【摘要】近年来，随着金刚石绳索取芯技术的普及，金刚石绳索取芯钻头的使用寿命以及使用率就很大程度上的影响了工程的整体收益效益，所以，研究金刚石绳索取芯钻头的正确使用就有了重要的现实意义。

 

 

　　金刚石绳索取芯技术由于钻进效率高等一系列优点，被广泛应用于地质勘探、煤田勘探等场合。正确的使用金刚石绳索取芯钻头，可以为整个工程节省出很大一部分资金，扩大自己的收益。所以，如何正确的使用金刚石绳索取芯钻头对很多领域来说，都是一个迫切需要弄明白的问题。现在大批民营钻探队伍进入钻探行业，但其员工大多缺乏金刚石钻探工具的操作技术。

 

 

　　金刚石钻进技术要求要远远高于硬质合金或牙轮钻进技术。金刚石运用于钻探。是钻探技术的一次飞跃。随着金刚石钻头质量和性能的提高以及品种的增多，将岩心钻探中的主要矛盾转移到岩心提取方面。合理的钻具组合可以大大减少井内事故，提高岩心采取率，降低钻井全角变化率，提高钻月效率。金刚石取心钻具组合大致可分为三种：单管钻具、普通双管钻具、绳索取心双管钻具。而绳索取芯钻探技术的开发运用，将这一工作提高到了一个新的水平。大大降低了辅助时间，减轻了劳动强度。上世纪七十年代以来，金刚石绳索取心钻进工艺由于其自动化程度高、井内事故少、取芯率及钻进效率高的优势，在煤田勘探及石油勘探施工中得到了迅速的推广。近十年来，金刚石绳索取芯钻进在煤层气参数井施工中又得到了进一步的发展。其相对于普通金刚石取芯技术主要有优点如下：

 

　　1、实现了较大间段不提钻连续取心，显著降低钻进辅助时间，大大提高了生产效率。当岩心装满或堵塞时，钻具报讯，此时只需将机上主动钻杆提移孔口，用绳索把专用打捞器从钻杆中下入钻杆内，即可将内管连同岩心提出孔外。然后将空的内管总成投入，实现连续钻进。而对于普通取心钻进900m深的孔，整个提取岩心过程，一般需用50～70分钟，甚至更多。

 

　　2、降低劳动强度。岩心钻探中，起下钻是较为繁重的一道工序，一般至少需要4个人配合。连续操作几十分钟。绳索取心钻进虽不能避免起下钻工作。但其工作特性。可大幅度拉大起下钻时间间隔，从而实现降低劳动强度的目的。

 

　　3、孔身直，岩心采取率高。由于绳索取心钻进基本呈“满眼”钻进，加之其实现的较高转速，具有很好的防斜作用，使得钻孔孔身较直。孔身直，钻具抖动小，金刚石钻头的高速切削及内管单动的可靠性能等，使得岩心回次采取率高．岩心扰动小，且能将较完整岩样取出。岩样良好的高完整性，保证了岩心编录不失真，使获得的地质资料更加丰富。该区钻探工程施工钻孔，岩心采取率都达到95％以上。收获率达到85％以上。

 

　　4、岩心较细、重量较轻，便于摆放、编录、搬运和保存。5、降低成本，提高效益。φ75金刚石钻头，单位造价360元，只可钻进150～220m，加上扩孔器的费用，钻头每米费用不超过4元；若用硬合金钻头，最常用的99mm钻头市场价为70元／只左右，可钻进4m左右，钻头每米费用为10元左右。对于一个250m的孔来说，用金刚石钻头钻进就可以节约3000多元。人工、燃料方面，不提钻取心，大大降低了辅助时间，增加了纯钻进时间。相对于硬合金10m左右的班进尺。钻孔一般可提前l／3的时间竣工。

 

　　三、金刚石绳索取芯钻头的科学操作

 

　　金刚石绳索取芯钻头的使用一定要根据操作要求一步步来，不能操之过急，并且一定要做好钻具组装、调配、保养工作。

 

　　1、金刚石绳索取芯钻头使用中必须做到“净、稳、磨”。“净”是孔内干净，钻具级配好和设备无故障；“稳”是指操作稳、钻具径向稳、刻取岩石稳、回转稳、钻速稳、泵压稳；“磨”是指钻头初磨好、自磨出刃好、正常钻进磨削岩石好。

 

　　2、高度重视钻头的初磨工作。正常钻进时，倒杆后合车前应适当上顶(上顶距离必须考虑孔深钻杆伸长值和卡簧自由活动距离，使钻头在极小压力情况下合车，又不能顶断、卡死岩芯)，合车必须慢，特别是钻头底唇与岩石点接触的钻头(如齿轮、锯齿等)，这个操作尤为重要。

 

　　3、严格遵守“三必提、五不扫”的操作规定。根据泵压、负荷等正确判断岩层特性和孔内情况，正确区分岩芯堵塞和钻头胎体磨完的表现，及时发现断钻的现象，及时判断岩层软硬变化并调整参数，防止岩芯堵塞、防止烧钻、防止打单管。做好减振、冷却、润滑、排砂的相关工艺配套工作。

 

　　4、正确及时总结钻进参数和岩层的适配性。提钻时观察钻头磨损状态，判断参数的合理性。

 

　　四、金刚石绳索取芯钻头在特殊情况下的使用

 

　　1、金刚石绳索取芯钻头在煤田地质的操作煤田地质勘探所遇地层绝大多数是沉积岩，在这些岩层中有的由于受风化、地下水侵蚀、断层错动以及岩石本身性质等影响，从而使岩石遭受破坏，失去了原有的稳定性和完整性。变成为松散、破碎、大小不均裂隙发育以及遇水膨胀缩径等复杂地层。井壁不易维护，给煤田钻探带来很大的困难。使用泥浆不仅能冷却钻头，排除和携带岩粉，同时还能保护井壁，这对煤田钻探来说是至关重要的。因此泥浆使用的好坏将直接影响着钻进速度、钻进质量、钻孔的安全和材料的消耗。泥浆是钻探工作的“血液”，这足以说明在钻探中用好泥浆的重要性。绳索取芯钻进系统的钻具与井壁的外环空间隙小（1.5～3.0mm）、钻杆内壁与内管或打捞器的内环空小（0.5～1.5mm）。外环空间隙小易导致泵压升高、憋泵、循环漏失和提钻抽垮、下钻挤塌孔壁。而且高转速旋转的钻具将导致内壁结垢等，这就要求泥浆具有良好的润滑性能，具有良好的净化除砂特性和护壁性能。泥浆性能指标的优劣，将直接影响着绳索取芯钻进的效果，通常情况下煤田地质金刚石绳索取芯钻进很少选用无固相泥浆，多选用超低固相聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯腈（PAN）双聚或低固相聚丙烯酰胺（PAM）泥浆，性能指标控制在：黏度20～25s；比重1.02～1.05g/cm3；API失水量≤15mL/30min；含砂量小于5%；pH值7.5～8。

 

　　2、金刚石绳索取芯钻头在复杂地层的操作破碎地层中绳索钻进，应选择合适的金刚石钻头，防止崩刃、防止烧钻，采取泥浆工艺护孔，防止岩芯堵塞。钻进参数采用中小规程，操作宜稳和谨慎，搞好排砂工作，避免重复破碎。在硬脆地层合车尽量慢，在软蚀地层控制钻速、加强岩芯采取。在软蚀不易采芯地层，可以采用小泵量或者底喷式、侧喷式钻头或者三层管钻具。在松散无胶结、硬、脆破碎时，可以考虑卡簧点焊(研磨性强，岩芯变小)或者卡簧座焊钢丝(岩芯为颗粒状时)(不要卡簧)等特殊措施。在缩径地层中，宜采用加大钻头，多扫少打，尽量避免抱死。

 

　　3、金刚石绳索取芯钻头在打滑地层的操作金刚石绳索取芯在打滑地层中钻进时，如果现场钻头优选(如部分孕镶胎体形状和表镶钻头)后，仍然自磨出刃不行，需要对孕镶钻头采取特殊方法达到自磨出刃目的时，有如下几种方法：

 

　　(1)刻痕法。下钻前，用錾子和榔头，在钻头底刃人为打出几根刻槽，使底刃粗躁，这种方法必须在孔上进行，且一般只有0．5～1．2m进尺内有效。

 

　　(2)投磨料法。打滑时，钻具提离孔底0.2～0.3m，从主动钻杆顶螺栓孔向孔内投人0．5kg左右粒径为3～6mm大小的碎玻璃、碎陶瓷或坚硬石英碎颗粒、石英砂、碎金刚石胎块等。初始钻进时宜小水量、低转速不要急于进尺，待金刚石钻头在孔底磨、蚀运转10～15min后即可提高转速，增大压力，恢复正常钻进。一般钻进0．2--0.8m需重复上述过程。

 

　　(3)溶蚀胎体法：即用强酸溶蚀金刚石胎体，促使金刚石出刃以达到提高钻速的目的(一般0．5h左右，具体视强酸种类及浓度而定)。通常浓酸可采用浓氢氟酸(HF)，也可用浓硫酸或浓硝酸加人一定比例的浓盐酸配制而成。

 

　　(4)“适度干烧”钻进法：该方法操作要点是适时适度“石墨化”胎体，使其表面粗躁，达到自磨出刃。关水，钻头接触岩石，1速、初磨压力合车，默数5s，立刻上顶，关车，歇二十多秒，如此反复总共3次，即可开泵采用正常钻进。这种方法必须谨慎操作，一般能达到0.2---0.5m进尺的效果。

 

　　(5)液动冲击回转绳索取芯钻进。钻压以能满足液动潜孔锤工作的基本条件：确保钻进状态时液动锤的花键轴与花键套端面闭合，使液动潜孔锤处于有效工作状态为前提。基本与回转钻进相同或略低，一般为600-1000KN。

 

　　(6)小直径聚能定向药包爆破。浅孔中，加工聚能药包从钻具里面送入孔底(内管提出)，然后钻具提离孔底到安全距离(根据计算)，采取电雷管起爆，利用爆轰时聚能流对孔底的作用震裂或爆除部分打滑层，然后继续投内管钻进。此法一般不采用。

 

　　4、金刚石绳索取芯钻头用于斜孔钻探时应注意的事项

 

　　(1)金刚石绳索取芯钻头必须按照操作规程正确使用，重视并做好钻具组装、调配、保养工作。金刚石绳索取芯钻头使用中必须做到“净、稳、磨”，“净”是孔内干净，钻具级配好和设备无故障；“稳”是指操作稳、钻具径向稳、刻取岩石稳、回转稳、钻速稳、泵压稳；“磨”是指钻头初磨好、自磨出刃好、正常钻进磨削岩石好。

 

　　(2)高度重视钻头的初磨工作。正常钻进时，倒杆后合车前应适当上顶（上顶距离必须考虑孔深钻杆伸长值和卡簧自由活动距离，使钻头在极小压力情况下合车，又不能顶断、卡死岩芯），合车必须慢，特别是钻头底唇与岩石点接触的钻头（如齿轮、锯齿等），这个操作尤为重要。

 

　　(3)严格遵守“三必提、五不扫”的操作规定。根据泵压、负荷等正确判断岩层特性和孔内情况，正确区分岩芯堵塞和钻头胎体磨完的表现，及时发现断钻的现象，及时判断岩层软硬变化并调整参数，防止岩芯堵塞、防止烧钻、防止打单管。做好减振、冷却、润滑、排砂的相关工艺配套工作。正确及时总结钻进参数和岩层的适配性。提钻时观察钻头磨损状态，判断参数的合理性。

 

　　1、钻压。

 

　　按公式计算取值时（表镶F=fmEF，孕镶P=pA）在破碎和非均质岩石中钻进，应视裂隙程度适当减少钻压25%~40%，在研磨性地层中适当减低钻压20%~30%；口径小、壁薄比口径大、壁厚钻压小，深孔比浅孔钻压大，斜孔比直孔钻压大，返水孔比漏失孔钻压大，正常钻进比初磨压力大，和岩石接触面积大的钻头比接触面积小的钻压大，钻头磨损后接触面积增大后钻压相应增大。

 

　　2、转速。按公式计算。

 

　　公式：N=60Vk/πD

 

　　式中：N——钻头转速，r/min；

 

　　D——钻头直径，m；

 

　　Vk——推荐线速度，m/s。

 

 

　　金刚石绳索取芯技术发展到今日已经日趋完善，但是仍有很多不健全的地方等待我们去填补。正确的选择与使用钻头，可以为整个工程带来巨大的收益，本文只是提出了一些小的建议，希望在我们大家的共同努力下能够发现一些更好更便捷的方法，从而更合理地使用金刚石绳索取芯钻头。