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金剛石鉆頭工具的破巖機理

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  金剛石鉆頭在很深的孔內連續總做,動負荷大,負載變化大,冷卻潤滑條件差,破碎巖屑重復被破碎和研磨鉆頭,在這樣的一種工作環境下,鉆頭的破巖機制很復雜。 

  有一種觀點認為鉆頭金剛石是表面破碎、刮擦研磨、磨損、磨削方式來破碎巖石的,這可以從金剛石尺寸小、切削厚度小、切入深度小、硬質點多、高轉速時效高等方面說明這一點。

  對表鑲金剛石鉆頭破巖機理,國內外學者都做了一定的研究,認為是巖石碎裂和加企鵝的一種綜合機理。當金剛石呈光滑球狀,或者柱狀金剛石聚晶呈垂直純棉排列,加上巖石脆性較大,鉆頭在軸壓力盒旋轉扭矩聯合作用下,則以破碎巖石為主,當金剛石為多棱角形,或者三角狀等金剛石聚晶以尖角、棱邊對角旋轉切向排列,或者使用金剛石復合片,加上巖石塑性較大,則鉆頭的隨眼機理有類似于銑刀或微刀的切削作用。

  很閑人,剪切的作用比壓入作用更有效,這也是PDC鉆頭使用效果好的重要原因;對一半孕鑲金剛石鉆頭,由于金剛石顆粒的隨機排列,可以以角、棱、平面、弧面等各位置對著巖石,因此其隨眼機理更為復雜。孕鑲鉆頭金剛石材料較細,出刃較低,與巖石接觸面小,而胎體中金剛石分布相互交錯、相互追蹤、相互覆蓋,故鉆頭每轉一圈有效可取的巖石金剛石較少,刻取深度也小,為此提高鉆頭轉速是必要的,同時為了冷卻金剛石和減少重復破碎,加強沖洗,而表鑲聚晶、pDC鉆頭提高鉆頭壓則有利于破巖;天然金剛石鉆頭由于顆粒較粗,采用始終的轉速和鉆壓更為有效。

  應該說,在實際鉆進過程中,鉆進條件十分復雜,空底巖石處于多向應力狀態,巖石又費均質體,所夾在荷不完全的靜載荷。特別是高轉速鉆進時,鉆具震動相當明顯;加上沖洗液介質性質對碎巖的影響等,是的研究鉆頭碎巖的作用規律比較復雜,還有待于進一步研究。

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