寸0.2mm以上,出刃超过粒径的1/3;B、有少数金刚石脱落、挤裂或剪碎;C、孕镶钻头内外径磨耗超过标准尺0.4mm以上,及出现石墨化的;D、钻头明显偏磨,水口水槽小于标准尺寸;E、胎体有明显裂纹、掉块、沟槽或严重冲蚀,钻头体变形及丝扣损坏的。
⑧避免钻头非正常损坏的措施:A、孔底应保持清洁,当发现有硬质合金、胎块、金刚石、金属块、脱落岩心及孔壁掉块时,应采用冲、捞、抓、粘、套、磨、吸等方法加以清除;B、不准在同一钻孔中交替采用金刚石钻进和钢粒钻进;C、钻具通过换径、探头石、孔壁掉块等部位以及在斜孔和干孔中下钻时,必须放慢下降速度;D、换径后应用锥形钻头修整换径台阶;E、地层由硬变软时应减压并控制钻进速度;F、钻进过程中应有专人定时观察冲洗液消耗情况。
3、PDC钻头的合理使用:①复合片在750℃以上温度时,复合片内的金刚石成份易发生炭化,应尽量将工作温度控制在700℃以下。②复合片和金刚石层很脆,应避免冲击及重击。③PDC钻头的最佳适应地层是可钻性≦8级软~中硬岩层,不宜在破碎、坚硬和强研磨性岩层中使用。④复合片钻头应尽量存放在干燥、干净的环境中。 四、钻进技术参数
1、钻压
①钻压对钻进效率的影响 ②钻压的确定
A、表镶钻头:P=15~25m(N) 式中:m-金刚石粒数,金刚石粒度大、质量好、岩石完整取大值,否则取小值。
B、孕镶钻头:P=F·p(N)
式中:p-经验单位压力,400~800N/cm2
F-钻头环状克取面积,F=π(D2-d2)/4 ( cm2) D-钻头直径 cm d-钻头内径 cm
C、复合片钻头:P=1000~2000m(N) 式中:m-金刚石复合片数量 ③选择钻压时应考虑的因素 2、转速
①转速对钻进效率的影响
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②转速的确定
n=60v/πD。n-转/分钟(钻头转动速度)、D-米(钻头直径)、π-3.1416、 v-米/秒(钻头圆周线速度)、 孕镶钻头:V=1.5~3.0m/s、 表镶钻头:V=1.0~2.0m/s、 PDC钻头:V=0.75~2.0m/s. ③选择转速时应考虑的因素
A、岩石性质:中硬完整岩层应采用高转速;岩层破碎,裂隙发育,软硬不均,钻进时振动大,应视破碎程度,适当降低转速;在软岩钻进效率很高时,为保证有效地排粉和冷却,需要限制钻速,即要合理控制转速。
B、钻孔深度:钻孔越深,钻具重量越大,受力情况越复杂,回转阻力也就越大,就应合理地限制转速,否则消耗功率大,甚至因钻具强度不够而发生孔内事故。在浅孔段则可采用较高转速。
C、钻孔结构:钻孔结构简单,钻杆与孔壁间隙小,可用高转速;钻孔结构复杂,换径多,钻杆与孔壁间隙大,钻具回转稳定性差,则不宜开高转速。
D、金刚石粒度:粒度大,出刃量也大,为防止金刚石的崩刃和断裂,粗粒钻头的转速应低于细粒钻头。
E、设备、钻具和冲洗液状况:设备性能好,功率大,钻具强度高,冲洗液润滑减阻作用好,则可采用较高转速,否则应降低转速。
④钻进操作中转速的选择:新钻头下入孔内,须用低转速试转数分钟,无异状后,再转入正常转速。在钻进中,转速要与钻压配合使用,即转速升高到一定限度时,势必降低钻压,防止金刚石在激烈摩擦中损坏。
⑤金刚石钻进转速的分级:钻头转速分为四级:高转速一般在700~1000rpm、中转速一般在400~600rpm、低转速一般在200~300rpm、最低转速为100rpm左右。
3、冲洗液量
①金刚石钻进对冲洗液量的要求:冲洗液循环要求均匀连续,通过钻杆柱不泄漏地送至孔底。因金刚石钻进孔壁间隙小,冲洗液往返流速高,岩粉细,岩粉排出较快,需要较大泵压才能克服流通阻力,因此,金刚石钻进泵量要求不大,还应适当控制,但泵压要求较高。
②冲洗液量的计算
计算公式:Q=6VF(L/min) 式中:Q-冲洗液流量L/min
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V-冲洗液上返流速,取V=0.4~0.7 m/s,甚至1.0m/s
F-钻孔与钻杆环状间隙,F=π(D2-d2)/4 cm2 D-钻头直径 cm d-钻杆直径 cm ③确定冲洗液量时应考虑的因素
A、冲洗液上返速度:一般要求冲洗液上返速度为0.4~0.7 m/s,才能有效地冷却钻头和排除岩粉。
B、岩石性质:在坚硬、细颗粒岩层中钻进,钻速低,岩粉少而细,则送水量可小些;钻进中硬、粗颗粒岩层,钻速高,岩粉多而颗粒粗,应加大送水量。钻进裂隙、有轻微漏失的岩层、为补偿漏失的一部分冲洗液,送水量应稍大于正常情况。钻进研磨性强的岩层,一方面由于摩擦热增多,要较大的冲洗液量冷却钻头;但由于岩粉研磨性强,在高速岩粉流的冲蚀下,胎体容易过早磨损,使金刚石过早过多暴露而崩刃脱落,因而冲洗液量要严格限制。
C、钻头类型:孕镶钻头金刚石出刃小,转速快,冷却条件差,可用较大泵量;表镶钻头出刃大,冷却排粉条件好,可以用较小泵量。
D、胎体性能、金刚石粒度、钻头水口、钻速、转速、钻压等,都对冲洗液的选择有影响,确定冲洗液量时应综合考虑。
④泵压和钻进的关系
钻进过程中,泵压发生小幅度上升或下降,一般是孔底换层的征兆,这时要注意进尺情况和钻具的响声,必要时可调整钻进参数,以防岩心堵塞。若泵压略升,钻速加快,多为岩层变软,这时应控制钻压,限制钻速,防止岩心堵塞,在钻进效率突然降低或不进尺同时,泵压突然大幅度增高,这是发生严重岩心堵塞的反映,要尽快将钻具提离孔底,防止瞬间发生烧钻事故。若泵压大幅下降而不回升,这多半是钻具折断或脱扣,应马上停车检查。
一般双管钻具(Φ46和Φ59)清水钻进硬岩时,地表管路的泵压损失为5~10个大气压(泥浆略高些);钻进软岩层时,约8~12个大气压。每增加100米孔深将增加2个大气压。
⑤金刚石钻进对冲洗液的选择
在岩层条件允许的情况下,应选用清水作冲洗液。因为清水冷却效果好,岩粉净化快,成本低;但开高转速时,必须使用减振润滑的乳状冲洗液或润滑冲洗液;如果岩层破碎,坍塌掉块,应选用有良好润滑性能的优质低固相泥浆和无固
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相高聚物冲洗液海洗孔。但要特别加强泥浆管理,做好净化工作,以利于提高转速,提高回转稳定性,从而提高钻速,延长钻头寿命,减少岩心堵塞,提高采心率。
五、金刚石钻进操作
(一)、开孔
1、合理选择钻孔结构,在地质条件允许的情况下,钻孔结构要尽量简单,争取一径到底;
2、开孔时,根据覆盖层、风化层的岩性合理选择开孔硬质合金钻头和针状合金钻头,防止合金崩刃掉入孔内;
3、在松散或不稳定岩层(掉块、漏水、坍塌),应采用优质泥浆护孔,并用较低转速和压力钻进;
4、开孔时用0.3~0.5m岩心管钻进,并随钻孔加深,逐渐加长岩心管,以防孔斜;
5、钻进到完整、较硬基岩1~2m 后,可下入套管护孔,下套管时应采取有效保护套管措施,下好套管后,上下两端对正封严,应用稀泥浆钻进1~2回次,然后进行冲孔,使之孔底清洁,为换用金刚石钻进打好基础。
(二)、换径
1、换径层位应选择在较硬而完整的岩层中;
2、换径前清除孔内残留岩心,必要时用十字钻头将残留岩心消灭,再用磨孔钻头磨平并清净孔底;
3、换径必须用变径接头带导向岩心管,其长度应大于4m。小径岩心管第一回次长度不大于0.5m,随孔深增加逐渐加长,钻进5m后才能撤去导正;
4、换径钻头应采用针状硬质合金钻头或旧金刚石钻头,并用较小压力和转速钻进,严防孔斜;
5、换径后用锥形钻头将换径台阶消灭,使其呈漏斗形,以防下钻时碰撞金刚石钻头。
(三)、升降钻具操作
1、下钻前和下钻过程中,应认真检查钻杆、接头,岩心管的弯曲、变形和磨损情况,不合格者禁止下入孔内。
2、钻杆螺纹应符合要求,下钻时应在丝扣上涂丝扣油,缠绵纱或加垫圈等,防止中途漏失冲洗液。
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3、下钻时,操作人员对孔内情况要做到心中有数,钻头通过拧管机、套管口或换径处、活石处,应放慢下降速度,以防碰坏钻头。
4、下钻过程中遇阻,可用管钳慢慢回转钻具,无效时应立即提钻,采用其它方法处理。
5、机台记录人要正确掌握机上余尺,和升降机操作者紧密配合,当离孔底0.5~1m时立即开泵送水,缓慢下放。离孔底0.2~0.3m时应卡紧卡盘,以轻压慢转扫孔,套心钻进。
6、禁止在地面上拖拉金刚石钻具,以免碰坏钻头、扩孔器。提钻要稳,不能猛刹车;拧卸钻具要稳,以防振动造成岩心脱落。
7、若采用缠棉纱,加垫圈等措施防止丝扣漏水,在卸开立根时,应将母扣上的棉纱或破损垫圈清除。
8、在复杂地层中钻进时,升降钻具要慢,在提升钻具时,应向孔内回灌泥浆。
9、起、放钻头岩心管时,严禁钻头拖地和冲撞硬物。拧卸钻头和扩孔器时,应使用专用工具并避开金刚石的胎体部分。
10、使用双管钻具时应注意检查各部件的磨损情况,卸开双管时,要轻拿轻放,不准用铁锤、铁棒敲打双管
(四)、钻进操作
1、一个回次应由一个人操作,以便正确掌握孔内情况。操作人员操作时必须精力集中,随时注意进尺速度、返水大小、泵压变化及柴油机声响;用电动机时则应认真观察电流表和功率表,发现异常,立即停止钻进;
2、地层变化时,要控制进尺速度,特别是由硬变软时,要改变钻进规程,否则进尺速度过快,易造成烧钻现象;如进尺过快,会造成烧钻事故;地层由软变硬,钻速变慢时,不得任意增大压力,以免损坏钻头。
3、开车时要轻合离合器,并减轻钻头压力,使钻头和钻具在较轻的负荷下缓慢启动,使其受力平稳;回次开始时,看冲洗液返上地表或断定冲洗液已送到孔底后方准开车。先用轻压慢转几分钟,无异常时再转人正常钻进。
4、时刻保证钻头的充分冷却,钻进中要有专人管理冲洗液,注意泵入孔内冲洗液的质量,针对地层变化加强性能调整。经常做好循环系统清理和除砂工作,保持孔底清洁,孔内岩粉超过0.3m时,要立即捞取。
若采用泥浆和润滑剂洗孔,则应注意其质量,及时更换,例如泥浆必须保持
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