钻探施工中金刚石钻头的非正常磨损浅析

赵 强

(川煤勘设地勘公司 攀枝花办事处，四川 攀枝花617066)

0 引言

在金刚石钻进中，正确分析钻头的磨损与变形，是保证正常钻进，延长钻头寿命，提高钻探操作技术水平的重要一环。本文通过对宝鼎矿区钻探施工中金刚石钻头损坏的原因进行分析，总结出几种现场常见的金刚石钻头出现的非正常磨损类型，以期能达到抛砖引玉的作用。

1 烧钻变形

在钻进时，由于水路不通或供水不良，形成冲洗液突然中断，钻头在孔底继续钻进得不到及时冷却，温度骤升，而将钻头烧毁。按其烧钻程度可分轻度烧钻和严重烧钻两种。当烧钻事故发现较早，及时提钻。钻头损坏表现为唇面发黑，有些金刚石已石墨化，钻头钢体下部呈灰黑色，与上部光亮的钢体有明显区别。钻头唇面形状无显著变形，尚未造成严重后果。当轻度烧钻未及时发现，仍继续以高速回转时，钻头温度持续升高，致使胎体熔化并与孔底岩石和岩心胶结在一起，造成严重烧钻事故(如图1)。

图1 烧钻变形

2 唇面沟槽变形

这类磨损变形在人造孕镶金刚石钻头最常见，在宝鼎矿区钻探中占所有损坏钻头的1/2 以上。其主要原因是:

1)由于人造孕镶金刚石钻头经长时间使用，当金刚石孕镶层接近磨完时，唇面金刚石浓度渐小，唇部磨损加快，但钻头内外侧有聚晶补强，不易磨损，则钻头唇面形状由弧形逐渐磨成平形(如图2)。

图2 沟槽变形

2)由于孕镶金刚石钻头唇面较厚，在钻进研磨性较强的岩石中钻头内外刃由于有冲洗液循环而冷却较好，唇面由于紧贴岩石在高速回转中发热量不能及时传走而温度升高，引起部分金刚石在高温下物理性质改变，使唇面中部硬度变低，在持续钻进中逐渐比内外刃先磨损而形成沟槽(如图3)。

图3 沟槽变形

3 胎体磨光变形

当钻头唇面产生沟槽变形以后，仍未及时提钻，继续钻进时，由于剩下胎体强度薄弱及冲洗液冷却不足和钻具回转震动冲击，其沟槽的外缘受力较大，很快脱落(如图4)。

图4 胎体磨光变形

4 内外台阶变形

因孔内留有较多的残留岩心，并横置孔内，同时所钻岩石坚硬破碎，或岩心过粗，在套扫残留岩心(或脱落岩心)时，易造成内台阶变形(如图5)。当孔径变小，下入新钻头进行扩孔时则易造成外台阶变形(如图6)。有时内外台阶同时发生。

图5 内台阶变形

图6 外台阶变形

5 喇叭状变形

钻进中岩心堵塞，仍继续钻进，则破碎的岩心易造成钻头内侧的早期磨损，形成喇叭状变形。另外，因套扫孔内残留岩心或脱落岩芯时，也易造成喇叭状磨损，并常造成胎体的崩落(如图7)。

图7 喇叭状变形

图8 胎体崩落

6 胎体崩落

在开始使用新钻头时，由于操作上的疏忽大意，升降钻具时，使钻头受到猛烈墩撞、冲击，或在扫岩心、活石时压力过大，常造成胎体大块崩落，损坏严重(如图8)。有时在胎体脱落后未及时发现，继续回转，则往往造成胎体的全部脱落。

图9 胎体裂纹

7 胎体裂纹

钻进时由于钻具的强烈震动，产生较大的冲击载荷，或升降钻具中钻头受到碰撞，常使钻头胎体产生裂纹。另外，由于使用牙钳拧卸钻头，也常将钻头夹裂，有时裂纹延伸至钢体，并造成椭圆变形(如图9)。

8 冲蚀变形

在钻进磨擦性强的岩石或使用泥浆作冲洗液时，由予泥浆中细砂和岩粉较多，加之冲洗液量较大的情况下，冲洗液流经钻头的速度很高，对钻头胎体产生强烈的冲蚀作用。表现在钻头内外侧面补强聚晶或金刚石的上下及迥转前侧面胎体金属被冲蚀，聚晶或金刚石裸露过高，严重者则脱落(如图10)。

图10 冲蚀变形

图11 内径磨损

9 钻头内径磨损严重

如果岩心已经堵塞而不及时提钻，钻头内径就会严重磨损。绳索取芯内管松脱，内管上部悬挂失灵，都易造成岩心堵塞和损坏钻头内径。需要注意的是岩心堵塞往往是烧钻或卡钻的起因(如图11)。

10 结语

总之，正确判断金刚石钻头在孔里的工作状况，对出现的一些非正常磨损原因进行分析，在此基础上有针对性的采取措施，才能改进操作，提高技术，从而降低生产成本，促进钻探工作经济效益和社会效益的更大提高。

［1］ 李世忠.钻探工艺学［M］.北京:地质出版社，1989.