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影响金刚石钻头寿命的因素分析

影响金刚石钻头寿命的因素分析

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:瑞龙钻具
  • 来源:http://www.lqrlzj.com
  • 发布时间:2021-08-12
  • 访问量:0

【概要描述】影响金刚石钻头寿命的因素有:所钻岩石的性质、钻头本身的质量、钻进工艺参数及施工过程管理等四方面。

影响金刚石钻头寿命的因素分析

【概要描述】影响金刚石钻头寿命的因素有:所钻岩石的性质、钻头本身的质量、钻进工艺参数及施工过程管理等四方面。

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:瑞龙钻具
  • 来源:http://www.lqrlzj.com
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金刚石钻头的寿命一般是指钻头从开始工作到不能钻进为止的总进尺量。在钻进过程中,钻头可能会遇到正常工作磨损和非正常磨损两种情况,非正常磨损影响钻头的寿命。由于孕镶金刚石钻头的设计制造和使用是一项十分复杂的系统工程,钻头的寿命与金刚石参数、胎体成分性能,钻进工艺和所钻岩石的性质等因素之间存在复杂的关系,只有各个环节相互配合,才能充分挖掘出钻头的潜力,提高钻头寿命和效率。因此,金刚石钻头从设计、制模、选料、烧制,各个环节对它的寿命都有很大的影响,这些环节都影响着钻头的使用寿命,影响着钻探施工的效率。

按照孕镶金刚石钻头设计、制造和使用这一流程,影响金刚石钻头寿命的因素有:所钻岩石的性质、钻头本身的质量、钻进工艺参数及施工过程管理等四方面。

1  所钻岩石的性质

在钻进破碎岩石的过程中,金刚石钻头本身也受到岩石的磨损而逐渐变钝,直到损坏。但是钻进中的磨损并不一定都是坏事,在孕镶金刚石钻进中,必要的磨粒磨损是非常重要的,可以及时的帮助金刚石钻头自锐出刃,使得钻头能够正常工作,提高碎岩效率,增加钻头寿命。

所钻岩石磨损金刚石钻头的能力称为研磨性。影响岩石研磨性的的因素主要有岩石颗粒的硬度及研磨性、颗粒的形状、尺寸、孔隙度、岩石的矿物类型和种类、岩石的粘结强度、岩石介质等。岩石的研磨性决定了碎岩工具的效率及寿命,并且对于钻掘工艺的参数选择、钻头设计使用等都具有重大的影响。

2  金刚石钻头的性能

钻头的寿命不仅仅是受到所作用的岩石的影响,更重要的是在于钻头自身性质、结构等性能参数,因为岩石的性质和成分是不可控制的因素,而钻头本身的质量可以经过合理的设计、先进的制造工艺而得到提高。对于金刚石钻头本身来说,其寿命影响因素中,钻头的耐磨性起着决定性作用(在某些条件下,胎体的耐磨性与胎体的硬度及抗冲蚀性是一致的,例如在胎体配方相同的情况下,硬度越高的胎体的耐磨性与抗冲蚀性也就越高),钻头的耐磨性包括唇面金刚石的耐磨性和胎体材料磨损两个方面。在孕镶金刚石钻头中,这两个方面要相互配合才可以取得良好的效果,也就是金刚石的磨损要比胎体的磨损稍慢,这样可以保证在钻进过程中金刚石的不断出刃,保持钻头的效率,提高钻进施工的效率。反之,会造成钻头不出刃而失效。

金刚石是钻头破碎岩石的关键部位,金刚石自身的品级、粒度大小及它的浓度都会影响着钻头的寿命。如果金刚石的质量好,金刚石在钻进中磨损的速度慢,钻头寿命会相应增加。在钻进过程中,金刚石颗粒承受主要的荷载,同时保护着胎体材料,使得它不被快速磨损掉,从某种角度上,金刚石耐磨的程度也决定了胎体的耐磨程度,因此,在能够保持正常包镶能力的前提下,胎体唇面上金刚石的浓度大,钻头胎体的耐磨性就强,钻头的寿命也就会耐久,但是并不是浓度越大越好,当浓度太大的时候,会影响钻速,进而影响到碎岩速度。在钻探施工中并不是金刚石的粒度越大越好,在强研磨性地层中,细粒的金刚石相比粗粒来说,不容易脱落,能起到良好的碎岩作用。

另一影响寿命的因素是胎体本身,在钻进中胎体起着包镶金刚石、连接钢体的作用。在钻进过程中,胎体应该有足够的强度、一定的抗冲击韧性和耐磨性。在孕镶金刚石钻头中,胎体对于钻头的寿命影响更大,如果胎体能够适时的超前磨损可以使得金刚石不断出刃,这样金刚石钻头兼具有效率和长寿命的优点,如果磨损过快或者过慢都会影响到钻头的使用寿命。胎体的硬度、强度、抗冲击韧性以及包镶能力等参数与胎体成分、以及各个组分所占比例的大小有关。此外,对于孕镶金刚石钻头来说胎体的高度、水口的尺寸及唇面形状等都影响着钻头的寿命以及效率。对于某一个钻头来说,胎体的高度越高,钻头的寿命就会越长,但是胎体高度受到胎体强度,水口尺寸以及上返流速等因素的制约。对于唇面形状来说,不同的唇面形状,对于钻头寿命的影响不同。一般钻头的唇面形状为半圆型,为了提高钻头的效率,我们会采取自同心圆设计、锥形设计、高低齿等等异形设计,这些设计有的可以增加钻头在钻探过程中的钻进效率,利于岩屑的冲洗,有的可以提高钻头的稳定性,这些都可以一定程度的提高钻头的效率和寿命。

金刚石钻头在经历过尺寸参数设计、胎体配方的选择之后就要进行制造,现在比较流行的烧制金刚石钻头的方法大体分成三种:粉末冶金法、电化学法和二次镶焊法等。在制造金刚石钻头的过程中,不同制造技术之间存在着差异,这些差异也会影响到钻头寿命,例如热压烧结法很容易因为高温造成金刚石损失,此外在胎体能否均一、胎体材料自身限制、保径材料选择设置和烧制钻头的石墨模具等等方面都会影响到钻头寿命。

电镀金刚石钻头的原理是在电镀槽内将镍、钴等金属沉积到钻头体上,同时分层、分次把金刚石微粒撒到电镀面上,利用沉积的金属把金刚石镶嵌在胎体之中。电化学法缺点是在钻头尺寸上不容易控制,造成钻头过早损坏,此外电镀液的性质和电镀方法都会影响钻头寿命。

二次镶焊法是先预制好胎体块,然后将胎体块与钢体焊接在一起,这种方法的优势就是可以制造唇面形状复杂的钻头。其中钎焊金刚石钻头是比较先进的一种方法,钎料的粘接能力和预制胎体块的质量影响着钻头的寿命。

3  钻进工艺参数

钻头是要应用到钻进施工过程中,钻进的工艺参数例如钻压、转速、泵量等对钻头的寿命也有很大的影响,三者并不是独立作用的,而是要相互配合才可以取得良好的钻进效果,例如如果钻压过高,岩屑量增加,而金刚石完全吃入岩层,孔底冷却和排粉条件恶化,钻头磨损就会加剧,导致钻头寿命下降,此时可以提高泵量,来加快排粉和孔底冷却来保护钻头。在生产过程中,我们需要选用合理的参数来提高效率。在钻进过程中,钻头在孔中一直做着无规则的运动,比如上下跳动,左右摆动,还有在孔底的涡动等复杂运动,由于金刚石属于脆性材料,抗冲击力的性能低,在钻孔无规则的振动中,金刚石很容易遭受冲击破坏,也会大大的影响钻头寿命。

4  钻探施工管理

在金刚石钻头制造成功之后,在钻进生产现场使用,在选择合理的钻进参数之后。须在了解地层情况下,选择与地层相适应的钻头,如果钻头与地层不适应,就会出现不进尺,钻进效率低下,或者是钻头磨损过快,这些都会影响钻探施工的质量,其次在钻进过程中操作的规范程度也会影响到钻头寿命。

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