反井钻机导井钻头/扩孔钻头/破岩滚刀的选择

反井钻机钻头及刀具的选择 
一、  导井钻头的选择  导孔钻头本身及导孔钻头与地层的匹配关系，对钻井的偏斜和钻进速度影响很大。软岩钻头采用较小夹角的长楔齿或碳化钨一字形镶齿；硬岩钻头则采用较大夹角的短楔齿或碳化钨半球形镶齿。此外，软岩楔齿或镶齿之间的间距比硬岩楔齿或镶齿之间的间距大。理想的反井导孔钻头应具有硬岩钻头设计的大多数特性，以获得最小的钻头移步量和最大的边刀强度。同时还应具有中等范围的内列切割结构， 以便在低钻压下能够获得最大的钻进速度。  近年来钻头设计甚至是软岩钻头设计都趋向于采用碳化钨镶齿刀具，如选用碳化钨半球形镶齿短型球齿的导井钻头，既满足了钻头 和地层的匹配关系，又减少了钻头本身的移步量。 反井钻机导孔钻头一般为三牙轮钻头，三牙轮钻头可分为铣齿钻头和镶齿钻头。铣齿钻头主要用在低抗压强度、高可钻性岩层或冲积层到半磨蚀性岩层中，反井钻机一般不采用。镶齿钻头主要用在磨蚀性强的高抗压强度的岩层中。导孔钻头的选择，应根据工程岩石情况， 比厂家推荐的钻头适用范围高一级使用。  
二、  扩孔钻头的选择  扩孔钻头由刀具、刀盘体、中心管、稳定器、冷却装置等部分组成。根据扩孔方式分为一次扩孔钻头和分次扩孔钻头。反井扩孔钻头结构如图4-3所示。  
图4-3  反井扩孔钻头结构示意图

扩孔钻头应根据岩石的坚硬程度来选择，有镶齿滚刀、盘形滚刀， 可参照表4-4选用。    

表4-4  滚刀类型表  

三、  破岩滚刀  破岩滚刀是反井钻井技术的关键工具，特别是硬岩反井破岩滚刀。在大部分水电站，坝址岩石坚硬，如山东泰安抽水蓄能电站、四川自一里水电站、吉林白山水电站、福建穆阳溪水电站等，多为花岗岩地层，岩石坚硬，单轴抗压强度达到310MPa，这类岩石石英、长石等磨粒性强的矿物含量在70%以上。如在泰安抽水蓄能电站使用普

通滚刀，其寿命只有5～10m，工效非常低，破岩刀具费用达到1万元/m以上，这样必将限制了反井钻机作为工程设备的推广应用。为此，北京中煤矿山工程有限公司，对硬岩反井破岩滚刀进行了专项研究，研制出特殊的极硬岩滚刀，在泰安工程应用时其寿命达到125m以上，并经多个水电站不同岩石条件应用实践，硬岩滚刀可以满足不同工程需要，解决了硬岩地层中钻进反井的难题，使反井钻机能够较 高效地破碎岩石，提高了反井钻机功效，降低了工程成本。
反井钻机靠滚刀对岩石的挤压、刮削和剪切破碎岩石，根据岩石的矿物构成、硬度、磨蚀性以及抗压、抗拉、抗剪等力学指标来确定 滚刀齿形类型，选择如下： 岩石的磨蚀性：低→中→高； 硬度：软→中硬→坚硬 齿形：楔齿→锥形→复合型→球形；  滚刀结构：单刃盘形滚刀（无镶齿）→多刃盘形滚刀（刀刃上镶 齿）→无刃滚刀（刀体锥面镶齿）。  反井钻机滚刀选择后，根据岩石条件在扩孔钻头合理布置滚刀， 也就可以确定，破碎岩石需要的最大钻压。  如在抗压强度100MPa的岩石中，钻进深度200m、直径1.4m的钻孔，在扩孔钻头上需要布置6把中硬岩滚刀，每把滚刀需要约30kN