回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭luppt課件(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用量的五分之一，主要用于金 剛 石 鉆進(jìn) 的鉆頭、擴(kuò)孔器和其他金 剛 石切削工具 一、金 剛 石 鉆進(jìn) 的概念與特點(diǎn) 金 剛 石 鉆進(jìn) 的概念 金剛石鉆進(jìn)是一種比較先進(jìn)的鉆進(jìn)方法。 它是將金剛石材料采用一定的方法包裹于基體（胎體）中，并與鉆頭鋼體固結(jié)為一體形成金剛石鉆頭，用于回轉(zhuǎn)碎巖的一種方法。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 一、金 剛 石 鉆進(jìn) 的概念與特點(diǎn) 金剛石鉆進(jìn)的特點(diǎn) （ 1）主要用于硬巖和 堅(jiān) 硬巖石，也可 鉆進(jìn)軟 中硬巖石； （ 2） 鉆進(jìn) 效率高； （ 3） 鉆 孔 質(zhì) 量好； （ 4）施工 勞動(dòng) 強(qiáng) 度比 較輕 ； （ 5）鉆探成本比較低，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 二、鉆探用金剛石 鉆探用金剛石的分類 鉆探用金剛石按成因分為天然的、人造的兩大類。 （ 1）制造鉆頭的天然金剛石可分為 “ 包布茲 ” （ Bortz），“ 剛果 ” （ Congo）， “ 卡邦納多 ” （ Carbonado）， “ 巴拉斯 ”（ Ballas） 和 “ 雅庫(kù)特 ” （ Якут ） 五類。其中， “ 包布茲 ”主要用于制造表鑲鉆頭， “ 剛果 ” 主要用于孕鑲鉆頭， “卡邦納多 ” 和 “ 巴拉斯 ” 現(xiàn)已很少用于做鉆頭， “ 雅庫(kù)特 ” 產(chǎn)于俄羅斯，主要在前蘇聯(lián)境內(nèi)使用。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 二、鉆探用金剛石 鉆探用金剛石的分類 （ 2） 人造金 剛 石 包括 單 晶、聚晶和金 剛 石復(fù)合片等 。 聚晶是由 細(xì) 小的金 剛 石 顆 粒、粘合 劑燒結(jié) 成 較 大 顆粒的多晶金 剛 石； 金 剛 石復(fù)合片（ PDC）是由一 層金 剛 石多晶薄 層 、一 層較 厚的硬 質(zhì) 合金 層 復(fù)合而成。Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 鉆探用金剛石的分類 金剛石單晶： 強(qiáng)度高、耐磨性好，在硬 堅(jiān)硬地層中鉆進(jìn)能取得良好的效果；但由于其粒度小，在軟 中硬地層中難以取得較高的鉆速，且由于出刃量小，容易發(fā)生糊鉆事故。 金剛石聚晶： 高溫穩(wěn)定性好，強(qiáng)度較高，耐磨性好，能直接合成所需的形狀，在中硬地層中能取得較好的鉆進(jìn)效果，但其強(qiáng)度較單晶小，所以不適用于大部分硬 堅(jiān)硬的巖層鉆進(jìn)。 金剛石復(fù)合片： 綜合了金剛石的耐磨性和硬質(zhì)合金的抗沖擊韌性，且在鉆進(jìn)中金剛石層保持了銳利的切削角，所以，在軟 中硬地層能取得較好的效果。Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù)第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 金剛石的特性 （ 1）金剛石為碳的結(jié)晶體，晶體結(jié)構(gòu)為正四面體，碳原子之間以共價(jià) 鍵 相 連 ， 結(jié) 構(gòu)非常 穩(wěn) 定。 （ 2）典型的晶形有立方體、八面體和十二面體等。 （ 3）金 剛 石是世界上最硬、抗 壓 強(qiáng) 度最大、抗磨 損 能力最 強(qiáng) 的材料。其莫氏硬度 為 10級(jí) ，是石英的 1000倍；天然金 剛 石的抗 壓 強(qiáng)度 約為 8 600MPa， 是 鋼 的 9倍。耐磨性是 鋼 的 2022~5000倍。 （ 4）它的脆性 較 大，遇到?jīng)_ 擊載 荷會(huì)出 現(xiàn) 碎裂； （ 5）熱穩(wěn)定性較差，在高溫下遇氧便氧化并被轉(zhuǎn)化為石墨（ “石墨化 ” ）。因此，在金剛石工具的制造過(guò)程中，須隔氧，避免長(zhǎng)時(shí)間受高溫；在使用中，須及時(shí)冷卻切削刃。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 鉆探用金剛石的粒度和品級(jí) （ 1）金 剛 石的粒度 通用的計(jì)量單位是克拉（ carat）。 鉆探用金剛石常用一克拉（ ） 多少粒或過(guò)篩網(wǎng)目數(shù)（每平方英寸的網(wǎng)格數(shù)）來(lái)衡量。 鉆探用的金剛石粒度： 粗粒 —— 5～ 20粒 /克拉； 中粒 —— 20～ 40粒 /克拉； 細(xì)粒 —— 40～ 100粒 /克拉； 粉粒 —— 100～ 400粒 /克拉。 其中，粗、中粒多用于表鑲鉆頭和表鑲擴(kuò)孔器，細(xì)、粉粒多用于孕鑲鉆頭和孕鑲擴(kuò)孔器。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 （ 2）金剛石的品級(jí)： 主要根據(jù)晶形和 強(qiáng) 度來(lái)判定。 人造 單 晶晶形分 為 5種 ： ① 完整晶體。 晶形好、 強(qiáng) 度高、耐沖 擊 ，是理想 的 切磨耗材。 ② 等 積 形。 晶體 長(zhǎng)軸 與短 軸 之比不超 過(guò) ﹕ 1的稱 為 等 積 形。強(qiáng) 度 較 高，但形狀尚好，在 鉆 探中的 應(yīng) 用占有一定比例。 ③ 非等積形。 晶體長(zhǎng)軸與短軸之比超過(guò) ﹕1 者為非等積形。質(zhì) 量差，形狀不好， 強(qiáng) 度很低，在 鉆 探中不宜采用。 ④ 連 晶。 共晶面或晶棱的晶體、非完整晶體的 連 生體。將 連 晶破碎 為單 晶， 經(jīng) 整形分 選 ，得到 質(zhì) 量 較 好的金 剛 石在 鉆 探上使用。 ⑤ 聚晶體。 許多小的晶體無(wú)規(guī)則地聚合叢生稱為聚晶體。質(zhì)量差，強(qiáng)度很低，鉆探中不能采用。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 二、鉆探用金剛石 鉆探用金剛石的粒度和品級(jí)（ 2）金剛石的品級(jí)： 主要根據(jù)晶形和 強(qiáng) 度來(lái)判定。 按強(qiáng)度區(qū)分是金剛石的品級(jí)： 工業(yè)上衡量人造單晶金剛石質(zhì)量的可計(jì)量指標(biāo)是 單軸抗壓強(qiáng)度。 用于鉆探的人造金剛石強(qiáng)度一般在 2500Mpa以上，即： 60（ 60目）單晶單粒的抗壓值在 85N以上。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 三、金剛石鉆進(jìn)的孔底碎巖過(guò)程 表鑲鉆頭 （鉆頭胎體上的金剛石顆粒較大） 與孕鑲鉆頭（胎體上的金剛石顆粒較小） 的碎巖機(jī)理有著顯著的不同。 國(guó)內(nèi)外研究表明，金剛石鉆進(jìn)的孔底碎巖過(guò)程存在有以下幾種機(jī)理 壓碎剪切與疲勞破碎 犁掘作用原理 多刃研磨切削 微動(dòng)載碎巖 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 壓碎剪切與疲勞破碎 表鑲鉆頭 上的單粒金剛石在 Py、 Px聯(lián)合作用下， 類似球體壓入巖石 （彈脆性巖石）產(chǎn)生大、小剪切體破碎，切槽寬度＞金剛石顆粒直徑。當(dāng)金剛石被磨鈍時(shí)， 在 Py、Px的作用下，產(chǎn)生壓縮應(yīng)變和拉伸應(yīng)，巖石中出現(xiàn)一些微小的裂紋， 裂紋的數(shù)量及深度取決于軸載和轉(zhuǎn)速。孔底某一點(diǎn)經(jīng)多次重復(fù)加載，產(chǎn)生破碎，碎巖過(guò)程 具有疲勞破碎的性質(zhì) 。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 犁掘作用原理（塑性破碎） 鉆進(jìn)時(shí) ， 孔底巖石是在三向 應(yīng) 力狀 態(tài) 下（ 圍 巖 壓 力、液柱壓力和 軸 向 載 荷），隨 圍壓 的增加，巖石的塑性增大。 當(dāng)以塑性破碎 為 主 時(shí) ，將 發(fā) 生明 顯 的犁掘作用 過(guò) 程， 即： 鉆頭 唇面上出露的金 剛 石， 在 軸 向 壓 力作用下侵入巖石表面 ， 在切向力作用下沿橫向滑移 時(shí) ， 滑移前方的 壓縮應(yīng) 力區(qū) 產(chǎn) 生 張應(yīng) 力滑移區(qū)，在滑移區(qū)內(nèi) 產(chǎn) 生向前、向左、向右、向下的裂 紋 ， 當(dāng) 應(yīng) 力增加時(shí) ， 裂 紋擴(kuò) 展 。 應(yīng) 力 超 過(guò) 巖石 強(qiáng) 度 時(shí) ，首先在金 剛 石的 正前方出 現(xiàn) 溝槽形的破碎，在其兩 側(cè) 也將沿薄弱面 產(chǎn) 生破碎 。Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 多刃研磨切削 孕 鑲鉆頭 金 剛 石 顆 粒小，且埋藏于胎體之中， 鉆進(jìn) 中必須自磨出刃才能 維 持 鉆 速恒定而不衰減。 其碎巖機(jī)理類似于砂輪磨削工件 。以唇面上多而小的硬質(zhì)點(diǎn)（金剛石）對(duì)加工件（孔底巖石）進(jìn)行 刻劃、磨削 ，隨著硬質(zhì)點(diǎn)的逐漸磨損和粘結(jié)胎體的不斷磨耗，新的硬質(zhì)點(diǎn)又裸露出來(lái)參加工作。 當(dāng)唇面金剛石出露較好時(shí)，在磨削的同時(shí)，也存在孔底的微剪切和微壓碎作用。 如果孕鑲金剛石鉆頭的胎體性能與所鉆巖石不適應(yīng)或沒(méi)有足夠的鉆壓，胎體不能超前磨耗，鉆進(jìn)中表現(xiàn)為 鉆頭 “ 打滑 ”，鉆速迅速下降。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過(guò)程 微動(dòng)載碎巖 有些學(xué)者認(rèn)為，無(wú)論表鑲或孕鑲鉆頭在孔底的碎巖過(guò)程中，孔底還存在著微動(dòng)載的碎巖過(guò)程。 在軸向壓力（鉆壓）下，鉆頭被緊壓在孔底巖石表面，鉆具的回轉(zhuǎn)振動(dòng)和鉆柱彈性變形對(duì)孔底鉆壓的加強(qiáng)或減弱、泵送流體的壓力脈動(dòng)，對(duì)孔底巖石的破碎起到了積極的促進(jìn)作用。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 一、金剛石鉆頭的種類 金 剛 石 鉆頭 、金 剛 石 擴(kuò) 孔器 組 成一套 鉆 具。 金 剛 石 鉆頭 的種類有： 天然、人造； 電鍍、熱壓；單 管 、 雙管； 繩 索取心、定向鉆進(jìn) ；取心、全面； 礦 山、油井；等等。 根據(jù)碎巖特點(diǎn)，可分 為 表 鑲金 剛 石 鉆頭 、孕 鑲 金 剛 石 鉆頭 和聚晶 燒結(jié) 體 (包括復(fù)合片 )金 剛 石鉆頭 。Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 一、金剛石鉆頭的種類 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 一、金剛石鉆頭的種類 我國(guó)在鉆探生產(chǎn)中主要采用的是孕鑲金剛石鉆頭，與表鑲鉆頭相比孕鑲鉆頭的優(yōu)越性表現(xiàn)在： (1) 對(duì)金剛石品級(jí)的要求低于表鑲鉆頭； (2) 孕鑲鉆頭抗沖擊載荷的能力較好，對(duì)鉆進(jìn)效果的影響小于表鑲鉆頭，對(duì)違反操作規(guī)程的敏感程度也小于表鑲鉆頭； (3) 制造過(guò)程簡(jiǎn)單，不必按規(guī)定布置擺放金剛石顆粒。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 二、金剛石鉆頭的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn) 金 剛 石 鉆頭 的 規(guī) 格尺寸是很 嚴(yán) 格的 ，我國(guó)的金 剛 石 鉆頭規(guī) 格系列 為 ： ， ， 59． 5， 75（ 76）， 91mm等。 鉆頭、擴(kuò)孔器、巖心管與套管之間有嚴(yán)密的級(jí)配關(guān)系。 (1)所鉆的鉆孔要為下入該級(jí)套管提供足夠的間隙， (2)當(dāng)套管下入后，其內(nèi)徑須為下一級(jí)鉆頭及擴(kuò)孔器的下入提供足夠的間隙。 (3)巖心管的外徑與孔壁應(yīng)有足夠的間隙以便沖洗液暢通，其內(nèi)徑應(yīng)該能容納巖心。Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 三、金剛石鉆頭胎體和胎體中的金剛石參數(shù) (一 )金 剛 石 鉆頭 胎體 金 剛 石 鉆頭 胎體用于包裹金 剛 石，并與 鉆頭鋼 體牢固 連 接。 對(duì)鉆頭 胎體性能的要求是： 胎體 能 牢固地包 鑲 金 剛 石。 胎體 應(yīng) 有足 夠 的 強(qiáng) 度和抗沖 擊 性能。 胎體的硬度、耐磨性要與所鉆巖石的硬度、研磨性相適應(yīng)。孕鑲鉆頭對(duì)這些性能要求更加嚴(yán)格。 Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 (一 )金 剛 石 鉆頭 胎體 孕鑲鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，胎體的磨損速度應(yīng)適當(dāng)超前于金剛石的磨損速度，使金剛石不斷出刃。如果胎體不磨損或磨損極慢，則金剛石出刃甚小，發(fā)揮不了多刃微切削作用，鉆速很低。反之，如果胎體磨損太快，則造成金剛石過(guò)早的崩刃或脫粒，從而失去鉆進(jìn)能力、鉆頭壽命縮短。合適的胎體耐磨性應(yīng)能使唇面金剛石正常出刃，且在每粒金剛石的后面形成蝌蚪狀支撐。Date 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 （二）金剛石在胎體中密度（濃度） 金剛石在胎體中的密度 金 剛 石在胎體中的 密度 是表 鑲鉆頭 金 剛 石含量的表示方法，其含 義為 ： 胎體表面 單 位面 積 金 剛 石的 顆 粒數(shù)。 其范