钻进“打滑”地层的措施

1.合理选择金刚石钻头结构参数

(1)钻头的胎体硬度与耐磨性

钻进“打滑”地层时选择钻头胎体的耐磨性比胎体的硬度更加重要。目前往往以钻头胎体硬度来衡量钻头的耐磨性,这种衡量标准并不完善。钻头的胎体硬度与耐磨性有一定关系,一般同类胎体配方中硬度越高者耐磨性越好;但不同类型胎体配方中硬度相同者的耐磨性并不相同,有的甚至相差较大。如硬度相同情况下,WC基的胎体耐磨性就明显高于铁基胎体的耐磨性,另外,热压成型钻头在加工时胎体压入密实度不同和电镀钻头电流大小不同,其耐磨性也不同。

根据“打滑”地层所用钻头经验得知,选择胎体硬度HRC10～HRC15且耐磨性较低的胎体较为合适。若胎体硬度过高,相对耐磨性也高,造成金刚石不易出刃;胎体硬度过低,则在高钻压和高转速下金刚石易在胎体中产生滑移,易脱落,使钻头寿命降低,影响钻进效率。

(2)金刚石品级

金刚石质量的好坏是攻克“打滑”地层的关键。“打滑”地层岩石的压入硬度大,所需钻压高,若金刚石在破碎岩石前就被压碎、压裂或磨平,金刚石的磨损速度大于胎体的磨损速度,就会出现打滑。因此,钻头应尽量选用高品级金刚石。

(3)金刚石粒度

粒度决定了金刚石在钻头唇面上的出刃高度、分布密度、切入岩石深度及金刚石与岩石的接触面积,过粗过细都对钻进效果有较大影响。试验结果表明,钻进“打滑”地层的孕镶金刚石钻头选用40～60目金刚石较好。另外,采用不同配比的混合粒度比单一粒度要好,岩石越硬,细粒度金刚石所占比例应越高。

(4)金刚石浓度

原则上应尽量降低钻进“打滑”地层钻头的金刚石浓度,以提高单粒金刚石的钻进压力,能有效压入岩石,获得较高的钻进效率。金刚石浓度的选择,除考虑岩层因素外,还与金刚石品级有重要关系。金刚石品级越高,所能承受的轴向压力就高,在选用高品级金刚石前提下,浓度选择在50%～60%范围内较为合适。

(5)钻头的唇部形状

其他参数确定之后,金刚石钻头唇部形状的选择也是攻克“打滑”地层的关键。在条件允许的前提下推荐采用异型唇部形状的钻头。高低齿式、阶梯环槽式、齿轮式、同心圆尖齿式、内外交错齿式等异型唇部钻头(图4-25)。

图4-25 不同类型异型金刚石钻头

(a)高低齿式;(b)阶梯式;(c)齿轮式;(d)同心圆尖齿式;(e)内外交错式;(f)环槽式

上述钻头结构的共同特点是:减少钻头唇部与岩石的接触面积,增加岩石破碎自由面加强剪切破碎效果,使岩屑颗粒变粗,有利于金刚石出刃。

2.选择钻进技术与方法

(1)采用辅助措施改善钻头出刃

1)酸蚀法。将浓盐酸与浓硝酸按3∶1比例配置成王水,把金刚石钻头底唇面浸在“王水”中溶蚀约20min,使钻头底唇面金刚石出露。

2)初磨法。一种方式是将钻头装在地表钻床上,通过干磨石英砂或金刚砂20～30min使唇面金刚石出刃;另一种方式是向孔底投入研磨材料,先用高钻压、低转速、小泵量(或不送水)初磨10～20min钻头,再转入常规钻进。

3)地表喷砂法。将钻头唇面放在喷砂机上喷砂处理帮助钻头出刃,喷砂时以金刚石出露为宜,不能过分喷砂造成金刚石脱落。

(2)合理选择钻进参数

采用“一高、一低、一小”的钻进规程参数,即高钻压,钻进“打滑”地层钻压一般为同口径常规钻压的1.5～2倍;低转速,一般控制线速度在1.5m/s左右;小泵量,一般控制在40～60L/min。

(3)改变钻进碎岩机理

采用冲击回转钻进方法,用纵向冲击动载和回转切削共同作用破碎岩石,是对付“打滑”地层的有效方法。