長鉆頭的使用壽命。

　　從各個方面(鉆探的工藝、泥漿工藝、操作規(guī)程)入手,都可以不同程度地提高鉆頭的使用壽命。

4.　深孔鉆探的鉆進方法以及操作時需要注意的問題

　　不同的地層具有不同的特點,要根據(jù)鉆孔的結構特點來進行鉆探。

　　在鉆進斷裂帶的時候,因為地層坍塌、破碎、斷層的泥緊縮,造成了流速大、間隙小、泵壓損耗大等一些故障,因此使鉆頭無法順利下鉆。容易在起拔和下入超深套管,造成下入的時候不到位,在起拔的時候容易斷裂。但是在實際的鉆探過程中,我們一般加大外徑的鉆頭以及擴孔器。

　　在鉆頭鉆進的過程中要隨時對沖洗液的性能進行調(diào)整,鉆進的前后要多對孔進行沖洗,保持孔內(nèi)的清潔。

　　在操作的過程中,每個回次前后要進行仔細的稱重,要避免脫扣和斷鉆時判斷失誤,把事故弄復雜化,在每個回次的前后更應該準確丈量機上的余尺,用來保證事故出現(xiàn)的時候位置較為準確。

　　隨時要注意孔內(nèi)的泵壓、返水、異常的聲響以及電流變化,從而降低和防止燒鉆、斷鉆的發(fā)生。

　　在鉆進的時候,深孔的摩擦阻力會很大,這個時候鉆頭要從孔底離開,慢慢輕合離合器,等待鉆速快接近選定的速度時,鉆頭再慢慢接近孔底正常鉆進,這樣做的目的就是防止鉆頭的扭矩瞬間增大把鉆桿折斷。

　　在進行主斷層的鉆進時,要更換新的鉆具,在鉆具的上面部分要用幾根新的鉆桿,防止鉆桿斷裂,從而預防發(fā)生復雜的事故。鉆孔內(nèi)出現(xiàn)漏失不反水的情況時,要涂潤滑脂在鉆桿上,以降低鉆桿的磨損和回轉(zhuǎn)阻力。

　　如果在鉆進比較復雜的地層時,出現(xiàn)了機器故障或者其他的事故時,應該把鉆具從孔內(nèi)提出來,或者提離復雜的孔段。

　　5 結語

　　在深孔鉆探的工程里,金剛石鉆頭的使用大大提高了鉆探的效率,提高了鉆探的成本,降低了工程的成本,在能源礦產(chǎn)的開發(fā)中發(fā)揮了巨大的作用。隨著科技的不斷進步,能源的需求量越來越大,大力研制高效率、低成本、使用周期長的鉆頭已經(jīng)成為能源礦產(chǎn)開采方面的迫切需求。