解析如何提高钻探工具质量

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解析如何提高钻探工具质量

//m.kkreddy.com 15-10-08 点击: 字体: 【大中小】

解析如何提高钻探工具质量

摘要：随着地质钻探、工程勘察、岩土工程任务的增加，钻探工具的大量使用，在钻探工程中对钻探工具提出更高要求，本文针对钻探工具的工作条件和常见的损坏形式展开分析，提出如何提高钻探工具质量。

关键词：钻探工具；质量提升

Abstract: with the geological drilling, engineering survey, geotechnical engineering tasks increases, the wide use of drilling, drilling project in put forward higher requirement of drilling tools, this article in view of the drilling tool working conditions and the damage of the common form was analysis, proposed how to improve the quality of drilling tools.

Keywords: drilling tools; Quality improvement

从上世纪60年代开始，国内有很多单位、工厂针对钻杆、钻杆接头以及岩心管高频表面淬火工艺开展了相关的研究和推广工作，在这种情况下，钻探工具的使用寿命开始有很大的提升。而在上世纪70年代的时候，金刚石钻进用钻杆接头也开展了相应的高频表面淬火实验，最终得出的效果还是比较可观的，迄今为止，针对这样的产品还是有很多厂家在生产中，也获得了很好的效果。绳索取心钻杆接头及钻杆螺纹在提高其加工精度和光洁度的同时，各生产厂家利用自身的条件对钻杆接头进行了高频表面淬火、离子氮化、外表面镀铬等强化手段，对绳索取心钻杆采用中频调质后强度大为提高。

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一、钻具的工作条件和常见损坏形式

孔下钻具种类尽管不在少数，但是所处的工作条件和产生的破坏形式却基本上是大同小异的。钻杆、钻杆接头和岩心管的功能是向钻头传递破碎岩石的回转力、轴向压力以及由孔内向孔底输送泥浆的作用，钻杆柱工作状态如一根中间没有支承且尤为细长的空心轴，在几百上千公斤压力下，以每分几百至千多转的转速，回转于岩石孔中，驱动着孔底钻头破碎岩石进行钻进。工作中受到拉、压、弯、扭、疲劳、冲击、震动、磨蚀、磨损等作用。不断产生磨损、磨蚀、折断等形式的破坏。此外还要受到拆卸、露天存放、搬迁中的人为损伤。根据调查统计，正常情况下，钻杆、接头、岩心管多以外圆磨损报废，约占报废钻具的90%以上。

绳索取心钻杆接头绝大多数也是在母扣外圆磨薄后疲劳折断，公扣多为疲劳折断，断的部位多在丝扣根部的1~2扣处，少部分为它处折断。钻杆螺纹断的部位也多在应力集中最大的根部1~2扣。

二、提高钻具质量的途径

钻具使用中大量的为磨损破坏，外圆表面磨损和常拆卸丝扣的磨损。钻进中钻杆柱在岩石孔中与岩石壁处于接触摩擦磨损，泥浆中的固相颗粒，加剧了磨损作用，磨损到一定程度继续使用可能造成折断时，即判为报废，给予更换。常拆卸丝扣的磨损(在应用拧管机时更严重)，当丝扣磨损到一定程度后报废换下。对易磨损部位施局部表面硬化处理，就能大大提高该部位的硬度和耐磨性，提高使用寿命。许多情况下，由于磨损和疲劳折断相伴发生，因而在对接头、岩心管表面硬化处理时，要充分注意可能对接头螺纹部位疲劳性能带来的不利影响。从疲劳角度考虑，表面强化处理后，丝底及丝底尖角处若能形成压应力，将会提高该处的疲劳强度。高频表面淬火工艺较难实现丝扣根的强化，但力求不要给丝底和螺纹根部1~2扣造成损害。氮化能使工件表面得到完整的硬化层，并使表面产生有利疲劳强度提高的压应力，从而对提高钻具耐磨性和疲劳性能均有好处。镀硬铬能提高耐磨性，但对丝扣电镀又会失去原尺寸精度。高频表面淬火与氮化和镀铬相比，具有成本低、效率高、易操作等特点，但在均匀化强化方而不如氮化。

特别是在f=250kHz高频电源上要实现如绳索取心钻杆接头0.15~0.3rnm的浅层硬化较困难，为此最好能选用超高频。在一般高频下，若能选用较大功率的电源，再配以合适的加热感应器，在较高单位功率的情况下实现快速连续加热也可达到目的。钻杆高频淬火后抗磨性、抗弯曲性能，以及弹性都得到提高，寿命提高也十分显著，但关键是淬火质量的控制要严格;淬硬层要连续均匀;深度最好控制在0.5rnrn左右为宜;淬火时要防止发生弯曲。淬火冷却剂采用0.05~0.2%浓度的聚乙烯醇水溶液，这就可以防止淬火中出现裂纹;冬季淬火后为防存放中开裂，加一道低温回火工艺较合适;淬火钻杆使用、搬运、存放中要防乱抛和重锤打击，钻杆表面淬火不少单位积累了许多成熟可贵的经验，若将多年来钻杆高频淬火方面的经验组织交流，必将促进这一先进技术的发展和提高。岩心管正常钻进中多因磨损报废，断者少见。

三、结语

当前，在我国已经将钻具质量和寿命的提升作为重点研究的问题。只有钻探出现的孔内事故得到有效的解决，成本才能降低，钻进的效率才会有所提升，使大量的优质管材节约下来，在这种情况下，经济效益必定会得到很大的提升。

参考文献：

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[4]张新春,郭东升,李建涛.螺杆钻具在煤系地层地热井工程中的应用[J].地下水. 2012(01).

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。