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金刚石钻进技术经济探索分析

一、影响金刚石钻头充分发挥技术经济指标的因紊

1.钻头微烧引起拉槽,金刚石孕镶钻头在钻压的作用下,以一定的线速度运动,‘可以简单地把钻头和岩石视为一摩擦系统,金刚石钻头胎体的温升就是由于钻头端面在岩石表面作相对位移时,由摩擦功而引起的。因此,温升的速度、高低与压力、线速度成正比,和冷却条件(包括钻头水马力,水口数和胎体壁厚)成反比。孕镶金刚石钻头出现拉槽,即形成“0”形圈(图3)的原因是,当冲洗液流经钻头内径,通过水口和金刚石出刃与岩石间的微隙通道,由于传导和对流作用,将热量带走,在胎体壁内外径向产生温度梯度(见图2)。如图2所示的相对高温区的瞬时温升达到金刚石石墨化的温度时,便出现微烧现象。其表现是钻头端面发黑,或者粘着一层薄薄的岩粉。由现场观察发现,微烧现象多半出自地层软硬变化,钻压忽大忽小,时效忽快忽慢,或者在硬岩层中强力钻进,一般在进尺平稳时很少发生。如果微烧现象不能及时发现,并采取相应的技术措施,恶性循环的结果,必然导致“o”形圈的形成。但是,金刚石层消耗到一定程度后,出现“0”形圈则不在此列。2.钻头异常磨损(1)目前各厂出产的钻头,内外径公称尺寸不一,其变化范围在协38.5一协39.5之间,造成互换性差,尤其在硬岩层中钻进,若有残留岩心,用小内径钻头套扫;抑或在硬碎岩层中钻进,岩心碎块脱落,磨损内径边缘,形成内台阶(图5)。(2)双管接头的补强合金镶嵌不牢,落入孔底,抑或孔口管与裸孔连接处出现台阶,或孔壁“探头石”未及时清理,每当下钻时,碰撞胎体,造成崩落,磨损钻头外径边缘,形成外台阶(图6)。偶尔亦出现拉槽现象(图3)。(3)金刚石出露状态不好,有残留岩心,钻具振动,造成钻头内外径边缘磨损(图7)与岩石接触面积增加。况,或钻杆连接处漏水,送入孔底冲洗液量不足,抑或短时间停泵,造成轻烧或严重烧钻事故。4.钻头与岩心管丝扣加工精度不高,受扭力作用后,拧得太死,采用管钳卸扣,或者把钢体夹扁,抑或将胎体夹裂。5.钻机按装不牢,钻具震动历害,或者在硬岩层中钻进,仍采用大泵量,产生脉动现象,破坏了钻头在孔底的正常工作条件。6.制造方面的原因。在操作过程中经常出现的有以下几方面:(1)在压制成形的过程中,粉末中压力分布是不均匀的。由于颗粒间彼此摩擦,相互楔住,以及一些使颗粒移动困难的因素,而使压力在模具侧壁方向的传递,比在压制方向的传递要小得多,粉末与模壁间存在摩擦,会使胎体在高度上出现显著的压力降。沿中轴线产生压力梯度,在低压烧结条件下较为明显。由于压力分布不均匀,压制密度亦不同,层间的硬度HRc则有差异。在实际操作中可以看到,前几个回次高度磨耗较少,尔后消耗很快,也是其中因素之一(图s)。(2)胎体未烧透,工艺不稳定,没有形成粉末冶金要求的假合金,或钢体清洗不净,造成胎体脱落或掉块。(3)保径天然金刚石或聚晶深入到孕镶层中(图ga、b)形成硬支点,或者内外径补强金刚石未紧贴周边(图10),造成钻头过早缩径或扩径。(4)表镶钻头的金刚石包镶不牢,严重脱粒,或孕镶钻头金刚石浓度不匀,密集部分出现脱粒或剥离现象。7.表镶钻头使用不合理,中一粗粒(2o一40粒/克拉)金刚石钻头一般只宜于在中硬以下的完整岩层中钻进,当时效降低,金刚石磨纯,基本不进尺,就应停用回收(占成本费50%)再用。但由于片面追求钻头进尺,在金刚石失去切削能力的情况下,仍采用强力钻进,致使金刚石压碎,降低其利用率。上面列举的影响金刚石钻头技术经济指标的因素,是现场最常出现的,有的往往被人们所忽视。归纳起来可分为三方面:第一是地层因素,第二是操作因素(其中也包括管理因素);第三是制造因素。除地层因素之外,只要采取相应的技术措施,便可得瓢改善。下面就四个地质队所用的孕镶钻头分别按非正常磨损(其中包括拉槽、异常磨损、烧钻等)和正常磨损统计如下,进行分析,便可看出问题的严重性。表内列举的52个钻头,总进尺2936.22米。平均钻头进尺56.34米。其中正常磨损的钻头27个,占51.92%,进尺2330米,占79.3%,平均钻头进尺82.59米,非正常磨损钻头25个,占48.08%,进尺606.22米,占20.7%,平均钻头进尺24.08米。正常磨损的钻头进尺是非正常磨损的3.73倍。表中所列数据是由7一9级的片麻岩类和花岗岩类得到的。如果将非正常磨损的钻头平均进尺由24.08米提高到平均进尺56.34米,每米纯钻头成本(按240元/个计算)由10元/米左右降到4,5元/米左右,经济效果将很显著。由此可见,减少钻头非正常磨损,是当前提高金刚石钻进技术经济指标的关键。