金刚石钻进的注意事项

金刚石钻进工作的主要特点在于提高钻头的转速。金刚石的硬度、强度、耐磨性和导热性等都很高，这是它的优势。这些优势决定了它能承受高速运转所带来的影响。但由于金刚石颗粒较小，即使表镶钻头其出刃也很小，切入岩石的深度很小，因而每一转的碎岩量也很小。在钻进中，能否充分发挥金刚石的优势、提高钻进效率，关键就在于钻进中能否提高转速。影响金刚石钻进转速提高的因素较多，金刚石钻头价格又较昂贵，钻进时要按规程操作。

（一）钻进

（1）钻具下孔前必须严格检查螺纹连接是否合格、防漏情况是否良好，以及所用附属机具是否安全可靠。如发现问题，必须及时处理。

（2）下孔钻具接触孔底前0.3～0.5m时，必须先开泥浆泵冲孔，待钻井液正常循环后，再把钻具慢慢下放到底。

（3）当钻具接触孔底后，才准许开动钻机，并严禁钻具悬空回转。开机钻进初，要轻给钻压，使钻具在轻压下平稳启动。

（4）当孔内钻具的总质量超过正常钻压参数值时，无论在任何情况下，都不允许把此质量全部压在钻头上。所以，当钻具下到孔底前，要先称重，然后决定是加压钻进还是减压钻进。

（5）回次钻进开始时，要先用轻压、慢转钻进3～5min，待孔底情况正常后，再用正常技术参数钻进。

（6）一个回次的钻进中，最好是由同一个人进行机上操作，以便更好地掌握孔内情况。在正常钻进中，不要随意改变钻进技术参数，更不可无故提动钻具。

（7）随时注意保证钻头的及时冷却，除应保证泥浆泵的正常工作外，钻具接头处应加密封圈或缠油线、涂螺纹油，以防接头漏水，并保证钻井液全部流过孔底。

（8）保持孔底清洁。当孔底岩粉集存厚度超过0.2m时，要专门停钻进行冲洗。

（9）当孔底有胎体碎块、脱粒金刚石或其他金属碎块存在时，必须处理干净后才允许下入金刚石钻头钻进。

（10）当孔底有残留或脱落的岩心时，必须用硬质合金钻头或专用工具进行扫孔或打捞，不允许用金刚石钻头扫孔和打捞岩心。

（11）正常钻进时，机上操作者必须精神集中，时刻注意进尺速度、返浆情况、泵压、功率消耗、机器声音等，发现异常变化，应立即进行检查，情况不明不允许勉强钻进。

（12）为了更好地掌握孔内情况，钻进中每隔5～6min，应丈量一次进尺数，并记在现场记录牌上，还应绘制进尺统计曲线图（图10-3），以便根据曲线的变化，更好地判断孔底情况。

（13）异常情况分析：

a当出现不进尺、泵压增大、功率有所减小现象时，可判断为岩心堵塞。应把钻具稍微提起并上、下轻轻窜动几分钟，故障解除，再继续钻进。如无效果，应马上提升钻具进行处理。

图10-3 进尺曲线

b当出现进尺速度有所降低、功率突然增大现象时，可判断为钻孔技术参数已达到临界值，必须降低转速或减小钻压，以防烧钻。

c当出现泵压突然减小、功率随着减小、不进尺现象时，可判断为孔内钻具折断或脱扣。应先提动一下钻具试试轻重，确认后提升钻具进行处理。

d当出现钻速急剧降低、泵压和功率增大现象时，可判断为烧钻。可先把钻具提离孔底空钻一下，如无效果，则必须提升钻具，进行处理。

（二）提升或下降钻具

（1）下孔前组装钻具或提升后拆卸钻具时，要用特制的自由钳拧、卸钻具，不允许用牙钳，以免钻具被挤咬变形。

（2）在拧、卸钻头和扩孔器时，严禁把拧、卸工具夹在金刚石或胎体部位，以防夹碎或夹裂金刚石或胎体。

（3）升、降或搬动钻具时，不允许猛抬或猛放。因为钻具径小、壁薄（尤其是绳索取心钻具）、强度小，猛抬、猛放可能因受力不均而使钻具发生弯曲。

（4）严禁快速下降钻具，以防因孔壁碰撞而损伤钻头。钻进时，若给进速度过快，也易损伤钻头。

（5）提升钻具时，速度也不准过快，以防震落岩心或孔壁坍塌掉块。

（6）提出后的钻具如暂时不使用，应洗净、擦干、涂油，妥善保管，特别是对钻头、扩孔器及双层岩心管，更应加强保养，以利再用。

（7）每回次提钻后，要仔细检查钻头的磨损量、卡簧与卡簧座及钻头内台阶和内径等的配合关系、岩心情况等，以便判断孔内有无异常现象，确定下一回次应选用的钻具及钻进的技术参数。每钻进一个回次，都要小结一次经验，以利不断提高操作技术水平，争取提高钻进效率。

（8）提升钻具时，由于孔壁间隙小，易形成严重的抽吸作用，导致孔壁坍塌。除应减小提升速度外，还应从外内回灌钻井液，以保持孔内的液柱压力平衡。

（三）钻进中的防振工作

前面提到，金刚石钻进时，要想取得较高的钻进效率，就必须采用高转速，这是金刚石钻进取得高效率的前提条件。而从金刚石特性的优势分析，如果选用钻头合理，钻进操作技术得当，它是完全能够适应高速运转的。

但在钻具高速转动时，势必会发生轴向振动和径向振动。而且，转速愈高，振动愈严重。

钻具的振动现象，对稳定钻进是不利的。它会振碎岩心，振坏钻具，甚至会造成金刚石钻头的损坏。因此，钻进时必须采取各种防振或减振措施，确保钻具的稳定，以达到高转速钻进的目的。

此外，像钻杆弯曲、钻孔结构设计不合理、钻进技术参数选择不当、机械设备技术状况不好、岩层破碎、孔壁不稳定等，都会引起钻具的振动。为了防振或减振，可采取下述几种措施。

1.加装稳定接头防振

组装孔内钻具时，在不同的位置加装特制的接头，对孔内钻具可以起到稳定作用，减轻钻具的振动。稳定接头分两类。

（1）钻杆稳定接头：组装孔内钻杆柱时，每隔一定的距离，用稳定接头代替普通接头，以便导正钻杆，使之保持稳定。其结构如图10-4所示。

图10-4 钻杆稳定接头

接头中部加工成凹槽，在凹槽中嵌入橡胶柱的（图10-4a）称橡胶柱接头；在凹槽中嵌入橡胶圈的则称橡胶圈接头（图10-4b）。

橡胶柱或橡胶圈的自由外径，比钻杆接头大（如图中剖面所示），而比所配的钻头外径小0.5～1.0mm。因橡胶有弹性，故可自由伸缩，钻进中可以使钻杆与孔壁间隙减小，以导正和稳定钻杆，取得防振和减振效果。橡胶柱接头与各橡胶柱之间留有空隙，以便钻井液流通。橡胶圈接头则在接头体内壁加工纵向沟槽，橡胶圈嵌入后，沟槽仍联通，以便钻井液沿此沟槽通过。应用时，每4～5根钻杆之间可接装一个稳定接头。

（2）岩心管稳定接头：岩心管稳定接头又称为稳定异径接头（图10-5和图10-6）。

图10-5 有螺旋水槽的稳定接头

图10-6 镶有硬质合金片的稳定接头

有螺旋水槽的稳定接头，是在加工岩心管接头时，把其外径尺寸加大到与扩孔器的外径相同，并在其外壁上开出螺旋形沟槽，以便钻井液流通。

镶硬质合金片的稳定接头，是在常用的岩心管接头的外壁上，以交错排列形式镶嵌硬质合金片，使合金片出露的外径相当于扩孔器外径。合金片间的空隙可以流过钻井液。在使用时可以减小孔壁与接头的间隙，扶正稳定岩心管，取得防振与减振效果。

（3）扩孔器：组装钻具时，如果所用的粗径钻具较长，可在外岩心管中部加接扩孔器。加接扩孔器的数量，可视岩心管长度确定。这样，也能取得稳定钻具、减振与防振的效果。

2.减振器

金刚石钻进中，除使用稳定接头防振减振外，还可以采用专制的减振器以减振、防振。目前，这类专用工具品种很多，现选两种简介如下。

（1）纵向（轴向）孔底减振器：这种减振器可用以减轻（或防止）钻具轴向振动（图10-7）。

图10-7 T56型孔底减振器

T-56型孔底减振器的基本工作原理是：异径接头1上部连接钻杆柱，花键轴7的下端连接岩心管的异径接头，上段通过螺母6可以推动碟形弹簧5沿纵向伸缩。钻进中，花键轴套8通过外管4与异径接头1传递压力和转矩。橡胶密封圈3用以防止钻井液串流到花键轴套内部，以保证减振器的正常工作状态。

钻进中，当钻具发生纵向振动时，通过花键轴的上行，压碟形弹簧收缩，以减轻钻具的弹跳力，使钻具保持稳定状态。

（2）扭向和纵向减振器：这类减振器的基本结构如图10-8所示。其基本工作原理是，上端连接钻杆柱，下端异径接头6连接岩心管，花键轴1可以在花键轴套4内沿纵向自由活动，而且有一定的伸缩空隙。通过金属垫圈2压缩橡胶垫圈3，借助橡胶的弹性减轻钻具的纵向振动力。通过借助橡胶销子5的弹性，减轻扭向振动力。

图10-8 降低纵向和扭向振动的减振器

使用这类减振器，可提高机械钻速；可延长钻头寿命。

3.润滑剂减振

前述各类减振器，由于结构复杂，加工和维修都不方便，因而推广使用有一定的困难。目前，为解决金刚石钻进的减振问题，都在积极推广使用润滑剂减振法。这种方法主要是，通过润滑剂减轻或消除钻具与孔壁的摩擦阻力，从而减轻钻具的振动。实践证明，此法行之有效，能大大提高钻进效率，延长钻头寿命，减少金刚石的磨耗，减少水泵、钻具等的损坏。因此，润滑剂已成为目前金刚石钻进的必备材料。

钻探用润滑剂的种类很多。但总括起来可以分为两大类。

（1）脂状润滑剂：脂状润滑剂呈粘稠脂状，用以涂抹在钻具的表面，即可进行润滑减振。要求防振润滑剂的润滑性能良好，能有效地附着在钻具表面和孔壁上，不怕冲刷、不糊钻，有足够的粘性，能形成抗冲击载荷和减振的弹性层，且其化学性能稳定，不腐蚀钻具，也不与其他化学处理剂发生化学反应，对温度的稳定性也好，还有一定的护壁、防漏作用。

（2）防振乳化剂：在不漏水、不涌水的岩层中钻进时，可以使用防振乳剂。它也是一种润滑剂，呈乳白色粘液状。钻进时，按比例混合在钻井液中即可使用。清水、泥浆钻进都可使用。它是用石油加工和化学工业的下脚料如环烷酸皂、氧化石蜡、肥皂生产的镏渣、皮革生产的乳化膏、水油乳化剂等为原料配制的。

这些乳化剂用来处理钻井液效果良好，有显著防振作用。能有效地提高钻进效率和延长钻头寿命。