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工程钻探学课件 工程钻探 第三章 回转钻进钻头与工艺 第三章 回转钻进钻头与工艺 八、金刚石钻头的选择 选择金刚石钻头的原则： (1）软至中硬和完整均质岩层，一般宜用天然表镶钻头、复合片钻头、聚晶钻头，部分可用烧结体钻头。 (2)硬至坚硬致密的岩层（7~12级），一般宜用孕镶钻头，或细粒表镶金刚石钻头。 (3）在破碎、软硬互层、裂隙发育或强研磨性岩层，如煤系地层，宜用耐磨性好的、补强的电镀孕镶钻头。 八、金刚石钻头的选择 选择金刚石钻头的原则： (4）强研磨性岩层，用高耐磨性胎体；中等研磨性岩层，用中等耐磨性胎体；弱研磨性岩层，选用低耐磨性胎体。 (5)复杂岩层，研磨性越强、越硬，选用金刚石品级好、粒度相对细的钻头。 (6）强研磨性、较破碎的岩层，在保证金刚石包镶良好的条件下，选用金刚石浓度较高的钻头。反之，均质致密、弱研磨性的岩层，选用金刚石浓度较低的钻头。 (7）岩层软，排粉多，选用复合片钻头或聚晶钻头。 九、金刚石钻头钻进规程 钻头选定后，金刚石钻进的效率有赖于钻进规程的选择。钻进规程包括：钻压、转速和冲洗液量3个参量。 影响钻进规程参数的因素很多，主要有：岩层的性质和特点、钻头的类型、所用设备和钻具的性能、钻孔的直径和深度，其他工艺技术条件等。 五、金刚石钻头破碎岩石机理 金刚石钻头破岩过程存在着研磨、切削、压裂、压碎等破岩形式。 五、金刚石钻头破碎岩石机理 表镶钻头：分析其破碎岩石过程时，取单颗金刚石为研究对象，并将其视为球体，如上图所示。 理论和试验表明：表镶金刚石钻头破碎坚硬脆性岩石时，其主要破碎方式为压裂、压碎加体积剪切，而切削破碎方式是次要的。 在破碎塑性大的硬及中硬岩右时，则主要以切削方式破碎岩石，而以压裂压碎为辅。 第二节 金刚石钻头钻进 五、金刚石钻头破碎岩石机理 孕镶钻头： 所用的金刚石的粒度小，且埋藏于胎体之中，其实际碎岩机理和砂轮磨削类似，如图所示。以刃具面多而小金刚石对岩石进行刻划磨蚀、微切削、微压裂压碎。 六、金刚石钻头 金刚石是钻头的刃部，对于表镶钻头，金刚石镶嵌在胎体的表层，按照镶嵌位置的不同，分为底刃金刚石、边刃金刚石和侧刃金刚石。 底刃金刚石是克取岩石的主力； 边刃金刚石其作用除克取岩石外，还要保持钻头内外径；侧刃金刚石其作用仅是保持钻头内外径。 1）金刚石部分 六、金刚石钻头 钻头体是指钻头的钢体部分，用中碳钢制成。 单管钻头的钢体长为71mm，上端车有外丝扣，丝扣长度为30mm。 双管钻头的钢体长为115mm，上端车有内丝扣，丝扣长为33mm。 2）钻头体 六、金刚石钻头 金刚石钻头胎体用于包镶金刚石并与钢件牢固连接。不同类型钻头对胎体性能有不同的要求，主要取决于钻头的工作特性及所钻岩层的物理力学性质。 3）金刚石钻头胎体 六、金刚石钻头 对钻头胎体性能的要求为： (1)胎体要牢固地包镶金刚石； （2）应有足够的强度，具有一定的抗冲击性能，胎体与刚体之间的连接要牢固； （3）胎体的硬度、抗冲蚀性能、耐磨性要与所钻岩石的压如入硬度、抗压强度、岩粉的冲蚀性、岩石的研磨性相适应。 3）金刚石钻头胎体 六、金刚石钻头 表镶金刚石钻头胎体表面单位面积内金刚石含量的多少称为金刚石在胎体表面分布的密度（以下简称密度），以粒／cm2表示。 对于不同粒度的金刚石有不同的密度。 4）金刚石在胎体中的浓度（密度） 六、金刚石钻头 孕镶钻头胎体中单位体积内金刚石含量的多少称为胎体中金刚石的体积浓度，其单位为（克拉／/cm3）。 目前生产厂家用的浓度制，主要是采用“金刚石制品国际浓度标准”来表示，即100％的浓度表示每lcm3中含金刚石4. 39克拉。如75％的浓度相应为含金刚石3.3克拉/cm3。 4）金刚石在胎体中的浓度（密度） 六、金刚石钻头 浓度偏高，钻头胎体端面的金刚石与岩石的接触面积增大，单粒金刚石上所承受的压力较小，相应压入岩石的深度减小。当金刚石上的压强小于岩石抗压强度时，金刚石就不能压入岩石，表现为钻头不进尺，在孔底打滑。 相反，浓度偏低，在钻头胎体端面上出露的金刚石太少，一是不能布满孔底岩石的环状面积，出现大片的无金刚石空白区；二是造成单粒金刚石上的压强太大，在新的金刚石未出露之前，已出露的金刚石就过早地磨钝或崩刃、脱粒，钻进状况恶化，甚至被迫停止钻进。 所以，从理论上来说每一类岩层都有一个相对应的最佳浓度值。 4）金刚石在胎体中的浓度（密度） 六、金刚石钻头 在保证金刚石质量的前提条件下，孕镶钻头在硬和坚硬的岩层中宜采用较小的粒度，以利于失去工作能力的金刚石在钻进过程中不断脱落，新的金刚石不断投人工作，实现金刚石钻头的自锐。而在软至中硬岩层中则相反，应采用较粗粒的金刚石，以保证钻头端面有较大的出刃及切入深度，维持钻头有较高的钻速。 5）金刚石的粒度 六、金刚石钻头 金刚石在胎体