熱-機碎巖孕鑲金剛石鉆頭的設計及試驗研究

常 思 ，劉寶昌*，2，3，韓 哲 ，王雪琪 ，白皓亮

（1.吉林大學建設工程學院，吉林 長春 130026；2.吉林大學超硬材料國家重點實驗室，吉林 長春 130012；3.自然資源部復雜條件鉆采技術重點實驗室，吉林 長春 130026）

0 引言

近年來，隨著鉆探深度的增加，鉆進條件越來越復雜，采用傳統的機械碎巖方法已經很難滿足深部硬巖鉆進的要求［1-2］，因此世界各國都在完善機械碎巖的同時，積極探索新的碎巖方法，發展了很多新型的碎巖技術［3-4］。當前一些主要的破巖方法包括：水力輔助碎巖、粒子沖擊碎巖、激光鉆井碎巖、等離子體碎巖、微波碎巖、火焰輔助碎巖、熱熔鉆進碎巖等［5-9］。這些方法雖然相對傳統的機械碎巖方法的鉆進效率有提升，但是由于需要特殊設備而使得成本較高，而且很多關鍵技術還不成熟，限制了其進一步推廣應用。

摩擦熱-機械碎巖技術是借助鉆頭鉆進巖石過程中產生的摩擦熱來輔助機械碎巖的一種方法。鉆頭與巖石產生摩擦導致溫度升高，使得大多數巖石的強度明顯降低，經過鉆井液與巖石表面的熱交換作用后，巖石表面會迅速冷卻，內部產生極大的熱沖擊應力，使與鉆頭接觸的巖石強度削弱，鉆進速度大幅度提高［10］。俄羅斯的鉆探專家在此領域開展了諸多研究，比較有代表性的是全俄勘探技術研究所的Г.С.勃拉托夫教授，他研制了取心式及全面鉆進式熱?機碎巖硬質合金鉆頭，在碎巖機理、摩擦元件材料選擇、鉆頭結構設計等方面開展了研究。與常規硬質合金鉆頭相比，熱-機碎巖硬質合金鉆頭的鉆進性能有較大幅度的提升［11-12］。……