硬质合金钻头的钻进.docx

硬质合金钻头的钻进第一节 概述利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具，作为破碎岩石的工具，这种钻进方法统称为硬质合金钻进,它是以破碎切削研磨材料而命名的。这类命名方式还有：金刚石钻进、钻粒钻进。我国煤田地质钻探中硬质合金钻进占总工程量的80%左右。硬质合金钻进具有以下特点：硬质合金镶焊在钻头体上比较坚固，因而可应用在任意方向上的钻孔。孔径、孔深可按设计任意选择。根据不同的岩性，可以灵活改变钻头的结构参数，以便在不同的岩层中都取得优良效果。操作简单方便，钻进规程参数容易控制，孔内事故较少。比较容易保证钻孔质量，岩心采取率较高，孔斜较小。有利于控制煤层顶底板煤心的采取。但是，由于硬质合金硬度有限，强度和耐磨性尚显不足，与金刚石和钻粒钻进相比，硬质合金不能钻进坚硬、强研磨性岩石，主要用于钻进1-7级及部分8级岩石。第二节 硬质合金钻进的破岩过程与磨损井底碎岩过程在硬质合金钻进过程中，钻头体上的硬质合金切削具主要受到轴向压力和水平回转力的作用。对于塑脆性不同的岩石，其孔底碎岩的过程不同。（一）塑性岩石中的碎岩过程钻头上切削具切入岩石的必要条件是：切削具与岩石接触面上的单位压力必须要大于或等于岩石在该状态下的压入硬度。对于塑性岩石而言，吃入深度主要决定于在轴向载荷作用下，切削具静切入岩石深度的大小。通常切削具切入深度与轴向压力成正比。当切削具有一定的切入深度，并在水平力的作用下做回转运动时，切削具面前的岩石在切向力的作用下不断塑性流动，并自由滑移。这种现象即切削作用。切削过程中基本平稳，水平力大体不变，切削具在岩石上形成的切槽与刃宽基本吻合。（二）脆性岩石中的碎岩过程在实际生产中，硬质合金回转钻进主要对象是塑脆性岩石。在塑脆性岩石中，岩石破碎大体分为三个过程：切削具在双向力作用下吃入岩石，刃前岩石沿剪切面破碎后，水平力减少，继续前移，碰撞到刃前岩石。切削具刃前接触到岩石的部分面积很小，对前方岩石产生较大的挤压力，压碎刃前的岩石，随着水平力的增大，使岩石产生小的剪切破碎。继续向前推进，可能重复产生若干次小的剪切体，向自由面蹦出。当切削具前端接触岩石面较大时，前进受阻，一方面，切削具继续挤压向前方的岩石；另一方面，水平力急剧增大，当达到极限值时，迫使岩石沿剪切面产生大剪切破碎，并在刃前留下一些被压实的岩粉，然后水平力逐渐减小。切削具不断向前推进，上述推进过程将重复出现形成循环。在每次循环中，切削具两侧岩石也会和刃前岩石一样，分别产生一组相近似的小剪切体与大剪切体，使切槽断面近似梯形。因此孔底和切槽边缘都是粗糙不平、有规律地变化着。切削具的磨损硬质合金钻进过程中，切削具在井底破碎的同时，切削具本身要被岩石磨损。实验表明，当切削具在单位压力等于岩石的压入硬度时为一个分界点，在分界点前后分别为表面碎岩磨损和体积碎岩磨损。在实际的钻进过程中，切削具的不同部位磨损程度有很大的差异,切削具出刃的内、外磨损量是不均匀的。切削刃的中部磨损尚不严重，但内外已经磨钝，切削具的底部被磨成圆弧状，刃前缘和后缘磨损大些。随着切削具的磨损，与岩石接触面积加大，因而，引起单位面积上的比压下降，机械钻速减小。第三节 硬质合金切削具钻探用硬质合金主要是碳化钨-钴硬质合金。这类硬质合金称之为YG类硬质合金，它以碳化钨为骨架金属，钴粉粘结剂烧结而成。它的硬度可以达到HRA90，比刚玉硬度还要大，抗弯强度可达到14*108Pa，基本能满足钻探对切削具必须的硬度大、耐磨、抗弯、抗冲击、导热能力好的要求，便于镶焊和更换。钻探用YG类硬质合金性能如表所示。由表可知，随着硬质合金中含钴量的增大，密度有所下降，硬度逐渐降低，耐磨性能有所减弱；而硬质合金的抗弯强度则逐渐增大，冲击韧性也有提高。在成分相同的钨钴类硬质合金中，碳化钨的颗粒越细，硬质合金的硬度越大，耐磨性能增大。反之，抗弯强度提高，韧性增加。使用时，根据以上规律选择。钻探常用硬质合金切削具形状和规格如表2所示。不同规格形状的切削具适用不同的地层。片状 有短片状、直角片状、棱角片状。片状切削具刃薄易于切入和切削岩石，但抗弯能力低，主要用于钻进1-5级岩石。它在钻头上出刃更大些。柱状 有方柱状、八角柱状。柱状切削具抗弯、抗压能力较强，主要用于6-7级中硬度岩石。针状 主要用来制造自磨式钻头，在中硬、硬岩石或研磨性岩石中使用。为便于针状合金的镶焊，在针状合金出厂时，按现场需要，将其加工成排状。第四节 硬质合金钻头的结构要素硬质合金钻头可分为不取芯的全面钻进钻头和取芯钻头两类.硬质合金切削具按一定的形式排列布置于钻头体上,决定其排列形式的因素,称为硬质合金钻头的结构要素。勘探中大量使用的取芯钻头的结构要素有：钻头体，切削具出刃，切削具镶焊角度，切削具在钻头体上的排列和布置，切削具数目，水口。水槽的形式和数目等。1，切削具出刃切削具必