【正文】 回轉切削過程 實際上，由于鉆具的振動、沖洗液的沖刷，切削的 巖屑是碎裂成巖粉被沖洗液帶至地表； 在 Py 和 Px 共同作用下 的切入比 Py單獨作用下 切入更容易 ，也 切入的更深 。 （ 1） 曲線 Ⅰσ ＜ σ 0， 切削具未能有效吃入巖石，鉆進處于表面破碎。 應根據(jù)巖性選用合適的硬質合金牌號和型號，采用合理的鉆頭唇面結構。 巖層較硬、孔壁穩(wěn)固、鉆速較低，取小值；反之，取較大的值。 ① 鉆進軟 巖， 選擇 切削性能 較 好的正斜 鑲 ， α=70176?？偯娣e應大于或等于鉆頭外環(huán)空間（包括回水槽）的面積。因此，在這類巖層中鉆進，主要的問題是碎巖和磨損。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 二、鉆探用金剛石 鉆探用金剛石的分類 （ 2） 人造金 剛 石 包括 單 晶、聚晶和金 剛 石復合片等 。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 （ 2）金剛石的品級： 主要根據(jù)晶形和 強 度來判定。 按強度區(qū)分是金剛石的品級： 工業(yè)上衡量人造單晶金剛石質量的可計量指標是 單軸抗壓強度。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 孔器 一、金剛石鉆頭的種類 金 剛 石 鉆頭 、金 剛 石 擴 孔器 組 成一套 鉆 具。合適的胎體耐磨性應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。螺旋排列一般用于軟巖鉆進，其排粉效果最好?？椎淄队幸欢康?“ 自由 ” 的鋼粒，受周圍巖石的限制，鋼粒壓在鉆頭的底唇之下和兩側。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 （二）鋼粒鉆頭 鋼粒鉆頭的功用和結構 （ 1）鋼粒鉆頭的功用與性能：鋼粒鉆頭的功用 是將鉆桿傳來的軸向壓力及回轉力傳遞給鋼粒。由于接觸面本身甚小，所以每次碎巖的量也不大。外錐面有 1—3 種錐度。適用于軟及中硬地層鉆進。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 （三）牙齒對地層的剪切作用 剪切作用主要是由于牙 輪 在 滾動 的同 時還 伴有牙 齒對 孔底的滑 動 而 產 生的， 產 生滑 動 的原因在于牙 輪 的超 頂 、復 錐 和移軸三種 結 構。牙 輪 移 軸 后 產 生的滑 動 是 軸 向滑 動 ?；瑒铀俣入S超頂距 c的增大而增大。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 沖擊動載碎巖 由于牙輪的滾動，牙輪齒與孔底巖石呈單齒、雙齒交替接觸。牙輪在孔底有滑動，齒圈嚙合，可自洗。 牙輪鉆頭的類型： 有銑齒式、鑲齒式；有體式、無體式；單牙輪、雙牙輪和三牙輪等。 單 斜 邊 和單弧形加工 較簡單 ，但底開口 較 大， 鉆頭 工作端面 較 小，且沿高度磨損時 ，水口面 積變 化 較 大；雙弧形水口效果最好。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 （一）鋼粒 鋼粒的粒度 （ 2）鋼粒的粒度與鉆進質量的關系 鉆粒粒度還直接影響到鉆進質量， 鋼粒過大會產生下列危害： ① 內環(huán)狀間隙增大， 使巖心變細，容易發(fā)生巖心堵塞、巖心脫落、殘留巖心等問題，巖心采取率低。減少新鉆頭下孔的擴孔量，防止鉆頭早期磨損。 孕 鑲鉆頭 的金 剛 石出刃 孕鑲鉆頭金剛石的出刃自銳的過程，設計金剛石出刃值的實質是設計好胎體的性能。孕鑲鉆頭對這些性能要求更加嚴格。 當唇面金剛石出露較好時，在磨削的同時，也存在孔底的微剪切和微壓碎作用。 ⑤ 聚晶體。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 鉆探用金剛石的粒度和品級 （ 1）金 剛 石的粒度 通用的計量單位是克拉（ carat）。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 一、金 剛 石 鉆進 的概念與特點 金剛石鉆進的特點 （ 1）主要用于硬巖和 堅 硬巖石，也可 鉆進軟 中硬巖石； （ 2） 鉆進 效率高； （ 3） 鉆 孔 質 量好； （ 4）施工 勞動 強 度比 較輕 ； （ 5）鉆探成本比較低，因此得到越來越廣泛的應用。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第二節(jié) 取心式硬質合金鉆頭 （二）取心式硬質合金鉆頭 松 軟 及中 軟 巖 層 所用的 鉆頭 （ 2）薄片硬合金鉆頭： 特點是：底出刃和內、外出刃較大，沖洗巖屑的間隙較大，切削刃尖銳鋒利。Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第二節(jié) 取心式硬質合金鉆頭 鉆頭的水口和水槽 （ 1）作用： 是沖洗液流經鉆頭、沖洗孔底并返回鉆柱外環(huán)空間的通道。 ， 用于 Ⅰ ～ Ⅳ 級 非裂隙性巖石； ② β =65176。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第二節(jié) 取心式硬質合金鉆頭 切削具出刃 （ 1） 內、外出刃 作用： 保 證鉆頭 體與孔壁、巖心之 間 有一定的 間 隙，避免 鉆頭 體摩擦孔壁和巖心， 為 循 環(huán) 沖洗提供通道。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第一節(jié) 硬質合金鉆進孔底碎巖過程 四、硬質合金切削具的磨損 硬質合金切削具在孔底磨損的實際狀況 前述理論分析的基礎是假定切削具刃部為均勻磨損，實際鉆進中， 切削具出刃的內、外側磨損量是不均勻的， 即： y外 ＞ y內 ＞ y， t外 ＞ t內 ＞ t 切削具底端也不是被磨損成平面，而是呈圓弧形，刃前緣和后緣磨損更厲害（圖 47）?？椎椎钠扑檫^程沿著 傾角為 γ 的螺旋面進行 。 。 （ 5）鉆孔質量容易保證，巖心采取率較高，孔斜較小。 在軟巖和中硬巖層中用硬質合金回轉鉆頭； ② （ 3）硬質合金的特性： 合金中含鈷量增加，相對密度下降，硬度、耐磨性降低，而抗彎強度、沖擊韌性增高； WC的顆粒越細，硬度越大、耐磨性越強；反之，則抗彎強度、韌性增強。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第一節(jié) 硬質合金鉆進孔底碎巖過程 三、硬合金鉆進的孔底碎巖過程 （二）彈塑性巖石的孔底破碎過程 彈塑性巖石是硬質合金鉆頭的主要鉆進對象。此時切削具單位時間的磨損量 W正比于切削具上的比壓 σ 。 (3) 及時修磨切削具， 減小初始接觸面積，降低其磨損率。在遇水膨脹或有大量巖粉的軟地層鉆進時，必須加焊肋骨，增大內、外環(huán)狀空間，一般取內、外出刃 3～ 6mm ， 底出刃 4～ 5mm 。～ 80176。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第二節(jié) 取心式硬質合金鉆頭 二、取心式硬 質 合金 鉆頭（一）取心式硬質合金鉆頭分類 按切削具的磨損形態(tài)，硬合金鉆頭分為 磨銳式 和 自磨式。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第二節(jié) 取心式硬質合金鉆頭 （二）取心式硬質合金鉆頭 中硬及較硬巖層用的鉆頭 鉆進該類 巖 層鉆頭 形式很多，主要有： （ 1）內外 鑲 硬 質 合金 鉆頭 ：將四方柱或大八角硬 質 合金在鉆頭 底唇面分內外出刃分 環(huán) 排列，斜 鑲 或直 鑲 。 聚晶是由 細 小的金 剛 石 顆 粒、粘合 劑燒結 成 較 大 顆粒的多晶金 剛 石； 金 剛 石復合片（ PDC）是由一 層金 剛 石多晶薄 層 、一 層較 厚的硬 質 合金 層 復合而成。 人造 單 晶晶形分 為 5種 ： ① 完整晶體。 用于鉆探的人造金剛石強度一般在 2500Mpa以上，即： 60（ 60目）單晶單粒的抗壓值在 85N以上。 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 ；取心、全面； 礦 山、油井；等等。Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 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)。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 孔器 四、鉆頭的唇面形狀 （一）表鑲金剛石鉆頭的唇面形狀 圓 弧形唇面（ 圓 弧直徑 ≥ 胎體厚度） —— 規(guī) 徑 處 可布置較 多的金 剛 石，保徑效果好，適用于中硬和硬巖 層 ； 多 階 梯形唇面 —— 多用于壁厚大的 鉆頭 ，適用于中硬和硬巖 層 ，有利于破巖和 導 向； 內 錐 形唇面 —— 鉆頭 內 邊 刃保 強 ；適用于研磨性 強 、破碎的巖 層 。鉆進中，鉆頭向下施加一定的軸向壓力，并作回轉運動。鉆頭唇面把鉆粒壓在孔底巖面上，并依靠其本身的彈塑性變形及摩擦力帶動鋼粒在孔底巖石上滾動，破碎巖石，鉆頭本身不直接破碎巖石，但受鋼粒及巖屑的作用，不斷被磨損。同時在鉆進中 以棱角壓巖石的機會也比較少 。單錐牙輪由主錐和背錐組成；復錐牙輪由主錐、副錐和背錐組成。Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 （二）牙輪鉆頭的基本參數(shù) 牙輪鉆頭的牙齒 牙齒可分為銑齒和鑲齒兩大類。 超 頂 引起的滑 動 如 圖 ，牙 輪錐頂 超 過鉆頭軸 心的 結構稱 為 超 頂 ，超 過 的距離 ob為 超 頂 距 c。 綜 上所述，超 頂 和復 錐 引起的切 線 方向滑 動 ，可以剪切掉同一 齒 圈相 鄰 牙 齒 破碎坑之 間 的巖脊；移 軸產 生的 軸 向滑 動 ，可以剪切掉 齒 圈之 間 的巖脊。 （ 6） vsx= vbx+vcx即牙輪相對于巖石的滑動速度，呈直線分布，它與 ab 線交于 M點， vsM=0為純滾動點， bM 段向后滑動， aM 段向前滑動。 靜 載壓 入碎巖 鉆進時，鉆頭上的鉆壓經牙齒作用在巖石上，這是靜載尖楔壓頭壓入碎巖的過程。 軸線交于鉆頭軸線，主錐超頂。 牙輪鉆進的應用： 牙輪鉆進一般是不取心的全面鉆進，廣泛應用于油氣鉆井和大口徑施工鉆進，適用于 Ⅰ ～ Ⅻ 級的巖石，在 Ⅵ ～ Ⅹ 級的巖石中效果最好。 弧形 邊 比直斜 邊 的 導 砂性能要好，但加工 較 困 難 。從這種意義上講，增大鋼粒的粒度是有益的。 （一）擴孔器的作用 修 擴 孔壁，保 證鉆 孔直徑符合要求； 保持孔內 鉆 具的 穩(wěn) 定性，使 鉆 具在高 轉 速回 轉 條件下保持良好的 動 平衡狀 態(tài) ； 延長鉆頭壽命。 軟 、粗粒巖石中，出刃值應較 大；硬巖及破碎巖 層 中，出刃 值應較 小。 胎體的硬度、耐磨性要與所鉆巖石的硬度、研磨性相適應。以唇面上多而小的硬質點（金剛石）對加工件（孔底巖石）進行 刻劃、磨削 ，隨著硬質點的逐漸磨損和粘結胎體的不斷磨耗，新的硬質點又裸露出來參加工作。將 連 晶破碎 為單 晶， 經 整形分 選 ，得到 質 量 較 好的金 剛 石在 鉆 探上使用。因此，在金剛石工具的制造過程中，須隔氧，避免長時間受高溫；在使用中，須及時冷卻切削刃。 它是將金剛石材料采用一定的方法包裹于基體（胎體）中，并與鉆頭鋼體固結為一體形成金剛石鉆頭，用于回轉碎巖的一種方法?？摄@進 3~5級巖石。 對軟 巖取較 少的數(shù)量， 對較 硬和非均 質 及研磨性巖石， 為 保 證鉆頭 壽命，一般 應 取密集式排列。 ～ 50176。 切削具出刃有： 內出刃、外出刃和底出刃。平均鉆速和進尺 H 在鉆進很容易測得， 可以用一元回歸分析的方法 ， 在若干觀測計算值的基礎上求出 k0 和 v0 ， 從而利用（ 47）式來預測切削具磨損對鉆速的影響。 切槽寬度有規(guī)律地變化， B1為大剪切時的切槽寬。 ～ 50176。不受孔向、孔徑和孔深的限制 ； （ 2） 鉆 出的孔壁及巖心直徑比 較 一致，表面比 較 光滑，有利 于