金刚石钻头合理使用和碎岩过程

2018-12-20

金刚石钻进的孔底碎岩过程:

1.表镶金刚石钻头的孔底碎岩过程

把钻头上的一粒金刚石看作在轴向压力Py和切向力Px作用下沿岩石表面移动的切削具(图4-19),岩石破碎时切向力Px消耗在克服岩石抵抗破碎的反力Pg和摩擦力T上T=Pyf。

Px=PgT=PgPyf(4-8)

式中:f--金刚石与岩石的摩擦系数;Py--分配在一粒金刚石上的载荷。

1-被压皱的岩石;2-岩石中的拉应力;3-被压碎,剪切的岩石;Ⅰ-钻头体;Ⅱ-表镶金刚石出刃;Ⅲ-岩石

当金刚石沿同心圆运动时,它向岩石传递   的能量,岩石吸收能量后产生破碎并形成小的沟槽。在弹脆性岩石中,由于大、小剪切体的产生,沟槽的宽度大大超过了金刚石吃入岩石的深度。在破碎岩石的同时,金刚石逐渐被磨钝。这时磨钝的金刚石在轴载的作用下使岩石产生应变,应变的结果是在岩石中出现一些微小的裂纹,使岩石的致密结构被改变(图4-19)。裂纹的数量及其深度取决于传递给每粒金刚石的轴载大小和钻头转速。金刚石被磨钝后,   在孔底某一点处多次重复补充载荷才可能使岩石2.孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程

孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程不同于表镶钻头。因为它用的金刚石颗粒小,且埋藏于胎体之中,孕镶钻头   在钻进规程中保持自磨出刃的性能(称为"自锐"),才能维持钻速恒定而不衰减。

总体来说,孕镶钻头的实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件,即以唇面上多而小的硬质点(金刚石)对加工件(孔底岩石)进行刻划、磨削,并随着硬质点的逐渐磨损和消失及粘结胎体的不断磨耗,新的硬质点又裸露出来参加工作。当然,如果唇面金刚石出露较好时,也不排除在磨削的同时存在着孔底的微剪切和微压碎作用。实际上,砂轮在高速磨削工作中,自身也被磨耗,由于它的"自锐"作用而常处于锐利状态。对孕镶金刚石钻头而言,如果胎体性能与所钻岩石不适应或没有保证足够的钻压,胎体不能超前磨耗并让丧失破岩能力的金刚石颗粒自行脱落,则无法实现"自锐"。在孔底过程中表现为钻头"打滑",钻速迅速下降。

无论表镶或孕镶钻头在孔底的工作过程都是非常复杂的。钻头被钻具紧压在孔底岩石表面,钻具的振动和弹性变形加强或减弱了加在孔底的钻压,而往复泵送出的压力流体也是脉动的,   加剧了钻具和钻头的振动。因此,学者们认为孔底还存在着微动载的破岩过程。

由于金刚石性脆,耐冲击性差,热敏感性强,故其使用条件比其他钻头严格得多。

1.对孔底清洁的要求

在下入金刚石钻头前,   用带取粉管的与金刚石钻头形状相似的硬质合金钻头修井。用水力把孔底的大岩屑、碎金属等物冲上来,沉落在取粉管中。

2.新钻头初磨

选用的新金刚石钻头直径   小于非金刚石钻头,并进行磨合钻进。初转速宜用40~50r/min,初始钻压为正常钻压的1/8,约钻进0.15~0.2m后再转入正常钻进。

3.正常钻进的参数选择

(1)钻压确定钻压要考虑地层岩性和水力冲洗引起的孔底举离力。通常在软地层中钻头唇面的   大比压为6.9MPa。在硬地层,因金刚石切深小,与岩石接触面积小,而且在硬地层中金刚石易因过载而碎裂,故推荐用较小的比压,一般为5.1MPa。用于不同地层的不同口径金刚石钻头的钻压值可按图5-14来选定。正常钻进的钻压值应当先选曲线的下限,随着金刚石的磨钝逐渐增大钻压,但不宜超过曲线的上限。通过估算或查曲线得出的钻压值还应加上孔内浮力和举离力的影响才是实际的钻压值。

(2)转速在钻头磨合后,理想的转速应尽可能高些,才能充分发挥金刚石钻进的效益。一般认为   的转速为150r/min,在地层条件、钻杆质量和设备能力允许的条件下,转速增至300r/min钻效   。金刚石钻头配合涡轮钻时,已成功地用于600~1100r/min并取得良好效果。

(3)泵量泵量   先应满足环形空间   低反流速度的要求,同时又要保证清洗孔底和冷却钻头的需要。图5-15给出了不同直径钻头推荐采用的泵量范围,高密度泥浆选用其下限,低密度则选用其上限。

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