浅谈复合片钻头在灌浆工程中钻孔应用

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1、浅谈复合片钻头在灌浆工程中钻孔应用【摘要】复合片钻头是采用人造聚晶金刚石制作的复合片（PDC）作为切削具，钻头体上焊接复合片而成，经过灌浆工程的钻孔应用，既能达质量要求，又经济实用，便于操作，复合片钻头钻进是值得推广的一种钻进方法。【关键词】复合片钻头；应用；操作；值得推广灌浆工程中，钻孔是非常重要的一道工序，钻孔质量直接影响着灌浆质量；并且钻孔成本占灌浆工程成本的30%-40%。这就需重视钻孔作业，钻孔作业的关键是选择钻进方法，既要到达质量要求，又要考虑经济实用,还要便于操作。钻进方法取决于钻头形式的选释。近年来，随着材料和制造工艺方面的发展，复合片钻头逐渐在灌浆工程

2、屮使用，并能满足质量，乂经济，操作易掌握，被钻探灌浆工逐渐认可。1复合片钻头复合片钻头是采用人造聚晶金刚石制作的复合片（PDC）作为切削具,钻头体上焊接复合片而成。复合片钻头是随着PDC复合材料的发展而发展起来的一种新型钻头。1.1工作原理复合片钻头工作原理：切削。1.2复合片钻头形式复合片钻头的形式很多，在灌浆工程中，主要采用复合片取芯钻头和复合片不取芯钻头（无芯钻头、或称全断面钻头）。另外，按钻头切削冠部结构分，常用平底式复合片钻头和阶梯复合片钻头、抛物线复合片钻头。见下图A、B、C、D：A、B为复合片取芯钻头，C、D复合片不取芯钻头；A、C为复合片平底钻头，B为复

3、合片阶梯钻头，D为抛物线复合片钻头。1.3复合片钻头规格按钻头直径划分：65mm>75mm>94mm>113mm、133mm>153mm。灌浆工程中钻孔直径主要采用59mm、75mm>94mm,对于复合片取心钻头直径，有的产品与金刚石钻头相适应，釆用59mm>75mm、91mm。1.4适用范围最初，复合片钻头钻头只被用于软页岩地层中，后发展用于灰岩、粘土岩、粉砂岩、砂岩等软、中硬地层的钻进，与一般的钻头相比，特别是钻进软岩层，效果尤为显著；新型复合片可以应用到十级硬度的岩层，石英岩、玄武岩、坚固的砾岩、坚固的砂岩、石灰岩都可以使用。砂卵石地层中，不宜使用复合片钻头，因为

4、在砂卵石地层中极易造成钻头崩片、掉片。1.5钻进参数钻压：复合片钻头钻压按每片复合片施加lkN〜1.5kN计算。高转速时，钻压也可采用同径金刚石孕镶钻头钻压（如75mm孕镶钻头钻压为8~12RN）1/3左右的低压。复杂地层或软岩层中钻压根据实际情况还可以降低，降低到0.8~1.0kNo转速：复合片钻头的线速度为0.6m/s〜1.5m/s。根据岩石情况，可低转速钻进，如91mm钻头转速为150-200转/min。钻头直径越小，转速应当变快。泵量：根据地层和钻头直径选择30~80L/mino2工程应用复合片钻头在陕西鸭儿沟水库二期灌浆丁程、贵州黔中大坝灌浆等丁程中已经或止在

5、使用，均取得了好的效果。1.1复合片钻头在贵州黔中大坝灌浆工程应用黔中大坝基础主要为灰岩，为中硬地层，趾板帷幕两排，排距lm,孔距3m,1200m高程以下孔深多为100m左右。开始采用孕镶金刚石钻进，一方面山于该地层岩石研磨性较强，另一方面由于部分钻头只在胎体表层有金刚石微粒，钻头存在质量问题，使得一般钻进10-40m钻头就报废。后在第三单元改用复合片钻头进行钻孔，经过该单元18个孔的施工，钻进效率与孕镶金刚石钻进效率接近，没冇明显优势；但钻头消耗量明显降低，复合片钻头一般钻150m左右消耗一个，每个钻头500-800元，平均4.3元/m,而孕镶金刚石钻头270-380

6、元/个，平均13.0元/m,相比使用复合片钻头是相当经济的。钻孔质量评价主要有：孔位、孔向、孔径、孔深。其中，孔位是按放样的孔位开孔钻进，保证孔位偏差符合要求；孔径是按钻孔结构要求，采用的钻头亢径就为实际孔径；孔深按按要求的深度钻进，并采用测绳进行测量；孔向是按要求的角度进行钻进，控制指标为实际孔底与设计孔底Z间的偏差值，即孔底偏差（孔斜），是钻孔质量评价的一项重要指标。孔底偏差经过钻孔孔斜测量，最小孔底偏差为0.30m,最人为1.32mo质量要求：孔底偏差不大于1・5叽通过18个孔的施工，钻孔质量均满足要求，说明复合片钻头适用于该地层，在孔斜方面能保证钻孔质量。2.2

7、复合片钻头在陕西鸭儿沟水库二期灌浆工程应用鸭儿沟水库基础主要为泥岩，岩石属于软岩。开始釆用XY-2PC地质钻机配硬质合金钻头或孕镶金刚石钻进，虽然是软岩，但钻进效率特低，5m灌浆段需要4小时左右。后改用陕西乾县一个钻头厂生产的复合片钻头进行钻孔，主要采用75nini孔径。转速采用三档，转速298转/min（采用四档后，钻具稳定性变差），钻压l.OkN,泵量60L/min,5m灌浆段需要钻进1.5小时左右,效率提高了2.6倍。另外，复合片钻头在泥岩中十分耐用，记得2200多米消耗了4个钻头，还是钻头复合片掉片造成钻头报废。在该工程中，采用复