第一节金刚石钻头的选择和使用塑胶成型

第一节金刚石钻头的选择和使用

第一节金刚石钻头的选择和使用 2011年11月24日 来源： 　　金刚石钻头系指用天然金刚石、人造金刚石、复合片、烧结体、聚晶等作为切削具制成的表、孕镶钻头。钻头本身是一种碎岩工具，其工作对象是岩石。为了获得最佳的地质效果和技术经济指标，必须根据岩石的物理力学性质合理选择钻头。一、选择金刚石钻头的原则　　1、软至中硬(指金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表1-6级〉和完整均质岩层，一般宜用天然表镶钻头、复合片钻头、聚晶钻头，部分可用烧结体钻头。 　　2、硬至坚硬致密的岩层(分级表中7-12级) ，一般宜用孕 镶钻头，尖环槽同心圆或交错尖环槽钻头，或细粒表镶金刚石钻 头。 　　3、在破碎、软硬互层、裂隙发育或强研磨性岩层，如煤系地层，宜用尖齿型广谱钻头或耐磨性好的、补强的电镀孕镶钻头。　　4、根据岩石的研磨性、风化程度和破碎程度选择胎体耐磨性的原则是: 　　（1） 强研磨性岩层，选用高耐磨性的胎体。　　（2） 中等研磨性岩层，选用中等耐磨性的胎体。弱研磨性岩层，选用低耐磨性的胎体。. 　　（3） 复杂岩层，研磨性越强、越硬，选用金刚石品级好、粒度相对细一些的钻头。　　（4） 强研磨性、较破碎的岩层，在保证金刚石包镶良好的条件下，选用金刚石浓度较高的钻头。反之，均质致密、弱研 磨性 的岩层，选用金刚石浓度较低的钻头。 　　（5） 岩层软(1-4级) ，排粉多，选用复合片钻头或聚晶钻头。易冲蚀的岩矿层取心，应采用底喷式钻头。岩石研磨性分类列表如表10-5。 表10—5岩石研磨性分类表研磨性分类 研磨性指标代表性岩石弱性研磨5-20灰岩、大理岩、白云岩、纯橄榄岩、页岩、磷灰岩、石膏、泥质粉沙岩、泥质岩、粉沙岩、灰绿岩矽化菱镁岩、角岩、脉石英、磁铁矿、含铁石英岩、碧玉铁质岩、矽化灰岩、细粒矽质砂岩中等研磨性２０－６５细粒石英长石砂岩、千枚岩、凝灰岩、细位火成岩、致密石英岩、矽卡岩、云英岩、辉长岩、闪长岩、中粒长石砂岩、粗粒石英岩、片麻岩、花岗岩、煌斑岩、汾岩、二云母片岩、霞石正长岩、片理化矽卡岩强研磨性６５－９０以上钠长斑岩、粗粒砂岩、二云母石英片岩、矽化高岭化花岗岩、蚀变花岗岩、含刚玉岩石、 风化粗粒砂岩二　合理使用金刚石钻头根据岩石的物理力学性质正确选择钻头类型之后，还必须 取以下八项技术措施，方能取得最优技术经济指标。1、金刚石钻头、扩孔器要排队轮换使用换使用　　（1 ）根据岩层、设计孔深等情况，钻头、扩孔器应排队轮换使用.。先用外径大的，后用外径小的。同时亦应先用内径小的，后用内径大的。在轮换过程中，应保证使排队的钻头、扩孔器都能正常下到孔底，以避免扫孔、扫残留岩心。 　　（1 ）提钻确后必须用游标卡尺，精测量钻头和扩孔器的 外、内径，以及孕镶钻头的高度，并做好记录，以作为下个回次选择钻头只寸的依据。2、钻头与扩孔器必须合理配合　　（1 ）扩孔器外径应比钻头外径大O.3mm--O.5mm，坚硬岩层 不得大于O.3mm。如扩孔器外径过大，将使扩孔量增加，磨损加剧，钻进效率低。扩孔器外径过小，则起不到扩孔保径的作用。 　　（2 ）钻头内径与卡簧的自由内径必须合理配合。卡簧自由内径过大，则取不上或卡不牢岩心，造成中途脱落或残留岩心过 多；卡簧自由内径过小，易造成岩心堵塞。因此，每次下钻前， 要注意检验钻头尺寸与卡簧的配合尺寸。机场应备2至3种只寸的卡簧以供选配。 3、为金刚石钻头创造良好的工作条件　　（1 ） 金刚石性脆，遇冲击载荷易碎裂，因此要求孔内清洁，孔底平整，孔径规矩。　　（2 ） 发现孔底有硬质合金碎屑、胎块碎屑、脱落的金刚石 颗粒、金属碎屑、脱落岩心、掉块等，要立即采用冲、捞、捣、 抓、粘、套、磨、吸等方法清除。　　（3 ）凡用金刚石钻进的钻孔，禁止采用钢粒钻进。当新钻头下孔前，要进行磨孔处理。　　（14）)换径和下套管前，必须做好孔底的清理和修整工作。换径和下套管后，用锥形钻头将换径台阶修成锥形，并取净孔底 异物，方可钻进。4、改善钻具稳定性钻进过程中，因受钻进技术参数选择不当、孔斜严重、钻具级配不合理、钻孔超径等因素的影响，钻具会产生不同程度的振动。虽不能全部消除振动，但采取相应的下列预防措施，是可得到改善的。　　（1） 采用圆断面、直的、与钻杆同级的机上钻杆和高速轻便水龙头、轻型高压胶管，以消除偏重现象，保持机上钻抨运转平 稳， 防止晃动。不使用弯曲度超过规定的钻杆和粗径钻具。 　　（2） 采用级配合理的钻具，以减少钻具与孔壁或套管内壁的环状间隙，从而减少钻具的"径向"振动. 　　（3） 不得采用过大钻压和泵量钻进。　　（4） 可采用减据器、扶正器或稳定接头. 　　（5） 在强研磨性、破碎、软硬互层的岩层中，禁止盲目开高转速。　　（6） 使用乳化冲洗液、润滑膏，以减少钻具回转时的摩擦阻力和振动。　　（7） 钻机与柴油机的传动轴中心线要对准，机身要周正水平，基础要牢固。5、防止岩心堵塞　　（1）应采用单动双管钻进在节理发育、破碎、倾角大的岩矿层，应设计专用取心工具。　　（2）吸水膨胀、节理发育等易堵岩层应采用内径较小、补强较好的钻头，使岩心较顺利地进入内管。　　（3） 为保证较破碎岩心能平滑顺利地进入内管，内管壁可 以涂适宜的润滑脂或喷涂塑料、镀铭。　　（4） 采取相应的减振措施，减少由于振动造成岩、矿心破碎引起的堵塞。　　（5） 钻进过程中，不允许任意提动钻具，开、关车要平稳，钻压、泵量要均匀。　　6、防止烧钻烧钻指金刚石钻头在钻进过程中，因操作不当或孔内情况复杂，造成钻头被烧毁，无法再用的简称。烧钻轩者使钻头报废，钻头费用剧增;重者，钻头胎体熔化，且和岩粉、残留岩心烧结在一起，甚至发生连同岩心管一起烧毁达1m多的恶性事故，造成被迫终孔或报废。恶性烧钻将引起卡钻事故，往往伴随有钻孔弯曲。因此，烧钻是金刚石钻进最易发生的事故之一，应严格采取预防措施. 　　（ 1 ）保证冲洗液循环畅通金刚石钻进采用高转速。由于钻头、钻具与孔壁间隙小，一且孔底冲洗液补给不足或循环中断，致使钻头冷却不良，排粉不及时，瞬间即可把钻头烧毁。因此，在钻进过程中，始终要保持循环畅通，即:　　①保证泥浆泵处于良好的工作状态。有条件尽量使用变量 泵，取消用调水三通阀门，并配备抗振泵压表、流量计和泵量报警器。无报警器时，要设专人测水量. 　　②保持钻柱良好的密封性能切实防止中途泄漏冲洗液， 钻杆、粗径钻具的拧卸端必须涂丝扣油〈配方见表10一6〉，缠棉丝或垫尼龙圈，杜绝掺漏现象发生.表　１０－６常用钻杆丝扣油配方表编号成分（质量比）用途1铅粉：黄油＝１：２钻杆2铅粉：机油＝２：３钻杆、水管、油气管3铅粉：锌粉：黄油＝１：１：２绳索取心钻杆4石墨（１８０目）：黄油＝１：２钻杆5锌粉：机油：植物油＝６０﹪：35﹪：5﹪钻杆6石墨粉：黄油：苛性碱:机油=50﹪:5﹪:2﹪:43﹪钻杆7滑石粉:黄油=2:1钻杆8石墨粉:机油:黄油:肥皂=60﹪:32﹪:6﹪:2﹪钻杆　　在钻进过程中，惨漏、泄漏极难观察到。这是因为冲洗被未经孔底返回，仍能维持"短路循环"。但细心的、有经验的操作者仍可从泵压的微弱降低和返水是否变清(不带岩粉〉观察出来。 　　应定期进行钻杆地面水压试验.接头丝扣密封不好的，应及时替换或修复。 　　③每次起钻后，在下钻之前都应清洗检查双层岩心管的温水孔、通水间隙、卡簧座与钻头内台肩的间隙。检查钻头水口的高度和内外水槽的宽度和深度，不合格者要修磨〈内外水深度不小于1.5mm，水口高度不小于3mm)，保证良好的过水断面，减轻水压力损耗。 　　④孔底残留岩粉不得超过0.5m。超过时，应专门冲孔排粉，或专程捞取。钻强研磨性岩层，要加大泵量，预防烧钻。 　　（2 ）控制合理的钻进速度在金刚石钻进过程中，切忌盲目加压，追求进尺。钻速过快，造成孔内岩粉淤积，排粉不及时，会产生烧钻，甚至钻孔弯曲。要力求避免这种"恶性连锁反应"。还应再次强调金刚石钻进工艺三要素的有机配合。在钻进硬至硬岩层时，转速是提高孕镶钻头钻速的主要因素;钻坚硬岩层，则应以提高钻压为主。随钻速增长，泵量亦应相应增加。然而，切忌单纯靠盲目加压取得高钻速。一般在6级左右的均质岩 层中，钻速严格控制在2-3m/h之间，并配以适当泵量。 　　（ 3 ）集中精力，精心操作。　　①钻进过程中要精心操作，观察各种仪表显示的数据，以及机械、传动皮带、胶管等的运转和动态变化。一般钻头由硬岩 钻入软岩层，钻速突然变快，泵压增高、钻机回转吃力，都是烧钻的预先。此刻，应立即限制钻速，降低钻压和转速，增大泵量 或停止钻进; 提动钻具并冲孔; 待水路畅通，判断无误时，方可继续钻进。处理无效时，应立即提钻。 　　泵压下降，胶管会由突然跳动趋于平稳; 钻具回转吃力，是泥浆泵汲水不良，钻柱中途或孔底严重失水的征兆，有发生卡钻的危险，应及时处理。 　　②金刚石钻头外径小于规定尺寸，不得下孔使用，磨孔钻头磨孔时，一次进尺不宜过多，要大泵量冲洗。　　③要严格按规程配置卡簧座与钻头内径尺寸，防止岩心堵塞。一旦遇到岩心堵塞，应立即提钻，进行妥善处理。　　④下钻离孔底0.2m左右，要开泵冲孔，待循环畅通后，用慢转速下到孔底，开始小压力、低转速、初磨钻进。待正常后，再快速钻进。切忌用金刚石钻头扫孔。， 　　⑤发现烧钻预兆时，严禁关车，应迅速上下活动钻具。待隐患清除后，应立即提钻检查，弄清烧钻起因，采取相应的技术 措施。　　7、孕镶钻头的初磨与修磨　　（1 ）新的孕镶钻头下孔后，采用轻压慢转，大致钻进0.2­O-0.3m后，使金刚石刃出露，并与孔底磨合，再进行正常钻进。 　　（2 ）采用喷砂方法，促使金刚石出刃喷砂方法是利用携 带硬质粒子的高速流体束，对旋转中的钻头唇面进行喷射，使钻头唇面的金刚石刃出露并锐化，以实现钻头有效钻进。当孕镶钻头出现"打滑"时，均可采用此方法。 　　（3 ）孕镶钻头水口小于3mm，要用砂轮或铿刀修磨加深， 并尽量保持一致，以免冲蚀不均，造成钻头偏磨。

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