金剛石鉆頭及其結(jié)構(gòu)參數(shù)

(一)金剛石鉆頭的組成與分類

1.金剛石鉆頭組成

金剛石鉆頭是金剛石鉆進破碎巖石的工具,它由三部分組成;即:金剛石、胎體和鉆頭體(圖2-60)。

圖2-60 金剛石鉆頭組成

1—金剛石;2—胎體;3—鉆頭體

2.金剛石鉆頭分類

金剛石鉆頭按金剛石被包鑲于胎體部位的不同,有孕鑲金剛石鉆頭和表鑲金剛石鉆頭之分。把金剛石包鑲于胎體內(nèi)部的鉆頭稱為孕鑲金剛石鉆頭;金剛石包鑲出露于胎體表面的鉆頭稱為表鑲金剛石鉆頭。

金剛石鉆頭還可按其用途不同,分為提鉆取心金剛石鉆頭和繩索取心金剛石鉆頭;按制作材料不同,分為聚晶金剛石(PCD)鉆頭和金剛石復合片(PDC)鉆頭;按制作加工工藝、方法不同,分為熱壓、電鍍鉆頭等。

(二)金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)

金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括:鉆頭體、金剛石含量、金剛石粒度、胎體硬度、水口、鉆頭唇面形狀等。

1.鉆頭體

金剛石鉆頭體的制作要求如下:

一般用中碳鋼加工而成。雙管鉆頭的鉆頭體較長,一般為115mm,壁較薄,上端有內(nèi)螺紋與擴孔器相連接。

單管鉆頭的鉆頭體較短,一般為75mm,壁較厚、上端車有外螺紋與擴孔器相連接。

一個鉆頭包鑲的金剛石量,稱為金剛石含量,以克拉ct計。

2.金剛石含量

含量是根據(jù)鉆頭結(jié)構(gòu)、直徑及所鉆巖石性質(zhì)而確定的。鉆頭直徑大,克取巖石面積大,則所需金剛石數(shù)量多;反之,則少些。同徑同結(jié)構(gòu)鉆頭,鉆進強研磨性地層時,金剛石含量應大些,以減少單粒金剛石負擔,維持鉆頭較長工作時間。鉆進研磨性小的巖層,金剛石含量應小些,以利于出刃。一般同徑孕鑲金剛石鉆頭的金剛石含量比同徑表鑲鉆頭稍多。

3.金剛石粒度

分顆粒級和粉末級兩類。

顆粒級金剛石粒度直徑大于1mm,其粒度均以粒/ct表示;粉末級金剛石粒度直徑小于1mm,粒度以“目”表示。“目”即網(wǎng)目數(shù),為篩網(wǎng)在每平方英寸內(nèi)的網(wǎng)眼數(shù)。

表鑲鉆頭金剛石粒度以粒/ct表示;孕鑲鉆頭金剛石粒度以“目”表示。

4.金剛石鉆頭胎體

鉆頭胎體是鉆頭底部包鑲金剛石的一圈合金;主要由骨架材料和黏結(jié)金屬兩部分組成。

金剛石鉆頭的質(zhì)量,在很大程度上取決于鉆頭胎體成分及其性能。胎體采用粉末冶金法和電鍍法制成各種形狀。

對表鑲鉆頭胎體,其作用在于牢固地包鑲金剛石,并可靠地與剛體焊接;而孕鑲鉆頭的胎體,除具有表鑲鉆頭胎體作用外,還要保證金剛石在鉆進過程中有自銳的作用。

金剛石鉆頭胎體硬度等級分別用HRC加硬度數(shù)值表示。如:HRC45,HRC40,HRC35,HRC30等。

5.金剛石鉆頭水口

鉆頭水口分別由底部、內(nèi)、外側(cè)部的水槽構(gòu)成。

鉆頭水口作用:與硬質(zhì)合金鉆頭的作用一樣;疏通沖洗液;冷卻鉆頭;排出巖粉;確保安全鉆進施工。

6.金剛石鉆頭唇面形狀

金剛石鉆頭的唇面形狀是根據(jù)巖石性質(zhì)決定的。目的是為了提高鉆速,提高鉆具的穩(wěn)定性和延長鉆頭的使用壽命。

常見的唇面縱剖面形狀有弧邊形、半圓形、平底形、階梯形、錐形和鋸齒形等。