科钻钻头的研制

根据中国大陆科学钻探工程的地质条件，工程目的和工程技术难题，将钻探预研究项目的目标确定为：提高机械钻速和回次进尺长度,以减少施工时间和降低施工成本；控制孔斜在工程要求的范围内；防止钻孔坍塌。针对中国大陆科学钻探工程将要遇到的技术难题和确定的预研究项目所要达到的目标，科钻中心运用德尔菲方法，在大专院校、科研院所、政府机关中选择一批熟悉问题的专家，或发函、或会议对专家进行咨询。而后对专家意见进行统计与分析，分两批向各有关单位发出中国大陆科学钻探工程钻探预研究项目指南。要求各个愿意承担研究、研制任务的单位或个人，按照项目指南所列研究任务与目标，提出各自的研究方法、拟采用的技术路线、技术方案、技术措施、已具备的研究基础与条件等，并作出项目的初步设计。由于预研项目研究经费有限，在接到各项目组报来的上述文件后，又组织数次专家会，对报来的文件进行充分的评估，对有可能取得预期成果的项目，科钻中心给予望助研究另外，为了减少研究风险，最大限度地避免由于研制不成功给中国大陆科学钻探工程带来不利的影响，对于钻头、液动锤、防斜等重点项目，采取双保险的研究运行机制。
 
  针对科钻一井施工中可能会遇到的技术难题，最后决定进行研究开发的项目分八大类24项。
 
  研究项目确定后，组织了大学、科研院所等单位对研究项目进行攻关。下面将对研究项目的研究内容、研究任务和所取得的研究成果作一简单的介绍。
 
  钻头的研制设置了金刚石取心钻头和牙轮扩孑L钻头两类课题。
 
  金刚石取心钻头采用电镀和热压两种技术分别研制，要求针对科钻一井的地层条件，研制长寿命、高钻速的孕镶金刚石绳索取心钻头。先导孔开钻后调整预研究项目的研究内容，以4157mm提钻取心为研制目标。
 
  牙轮扩孔钻头设置一个课题进行研制，同时委托另一家单位以提供产品的方式进行研制开发。
 
  1.Φ152mm金刚石绳索取心钻头的研制（电镀）。
 
  在总结CCSD-PP2钻孔Φ75. 5mm电镀钻头使用成功的经验的基础上，对钻头内外保径、镀液配方和制造工艺进行了研究。经过在科钻一井中的试验表明：钻头造型、胎体性能、金刚石浓度和粒度级配设计合理，适应性强。采用天然金刚石和聚晶“二合一”保径效果良好。采用无压法形成胎体后再用电镀法形成孕镶层的制造工艺保证了钻头质量，技术上有创新性。但是，钻头在使用液动锤钻进时，胎体有脱落现象（参见第九章）。
 
  2.Φ152mm金刚石绳索取心钻头及扩孔器的研制（热压）。
 
  研制的金刚石取心钻头，根据坚硬岩石钻进的特点，采用了厚工作层、强化的保径规结构和优化的金刚石参数选择等，设计新颖、结构合理、性能先进。钻头胎体采用超细合金粉料，降低了烧结温度，增强了胎体的耐磨蚀性能和对金刚石的包镶力，自锐效果良好。采用独特的二次镶嵌法制造工艺，提高了胎块的密实度及其与胎体的焊接强度，提高了钻头的综合性能。在科钻一井中的大量实际生产应用表明，钻进速度、钻头寿命能较好地满足科钻一井取心钻进的需要，能同时适应于常规回转钻进与液动锤钻进。
 
  3．KZ型CCSD专用扩孔钻头研制开发。
 
  科钻一井采用超前孔裸眼小直径钻进方法，需要在硬岩中进行大量扩孔钻进，为此专门立项研究适用于硬岩的带导向的扩孔钻头，同时委托另一家单位以提供产品的方式进行研制开发。需要解决以下几个方面的问题：①切削刃的耐磨、耐冲击性；②钻头的保径性能；③钻头的强度；④导向体的耐磨性及导向性能良好。
 
  在科钻一井中，共使用导向扩孔钻头52个，总进尺2915. 83m;钻进总时间2740. 49h。