摘要：深孔鉆探金剛石鉆頭具有很多優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用過程中具備非常大的優(yōu)勢，本文在對深孔鉆探金剛石鉆頭技術(shù)進(jìn)行了概述的基礎(chǔ)上，探討了深孔鉆進(jìn)金剛石鉆頭的設(shè)計(jì)，并分析了其應(yīng)用過程中要注意的問題，希望給這方面的研究起到一定的指導(dǎo)作用。
1、引言
隨著我國的發(fā)展，能源礦產(chǎn)的需求越來越高，已經(jīng)成為了一個制約社會發(fā)展的因素。因此，確保能源礦產(chǎn)的快速開發(fā)時我國當(dāng)前所面臨的一個重要課題。基于此，本文關(guān)于深孔鉆探金剛石鉆頭技術(shù)的研究具有很強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)作用。
2、深孔鉆探金剛石鉆頭技術(shù)概述
在以往的深孔鉆探中，金剛石鉆探的壽命是非常長的，而且工作效率很高，不但可以延長鉆頭井地工作時間，對于提下鉆的次數(shù)，也起到了很好的降低效果，加之符合我們?nèi)涌焖龠@一目的，這就很好的適應(yīng)了井深孔鉆探的需求，為施工進(jìn)度和施工質(zhì)量起到了很好的促進(jìn)效果。
3、深孔鉆進(jìn)金剛石鉆頭的設(shè)計(jì)
在深孔巖心鉆探的過程中，其復(fù)雜性是非常高的，這就要求金剛石鉆頭要具備更高的性能，具體來說，也就是要求金剛石鉆探的壽命更長、效率更高。針對這一要求，我們從鉆頭的材料以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，進(jìn)行鉆頭中水路結(jié)構(gòu)和切削結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，具體又可以分為胎體性能、結(jié)構(gòu)形式、金剛石參數(shù)以及水路參數(shù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。通過這種措施可以提升金剛石切削單元工作的平衡性，避免一些部位被受到先期損壞，這有利于最大程度發(fā)揮出鉆頭的工作性能，最終實(shí)現(xiàn)鉆頭的長壽命以及高效率。
3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮到深孔鉆探本身的特點(diǎn)，我們在鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，從鉆速和使用壽命作為出發(fā)點(diǎn)，并以確保鉆頭壽命作為最重要的考慮因素?；诖?，在深部鉆探金剛石鉆頭技術(shù)中，超高金剛石工作層屬于最為關(guān)鍵的一部分。舉例來說，我們可以講工作層有8到10毫米設(shè)計(jì)為14到22毫米。另外，基于超高金剛石冷卻效果的考慮，超高胎體鉆頭水路設(shè)計(jì)可以分為單水口高胎體以及雙水口高胎體這兩種形式。在加高鉆頭工作層的過程中，鉆頭保徑措施也要進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)，使其既要具備保徑的效果，還能不會對鉆進(jìn)效率產(chǎn)生影響。所以我們在鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時候要不僅對金剛石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、水路布置以及保徑設(shè)計(jì)等進(jìn)行充分的考慮，還要考慮超高金剛石層抗疲勞載荷性能、抗沖擊性能以及水口結(jié)構(gòu)等。
3.2超細(xì)粉末
在提升鉆頭使用壽命的技術(shù)中，關(guān)于超細(xì)粉末的研究是一項(xiàng)重要的內(nèi)容。具體來說，胎體結(jié)合劑在很大程度上決定了金剛石鉆頭的質(zhì)量，通過應(yīng)用其可以對胎體材料性能起到很大的改善作用。此外，在金剛石添加提升其濕潤性的元素，除了能夠提升金剛石的把持力以外，還可以使燒結(jié)溫度降低，并提升人造金剛石的熱穩(wěn)定性。當(dāng)然，在燒結(jié)的時候，胎體本身除了具備很好的成型性，還有很好的力學(xué)性能。
3.3金剛石參數(shù)及胎體性能設(shè)計(jì)
在這方面的工作中，我們要根據(jù)地層條件的不同，在使用偏因素試驗(yàn)分析法的基礎(chǔ)上，對不同的鉆頭胎體性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，并研究胎體耐磨性和硬度、抗沖擊韌性及抗彎強(qiáng)度等隨胎體成分變化而變化的規(guī)律。具體來說，在不影響胎體抗沖擊韌性及抗彎強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，要對胎體的抗沖擊韌性及抗彎強(qiáng)度盡最大可能的提升，這一點(diǎn)在超高胎體鉆頭中尤為明顯，它是確保超高胎體鉆頭具備高效長壽命的前提。一般來說，我們可以通過合理的燒結(jié)工藝配合科學(xué)的胎體成分來獲取比較好的胎體性能，至于鉆頭的長壽命則還需要配合合理的優(yōu)質(zhì)金剛石參數(shù)
3.4鉆頭制造工藝
超高胎體鉆頭再制造的過程中，我們要從合理性以及可行性方面對其進(jìn)行充分的考慮，當(dāng)前主要使用的兩種方法熱壓二次鑲嵌法以及無壓浸漬法。我們在鉆頭制造工藝的確定過程中，主要考慮的具體因素包括：胎體配方、浸漬進(jìn)入的工藝研究試驗(yàn)、浸漬時間及浸漬溫度、最佳燒結(jié)工藝參數(shù)、燒結(jié)壓力、保溫時間等。
總體來說，我們在深鉆孔過程中之所以使用金剛石鉆頭，主要就是因?yàn)檫@個過程中金剛石鉆頭具備長壽高效的特點(diǎn)，能夠降低起鉆次數(shù)，提升工程資金的利用效率，縮短工程進(jìn)度，最終促進(jìn)企業(yè)的競爭力。除了以上措施之外，我們還可以以超硬材料作為切入點(diǎn)，借助一些新型材料來提升鉆頭耐磨性。至于從鉆頭結(jié)構(gòu)上來看的話，我們則可以對多層水口高胎體金剛石鉆頭進(jìn)行開發(fā)，這樣雖不會直接改變胎體耐磨性方面的性能，但可以延長超高胎體孔底工作時間，這樣意味著鉆頭使用壽命的增加。可以說，要想提高鉆頭的使用壽命，我們可以從很多方面入手，整體的發(fā)展?jié)摿κ欠浅４蟮摹?/div>
4、深孔鉆探金剛石鉆頭在應(yīng)用過程中要注意的問題
在深孔鉆探金剛石鉆頭應(yīng)用的過程中，由于不同的地層中往往具有很大的區(qū)別，所以我們要以鉆孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作為指導(dǎo)進(jìn)行鉆探工作。一般在鉆進(jìn)斷裂帶時，由于地層存在著破碎、坍塌、斷層所導(dǎo)致的泥緊縮，這會進(jìn)而導(dǎo)致深孔鉆探金剛石探頭的間隙小、流速大以及泵壓損耗大等問題，最終使鉆頭難以順利下鉆。常見的問題有下入及起拔超深套管時出現(xiàn)的下入不到位和起拔易斷裂問題。針對這一情況，在鉆探的實(shí)際過程中，我們會對外徑鉆頭以及擴(kuò)孔器進(jìn)行加大來解決。
此外，我們在鉆頭鉆進(jìn)的過程中，要對沖洗液的性能進(jìn)行隨時的調(diào)整，并在鉆進(jìn)之前和鉆進(jìn)之后多次沖洗孔，確保孔內(nèi)具有較高的清潔性。
在操作的時候，我們要仔細(xì)稱重每回次前后，防治出現(xiàn)脫扣及斷鉆過程中的判斷失誤，這會導(dǎo)致事故的復(fù)雜化。具體來說，在每回次操作的過程中，我們要對丈量機(jī)上的余尺進(jìn)行確保，這能夠在事故出現(xiàn)的時候確保位置的準(zhǔn)確性。此外，我們還要對孔內(nèi)的返水、泵壓、異常聲響以及電流變化等產(chǎn)生足夠的重視，這能夠避免燒鉆斷鉆等問題發(fā)生的概率。
考慮到鉆進(jìn)過程中，深孔將具備非常大的磨擦力量，因此此時如果需要鉆頭離開孔底，則要緩慢的將離合器合上，等到鉆速和選定速度比較接近的時候，再以緩慢的速度使鉆頭接近孔底，并進(jìn)行正常的鉆進(jìn)操作，這可以在很大程度上避免扭矩瞬間變大所導(dǎo)致的鉆桿折斷問題。
主斷層鉆進(jìn)的過程中，我們要對鉆具進(jìn)行更新，具體來說，鉆具的上部分要使用一些新的鉆桿，避免鉆桿出現(xiàn)斷裂的情況，避免復(fù)雜事故的發(fā)生。至于鉆孔中出現(xiàn)的漏失不反水情況，要在鉆桿上進(jìn)行潤滑脂的涂抹，這可以減小鉆桿的回轉(zhuǎn)阻力及磨損。
最后，如果金剛石鉆頭所鉆進(jìn)的地層比較復(fù)雜，而且一旦出現(xiàn)了一些機(jī)器事故或者其他事故，要從孔內(nèi)提出鉆具，將其和復(fù)雜孔段分離，這對于確保金剛石鉆頭的應(yīng)用效率及質(zhì)量有著重要的意義。
5、結(jié)語
隨著深孔鉆探金剛石鉆頭技術(shù)的發(fā)展，未來其必然會獲取更為廣泛的應(yīng)用，本文限于篇幅，很多地方難以進(jìn)行深入的探討，因此，還希望我們同行之間能夠加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)和探索，使這方面技術(shù)更快、更好的轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。
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