金刚石钻头的合理使用

1. 金刚石钻头的合理使用

提高金刚石钻进效率的重要措施是遵守岩石破碎工具的合理使用准则。
合理使用金刚石钻头的准则包括:
(1)根据岩石物理力学性质正确选择和使用其结构特性与之适应的金刚石钻头;
(2)严格遵守金刚石破岩工具的操作规程;
(3)根据钻探规程确定的工艺进行钻进，并保证高的生产率，使金刚石耗量不超过该钻探条件下的额定值。
(4)当钻头寿命达到合理的报废水平时应及时把它从钻具中换掉。
在钻头使用过程中应记住，金刚石是相当脆的矿物，它对微弱冲击都很敏感。因此，涉及金刚石破岩工具的全部作业都必须谨慎认真地进行。钻头应存放在木质盒子或塑料盒子里。金刚石钻头与钻柱的连接需用专门的管钳，而不能用普通牙钳。带钻头的钻具只有其内部没有岩心时才能下入孔内。下放钻具要谨慎，尤其在孔径变化的孔段和孔底附近。钻头到达孔底时不能用力下墩，开始时要用低转速和小泵量。只有当孔底残留岩心长度不超过4～5cm时，才允许下入钻具。否则，应先用牙轮钻头或其他专用钻头破碎掉孔底的残留岩心。每次起钻之后，应用游标卡尺测量钻头和扩孔器的直径和胎体高度。带扩孔器钻进时应保证扩孔器直径总比钻头直径大0.2～0.3mm。旧扩孔器与新扩孔器的外径之差不能超过0.1～0.2mm。
不带扩孔器钻进时，要精确测量各钻头的内外径，并确定它们的下孔顺序。首先下入外径最大和内径最小的钻头。当钻头直径磨损达0.05～0.1mm时应更换。在向孔内顺序下入钻头时应确认，上一个回次的岩心可以自由地通过将下孔钻头的内径。
禁止往存在“狗腿弯”的孔内下入新钻头。当孔身被磨成锥形，直径差超过0.1～0.15mm时必须用由孕镶钻头和扩孔器组成的专用钻具下去扩孔。当钻孔停工相当一段时间后，应采用由孕镶钻头和两个扩孔器组成的钻具，两个扩孔器都应安装在岩心管的下部。配置钻具时应保证下部扩孔器和上部扩孔器外径比钻头外径大0.1～0.2mm。根据岩石性质的不同，扩孔钻进的速度不能超过5～20cm/min。
钻进过程中没有特殊情况不允许把钻头提离孔底，因为这样可能导致卡岩心装置启动，而且岩心碎屑落在孔底会造成胎体和钻头上的金刚石破坏。
在钻进过程中，需要均匀改变轴向载荷，不允许急剧增大或减小载荷，因为这样可能引发孔内事故。不允许采用大于临界值的轴向载荷。对表镶钻头而言每粒金刚石的允许载荷为140～160N，而孕镶钻头为1200～1300N/cm2。过大的载荷会导致金刚石急剧崩裂并极大地增加金刚石耗量。过小的比压(对表镶钻头40～60N/粒和对孕镶钻头300～500N/cm2)同样是不容许的，因为这样可能引起金刚石在完整的弱研磨性岩石中产生抛光，并造成金刚石无法切入岩石。
选择钻头转速时必须考虑岩石的硬度、研磨性和裂隙性。
通过分析机械钻速的变化也可判断金刚石钻头的使用是否合理。各种类型钻头机械钻速的变化速率是不同的。在正确选择规程参数组合的条件下，孕镶钻头的机械钻速应变化不大。表镶钻头的初始机械钻速增长，达到一定的最大值后将开始下降。但是，根据已有的准则来确定起钻换钻头的准确时间点是很困难的。通常是结合机械钻速的变化特征，靠经验来判断钻头的磨损情况。据全俄勘探技术研究所的调研，生产单位总结出在下列情况下应结束钻头回次作业并更换新钻头:
(1)胎体的外径、内径和高度磨损严重。根据保径金刚石粒度不同，胎体的内外表面磨损量已达0.5～0.7mm。
(2)正常的胎体剖面已经被改变，在内外表面已出现了锥度。以及在胎体端部外缘或中部已出现了深度超过0.5mm的拉槽和倒角。
(3)金刚石出刃过大(超过了其线性尺寸的1/3)，可能导致金刚石脱落和破坏。
(4)胎体冲蚀严重，使其强度下降，可能导致某个扇形块脱落或整个包镶金刚石的胎体层脱落。
(5)胎体和钻头钢体存在机械损伤(胎体出现鼓包、被磨圆、裂纹，钻头钢体或螺纹被磨损等)。
(6)孕镶钻头胎体内外侧面出现的倒角深度超过了孕镶层厚度时。
(7)由于胎体硬度与岩石的研磨性或钻探规程参数、所钻岩石的性质不匹配，造成钻头上的金刚石被抛光。
对于颗粒较大的金刚石单晶或聚晶钻头，允许的最大磨损量Δhmax如表7－1所示。
表7－1 金刚石单晶或聚晶钻头允许的最大磨损量


应采用千分表实时测量钻头和金刚石的磨损情况。将近有40%的金刚石钻头因胎体磨成斜面而提前结束回次。造成这种情况的原因可能是:钻头的制造质量不高，金刚石质量差，钻进裂隙岩石和钻进中伴有剧烈的振动等。
造成金刚石烧钻的原因在于破坏了正常的钻进工艺过程，最常见的原因是冲洗液不足和轴向载荷过大。
发生钻头金刚石和胎体被抛光的情况，通常出现在轴向载荷不足，泵量过大和转速过高的情况下。在生产实践中采用称为“干磨”的办法让钻头在孔底出刃，这时停止供给冲洗液10～15s。运用该方法将导致胎体的快速磨损，因此最好采用电化学帮助出刃的办法。

2. 金刚石钻头的使用原则是什么?1

金刚石钻头使用

一．金刚石钻头钻前准备

1、 检查上一只金刚石钻头是否存在有钻头体损坏，掉齿等，确定井底清洁，无落物。

2、 小心搬运金刚石钻头，将金刚石钻头放置在橡胶垫或木板上。禁止把金刚石钻头直接放置在铁板上。

3、 检查金刚石钻头切削齿是否有损伤，金刚石钻头内是否有异物，喷嘴孔内是否有O型密封圈，根据需要安装喷嘴。

二．金刚石钻头上扣

1、 清理金刚石钻头公扣或母扣并涂抹丝扣油。

2、 将卸扣器卡在金刚石钻头上，放下钻柱使之与公扣或母扣接触上扣。

3、 把金刚石钻头和卸扣器一起 放入转盘补心，然后按照推荐上扣扭矩值旋紧丝扣。

三．下钻

1、 下放金刚石钻头要慢，通过转盘，防喷器，套管悬挂器尤其要缓慢，以保护好切削齿。

2、 注意上次起钻时出现的遇阻井段，下钻过程中遇到缩径和狗腿时应使钻头缓慢通过。

3、 距井底约1根单根时开始以50~60rpm的钻速旋转并开泵一额定排量冲洗井底。

4、 注意观察指重表和扭矩使金刚石钻头平稳接触井底。

四．金刚石钻头划眼

1、 不推荐使用金刚石钻头进行井段划眼。

2、 如必须进行划眼时，应以额定排量，缓慢低扭矩划眼。

3. 金刚石钻头应该怎样合理运用

一．金刚石钻头钻前准备

1、 检查上一只金刚石钻头是否存在有钻头体损坏，掉齿等，确定井底清洁，无落物。

2、 小心搬运金刚石钻头，将金刚石钻头放置在橡胶垫或木板上。禁止把金刚石钻头直接放置在铁板上。

3、 检查金刚石钻头切削齿是否有损伤，金刚石钻头内是否有异物，喷嘴孔内是否有O型密封圈，根据需要安装喷嘴。

二．金刚石钻头上扣

1、 清理金刚石钻头公扣或母扣并涂抹丝扣油。

2、 将卸扣器卡在金刚石钻头上，放下钻柱使之与公扣或母扣接触上扣。

3、 把金刚石钻头和卸扣器一起 放入转盘补心，然后按照推荐上扣扭矩值旋紧丝扣。

三．下钻

1、 下放金刚石钻头要慢，通过转盘，防喷器，套管悬挂器尤其要缓慢，以保护好切削齿。

2、 注意上次起钻时出现的遇阻井段，下钻过程中遇到缩径和狗腿时应使钻头缓慢通过。

3、 距井底约1根单根时开始以50~60rpm的钻速旋转并开泵一额定排量冲洗井底。

4、 注意观察指重表和扭矩使金刚石钻头平稳接触井底。

四．金刚石钻头划眼

1、 不推荐使用金刚石钻头进行井段划眼。

2、 如必须进行划眼时，应以额定排量，缓慢低扭矩划眼。

4. 为什么金刚石可以做钻头？

首先要了解金刚石，金刚石是自然界中存在的已知的最硬的物质，这个就为它成为我们制作钻头的首选提供了先天条件。金刚石不仅硬，而且天然就存在多个棱角，根据棱角的不同，强度稍有差别，棱角的存在是形成切割的前提条件。其次，金刚石的抗压强度和耐热程度都是很多金属类不能媲美的。有了上述两个优点，选择金刚石作为制作金刚石钻头的主要原料是大势所需。
有了前面的理论基础，我们需要用实践来证明理论的真假。地质金刚石取芯钻头在适当的钻压下高速旋转，镶嵌在刀头的金刚石露出部分棱角，对岩石进行切割，由于金刚石出众的硬度和耐热抗压性能，使得金刚石吃入岩石毫不费力，经过循环高速切削最终达到整体进尺的目的，其效率是任何合金类钻头无法比拟的。
总之，金刚石最为最硬的物质，在未来一个世纪，其作为切削具的主要原料的地位是无法撼动的，而金刚石钻头也只是其众多应用中的的一个而已。

5. 为什么金刚石可以做钻头

首先要了解金刚石，金刚石是自然界中存在的已知的最硬的物质，这个就为它成为我们制作钻头的首选提供了先天条件。金刚石不仅硬，而且天然就存在多个棱角，根据棱角的不同，强度稍有差别，棱角的存在是形成切割的前提条件。其次，金刚石的抗压强度和耐热程度都是很多金属类不能媲美的。有了上述两个优点，选择金刚石作为制作金刚石钻头的主要原料是大势所需。
有了前面的理论基础，我们需要用实践来证明理论的真假。地质金刚石取芯钻头在适当的钻压下高速旋转，镶嵌在刀头的金刚石露出部分棱角，对岩石进行切割，由于金刚石出众的硬度和耐热抗压性能，使得金刚石吃入岩石毫不费力，经过循环高速切削最终达到整体进尺的目的，其效率是任何合金类钻头无法比拟的。
总之，金刚石最为最硬的物质，在未来一个世纪，其作为切削具的主要原料的地位是无法撼动的，而金刚石钻头也只是其众多应用中的的一个而已。

6. 使用金刚石钻头时应该注意哪些问题？

金刚石钻头是钻孔设备的配件，操作要求还是要按照具体步骤进行，使用时应该注意的问题是：
金刚石钻头钻前准备
1、检查上一只金刚石钻头是否存在有钻头体损坏，掉齿等，确定井底清洁，无落物。
2、小心搬运金刚石钻头，将金刚石钻头放置在橡胶垫或木板上。禁止把金刚石钻头直接放置在铁板上。
3、检查金刚石钻头切削齿是否有损伤，金刚石钻头内是否有异物，喷嘴孔内是否有O型密封圈，根据需要安装喷嘴。
二、金刚石钻头上扣
1、清理金刚石钻头公扣或母扣并涂抹丝扣油。
2、将卸扣器卡在金刚石钻头上，山东中煤集团金刚石钻头放下钻柱使之与公扣或母扣接触上扣。
3、把金刚石钻头和卸扣器一起放入转盘补心，然后按照推荐上扣扭矩值旋紧丝扣。
三、下钻
1、下放金刚石钻头要慢，通过转盘，防喷器，套管悬挂器尤其要缓慢，以保护好切削齿。2、注意上次起钻时出现的遇阻井段，下钻过程中遇到缩径和狗腿时应使钻头缓慢通过。
3、距井底约1根单根时开始以50~60rpm的钻速旋转并开泵一额定排量冲洗井底。
4、 注意观察指重表和扭矩使金刚石钻头平稳接触井底。（ymhy1）


四、金刚石钻头造型
1、保持额定排量，下放金刚石钻头至井底。
2、采用缓慢钻进至少1m，以建立井底模型。
3、以每次10kN的增加量将钻压增至正常钻进最佳值，严禁加压过猛，造成金刚石钻头的先期破坏。
4、保持钻压恒定调整钻速以便获得最佳的钻进参数组合。
五、金刚石钻头正常钻进
1、在遇到研磨性强或硬砂泥岩时，降低钻速以延长金刚石钻头寿命。
2、遇到地层变化或夹层时调整钻速和金刚石钻头以保持最佳的钻井效能。
3、每次接单根注意以下几点：
3．1、恢复泵冲数并检查立管压力。
3．2、在金刚石钻头接触井底前开泵，以50~60rpm的钻速缓慢下放金刚石钻头至井底。3．3、缓慢恢复加压至原金刚石钻头，然后增加钻速至原钻速。

7. 合理选用金刚石钻头

金刚石钻头是目前最锐利的钻岩工具，从理论上讲它应该可以顺利地钻进各类地层，但在实践中往往出现一些反常现象：如在某些地层中，钻头金刚石耗量很大而钻头进尺很少；在另一些地层中，钻头的钻速很低，甚至出现钻头“打滑”不进尺的情况；有时某种钻头在一个矿区钻进效率很高，而在另一个矿区却效果很差。这些现象说明金刚石钻进中所选用的钻头必须和所钻的岩性相适应，这是提高金刚石钻进技术经济指标的关键环节之一。
尤其是孕镶金刚石钻头的结构参数较为复杂，选择时应根据所钻岩层性质，综合考虑到金刚石品级、胎体性能（保证钻头自锐）、唇面形状、内外径补强和水路设计等因素。

8. 金刚石钻进的优越性

金刚石钻进比其他钻进方法具有很多优越性。其主要方面如下：
（1）钻进效率高：金刚石是固体物质中硬度最高的，其抗压强度及耐磨性也很高，因此，用它作钻探的碎岩材料，其切削或磨削岩石的能力远远超过其他材料（如硬质合金），而且它所钻进岩石的硬度愈高，其碎岩效果也就愈显著。
（2）钻孔质量高：金刚石钻具对岩心的保护能力强，孔壁规整、光洁，钻具与孔壁间隙小，防斜能力强，钻具稳定，因而岩心采取率高，一般都在90％以上，这是其他钻进方法所不易达到的。另外，由于它对岩心的保护能力强，防止了岩心的磨损和污染及非正常的贫化和富集，岩心层次分明、光洁，便于地质编录，从而大大提高了取心质量。同时，所钻钻孔的弯曲度，一般都在国家所规定的孔斜指标范围内。即使在易产生钻孔弯曲的岩层中钻进，超指标的孔斜度也很少。
（3）孔内事故少：用金刚石钻进时，由于所钻取的岩粉颗粒细小，因而较容易被清除。由于孔壁光滑、钻具与孔壁间隙小，因而钻具运转稳定，不易发生孔内事故。即使发生了孔内事故，也很容易处理。
（4）钢材消耗少：从整个钻探工作来看，钢材的消耗量是很大的。据统计，在7～9级岩层钻进时，碎岩材料与工具方面，钢材的正常消耗约为：硬质合金钻进1.6～2.7kg/m；而金刚石钻进则仅为0.1～0.17kg/m，是硬质合金钻进的十六分之一。
（5）钻探成本低：由于上述各种原因，金刚石钻进的成本要比硬质合金钻进低很多。但是，由于管理不善、操作不当或钻头加工质量差等原因，造成非正常损坏后，金刚石钻进的成本也会提高。这一点是钻探生产管理和现场操作中应当特别加以重视的。
（6）使用范围广：金刚石钻进，不仅可以用于金属和非金属矿产地质勘探、石油及天然气勘探和开发等，而且在地热及地下水的开发利用以及各种岩土工程钻探中都能使用。它也不受钻孔直径、钻孔方向和钻孔深度等条件的影响和限制。