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金刚石钻头的破岩机理

金刚石钻头的破岩机理

发布日期:2014-9-15 14:56:37  信息来源:本站原创

  钻头质量的好坏、钻头类型与地层岩性是否适应,对加快钻井速度和提高单只钻头进尺起着重要的作用。钻一口油气井一般要使用不同尺寸的多只钻头,在钻上部地层时要使用直径较大的钻头,因钻头钻进的地层较软,单只钻头进尺多、使用的时间短,一个钻头一般可重复使用几口井;而在钻下部地层时要使用直径较小的钻头,因地层硬、单只钻头的进尺少,一般要使用多只钻头。一只下井新钻头钻井进尺的多少主要取决于钻头的尺寸、类型、地层的软硬和钻进参数的配合。一般来说,钻头尺寸越小、地层越硬,进尺越少;钻头尺寸越大、地层越软,钻头进尺***越多。
  金刚石钻头的破岩作用是由金刚石颗粒完成的。要知道钻头的破岩作用,***须了解单粒金刚石的破岩作用。在坚硬地层中,单粒金刚石在钻压作用下使岩石处于极高的应力状态下(约4200-5700MPa,有的资料认为可达6300MPa),使岩石发生岩性转变,由脆性变为塑性。单粒金刚石吃入地层,在扭矩作用下切削破岩,切削深度基本上等于金刚石颗粒的吃入深度。这一过程如同“犁地”故称为金刚石钻头的犁式切削作用。
  在一些脆性较大的岩石里(如砂岩、石灰岩等),钻头上的金刚石颗粒在钻压扭矩的同时作用下,破碎岩石的体积远大于金刚石颗粒的吃入与旋转体积。当压力不大时,只能沿金刚石的运动方向形成小沟槽,加大压力则会使小沟槽深部与两侧的岩石破碎,超过金刚石颗粒的断面尺寸。
  金刚石钻头的破岩效果,除与岩性以及影响岩性的外界因素(如压力、温度、地层流体性质等)有关外,钻压大小是重要的影响因素。它和牙轮钻头一样,破岩时都具有表层破碎、疲劳破碎、体积破碎三种方式。只有当金刚石颗粒具有足够的比压吃入地层岩石,使岩石发生体积破碎时,才能取得理想的破岩效果。