[摘要]随着时代的发展和社会经济的进步，我国的金刚石工业也在不断进步，在金刚石工业中，金刚钻头是其中重要的组成部分，由于金刚钻头在钻探施工中具有钻进效率高、劳动强度低、钻孔质量较好的特点，最重要的是钻探的成本较低，所以，近年来，金刚钻头也越来越被广泛的关注和应用，由此可见，它具有很好的发展前景。而随着我国航天事业的发展，科技进入了一个新的发展阶段，金刚石钻头的应用也越来越广泛，本文就针对如何提高金刚石钻头的钻进效率进行了详细论述和探讨。

 

　　金刚石钻头是将金刚石镶在胎体表面或将金刚石与胎体混在一起镶焊在钻头上的一种钻头，当用金刚石钻头破碎岩石时，金刚石也会因受力及摩擦而被磨损或脱落，采用优质金刚石可增加金刚石钻头的使用寿命，但成本会很昂贵。就目前我国生产金刚石的成本趋势来看，一般都要求成本在中低档为好，因为我国的经济不是很发达，同时又是一个产钻量不是很高的国家，所以成本的问题更加突出。提高金刚钻头钻进效率，不仅有利于降低成本，而且有利于提高经济效益。

 

　　2提高金刚钻头钻进效率的途径

 

　　（1）钻头和扩孔器要配套使用

 

　　选择和使用好钻头的目的在于高效和长寿，在使用金刚石钻头时，首先应该对金刚石钻头进行合理的排队使用：先用外径大和内径小的钻头，之后再用外径小和内径小的钻头，与此同时，还要保证每一次的钻头直径之间差值不能太大，对新钻头的使用也要经过轻压、慢转磨合后再转入正常技术参数钻进。对于扩孔器来说，它的主要作用是要对孔壁进行调整、能够使钻头保证稳定的状态，同时它也应该符合钻头的级别配置，也要按照使用钻头一样排队使用。

 

　　（2）钻进参数的选择

 

　　金刚石破碎岩石主要有压皱压碎和体积破碎，其中体积破碎需要将钻压增大到岩石的压入硬度，需要很高的压力，高压力会导致金刚石崩刃或压碎以及钻具的弯曲损坏。另外，体积破碎产生的大量岩屑也会被阻塞在胎体唇面与岩石面细小的间隙之间而烧钻事故。目前金刚石钻进主要以压皱压碎为主，其钻进速度主要取决于金刚石的刻槽宽度和切入深度（通常大于金刚石的切人宽度和深度），若钻压过小，不仅其金刚石的切人宽度和深度小，机械钻速低，而且由于切入体积小而很快被磨掉，钻头的寿命也低；钻压增大，金刚石的切人宽度和深度增大，机械钻速随之提高；但若钻压过大，钻具的阻力过大，转速开不上去，不仅不利于机械钻速的提高，还会造成钻孔弯曲。同时，由于岩屑太多，被阻塞在胎体唇面与岩石面细小的间隙之间的岩屑被重复破碎，导致金刚石、胎体无益磨损，引起金刚石过多出露和早期脱落。此外，岩粉量的增多，有碍于钻头唇下冲洗液的流动，甚至堵塞通路。

 

　　确定钻压要综合考虑岩石的可钻性、研磨性及完整程度。表镶钻头的钻压按15N/粒～25N/粒计算；孕镶钻头的钻压按0.5KN/cm2～1.0KN/cm2计算。硬度较小、破碎的岩石采用较低的钻压；坚硬完整的采用较高的钻压。

 

　　确定转速同样要考虑岩石的可钻性、研磨性及完整程度。表镶钻头的转速按1～2m/s的线速度计算；孕镶钻头的转速按1.5～3m/s的线速度计算。中硬完整岩层采用高转速，破碎、裂隙发育、软硬不均等钻进时振动大的岩层适当降低转速，在软岩层中钻进很高时适当限制转速。

 

　　确定泵量要考虑岩石的可钻性、环状间隙、钻头类型、金刚石粒度和胎体硬度。泵量以冲洗液0.3m/s～0.7m/s的上返速度计算。钻进坚硬、颗粒细等钻进速度较慢的岩层采用较小泵量，钻进软～中硬、颗粒粗等钻进速度较快的岩层采用较大泵量；表镶钻头采用较小泵量，孕镶钻头采用较大泵量。

 

　　（3）护壁堵漏及冲洗液的选用

 

　　护壁堵漏措施及冲洗液的选用是否得当影响金刚石的钻进效率。对于地表层及钻孔上部不稳定地层，一般通过下套管护壁。其他的不稳定地层可根据漏失、坍塌、掉块的程度采用优质冲洗液护孔、随钻堵漏浆液护孔、技术套管护孔或关注水泥浆护孔。下好套管是正常钻进的基础，一般钻孔至少应下入大一级的井口管控制表土坍塌，若钻孔设计较深，或地层比较复杂，一般都要下2～3层套管，包含一层技术套管。当孔内出现坍塌、掉块或遇溶洞裂隙时，则将技术套管拨出，在扩孔到下部3米左右重新下入。每层套管应下到完整基岩，套管连接部位用接箍焊死，孔口处用水泥或木楔固定并用胶皮密封，防止泥沙、岩粉流入套管间隙，以便终孔后套管顺利起拨。套管的直径与钻具规格之间的关系极其重要，套管直径过大会造成钻具工作不稳定，容易折断钻杆，而且不便提高钻具回转速度，影响效率的提高；套管直径过小则容易因上下钻困难，钻具不断碰撞套管而造成套管松动或折断。一般应根据所采用绳索取芯钻具规格和孔径要求来选择套管直径。并根据所遇地层岩性完整程度来确定所下入套管的深度。

 

　　优质冲洗液的作用不仅在于携带岩粉和冷却钻头，而且具有护壁作用。金刚石特别绳索取芯钻进时钻具与钻孔之间的环形间隙小，当钻进漏失、坍塌、掉块等不稳定地层时，不仅要求冲洗液的泥皮薄而韧、失水量少，有利于护壁和抑制坍塌漏失，而且不易堵死钻孔环形空间，造成提钻时由于抽吸而引起掉块或坍塌；而且要具有低切力、低粘度、低密度的性能，不会造成开泵时泵压过高以及上下钻时激动压力过大，引起钻孔坍塌漏失。金刚钻头钻进时要根据地层的特点和钻孔设计的深度来进行对洗液成功的选取。通常情况下采用无固相冲洗液，其性能为密度1.02～1.03g/cm3粘度为17～20s、失水量7～8ml、PH值7～8，钻进坍塌掉块不稳定岩层，密度和粘度相应提高。

 

　　（4）对钻具的正确使用和保养

 

　　首先应做好钻具的日常维护和保养：用钻杆夹持器、自由钳等专用工具拧卸钻杆；坚持使用丝扣油；敲打钻杆接手时用橡胶锤轻击；钻杆立根台放缓冲材料如木板、橡皮；搬迁钻杆时，在螺纹部分拧上护丝，轻拿轻放；防止螺纹端部与铁器接触等。

 

　　采用绳索取芯钻进时，内管总成在使用之前应在地表组配和检查，要详细检查卡簧座底端与钻头内台阶之间是否有2～3mm通水间隙；弹卡钳张开、收缩动作是否灵活，张开间距是否比弹卡挡头内径大1.5毫米；单动轴承是否灵活；内管是否弯曲变形；卡簧坐水口的深度是否控制在3mm；内管、卡簧座的连接丝扣是否拧紧等等。在严重漏失地层投放内管总成时应用绞车配合钢丝绳下入，不允许直接将内管总成放入钻杆柱内，以免因撞击损坏钻具和钻头；内管提出后，应缓慢放下摆平，以免将调节螺杆墩弯。被打捞上来装岩芯的内管总成要拧开卡簧座，轻轻敲击内管，倒出岩芯，勿用铁锤敲击。

 

 

　　近年来，金刚钻头钻进技术的使用在我国很大范围中取得了一定的成绩，但是在欣然的过程中，我们发现，我国的金刚钻头钻进技术与其他国家还有明显的差距，突出的问题就是效率不高，那么怎样使金刚钻头钻进的效率有所提高，本文进行详细分析和探讨，希望能够对实际工作者有所帮助。