高寒地区岩石可钻性分析及金刚石钻头选型

以高寒地区铁矿钻探施工项目为背景,采用压入硬度测试、摆球硬度测试、研磨性测试、微钻实验法和碎岩比功法等手段对矿区代表性岩石进行了可钻性分析。结果表明:新疆西昆仑塔县高寒地区地层岩性为中硬及以上的岩层,研磨性中等级以上。大部分岩心在金刚石胎体硬度为中软至中硬时,钻进效果较好。并在此基础上优选出的钻头在高寒地区适应性强,提高了钻头寿命和时效,可为同类地区的钻探施工提供参考。     

煤系钻探岩石可钻性分级方法的研究

研究了煤系中采用硬质合金钻进工艺时岩石可钻性分级的指标体系及测试方法;研制了一套能在野外流动条件下进行岩石可钻性分级测试的轻便仪器及工具。在7项分级指标体系中,压入强度、研磨性、塑性系数和用微型针状硬质合金钻头测试“微钻钻速”是首次应用,尤以用小试样测试“压入强度”及用微型针状硬质合金钻头测试“微钻钻进速度”两项指标能有效地反映煤系软岩石分级档次,可以弥补用微型孕镶金刚石钻头在6级以下较软岩石中无法钻进或达不到钻进指标的不足。     

切槽法金刚石钻进岩石可钻性分级

本文提出了岩石可钻性分级的主要观点，提出了测定金刚石钻进岩石可钻性的新方法——切槽法。切槽法的破岩实质与孕镶金刚石钻头钻进相似。该法在一次测定中同时取得△d和△W两项指标，可综合反映钻进岩石的难易程度和岩石的研磨性。在此基础上，提出了按△d、△W综合分级的8级4类分级方案，并对岩性特征、钻头使用范围作了分析。在实验室和现场测定中证明所测岩石可钻性与钻孔效果之间有良好的相关性。独创性地研究了“JZ-1型岩石可钻性测定仪”，它既可用于实验室，又可用于现场。经室内外试验初步证明，该仪器简单、性能稳定、使用方便、     

孕镶金刚石钻头优化设计及其在甘青隧道应用

孕镶金刚石钻头是通过胎体超前磨损,促使金刚石出露形成微切削刃,在钻压和扭矩的作用下对岩石进行磨削碎岩,可广泛应用于硬地层和复杂地层钻进。然而,常规金刚石钻头存在坚硬地层钻速低、进尺慢、费用高等问题。本研究首先采取甘青隧道S2Z-45钻孔相邻孔不同深度的岩石样品,对其硬度、矿物组成及可钻性进行测试分析,确定了岩层大部分以闪长岩为主,岩石可钻性等级为8级;然后针对甘青隧道的地质特点对孕镶金刚石的胎体硬度和底唇面形状进行了优化设计,并进行了现场试验,通过分析钻头的实际使用情况研究了孕镶金刚石钻头性能的影响因素。试验结果表明：胎体硬度为HRC 15～20、金刚石粒度40～50目、金刚石体积分数为20%、底唇面为环槽尖齿型的孕镶金刚石钻头性能最佳,寿命达到321 m,钻速为1.17 m/h;在相同金刚石参数下,胎体硬度为HRC 10～15的滚齿型孕镶金刚石钻头在钻速方面具有优势,最大钻速能够达到1.44 m/h。环槽尖齿型底唇面和高胎体硬度有助于提高钻头寿命,滚齿型底唇面和低胎体硬度有利于提高钻进效率,但钻头寿命偏低。     

岩石的主要物理机械性质与岩石可钻性相关性的试验研究

本试验研究共钻进78种岩石,803块岩样,完成868个钻孔,总进尺82m左右。测试了岩石的压入硬度、研磨性、塑性系数、声学特性等性质,共取得各种测试数据8570个.在BCM—Ⅲ型微机上,对其数据进行了数理统计,建立了以岩石压入硬度、研磨性和塑性系数为主因子的岩石可钻性预测方程,方程的预估精度达80％左右。     

K-20微钻实验台

利用微钻法测定岩石可钻性等级与实际生产中所反映的岩石可钻性对比性强，是作为部颁标准中测定岩石可钻性等级的主要方法之一。K-20微钻是为野外生产队、省级研究室和钻头制造厂设计的。该实验台采用液压给进，结构轻便、易于操作、造价低，经过野外队、省局研究室和金刚石钻头制造厂的二年多来的使用，认为是解决钻探生产定额有争议的有效设备，如果与万分之一天平配用还可进行岩石相对研磨性指标的测定。也可作为正确选用钻头及钻头对岩层适用性研究的轻型设备。     

TK-56型高频阀式正作用冲击器使用效果

渣滓溪矿区主要硬岩有石英砂岩、(砂)石英岩状砂岩,硅质板岩和砾岩等,可钻性均在8-10级以上,占钻孔岩层的20~30%,凡遇此岩层孔段,由于硬度高,研磨性弱,金刚石钻头一再出现“打滑”现象,钻头被抛光,往往回次时间长而进尺极低,观察钻头唇面可见其粘上了颜色发黑的润滑剂薄层,虽经氢氟酸     

关于岩石研磨性与金刚石孕镶钻头的选型

一、影响岩石研磨性的因素岩石研磨性指岩石对钻头切磨材料和胎体的磨削能力。岩石研磨性越大，磨损钻头的能力越强。岩石研磨性和岩石抗压强度、压入硬度、组成岩石的粒度、成分，以及风化蚀度等因素有关，是这些因素的综合反映，是金刚石孕镶钻头选型的主要依据。下面就影响岩石研磨性的主要因素作简要叙述。（一）岩石粒度岩石是非均质体，颗粒呈无规律嵌布。在一定的尺寸范围内，岩石研磨性随粒度尺寸的增大而增加（见表1）。当粒度尺寸大到一定数值后，研磨性呈下降趋势。以泥质胶结的石英砂岩为例，如图1所示。     

一种测定岩石可钻性的新仪器

根据目前金刚石冲击回转钻进法日益推广的需要,本文从模拟的观点出发,提出了一种测定岩石可钻性的新型便携式仪器。该仪器结构简单,具有多种功能,可进行回转或冲击回转钻进法的可钻性测试及钻进规程的模拟,也可用来测试岩石研磨性。通过对仪器性能的检测,提出了相应测试方法和操作规范。用它进行金刚石钻进岩石可钻性的测定,所得结果与实际吻合。最后提出了研磨性测试方法。     

热压高磷铁基胎体性能及其金刚石钻头研究

针对在硬而致密岩石中钻进时效低和钻头使用寿命短以及传统金刚石钻头胎体材料价格高等众多难题,采用混料回归试验设计方法,进行了替代碳化钨基金刚石钻头胎体材料的新型铁基胎体配方的试验研究;分析了热压钻头的金刚石出刃与岩石研磨性等岩性之间的内在联系,认为钻头的胎体成分及其性能是关键。因此,从热压金刚石钻头的胎体成分与性能研究入手,经过反复的试验研究与优化组合,研究出热压高磷铁基孕镶金刚石钻头的胎体材料,并试制出金刚石钻头。在室内对可钻性Ⅸ级岩石进行钻进的试验表明：钻进时效平均达到1．91m,钻头平均工作寿命达到60．26m。试验结果表明,高磷铁基眙体是一种性能良好的金刚石钻头胎体材料,且该类型胎体的热压金刚石钻头是一种成本明显降低、具有广谱性能的金刚石钻头。     

绳索取心金刚石钻头的改进

铁南勘探区部分岩石可钻性为8级，研磨性中等，煤层以粉煤为主，胶结性差。针对该区煤心采取率低的情况，对绳索取心金刚石钻头进了了改进：一改钻头形状为三环尖齿底唇形状；二是根据不同地层及岩性选用不同胎体硬度金刚石钻头、不同的金刚石粒度与浓度；三是在底喷钻头水口处加设隔水墙，并改变倒角方向。     

泉子街地区地层可钻性分析及钻头选型

泉子街地区页岩气参数井钻进过程中存在地层可钻性差、研磨性较强,钻进速度慢,单只钻头（牙轮、PDC）进尺少且报废率高等问题。本文通过对泉子街区块岩石可钻性进行分析、评价,可以为该区页岩气勘查钻井施工钻头选型和钻井工程设计优化提供依据,从而达到提高该区钻井施工效率、降低钻井成本、缩短项目工作周期的目的。     

提高金刚钻头钻进效率的两项新途径

小秦岭金矿田属太古界太华群中段上部的变质岩、超变质岩,其物质成份主要为石英、斜长石、微斜长石等.岩石可钻性8～9级,硅质伟晶岩和石英脉可钻性可达10级以上,属中硬-坚硬、中研磨性和弱研磨性地层.根据岩石物理力学性质,采用小口径金刚石Sc56绳索取芯钻进工艺.小秦岭金矿田中深部的含金石英脉勘查钻孔,一般设计深度在800～1300m之间,钻探施工困难,如起下钻辅助时间增多、钻进效率低等等.经过探索和生产实践,下面介绍两种行之有效的快速钻进技术方法.     

一只电镀全面钻头打出好成绩

我队在某银金矿区应用螺杆钻进行定向纠斜过程中，曾使用安徽地矿局地质科学研究所研制生产的一只φ59.5mm电镀金刚石全面钻头。该钻头造斜所穿过的岩层为：粉砂质千枚岩、绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩、古石英脉等，岩石可钻性5—7级，局部8—10级，中等研磨性，软硬互层频繁。造斜孔深     

红河油田地层可钻性研究与钻头优选

红河油田水平井钻头适应性差、起下钻频繁,导致机械钻速低和钻井周期长,严重制约了钻井提速提效。通过对红河油田地层岩心进行室内可钻性实验,建立了该地区岩石可钻性与声波测井相关性数学模型,从而确定了岩石可钻性级值剖面。实验及计算结果表明,红河油田地层可钻性级别为3～6级,上部属于软地层,下部属于中硬地层。基于地层可钻性优选了PDC钻头,经现场试验与应用,平均单只钻头进尺、机械钻速大幅提高,大大缩短了钻井周期,达到了水平井钻井提速提效的目的。     

金刚石钻进岩石可钻性分级新方法

一种特殊设计的装置(包括一个装在小杆上的孕镶金刚石钻头),可在衡压下对岩石进行刻槽,用以确定岩石的可钻性并进行分级。由于刻槽深度,即岩心直径尺寸的变化量是岩石硬度的函数;金刚石的磨损量是岩石研磨性的函数,故该法可用作金刚石钻进的岩石分级。     

岩石压入硬度试验的简易方法

一、迴转钻进时岩石硬度概念迴转钻进时确定岩石可钻性的最主要因素一般认为是岩石的硬度和研磨性。其理论与实践依据是：第一、现用迴转钻进碎岩工具以硬质合金、金刚石作为钻头齿刃，钻进过程依赖压入—剪切、压裂—压碎的作用；细粒孕镶金刚石钻头以磨削破碎岩石。如果把磨粒放大，也和前者的破碎岩石作用相仿。十分明显，一般较坚硬的岩石总是比较软的岩石难以钻进，也就是钻进速度较低。     

使用钻进技术参数测示仪的效果

我公司施工钻孔所见岩石主要有：石英钾长交代岩、黑云母均质混合岩、石英石墨片岩、黑云母石英片岩、石墨片岩、蛇纹石化橄揽大理岩，可钻性Ⅵ～Ⅺ级，全孔漏失，岩石软硬变化频繁，由于可钻性差异较大，钻进技术参数很难掌握，时常引起钻头损坏     

提高金刚石钻头钻进效率的两项新途径

小秦岭金矿田属太古界太华群中段上部的变质岩、超变质岩，其物质成份主要为石英、斜长石、微斜长石等。岩石可钻性8～9级，硅质伟晶岩和石英脉可钻性可达10级以上，属中硬一坚硬、中研磨性和弱研磨性地层。根据岩石物理力学性质，采用小口径金刚石Sc56绳索取芯钻进工艺。小秦岭金矿田中深部的含金石英脉勘查钻孔，一般设计深度在800～1300m之间，钻探施工困难，如起下钻辅助时间增多、钻进效率低等等。经过探索和生产实践，下面介绍两种行之有效的快速钻进技术方法。     

偏心钻头能纠正钻孔弯曲

为了技术上目的需要钻孔弯曲时,往往采用偏心楔子进行偏斜。但当钻孔过于弯曲需要纠正时,使用偏心楔子就不可能取得理想的效果,我队最近试用偏心钻头进行纠正钻孔弯曲,效果很好。现将试用情况介绍如下:一、偏心钻头规格及材料:钻头规格如下,图 1、2、3系用旧铁砂钻头改制,加厚部分可用铁砂钻头剖开焊上合金,其种类视岩石可钻性而定。