金刚石钻头的优选研究

8.2.1 钻头试验选择的综合经济效益评价指标

钻头使用的综合经济效益评价指标主要有钻速、寿命、综合成本（表8.6）。

表8.6 钻头选择的综合经济效益评价表

注：Z为钻头价格，元；Z0为钻头停用或报废后的残留价值（如废钻头其他使用、金刚石回收等）。

8.2.2 金刚石钻头的优选方法

（1）现场对比试验选择

根据目的和需要，选择不同技术参数的钻头在同一矿区或同一地层进行钻头适应性、时效、寿命等指标的对比试验，探讨各钻头参数对钻探成本效益的贡献率，求证合适的钻头性能参数或钻头品种。

（2）统计分析选择

通过对钻头历史使用资料进行统计分析，结合地层岩石可钻性合理选择钻头类型，从而更好地用好钻头，达到提高钻速、降低成本的目的。

8.2.3 S75钻头主要性能结构参数的优选成果

金刚石钻头的性能结构参数有镶嵌类型、胎体性能、金刚石的质量和粒度、金刚石浓度、水口形状及其数量和大小、底唇形状等。根据岩石的硬度、研磨性和完整度等岩层性质和其他技术条件，以高效、长寿、低耗、安全为标准，确定不同地层适用的孕镶金刚石钻头主要性能结构参数（表8.7）。

表8.7 S75绳索取心钻头选择表

8.2.4 不同工况下钻头方案的确定

钻速与寿命在不同情况下对钻探综合效益的贡献率是不同的，通过研究确定了不同工况的钻头方案：

1）采用绳索取心钻进时，应有足够的钻头寿命，以延长提钻间隔，减少提钻次数和提钻时间。

2）绳索取心钻进在深孔硬岩条件下，钻头方案为：在保证钻头寿命足够长的前提下，提高钻头的机械钻速。

3）钻速低下时，如钻遇坚硬致密“打滑”地层，应以提高钻速为主。

4）软硬互层频繁和破碎裂隙性地层，应主要考虑延长钻头寿命。

8.2.5 研究确定提高钻头寿命的技术对策

绳索取心钻进，一个提钻间隔内回次多、进尺长，钻遇多种不同性能岩层的可能性增多，要求钻头具有较广的地层适应性。主要对策：

1）金刚石采用高强度、不同粒径混镶，增加钻头的适应性。

2）提高工作层的高度。

3）加强钻头的内外保径，如：增高内外侧刃高度，内外侧刃采用天然金刚石补强或采用高强度、较粗粒的单晶、聚晶体保径，钢体外焊合金颗粒等。

4）增加胎体的耐冲击、耐磨性，如：采用无压法加工高压耐冲击钻头胎体，增加钻头的工作扇形面积（小水口，斜水口与螺旋水槽等）。

8.2.6 制定合理使用金刚石钻头的工作要点

要使金刚石钻头实现高效率、长寿命，合理使用也是一个重要因素。合理使用钻头要注意以下几个问题：

1）钻头要分组排队使用。根据设计孔深，按钻头内、外径尺寸，轮换使用：先用外径大、内径小的钻头；后用外径小、内径大的钻头。每次下入钻头与前一回次钻头直径差要小，当钻进8～9级岩石时，不大于0.1mm；当钻进10～12级岩石时，不大于0.05mm。

2）选择好扩孔器，做好钻头与扩孔器及卡簧间配合。金刚石扩孔器具有修正孔壁，保持钻孔直径符合设计要求，从而减少新钻头下入孔内的扫孔工作量；保持孔内钻具在高转速条件下的工作稳定性。为减轻钻头负担，延长钻头寿命，选择好扩孔器至关重要。钻头与扩孔器及卡簧间要合理配合，要求如下：①扩孔器的外径应比钻头外径大0.3～0.5mm，岩层坚硬时应采用下限数值。②卡簧的自由内径应比钻头内径小0.3～0.5mm。卡簧应在上一回次岩心上测试，以不脱落、不卡死为宜。

3）合理控制机械钻速。对软的、中硬粗颗粒的岩层，钻进速度快，岩粉量大，为了及时排除岩粉达到冷却钻头的目的，除增加冲洗液量外，要控制钻进速度。一般连续钻进时效不要超过5m/h，时效过高，易于造成钻头的非正常磨损，甚至会引起烧钻。

4）避免钻头非正常损坏：①孔底要保持清洁，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；②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，应放慢下降速度；③换径后应用锥形钻头修整换径台阶；④地层由硬变软时应减压并控制钻速；⑤钻进中，操作人员应随时观察冲洗液消耗和泵压的变化情况，发现异常应立即停钻查明原因；⑥不允许使用弯曲度超过规定的钻杆和钻具。