鉆頭的合理選擇及使用

1.鉆頭的合理選擇

為了獲得最佳的鉆進(jìn)效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，必須合理選擇鉆頭，選型不當(dāng)就可導(dǎo)致鉆頭提前磨損，影響鉆頭使用壽命，因此，應(yīng)在對(duì)鉆頭結(jié)構(gòu)和工作原理充分理解的基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，綜合考慮鉆進(jìn)工藝、地層條件、鉆進(jìn)設(shè)備及其他因素對(duì)鉆頭使用的要求，合理選擇鉆頭。

煤礦井下隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)配套使用孔底馬達(dá)，鉆孔深度大，同時(shí)還需進(jìn)行分支孔鉆進(jìn)。因此，應(yīng)選擇鉆速快、壽命長、造斜穩(wěn)斜性能好的胎體式PDC定向鉆頭，由于其鉆頭體耐磨性強(qiáng)，所選用的PDC性能優(yōu)異，最佳適用地層為1～8(f≤10)級(jí)的完整巖層，部分軟硬互層及少量裂隙發(fā)育地層中也可以正常使用。

鉆頭直徑的選擇，應(yīng)充分考慮使鉆具組合滿足鉆頭穩(wěn)定鉆進(jìn)的要求。煤礦井下隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)施工通常采用φ73mm中心通纜式鉆桿，與之配套的鉆頭直徑推薦選用φ96mm。在松軟煤層中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)選用布齒密度較低、保徑寬度較窄且具有退鉆反切削齒的胎體式PDC定向鉆頭;在硬煤層及巖層中鉆進(jìn)，應(yīng)選用布齒密度中等、保徑效果較好的胎體式PDC定向鉆頭，其技術(shù)參數(shù)見表5-4。

表5-4 隨鉆測(cè)量定向鉆頭技術(shù)參數(shù)

2.鉆頭的合理使用

如何使用好鉆頭是取得最佳鉆進(jìn)效果的關(guān)鍵，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)由于使用方法不當(dāng)而導(dǎo)致鉆頭提前報(bào)廢的情況，為保證PDC鉆頭正常使用，必須嚴(yán)格按照以下要求進(jìn)行操作:

1)應(yīng)選擇合理的鉆具級(jí)配，力求鉆頭工作平穩(wěn)，切削齒不至于因受力不均而損壞。

2)PDC鉆頭切削齒抗沖擊能力較差，在運(yùn)輸及搬運(yùn)過程中應(yīng)輕裝輕放，嚴(yán)禁砸、碰、拋擲鉆頭。鉆頭應(yīng)在干燥、通風(fēng)環(huán)境中存放。

3)從包裝箱內(nèi)取出鉆頭，應(yīng)先用軟質(zhì)材料做好襯墊，不允許在鋼質(zhì)或其他硬質(zhì)材料上碰撞或滾動(dòng)鉆頭，防止損壞切削齒和螺紋。

4)鉆頭使用前應(yīng)對(duì)各部位進(jìn)行現(xiàn)場檢查，包括鉆頭直徑是否符合要求、連接螺紋是否完好、切削齒是否有損傷、鉆頭內(nèi)孔是否有異物、水眼水槽是否暢通。

5)安裝及拆卸鉆頭時(shí)，不許用榔頭敲擊鉆頭以免對(duì)切削齒及保徑部位造成損傷，安裝前應(yīng)在螺紋部位涂抹潤滑脂。

6)開孔前應(yīng)將開孔點(diǎn)修整為凹坑，以免開鉆時(shí)鉆頭擺動(dòng)太大造成損傷。在開孔時(shí)或二次下鉆后，應(yīng)首先采用輕壓、慢轉(zhuǎn)、適當(dāng)泵量(絕對(duì)不允許干鉆)鉆進(jìn)0.2～0.3m，完成孔底造型后，再平緩均勻地增加鉆壓、轉(zhuǎn)速和泵量，然后按照正常鉆進(jìn)規(guī)程鉆進(jìn)。

7)下鉆時(shí)速度要慢，防止巖石探頭、脫落的巖石碰壞鉆頭切削齒。在鉆頭接近孔底之前，應(yīng)開啟水泵，充分沖刷孔底，觀察出水是否正常，防止鉆頭水眼堵塞。

8)鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)確?？椎浊鍧?，如果孔內(nèi)有脫落的切削齒、保徑硬質(zhì)合金、鋼件等異物，很容易導(dǎo)致PDC定向鉆頭的早期損壞。

9)由于PDC復(fù)合片與鉆頭體之間是采用低溫焊料焊接的，因此，工作中的鉆頭必須要有充足的循環(huán)沖洗液來保證對(duì)其冷卻和清洗。鉆進(jìn)過程中嚴(yán)禁斷水，避免燒鉆事故發(fā)生，防止掉片和巖屑重復(fù)破碎，而影響鉆頭使用壽命。

10)鉆進(jìn)過程中應(yīng)精心操作，時(shí)刻注意孔底工況，如發(fā)現(xiàn)有異常的振動(dòng)或無進(jìn)尺、泵壓明顯升高或降低、機(jī)械鉆速突然下降、扭矩增大等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)排查，必要時(shí)提鉆檢查，不可強(qiáng)行加壓鉆進(jìn)。

11)當(dāng)PDC定向鉆頭鉆遇強(qiáng)研磨性夾層時(shí)，其切削齒的磨損將隨著轉(zhuǎn)速和鉆壓的增加而加劇。為延長鉆頭壽命，應(yīng)采用低轉(zhuǎn)速和盡可能低的鉆壓。遇到地層變化或夾層時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整鉆壓和轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最優(yōu)的鉆頭壽命和鉆進(jìn)速度，獲得最佳的鉆進(jìn)效果。

12)正常鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)以鉆壓和轉(zhuǎn)速的乘積為約束條件，不能同時(shí)使用最高鉆壓和最高轉(zhuǎn)速，鉆進(jìn)中操作要平穩(wěn)，嚴(yán)禁猛提猛放、溜鉆和頓鉆。

13)盡可能避免用PDC鉆頭擴(kuò)孔，若在較短的孔段需要擴(kuò)孔時(shí)，應(yīng)采用小鉆壓、適中轉(zhuǎn)速以及較大泵量。

14)鉆頭使用后期，因切削齒磨損而使承壓面積增大，需適當(dāng)增加鉆壓以保持鉆進(jìn)速度。

15)同一鉆孔使用多只鉆頭時(shí)，鉆頭要排隊(duì)輪換使用，先用外徑大的，后用外徑小的。

16)在鉆進(jìn)軟巖及黏性地層時(shí)，鉆頭有時(shí)會(huì)產(chǎn)生泥包現(xiàn)象，影響正常鉆進(jìn)，主要征兆為鉆速及扭矩突然下降、泵壓增加，此時(shí)應(yīng)對(duì)鉆頭進(jìn)行清洗，主要方法是將鉆頭提離孔底，然后開大泵量和正常轉(zhuǎn)速，從而清洗鉆頭表面。

17)起鉆前應(yīng)逐步減小鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，停止鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，使鉆頭上的鉆壓逐漸得以釋放;在膨脹等復(fù)雜地層，起鉆速度不能太快，以免“抽吸”作用造成塌孔或突出事故。

3.鉆頭的磨損

PDC定向鉆頭的磨損分正常磨損和非正常磨損兩種，正常磨損表現(xiàn)為鉆頭心部至外側(cè)切削齒磨損逐漸加重，設(shè)計(jì)良好的鉆頭基本可實(shí)現(xiàn)等速磨損，PDC片無斷裂、掉片、脫落現(xiàn)象、鉆頭體沖蝕正常、隨著進(jìn)尺的增加磨損量逐漸增大。PDC鉆頭的非正常磨損往往表現(xiàn)為:

1)燒鉆。鉆進(jìn)過程中若鉆壓過大，轉(zhuǎn)速過快，鉆頭工作面與巖石之間強(qiáng)烈摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，斷水、干鉆或地層漏失出現(xiàn)沖洗液假循環(huán)等帶來沖洗液不足，或水眼堵塞等，無法及時(shí)帶走巖屑和熱量，這些往往容易造成燒鉆事故。由于復(fù)合片切削齒與鉆頭體之間的連接是低溫焊接，溫度過高導(dǎo)致鉆頭因掉片而失效，鉆頭體變?yōu)樗{(lán)色或棕色，甚至與巖石燒結(jié)在一起，常常引起重大事故。為防止燒鉆事故發(fā)生，應(yīng)控制合理的鉆進(jìn)速度，保證沖洗液循環(huán)暢通。

2)拉槽。當(dāng)鉆壓過大、冷卻不良造成微燒鉆，孔底有異物、擴(kuò)孔鉆進(jìn)或掃孔，外刃脫落或斷裂，這些都會(huì)造成鉆頭冠部拉槽。復(fù)合片金剛石層脫落或復(fù)合片覆蓋不全也容易造成鉆頭冠部拉槽。

3)鉆體損壞。若孔內(nèi)有臺(tái)階、探頭石或坍塌掉塊、縮徑孔段，鉆頭受到強(qiáng)力擠壓，都會(huì)造成鉆頭胎體損壞，孔底巖粉過多會(huì)嚴(yán)重磨損鉆頭體。

4)切削齒損壞。主要表現(xiàn)為磨損嚴(yán)重、斷齒、掉齒、焊接失效和熱裂紋等。

5)水口水槽嚴(yán)重沖蝕。所鉆巖層研磨性特高，或沖洗液含砂量高且流速過高，都會(huì)造成鉆頭水口水槽嚴(yán)重沖蝕，影響鉆頭強(qiáng)度。

6)鉆頭外徑過早磨損。若鉆頭保徑太弱或巖石硬度過高，導(dǎo)致外徑過早磨損。