鉆頭的合理選擇及使用

1.鉆頭的合理選擇

為了獲得最佳的鉆進效果和技術經濟指標，必須合理選擇鉆頭，選型不當就可導致鉆頭提前磨損，影響鉆頭使用壽命，因此，應在對鉆頭結構和工作原理充分理解的基礎上，從生產實際出發，綜合考慮鉆進工藝、地層條件、鉆進設備及其他因素對鉆頭使用的要求，合理選擇鉆頭。

煤礦井下隨鉆測量定向鉆進配套使用孔底馬達，鉆孔深度大，同時還需進行分支孔鉆進。因此，應選擇鉆速快、壽命長、造斜穩斜性能好的胎體式PDC定向鉆頭，由于其鉆頭體耐磨性強，所選用的PDC性能優異，最佳適用地層為1～8(f≤10)級的完整巖層，部分軟硬互層及少量裂隙發育地層中也可以正常使用。

鉆頭直徑的選擇，應充分考慮使鉆具組合滿足鉆頭穩定鉆進的要求。煤礦井下隨鉆測量定向鉆進施工通常采用φ73mm中心通纜式鉆桿，與之配套的鉆頭直徑推薦選用φ96mm。在松軟煤層中鉆進時，應選用布齒密度較低、保徑寬度較窄且具有退鉆反切削齒的胎體式PDC定向鉆頭;在硬煤層及巖層中鉆進，應選用布齒密度中等、保徑效果較好的胎體式PDC定向鉆頭，其技術參數見表5-4。

表5-4 隨鉆測量定向鉆頭技術參數

2.鉆頭的合理使用

如何使用好鉆頭是取得最佳鉆進效果的關鍵，在實際生產中經常出現由于使用方法不當而導致鉆頭提前報廢的情況，為保證PDC鉆頭正常使用，必須嚴格按照以下要求進行操作:

1)應選擇合理的鉆具級配，力求鉆頭工作平穩，切削齒不至于因受力不均而損壞。

2)PDC鉆頭切削齒抗沖擊能力較差，在運輸及搬運過程中應輕裝輕放，嚴禁砸、碰、拋擲鉆頭。鉆頭應在干燥、通風環境中存放。

3)從包裝箱內取出鉆頭，應先用軟質材料做好襯墊，不允許在鋼質或其他硬質材料上碰撞或滾動鉆頭，防止損壞切削齒和螺紋。

4)鉆頭使用前應對各部位進行現場檢查，包括鉆頭直徑是否符合要求、連接螺紋是否完好、切削齒是否有損傷、鉆頭內孔是否有異物、水眼水槽是否暢通。

5)安裝及拆卸鉆頭時，不許用榔頭敲擊鉆頭以免對切削齒及保徑部位造成損傷，安裝前應在螺紋部位涂抹潤滑脂。

6)開孔前應將開孔點修整為凹坑，以免開鉆時鉆頭擺動太大造成損傷。在開孔時或二次下鉆后，應首先采用輕壓、慢轉、適當泵量(絕對不允許干鉆)鉆進0.2～0.3m，完成孔底造型后，再平緩均勻地增加鉆壓、轉速和泵量，然后按照正常鉆進規程鉆進。

7)下鉆時速度要慢，防止巖石探頭、脫落的巖石碰壞鉆頭切削齒。在鉆頭接近孔底之前，應開啟水泵，充分沖刷孔底，觀察出水是否正常，防止鉆頭水眼堵塞。

8)鉆進時應確保孔底清潔，如果孔內有脫落的切削齒、保徑硬質合金、鋼件等異物，很容易導致PDC定向鉆頭的早期損壞。

9)由于PDC復合片與鉆頭體之間是采用低溫焊料焊接的，因此，工作中的鉆頭必須要有充足的循環沖洗液來保證對其冷卻和清洗。鉆進過程中嚴禁斷水，避免燒鉆事故發生，防止掉片和巖屑重復破碎，而影響鉆頭使用壽命。

10)鉆進過程中應精心操作，時刻注意孔底工況，如發現有異常的振動或無進尺、泵壓明顯升高或降低、機械鉆速突然下降、扭矩增大等現象，應及時排查，必要時提鉆檢查，不可強行加壓鉆進。

11)當PDC定向鉆頭鉆遇強研磨性夾層時，其切削齒的磨損將隨著轉速和鉆壓的增加而加劇。為延長鉆頭壽命，應采用低轉速和盡可能低的鉆壓。遇到地層變化或夾層時，應及時調整鉆壓和轉速，以達到最優的鉆頭壽命和鉆進速度，獲得最佳的鉆進效果。

12)正常鉆進時應以鉆壓和轉速的乘積為約束條件，不能同時使用最高鉆壓和最高轉速，鉆進中操作要平穩，嚴禁猛提猛放、溜鉆和頓鉆。

13)盡可能避免用PDC鉆頭擴孔，若在較短的孔段需要擴孔時，應采用小鉆壓、適中轉速以及較大泵量。

14)鉆頭使用后期，因切削齒磨損而使承壓面積增大，需適當增加鉆壓以保持鉆進速度。

15)同一鉆孔使用多只鉆頭時，鉆頭要排隊輪換使用，先用外徑大的，后用外徑小的。

16)在鉆進軟巖及黏性地層時，鉆頭有時會產生泥包現象，影響正常鉆進，主要征兆為鉆速及扭矩突然下降、泵壓增加，此時應對鉆頭進行清洗，主要方法是將鉆頭提離孔底，然后開大泵量和正常轉速，從而清洗鉆頭表面。

17)起鉆前應逐步減小鉆進規程參數，停止鉆頭轉動，使鉆頭上的鉆壓逐漸得以釋放;在膨脹等復雜地層，起鉆速度不能太快，以免“抽吸”作用造成塌孔或突出事故。

3.鉆頭的磨損

PDC定向鉆頭的磨損分正常磨損和非正常磨損兩種，正常磨損表現為鉆頭心部至外側切削齒磨損逐漸加重，設計良好的鉆頭基本可實現等速磨損，PDC片無斷裂、掉片、脫落現象、鉆頭體沖蝕正常、隨著進尺的增加磨損量逐漸增大。PDC鉆頭的非正常磨損往往表現為:

1)燒鉆。鉆進過程中若鉆壓過大，轉速過快，鉆頭工作面與巖石之間強烈摩擦會產生大量的熱量，斷水、干鉆或地層漏失出現沖洗液假循環等帶來沖洗液不足，或水眼堵塞等，無法及時帶走巖屑和熱量，這些往往容易造成燒鉆事故。由于復合片切削齒與鉆頭體之間的連接是低溫焊接，溫度過高導致鉆頭因掉片而失效，鉆頭體變為藍色或棕色，甚至與巖石燒結在一起，常常引起重大事故。為防止燒鉆事故發生，應控制合理的鉆進速度，保證沖洗液循環暢通。

2)拉槽。當鉆壓過大、冷卻不良造成微燒鉆，孔底有異物、擴孔鉆進或掃孔，外刃脫落或斷裂，這些都會造成鉆頭冠部拉槽。復合片金剛石層脫落或復合片覆蓋不全也容易造成鉆頭冠部拉槽。

3)鉆體損壞。若孔內有臺階、探頭石或坍塌掉塊、縮徑孔段，鉆頭受到強力擠壓，都會造成鉆頭胎體損壞，孔底巖粉過多會嚴重磨損鉆頭體。

4)切削齒損壞。主要表現為磨損嚴重、斷齒、掉齒、焊接失效和熱裂紋等。

5)水口水槽嚴重沖蝕。所鉆巖層研磨性特高，或沖洗液含砂量高且流速過高，都會造成鉆頭水口水槽嚴重沖蝕，影響鉆頭強度。

6)鉆頭外徑過早磨損。若鉆頭保徑太弱或巖石硬度過高，導致外徑過早磨損。