地质深孔钻探金刚石钻头技术研究

1 深孔钻探金刚石钻头技术的概述
　　传统深孔钻探所遇到的困难。在进行深部岩石层的钻探时,施工周期比较长,而且孔壁不够稳定,伴随着下钻的次数增加让钻孔的稳定性更加降低,非常容易发生孔内事故。提钻和下钻的次数频繁,钻杆的损伤就会加剧。所以,根据深孔钻探的施工特点和条件,提钻的间隔和回次进尺要求最好是越长越好,金刚石钻头是钻探岩石比较专业的工具,所以金刚石钻头在深孔钻探的应用起到很大的作用。
　　金刚石钻头具有高效长寿的的特点,不仅把钻头在井底工作的时间延长了,还降低了提下钻的次数,更达到了取样快速的目的,满足了深孔钻探的要求,大大的缩短了工程工期,也同时把我国的钻探技术提升到一个新的台阶。
　　2 深孔钻探金刚石的设计方法以及研究思路
　　为了使金刚石钻头在深孔钻探达到更高的要求。要使金刚石具备高效率、长寿命的特点,必须从钻头的材料和结构设计方面着手,对钻头的水路和切削结构来进行优化设计,其中包括钻头的制造工艺、金刚石参数、胎体的性能、结构形式来进行研究分析,设计的目的就是平衡金刚石在一定的切削单位下工作,从而防止有些地方先受到损害,让钻头的工作能力能最大化的发挥,而达到钻头的高效率和长寿命。
　　深孔钻探金刚石钻头的结构设计,钻头设计的出发点是延长钻头的使用寿命以及提高钻头的钻速,但是钻头的使用寿命却是首先应该考虑的因素,所以金刚石的工作层是决定深孔钻探金刚石钻头的关键之一。在考虑了金刚石层的冷却效果之后,高胎体钻头的水路设计主要有两种形式,一是双水口高胎体;二是单水口的高胎体,随着钻头工作层的增高,也需要特殊设计钻头的保径措施,要起到保径的功能,还要不影响钻进的效率。所以在设计钻头的结构时要确保金刚石层的保径设计、水路布置和结构强度,同时也必须考虑到金刚石层的抗疲劳载荷性能以及抗冲击性能,影响金刚石层强度的水口结构,在水路的布置上要考虑金刚石的冷却能力以及各个水口冲洗液的流量分布。
　　影响金刚石钻头寿命长短还有超细粉末,胎体结合剂也制约着金刚石钻头的质量,为了让金刚石钻头拥有较好的把持力,通常该对胎体的材料进行改善,需要加入一些有利于金刚石钻头湿润性的元素,这样不仅能很好的保持金刚石钻头的热稳定性,还能降低钻头的烧结温度。
　　金刚石的参数设计以及胎体的性能。根据不同的地层条件,设计出不同性能的钻头胎体,研究分析胎体的耐磨性和硬度,在满足这两个要求的情况下,要对胎体的抗冲击韧性和抗弯强度尽可能的提高,这对高胎体的钻头非常重要。
　　研究金刚石钻头的制造工艺。从制造的合理性以及可行性来考虑高胎体钻头,要用无压浸渍和二次镶嵌两种金刚石钻头的方法。要确定烧结工艺的最佳参数,就必须对胎体配方、浸渍金属来进行工艺试验。对于二次镶嵌的钻头,需要对预合金粉末的保温时间、烧结温度、烧结压力来试验,用以确定制造钻头的工艺。
　　3 如何在进行深孔钻探时提高金刚石钻头的使用寿命
　　为什么要在深孔钻探时使用金刚石钻头？因为在进行钻探的过程中金刚石钻头由于它高效长寿的特点,大大降低了全部起钻的次数,降低了工程成本,更提高了钻头钻速,提高了收益。
　　要从超硬的材料入手,借助金刚石钻头中新型超硬的材质,提高钻头的耐磨性,以此来实现钻头使用寿命的延长。
　　在钻头的结构上面下手,开发出具有多层水口的高胎体的金刚石钻头。虽然在耐磨性方面胎体没有很明显的改变,但是超高胎体在孔底工作的时间就变得更长了,通过这个来增长钻头使用的寿命。
　　在孔底换钻头也可以延长钻头的使用寿命。
　　从各个方面(钻探的工艺、泥浆工艺、操作规程)入手,都可以不同程度地提高钻头的使用寿命。
　　4 深孔钻探的钻进方法以及操作时需要注意的问题
　　不同的地层具有不同的特点,要根据钻孔的结构特点来进行钻探。
　　在钻进断裂带的时候,因为地层坍塌、破碎、断层的泥紧缩,造成了流速大、间隙小、泵压损耗大等一些故障,因此使钻头无法顺利下钻。容易在起拔和下入超深套管,造成下入的时候不到位,在起拔的时候容易断裂。但是在实际的钻探过程中,我们一般加大外径的钻头以及扩孔器。
　　在钻头钻进的过程中要随时对冲洗液的性能进行调整,钻进的前后要多对孔进行冲洗,保持孔内的清洁。
　　在操作的过程中,每个回次前后要进行仔细的称重,要避免脱扣和断钻时判断失误,把事故弄复杂化,在每个回次的前后更应该准确丈量机上的余尺,用来保证事故出现的时候位置较为准确。
　　随时要注意孔内的泵压、返水、异常的声响以及电流变化,从而降低和防止烧钻、断钻的发生。
　　在钻进的时候,深孔的摩擦阻力会很大,这个时候钻头要从孔底离开,慢慢轻合离合器,等待钻速快接近选定的速度时,钻头再慢慢接近孔底正常钻进,这样做的目的就是防止钻头的扭矩瞬间增大把钻杆折断。
　　在进行主断层的钻进时,要更换新的钻具,在钻具的上面部分要用几根新的钻杆,防止钻杆断裂,从而预防发生复杂的事故。钻孔内出现漏失不反水的情况时,要涂润滑脂在钻杆上,以降低钻杆的磨损和回转阻力。
　　如果在钻进比较复杂的地层时,出现了机器故障或者其他的事故时,应该把钻具从孔内提出来,或者提离复杂的孔段。
　　5 结语
　　在深孔钻探的工程里,金刚石钻头的使用大大提高了钻探的效率,提高了钻探的成本,降低了工程的成本,在能源矿产的开发中发挥了巨大的作用。随着科技的不断进步,能源的需求量越来越大,大力研制高效率、低成本、使用周期长的钻头已经成为能源矿产开采方面的迫切需求。