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金刚石粒度的配比决定着钻头的切削效率和使用

2019-05-16 05:18

  尽管早期也出现过一些原型产品,但全井眼金刚石钻井钻头却是在20世纪50年代才首次被作为商业产品在石油工业界推出的。当时在钻头上使用的是工业级天然金刚石,这类金刚石被破碎并处理成一定的规格和标准的圆形颗粒。在金刚石钻头的性能指标中有一项很重的参数—金刚石粒度,指的是钻头胎体中金刚石的颗粒大小。作为钻头钻进效率的关键因素,金刚石粒度的配比决定着钻头的切削效率和使用寿命。因此在选购钻头时,可以根据要钻进岩层的属性合理选配金刚石粒度钻头。金钻钻头厂将从胎体硬度、使用寿命和钻进效率方面来介绍金刚石粒度对金刚石钻头性能的影响,供机长们选购钻头时作为参考依据。

  金刚石是人类目前所知材料中最硬、抗压强度最强、抗磨损能力最高的材料,因此它是作为钻头切削刃最理想的材料。但是,金刚石作为钻头切削刃材料也存在较大的弱点。第一,它的脆性较大,遇到冲击载荷会引起破裂。第二,它的热稳定性较差,在高温下金刚石燃烧变为二氧化碳和一氧化碳(碳化),在空气中约在455——860℃之间,金刚石就要出现石墨化燃烧;在惰性或还原性气体中不会氧化,但在约1430℃时,金刚石晶体会突然爆裂而变成石墨。

  由于金刚石是在地层深处经由几千年的高温高压过程而形成的,所以它特别适用于在硬岩地层中钻井。20世纪70年代早期,当美国GE公司开发出一种制造人造金刚石的工艺后,金刚石技术的发展达到了一个重要的里程碑。被制成圆形薄层的石墨碳片和钴片交替地叠放在一个承受着高温高压的小罐内,通过压机中高温高压的作用,使这两种材料熔合以形成金刚石与金刚石间的粘结,最终生产出聚晶金刚石(PDC)切削元件。这种产品被迅速以固定切削齿钻头的形式用于油田钻井作业中。PDC产品为金刚石钻头开辟了一个全新的应用领域。目前,这方面的材料、结构和制造工艺都还在进行着不断改进和完善。铁铬锰矿产作为全球具有重要开采价值的矿种,对于金刚石钻头的钻探是有要求的。

  勘探钻探设计由勘察设计院完成,具体实施的各个钻探队伍需要按照设计要求严格完成钻探任务,设计的基本要求主要包括矿心采取率、岩心完整度、钻孔的弯曲率和封孔质量。详细要求如下:(1)矿心采取率:矿心采取率(包括顶、底板上和下5m范围内的岩石)不得低于80%,当矿心采取率连续5m低于80%时,要查明原因,并采取补救措施。围岩岩心的分层采取率不得低于65%。(2)岩芯完整度:使用的金刚石钻头钻探工艺应能保持矿石原有结构特点和完整性,避免岩芯粉碎、贫化。在复脉型和多脉型矿床中要严格控制钻进回次长度及回次采取率,防止钻进中漏矿。采用金刚石钻头钻探工艺时,穿矿孔径要满足取样要求。然后采用相对较低的钻压(和牙轮钻头相比),较高的转速和较大的排量钻进。应尽量避免划眼。

  钻头钻进岩石时,钻头上出露的棱角锋利的金刚石刃齿以微切削、刻划等方式来破碎岩石。磨削破岩属于表面破碎,破岩效率较低。

  (3)钻孔的弯曲:认真测量钻孔顶角和方位角,做好孔深校正、原始记录、简易水文观测、封孔和矿、岩心保管工作。钻孔弯曲度应符合规程和地质设计要求,金刚石钻头厂家,钻孔偏斜超差时要及时设法补救。见矿点和厚度大于30m的矿体的出矿点均应测定钻孔弯曲度。(4)封孔质量:封孔质量不符合规程或设计要求时应返工重封。

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