1、金剛石鉆頭失效原因及改良2800字 摘要:文章主要就金剛石鉆頭在地質鉆探工程中失效的原因進展詳細分析，提出了相應的措施，以供參考。 關鍵詞:鉆頭金剛石失效原因改良 目前金剛石繩索取心鉆進工藝以其鉆進效率高、勞動強度低、鉆孔穩(wěn)定性好等優(yōu)點，被鉆探行業(yè)所普遍采用。同時這種鉆探工藝對金剛石鉆頭也提出了更高的要求，需要更高的鉆進效率以及更長的使用壽命。在江西省武寧縣石門寺鎢礦勘察復雜地層條件下鉆進，常規(guī)金剛石鉆頭由于孔底情況復雜，經常發(fā)生超前磨損或非正常磨損而失效，從而導致鉆進效率低、壽命低的情況，難以到達鉆探工藝的要求。1、金剛石鉆頭失效分析1.1 內外保徑早期磨損 (1)巖層研磨性強； (2)由于

2、巖心破碎，鉆進過程中巖心不能順利進入內管，或發(fā)生巖心堵塞現(xiàn)象,造成巖心在鉆頭內徑處消耗，從而導致鉆頭內保徑超前磨損失效。1.2 水口沖蝕嚴重 (1)巖層研磨性強，沖洗液含砂量高； (2)鉆頭胎體偏軟。1.3 胎體掉塊 (1)下鉆時遇探頭石或脫落巖心，因掃孔而磕裂； (2)鉆進過程中遇硬、脆、碎地層，鉆具振動幅度大，導致鉆頭胎體產生裂紋，進而開展成掉塊。1.4 鋼體磨損嚴重 (1)孔壁穩(wěn)定性差、易坍塌、掉塊，導致鋼體外部磨損； (2)巖心破碎不能順利進入內管，在卡簧座與鉆頭鋼體間相磨，導致鋼體內部磨損。1.5 鉆頭不進尺 (1)鉆頭胎體硬度太高，遇硬夾層拋光打滑； (2)胎體太軟，工作層過度消耗

3、。2、金剛石鉆頭的設計及制造2.1 胎體性能及制造工藝的設計 金剛石鉆頭胎體的性能指標主要有硬度、耐磨性、抗沖蝕性、抗彎強度、抗沖擊韌性以及對金剛石的包鑲才能等。針對復雜地層，胎體硬度應選擇在偏中等的HRC32 HRC38之間，以確保在軟層或硬層均能獲得良好的鉆進效率和使用壽命。胎體的其他性能指標需比常規(guī)金剛石鉆頭進步20% 以上，以確保鉆頭可以承受井底復雜情況的考驗，為此采取以下方法。 (1)使用納米級的超細胎體粉末材料。使用該材料與傳統(tǒng)材料制作的胎體相比擬,能在胎體硬度相對較低的情況下獲得更高的耐磨性與抗沖擊韌性。這樣更有利于鉆頭在工作過程中保持很好的金剛石出刃而胎體損耗較慢，使鉆頭鉆進效

4、率與使用壽命大大進步。 (2)使用氫復原脫氧處理胎體粉末材料。該工藝使金屬粉末外表氧化物的被復原以及變形粉末的再結晶，使粉末顆粒互相結合進步粘結強度，使胎體獲得更高金剛石包鑲才能、力學強度以及與鋼體的粘結牢度。 (3)采用低溫熱壓燒結工藝。金剛石在溫度超過800時就會發(fā)生石墨化轉變而產生熱損傷使強度下降。該工藝的制造溫度不超過720，能最大程度地減少金剛石因高溫而產生的熱損傷，保護金剛石的碎巖才能。2.2 金剛石濃度、粒度的選擇 金剛石濃度、粒度的選擇對鉆頭壽命以及鉆進效率具有重要的影響作用。 濃度偏高，鉆頭胎體端面的金剛石與巖石的接觸面積增大，單粒金剛石所承受的壓力較小，相應壓入巖石的深度減

5、小。當金剛石上的壓強小于巖石的抗壓強度時，金剛石就不能壓入巖石，表現(xiàn)為鉆頭打滑不進尺。相反，濃度偏低一是不能布滿唇面的環(huán)狀面積，出現(xiàn)大面積的金剛石空白區(qū)，二是造成單粒金剛石上的壓強太大，在新的金剛石未出露之前，已出露的金剛石就過早地磨損或崩刃、脫粒，導致鉆進狀況惡化，甚至停鉆。 金剛石鉆頭的粒度設計與巖層的完好度、硬度、鉆進參數、金剛石的其他參數(濃度)有關。詳細設計金剛石粒度可按預期鉆速v進展考慮。 式中: v預期機械鉆速，cm /min;每粒金剛石的質量, 鉆頭上施加的壓力，kg; n鉆頭轉速，r /min; M金剛石的濃度，% ;工作金剛石與巖石接觸面上的單位壓力，kg /cm2;每粒工

6、作金剛石與巖石接觸的面積cm2;鉆頭端面有效系數。 在復雜地層條件下，巖心鉆探的預期鉆速選擇在時效1.5 2.5m，以確保鉆孔的穩(wěn)定性和平安性?？刹捎貌煌６鹊慕饎偸扈偅瑵舛冗x擇在70%80%。由于其金剛石粒度大小不一，在鉆進過程中造成眾多的出刃高度不等的金剛石，在切削巖石時形成眾多的微切削溝槽，其深度參差不齊，形成假設干自由面，從而進步鉆頭的破巖效率。2.3 鉆頭構造的設計 在復雜地層條件下，鉆頭的唇部造型應采用尖槽同心圓構造。該造型增加了鉆頭底面的自由切削面，增強鉆頭對巖石的研磨才能，而且尖齒的側面還能對巖石產生擠壓破碎作用，具有更好的破巖效率。同時該造型能使鉆頭在工作過程中獲得更好的穩(wěn)

7、定性，以防止出現(xiàn)孔斜等情況發(fā)生。 為減輕胎體的沖蝕磨損狀況，在難以降低鉆井液含砂量時，適當增加水口寬度或增加底噴水眼，通過增加鉆頭的過水面積以減弱鉆井液的沖蝕性。2.4 保徑的加強 在復雜地層條件下，金剛石鉆頭的保徑才能是鉆頭使用壽命的關鍵。尤其是內保徑，通常發(fā)生提早磨損，導致巖心變粗不能順利進入內管而產生堵心。目前人造孕鑲金剛石鉆頭通常采用圓柱狀聚晶保徑。聚晶的特點為耐磨性強，但克取巖石的才能弱。 在強研磨性地層中，常規(guī)的保徑方式由于圓柱狀聚晶工作面小而很快磨損導致鉆頭失效。為此，保徑層采用方聚晶，通過增加聚晶的工作體積來加強保徑才能，能起到非常好的效果。為防止因聚晶過多參與碎巖過程而導致鉆

8、速降低,在聚晶的排列上采用三角形排布，靠近鋼體端排布多，向工作層端遞減。4、結論 (1)采用納米級超細金剛石胎體粉末材料，并用氫復原脫氧工藝對粉末材料進展處理后進展燒結，進步了胎體的耐磨性、抗沖擊韌性、抗沖蝕性以及對金剛石的包鑲才能等性能指標。 (2)使用低溫熱壓燒結工藝，減少了金剛石因高溫而產生的熱損傷，保護了金剛石的碎巖才能。 (3)選用適宜的鉆頭底唇面造型，進步了鉆頭的碎巖才能及鉆進過程的穩(wěn)定性。 (4)采用方聚晶保徑，并改良保徑層的構造，大大加強了鉆頭的保徑才能。 (5)選用混鑲粒度的金剛石及適宜的金剛石濃度，進步了鉆頭對復雜地層的適應性。參考文獻:1 劉廣志 等.金剛石鉆探手冊M.北京:地質出版社，1991.2 趙爾信 等.金剛石鉆頭與擴孔器M .北京:地質出版社,1982.3 舒智.復雜地層深孔鉆進關鍵技術的討論與理