第二章 回转钻进用钻具及钻头.ppt

切削具在孔底磨损的实际状况： 前述理论分析的基础是假定切削具刃部为均匀磨损，实际上在钻进过程中，钻头硬质合金切削具出刃的内、外侧磨损量是不均匀的（图4-7），即 ：y外＞y内＞y， t外＞t内＞t 。 图4-7 切削刃的实际磨损情况y-切削刃磨损高度; y内， y外-切削刃内、外侧磨损高度; t-刃端磨损宽度; t内，t外-刃端内、外侧磨损宽度; b-环槽宽度; r,R-环槽内、外径 由于磨损不均匀，切削刃中部磨损还不大，而内外两侧已成钝刃，严重影响切入作用。所以，不均匀磨损对钻进是十分不利的。 切削具底端也不是像想象的那样，被磨损成平面，而是呈圆弧形，刃前缘和后缘磨损更厉害（图4-8）。 图4－8切削具刃端磨损的 理想情况（a）与实际情况（b） 切削刃底端的不均匀磨损使得切削具在孔底能有某些“自锐”作用，这样的磨损是对钻进有利的，如果切削刃与岩石的接触面积在磨损中不变，则磨损不会影响钻速，只影响钻头寿命。 三、取心式硬质合金钻头结构要素 硬质合金钻头包括取心钻头和不取心全面钻头，本节仅讨论取心钻头。　 一定数量的硬质合金切削具，按一定的形式排布在钻头体上，可形成钻进不同地层的钻头结构。这些决定钻头结构的因素称为硬质合金钻头的结构要素。 取心式硬质合金钻头结构要素包括：钻头体，切削具出刃，切削具镶焊角度，切削具在钻头体上的布置方式，切削具在钻头体上的数目，钻头的水口与水槽。 1、钻头体 钻头体是切削具的支撑体，它把轴载和扭矩传递给切削具，承受切削具破岩的反作用力和孔底的动载效应，并长时间处于孔底的摩擦环境中。因此，钻头体要用DZ-40地质钻探用无缝钢管制成。钻头体上端车有与岩心管连接的外螺纹，其内壁上有为卡取岩心设计的内锥度。 图4－9 硬质合金钻头体 2、切削具出刃 切削具出刃指的是切削具在钻头体内、外侧和底唇面突出的一定高度，其出刃高度取决于岩石的硬度、均质性和在该岩石中的钻进速度。 (1) 内、外出刃：其作用是保证钻头体与孔壁、钻头体与岩心之间留有一定的间隙，以避免钻头体承受来自孔壁和岩心的摩擦力，并为循环冲洗提供通道。一般对于软岩层应取较大的出刃值。 (2) 底出刃：底出刃的作用是保证切削具能顺利地切入岩石，并为冲洗液及时冷却切削具和排除孔底岩粉提供通道。 图 4－10 硬质合金钻头底出刃示意图 b-环槽宽度；r－环槽内半径 表 硬质合金切削具出刃规格 单位：mm 岩石性质 内出刃 外出刃 底出刃 松软、塑性、粘性、弱研磨性 2～2.5 2.5～3 3～5 中硬、强研磨性 1～1.5 1.5～2 2～3 若钻进遇水膨胀或单位时间内产生大量岩粉的软地层，则一般加大出刃也不能满足要求。这时必须在钻头体上加焊肋骨，以增大内、外环状空间，一般取内、外出刃3～6mm，底出刃4～5mm。 底出刃大小包括切削具的切入深度和过水间隙（图4-11）， 即H=h1+h2。 若H值过大， 容易在硬岩和裂隙性岩层中造成切削具崩断， 故应在钻头体上增加补强部分，有很好的防崩效果。　 钻头的底出刃可以排成平底式，也可以排成阶梯式。后者可使孔底岩石破碎成台阶形（图4-12），即在孔底形成掏槽。这样为上面一排切削具破碎岩石创造了第二个自由面，使体积破碎更容易。尤其对具有一定脆性及较硬的岩层效果更佳。 图4－12 阶梯形环状孔底示意图 图 4－11 硬质合金切削具底出刃和补强 H－切削具底出刃；h0-切入深度；h1-钻头底面过水间 3. 切削具的镶焊角度 针对不同性质的岩层，可以把具有一定刃角β的切削具以不同的前角（亦称镶焊角）镶焊在钻头体上，从而获得不同的钻进效果。　 切削具在钻头唇面上有三种镶焊方式：切削具以正前角斜镶的称为正斜镶［图4-13(a)］，垂直摆放的为直镶［图4-13(b)］，以负前角斜镶的称为负斜镶［图4-13(c)］。　 图4-13 切削具的镶焊方式 α-切削角; β-刃角; φ -前角; γ-切削具相对于钻头径向的扭转角; 究竟选择何种镶焊角形式（正斜镶、直镶、负斜镶），应考虑下述原则：　 (1) 对所钻岩石切入和回转阻力小；　 (2) 某种镶焊形式可保证钻头体上的切削具有较大的抗弯和抗磨损能力；　 (3) 有利于及时排除岩粉；　 (4) 磨损后的切削具应保持一定的切削能力，即端面的接触面积不能过快地增大。　 上述条件很难同时满足，设计钻头时应根据岩性，有所侧重地考虑。 分析表明，在切入深度相同的条件下，切入岩石所需的轴向力Py和水平力Px正斜镶