地質(zhì)深孔鉆探金剛石鉆頭技術(shù)研究

1 深孔鉆探金剛石鉆頭技術(shù)的概述
　　傳統(tǒng)深孔鉆探所遇到的困難。在進(jìn)行深部巖石層的鉆探時(shí),施工周期比較長(zhǎng),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(huì)加劇。所以,根據(jù)深孔鉆探的施工特點(diǎn)和條件,提鉆的間隔和回次進(jìn)尺要求最好是越長(zhǎng)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(yīng)用起到很大的作用。
　　金剛石鉆頭具有高效長(zhǎng)壽的的特點(diǎn),不僅把鉆頭在井底工作的時(shí)間延長(zhǎng)了,還降低了提下鉆的次數(shù),更達(dá)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(shí)把我國(guó)的鉆探技術(shù)提升到一個(gè)新的臺(tái)階。
　　2 深孔鉆探金剛石的設(shè)計(jì)方法以及研究思路
　　為了使金剛石鉆頭在深孔鉆探達(dá)到更高的要求。要使金剛石具備高效率、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn),必須從鉆頭的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面著手,對(duì)鉆頭的水路和切削結(jié)構(gòu)來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),其中包括鉆頭的制造工藝、金剛石參數(shù)、胎體的性能、結(jié)構(gòu)形式來進(jìn)行研究分析,設(shè)計(jì)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(dá)到鉆頭的高效率和長(zhǎng)壽命。
　　深孔鉆探金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),鉆頭設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是延長(zhǎng)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(yīng)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(guān)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)鉆頭的保徑措施,要起到保徑的功能,還要不影響鉆進(jìn)的效率。所以在設(shè)計(jì)鉆頭的結(jié)構(gòu)時(shí)要確保金剛石層的保徑設(shè)計(jì)、水路布置和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,同時(shí)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(qiáng)度的水口結(jié)構(gòu),在水路的布置上要考慮金剛石的冷卻能力以及各個(gè)水口沖洗液的流量分布。
　　影響金剛石鉆頭壽命長(zhǎng)短還有超細(xì)粉末,胎體結(jié)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(duì)胎體的材料進(jìn)行改善,需要加入一些有利于金剛石鉆頭濕潤(rùn)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(jié)溫度。
　　金剛石的參數(shù)設(shè)計(jì)以及胎體的性能。根據(jù)不同的地層條件,設(shè)計(jì)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(gè)要求的情況下,要對(duì)胎體的抗沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度盡可能的提高,這對(duì)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(jié)工藝的最佳參數(shù),就必須對(duì)胎體配方、浸漬金屬來進(jìn)行工藝試驗(yàn)。對(duì)于二次鑲嵌的鉆頭,需要對(duì)預(yù)合金粉末的保溫時(shí)間、燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力來試驗(yàn),用以確定制造鉆頭的工藝。
　　3 如何在進(jìn)行深孔鉆探時(shí)提高金剛石鉆頭的使用壽命
　　為什么要在深孔鉆探時(shí)使用金剛石鉆頭？因?yàn)樵谶M(jìn)行鉆探的過程中金剛石鉆頭由于它高效長(zhǎng)壽的特點(diǎn),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(shí)現(xiàn)鉆頭使用壽命的延長(zhǎng)。
　　在鉆頭的結(jié)構(gòu)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(shí)間就變得更長(zhǎng)了,通過這個(gè)來增長(zhǎng)鉆頭使用的壽命。
　　在孔底換鉆頭也可以延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命。
　　從各個(gè)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(jìn)方法以及操作時(shí)需要注意的問題
　　不同的地層具有不同的特點(diǎn),要根據(jù)鉆孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來進(jìn)行鉆探。
　　在鉆進(jìn)斷裂帶的時(shí)候,因?yàn)榈貙犹?、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(shí)候不到位,在起拔的時(shí)候容易斷裂。但是在實(shí)際的鉆探過程中,我們一般加大外徑的鉆頭以及擴(kuò)孔器。
　　在鉆頭鉆進(jìn)的過程中要隨時(shí)對(duì)沖洗液的性能進(jìn)行調(diào)整,鉆進(jìn)的前后要多對(duì)孔進(jìn)行沖洗,保持孔內(nèi)的清潔。
　　在操作的過程中,每個(gè)回次前后要進(jìn)行仔細(xì)的稱重,要避免脫扣和斷鉆時(shí)判斷失誤,把事故弄復(fù)雜化,在每個(gè)回次的前后更應(yīng)該準(zhǔn)確丈量機(jī)上的余尺,用來保證事故出現(xiàn)的時(shí)候位置較為準(zhǔn)確。
　　隨時(shí)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(jìn)的時(shí)候,深孔的摩擦阻力會(huì)很大,這個(gè)時(shí)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(shí),鉆頭再慢慢接近孔底正常鉆進(jìn),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(jìn)行主斷層的鉆進(jìn)時(shí),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(yù)防發(fā)生復(fù)雜的事故。鉆孔內(nèi)出現(xiàn)漏失不反水的情況時(shí),要涂潤(rùn)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(jìn)比較復(fù)雜的地層時(shí),出現(xiàn)了機(jī)器故障或者其他的事故時(shí),應(yīng)該把鉆具從孔內(nèi)提出來,或者提離復(fù)雜的孔段。
　　5 結(jié)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(jìn)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(zhǎng)的鉆頭已經(jīng)成為能源礦產(chǎn)開采方面的迫切需求。