【正文】 積極的促進(jìn)作用。 當(dāng)以塑性破碎 為 主 時 ，將 發(fā) 生明 顯 的犁掘作用 過 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 ， 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 ， 裂 紋擴(kuò) 展 。 Date 中國地質(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程 二、鉆探用金剛石 鉆探用金剛石的粒度和品級（ 2）金剛石的品級： 主要根據(jù)晶形和 強(qiáng) 度來判定。 晶體長軸與短軸之比超過 ﹕1 者為非等積形。 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。 （ 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， “ 雅庫特 ” 產(chǎn)于俄羅斯，主要在前蘇聯(lián)境內(nèi)使用。胎 塊內(nèi)按一定原 則 包裹 針 狀硬 質(zhì) 合金，支撐體的胎體硬度要合適，保 證 超前磨耗，以利于 針 狀硬 質(zhì) 合金自磨出刃。Date 中國地質(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) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 （二）取心式硬質(zhì)合金鉆頭 中硬及較硬巖層用的鉆頭 這類巖層中鉆進(jìn)的特點(diǎn)是： ① 巖石的壓入硬度較大，為了保證切削具切入巖石，需有大的軸向壓力，因此，要求切削具有承受較大的抗彎能力； ② 切削具切入深度較小，鉆速相對較低，單位時間產(chǎn)生的巖粉量也較軟巖要少； ③ 巖石脆性較大、粘性小，排粉問題不很突出。Date 中國地質(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) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 松 軟 及中 軟 巖 層 所用的 鉆頭 （ 1）肋骨式 鉆頭 ： 主要用于 鉆進(jìn) 遇水膨 脹 、粘性 較 大的 軟 巖。（ 3）水口的數(shù)目： 等于切削具的數(shù)目或組數(shù)。 Date 中國地質(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) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 硬質(zhì)合金切削具在鉆頭體上的布置方式 （ 2）切削具布置方式 ① 單 （雙） 環(huán) 排列： 一個或二個切削具覆蓋唇面，加工 簡單 ； ② 多 環(huán) 排列： 多個切削具分 環(huán) 覆蓋唇面，造成多的碎巖自由面 ； ③ 密集排列： 多個切削具集中為一組排列，前刃掏槽，后刃擴(kuò)槽，相互支撐，承載大，抗彎、抗磨損好。 （ 2）切削角 α 的 選擇 ： 根據(jù)所 鉆 巖性來 選擇 。 階梯式可 增加切削具破碎巖石的自由面，容易產(chǎn) 生體積破碎。 合理選擇： 主要取決于巖層，一般為 1~3 mm。Date 中國地質(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) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 一、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素 鉆頭 體 鉆頭體是硬質(zhì)合金切削具的支撐體，傳遞軸載和扭矩給切削具，承受切削具破巖的反作用力、孔底的動載和摩擦。 (2) 切削具的磨損速度取決于切削具的硬度與所鉆巖石的硬度之比、巖石的研磨性、裂隙性等性質(zhì)，還取決于切削具在鉆頭唇面的布置。 切削具的磨損面積與鉆進(jìn)時間成正比，而機(jī)械鉆速與切削具接觸面積的平方成反比。 Date 中國地質(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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)孔底碎巖過程 四、硬質(zhì)合金切削具的磨損 切削具磨 損 和 鉆壓 的關(guān)系 費(fèi)得洛夫等研究了單位時間磨損量與刃端面積上比壓的關(guān)系。 當(dāng) 刃前接觸面 較大時，前進(jìn)受阻。因此，其 切屑 應(yīng)該 是連續(xù)的、平穩(wěn)的，其切削槽寬與切削具刃寬是相同的。即： Py≥ Hy F0 式中： Hy—— 巖石的 壓 入硬度； F0—— 切削具刃尖處與巖石的接觸面積。這類硬質(zhì)合金稱為 YG類硬質(zhì)合金。 鋼粒鉆頭主要用于 91mm以上的口徑； ⑦ 硬質(zhì)合金和牙輪鉆頭則既可鉆進(jìn)小口徑，又可鉆進(jìn)大口徑水井、工程施工孔和淺井。第四章 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭 一、 硬質(zhì)合金鉆頭及其孔底的碎巖過程 二、 金剛石鉆頭及其孔底碎巖過程 三、 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 四、 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 五、 全面鉆進(jìn)與鉆頭 工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四章 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭 u 巖土 鉆進(jìn) （井）方法 絕 大多數(shù)是機(jī)械方式，主要有：u 伴有循環(huán)沖洗介質(zhì)的 硬質(zhì)合金、金剛石、鋼粒、牙輪鉆 頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和長螺旋干式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；② 采用液動、氣動孔底沖擊器的 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；③ 鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)；④ 振動鉆進(jìn)。 在中硬及部分中硬以上巖層中采用銑齒牙輪鉆頭； ③ 它以碳化鎢粉末為骨架金屬，鈷粉末為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成。 Date 中國地質(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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)孔底碎巖過程 （一）塑性巖石的碎巖情況 切 入 巖石的 過 程 鉆頭上切削具切入巖石的必要條件是： 切削具與巖石接觸面上的單位壓力必須大于或至少等于巖石的抗壓入硬度。在切屑的裂隙尚未發(fā)展到全段面斷裂之前，下一部分切屑又發(fā)生滑移。 繼續(xù) 前 移 產(chǎn)生若干次小剪切 。 機(jī)械鉆速 vm取決于切削具切入巖石的深度 h 和鉆頭轉(zhuǎn)速 n ， 其表達(dá)式為 vm= 60n? m? h ， 鉆進(jìn)中，由于切削具被磨損， h 減小，鉆速將逐漸衰減。 A—— 系數(shù)，當(dāng)巖性、鉆進(jìn)規(guī)程及鉆頭一定時它為常量。 尤其在高轉(zhuǎn)速、低鉆壓的條件下鉆進(jìn)研磨性巖石時，切削具磨損更快。 硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素主要包括： 切削具出刃 、切削具的鑲焊角度、切削具在鉆頭體上的數(shù)目及布置方式等。出刃 過 小，流阻 增 大，容易堵塞巖心、沖 毀 孔壁、漂浮 鉆 具。 底出刃有平底式、階梯式。 的小切削具，用于自磨式 鉆頭 。 （ 1）確定切削具布置方式的原則： ① 能保證鉆頭在孔底工作平穩(wěn)； ② 多環(huán)排列時，每個切削具只破碎孔底的一部分，疊加完成整個唇面的切削，若各環(huán)之間能相互造成自由面，則破巖效果更佳； ③ 盡量使每個切削具負(fù)擔(dān)的破巖量接近，避免局部磨損過甚； ④ 切削具之間應(yīng)保持一定的距離，以利于排粉； ⑤ 對切削具的鑲焊和修磨方便。（ 2）水口形狀： 矩形、半圓形、梯形和三角形，三角弧形水口效果最好。 Date 中國地質(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) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 二、取心式硬 質(zhì) 合金 鉆頭（二）取心式硬質(zhì)合金鉆頭 松 軟 及中 軟 巖 層 所用的 鉆頭 在中軟巖層中鉆進(jìn)的特點(diǎn)是： ① 巖石壓入硬度較小，可在較小的軸向壓力下切入巖石； ② 切入深度較大，巖屑的顆粒也較大； ③ 鉆速高，單位時間產(chǎn)生的巖屑量大，要求鉆頭易于排粉； ④ 該類巖層粘結(jié)性大，容易發(fā)生糊鉆和遇水膨脹等問題，因此，鉆具和孔壁間、巖心管和巖心間要有較大的間隙； ⑤ 巖層的研磨性較小，可以選用鋒利的切削刃。主要用以鉆進(jìn)粘結(jié)性較小的軟巖 。 Date 中國地質(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) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 二、取心式硬 質(zhì) 合金 鉆頭 （二）取心式硬質(zhì)合金鉆頭 針 狀自磨式 鉆頭 把 預(yù) 制好的胎 塊焊 在 鉆頭 體上。 （ 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 “ 雅庫特 ” （ Якут ） 五類。 （ 2）典型的晶形有立方體、八面體和十二面體等。 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。 ③ 非等積形。質(zhì)量差，強(qiáng)度很低，鉆探中不能采用。 Date 中國地質(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程 犁掘作用原理（塑性破碎） 鉆進(jìn)時 ， 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。 Date 中國地質(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程 微動載碎巖 有些學(xué)者認(rèn)為，無論表鑲或孕鑲鉆頭在孔底的碎巖過程中，孔底還存在著微動載的碎巖過程。 (1)所鉆的鉆孔要為下入該級套管提供足夠的間隙， (2)當(dāng)套管下入后，其內(nèi)徑須為下一級鉆頭及擴(kuò)孔器的下入提供足夠的間隙。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。 孕 鑲鉆頭 中的金 剛 石 濃 度一般 為 70~120%， 濃 度 過 高 ， 端面金剛 石與巖石的接觸面 積 增大， 單 粒金 剛 石上的 壓 力 較 小， 壓 入巖石的深度減小。須選擇優(yōu)質(zhì)金剛石作規(guī)徑刃和內(nèi)邊刃。 Date 中國地質(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 五、鉆頭的水口與水槽 由于表鑲鉆頭的金剛石粒徑與布排與孕鑲鉆頭不同，其水口與水槽也有所不同。 Date 中國地質(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) 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 一、鋼粒鉆進(jìn)的基本原理 鋼 粒 鉆進(jìn) 的基本概念 用未 鑲焊 切削具的 鉆頭壓 住不與 鉆頭鋼 體 鑲 在一起、呈自由狀 態(tài) 的 鋼 粒，并 帶動 它 們 在孔底 滾動 而破碎巖石的 鉆進(jìn) 方法稱 為鋼 粒 鉆進(jìn) 。 Date 中國地質(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) 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 二、鋼粒與鋼粒鉆頭 （一）鋼粒 鋼粒的形狀與材質(zhì) （ 1）鋼粒的形狀： 是直徑為 ~4mm的圓柱體，圓柱體的高等于其直徑，有利于鋼粒在孔底的滾動。Date 中國地質(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)第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 （一）鋼粒 鋼粒的粒度 （ 3）鋼粒的粒度與鉆頭壁厚的配合關(guān)系 在鉆頭壁厚一定時，如果鋼粒直徑超過一定限度，鉆頭唇底不能穩(wěn)定壓砂，就不能有效地破碎巖石。 ③ 鉆頭 外徑有： 75， 9 1 1 150毫米等 級別 ，壁厚 9~11毫米。 （ 2）球形壓模壓入碎巖： 當(dāng)鋼粒磨成球形，接觸面積雖有所增加，但鋼粒大小不均，仍存在壓力集中，如果鉆壓足夠大，壓強(qiáng)達(dá)到了巖石壓入硬度，同樣發(fā)生壓入碎巖（類似球模壓入碎巖）。Date 中國地質(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) 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 脈動沖擊碎巖 鋼 粒 鉆進(jìn) 中，由于 鋼 粒本身和每個 鋼 粒存在尺寸不均勻、井底的不平、 鉆 桿柱本身 產(chǎn) 生的彎曲 和 扭 轉(zhuǎn) 振 動 ，回 轉(zhuǎn)時 ，對井底巖石 產(chǎn) 生脈 動 沖 擊 破碎巖石。 Date 中國地質(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) 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 一、牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu) （一）牙輪鉆頭的組成 牙輪鉆頭由 鉆頭體、牙輪爪 （巴掌） 、牙輪、 軸承、水眼和儲 油密封補(bǔ)償系統(tǒng) 等部分組成。 牙輪軸線、主錐母線交于鉆頭中心。 （ 3）超頂、移軸。硬度高，主要用于堅硬地層，也用于中硬和軟地層。牙輪在滾動過程中，牙輪中心的位置不斷上下交替，使鉆頭沿軸向作上下往返運(yùn)動，產(chǎn)生鉆頭的縱向振動。使牙輪的角速度 ω c降低。 復(fù)錐牙輪之所以產(chǎn)生滑動，主要是牙輪線速度不再作直線分布，而是作折