【正文】 和代號(hào) ? 三牙輪鉆頭分為 2大類 8個(gè)系列，系列代號(hào)用漢語(yǔ)拼音表示， □ —— 鉆頭直徑用數(shù)字表示； □ —— 系列名稱代號(hào)用表 410 □ —— 型號(hào)代號(hào)用表 411規(guī)定的數(shù)字表示 2. IADC牙輪鉆頭分類方法及編號(hào) （自習(xí)） 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 0、全面鉆頭概述 ? 全面鉆進(jìn) —— 鉆進(jìn)中不采取巖心，全面破碎孔底巖石。全面鉆進(jìn)所使用的鉆頭 —— 全面鉆頭。 ? 使用 全面鉆頭 不受回次進(jìn)尺的限制，可節(jié)約大量升降鉆具和取心的輔助作業(yè)時(shí)間，因此在油氣鉆井、水井鉆探和工程施工鉆井中得到廣泛應(yīng)用。 ? 全面鉆頭 包括硬質(zhì)合金全面鉆頭、金剛石全面鉆頭、鋼粒全面鉆頭、牙輪鉆頭和螺旋鉆頭等。 ? 硬質(zhì)合金和金剛石全面鉆頭的破巖機(jī)理與取心鉆頭類似。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 一、硬質(zhì)合金全面鉆頭 1. 翼片式全面鉆頭 翼片式全面鉆頭主要包括刮刀鉆頭和翼片鉆頭。 刮刀鉆頭 刀翼呈曲面形，切削具正斜鑲，刃尖角較小，多 用于鉆進(jìn)松軟巖層鉆進(jìn)； 翼片鉆頭 的翼片切削具采用直鑲，多用于鉆進(jìn)軟 ~中硬巖層。 一般按翼片數(shù)量命名 。如三刀翼的稱為三刮刀鉆頭或三翼鉆 頭，兩刀翼的常叫做魚尾鉆頭。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 2）切削角 α： α角越大，吃入深度越深，但 α角過大時(shí)，剪切破碎困難，鉆進(jìn)阻力大。一般 α= 70~85176。 ，軟地層 α角應(yīng)小一些，硬地層 α角大一些。 （ 3）刃后角 ψ： ψ=αβ。必須大于孔底碎巖傾角 。 ? 鉆頭工作時(shí)刀翼的受力類似于懸臂梁； ? 背部應(yīng)成拋物線形狀，即厚度隨距刃尖的距離而逐漸增厚。 刀翼的結(jié)構(gòu)角 （ 1）刃尖角 β：表示刀刃的尖銳程度。 β越 小，切入巖石的能力越強(qiáng)但強(qiáng)度小。軟巖層 —— 8~10176。 ；巖石較硬 —— 12~15176。 ；夾層多， 孔較深時(shí) β角也適當(dāng)增大。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 刀翼底部幾何形狀 —— 平底、正階梯、反階梯和反錐形 ? 平底刀翼形成的孔底只有一個(gè)裸露自由面 ， ? 階梯可形成較多自由面碎巖速度較快 ， 扭矩和功耗較小 ， 但容易磨損成錐形 ， 使鉆孔縮徑 。 ? 反階梯鉆頭可防縮徑 ， 但外側(cè)底刃既掏槽又保徑 ， 蹩鉆嚴(yán)重 。 ? 大慶油田根據(jù)反階梯的特點(diǎn) ， 設(shè)計(jì)了反錐形刮刀鉆頭 ， 刀翼的底刃可設(shè)計(jì)一個(gè)或兩個(gè)斜面 ， 使孔底形成一兩個(gè)截錐體 。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 1. 4 提高刀翼的耐磨性 ? 為保證足夠的強(qiáng)度，刀翼一般用高強(qiáng)度合金鋼鍛制而成。 ? 刀翼表面平鋪一層 YG8硬質(zhì)合金塊，以增強(qiáng)耐磨性和防止泥漿對(duì)刀翼的沖刷。側(cè)部鑲焊 YG8硬質(zhì)合金保徑。 典型翼片鉆頭舉例 （ 1）常用二翼、三翼鉆頭 適用于 Ⅰ ～ Ⅳ 級(jí)的巖層。三翼鉆頭在大口徑鉆進(jìn)中應(yīng)用廣泛，它的鋼體上裝有可更換噴嘴的水眼，使水流加速，提高機(jī)械鉆速。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 2）三翼片階梯鉆頭： 可鉆進(jìn) Ⅲ ～ Ⅴ 級(jí)巖層。階梯翼片直焊。 根據(jù)不同巖性取不同的翼片偏心距，保證中心處能剪切碎巖。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 3）針狀自磨式全面鉆頭： 可做成三翼、四翼或六翼。耐磨 性能好，鉆速均勻。適宜在 Ⅴ ～ Ⅶ 級(jí)的研磨性巖層中鉆進(jìn)。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 —— 單腰鉆頭和雙腰鉆頭 適用于粘土、砂層和含少量礫石的土層。 鉆頭的結(jié)構(gòu) ? 中心管、 “ 腰帶 ” 、立柱、橫支桿、斜支桿、翼板和超前小鉆頭等組成。 ? 上下導(dǎo)正圈間距 ≮ 鉆頭直徑，外側(cè)面加焊合金肋骨修擴(kuò)鉆孔。翼板按一定的角度焊在下導(dǎo)正圈的內(nèi)壁上，合金切削具鑲焊在翼板上（或螺栓固定）。 ? 一般為正斜鑲，近年來，在鉆進(jìn)基巖和卵礫石層時(shí)， 采用一字形釬頭直立焊的形式。翼板的數(shù)量視鉆頭直徑而定。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 鉆頭的特點(diǎn) （ 1）單腰帶鉆頭鉆進(jìn)阻力小，鉆速比雙腰鉆頭高； （ 2）雙腰帶鉆頭具有良好的導(dǎo)正作用，超前的四翼錐形小鉆 頭主要起定向作用（并保護(hù)出漿口不被阻塞），使鉆頭工作平 穩(wěn)，擴(kuò)孔率也小，鉆孔的垂直精度較高。 （ 3）鉆頭底部呈錐形、階梯狀，端部有小鉆頭超前鉆進(jìn)，故 孔底破巖自由面大，鉆效高。 （ 4）小鉆頭可對(duì)砂礫層起松動(dòng)作用，少量不易破碎的卵礫石 可擠進(jìn)圓籠內(nèi)，不妨礙繼續(xù)鉆進(jìn)。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 3. 螺旋鉆頭 —— 長(zhǎng)螺旋鉆、短螺旋鉆 ? 土層中成孔速度快，無沖洗液，不污染環(huán)境，在工程施工中應(yīng)用廣泛。 ? 長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)靠整個(gè)鉆桿柱上螺旋面把巖屑輸送至地表。 ? 短螺旋只靠鉆頭部分螺旋葉片把巖屑積聚在有限幾個(gè)螺旋面上，然后提至地表清除，短螺旋鉆對(duì)地層的適應(yīng)性更廣。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 平底螺旋鉆頭 由心管、螺旋帶（雙頭螺旋）、平刀與中心 刃刀等組成，平刀長(zhǎng)度比螺旋葉片的外徑大 10 ～ 20mm。適用于一般的土層。 耙式螺旋鉆頭 由心管 、 螺旋帶 （ 雙頭螺旋 ） 、 中心刃刀 、 切削刀齒等組成 。 切削刀齒上鑲焊硬質(zhì)合金 ， 適用于含有大量磚頭 、 瓦塊的雜填土層及松 軟巖層鉆進(jìn) 。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 二、金剛石全面鉆頭 （一）單晶金剛石全面鉆頭 鉆頭工作剖面的幾何形狀 （ 1）雙錐階梯形： 兩個(gè)錐面上有階梯，增加碎巖自由面提高效率，但錐頂金剛石受力大。適用于軟 ~中硬的地層。 （ 2）雙錐形： 工作面由內(nèi)錐、外錐和頂部圓弧三部分組成。內(nèi)錐 60~70176。 外錐 40~60176。 無階梯，適于較硬和致密巖石。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 3） B型剖面： 由內(nèi)錐與圓弧面組成，內(nèi)錐不小于 90176。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是頂部較寬也較平緩，可均勻布置較多金剛石，防止局部金剛石早期損壞。適用于適用于硬地層。 （ 4）帶波紋的 B型剖面： 內(nèi)錐和圓弧面上帶有螺旋形波紋槽。金剛石就鑲在波紋的波峰上，適用于堅(jiān)硬地層。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 水力結(jié)構(gòu) ? 金剛石全面鉆頭采用水孔、水槽式水力結(jié)構(gòu)，保證金剛石的冷卻、潤(rùn)滑和清洗。 （ 1）逼壓式水槽：高壓水槽入口小出口大，低壓水槽相反。兩者間形成一定壓差，使部分沖洗液漫過金剛石進(jìn)入低壓水槽，清洗冷卻和潤(rùn)滑金剛石。用于軟地層。 （ 2）輻射型水槽：多水槽呈放射形均勻分布，金剛石工作面很窄，沖洗液能很好地沖洗巖屑，冷卻金剛石。用于軟 ~中硬地層。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 3）輻射型逼壓式水槽： 是上述兩種水槽結(jié)構(gòu)的組合，適用 于中硬 ~硬地層鉆頭和渦輪鉆金剛石鉆頭。 （ 4）螺旋形水槽： 水槽為反螺旋流道，在高轉(zhuǎn)速條件下強(qiáng)迫 沖洗液流過金剛石工作表面。適用于高轉(zhuǎn)速金剛石鉆頭。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 金剛石粒度和排列 —— 與取心式鉆頭類似（自習(xí)） 2. 聚晶金剛石全面鉆頭 胎體 PDC鉆頭和鋼體 PDC鉆頭 ? 胎體鉆頭用鑄造碳化鎢粉燒結(jié)而成，將復(fù)合片直接焊接在窩槽上。 ? 鋼體鉆頭用合金鋼加工而成，復(fù)合片鑲焊在鋼體上。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 鉆頭工作剖面的幾何形狀 ? PDC鉆頭工作剖面的幾何形狀影響鉆頭的穩(wěn)定性、孔底清洗、鉆頭磨損等。 ? 鉆頭工作面形狀包括內(nèi)錐、頂部、側(cè)面、肩部及保徑五個(gè)基本要素。 PDC鉆頭 的 水力結(jié)構(gòu)和切削齒的分布 采用水眼或噴嘴，鉆頭有刮刀 、 單齒 、 組合式三種。 （ 1）刮刀式布齒方式 ： 用于粘性的或軟地層鉆進(jìn)。 （ 2）單齒式 布齒方式 ： 可提高鉆頭壽命，但容易形成泥包鉆頭。 （ 3）組合式布齒方式：具有上述兩種的優(yōu)點(diǎn)，用于中硬地層。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 PDC鉆頭 切削齒 的 工作角 ? 復(fù)合片在唇面上一般取 10~ 20176。 的負(fù)斜鑲，并有一定的側(cè)傾角。 ? 負(fù)斜鑲有利于保護(hù)復(fù)合片，提高壽命；側(cè)傾角有利于切削齒在切削地層時(shí)對(duì)巖屑產(chǎn)生側(cè)向推力，幫助巖屑向鉆頭外緣運(yùn)動(dòng)，清潔孔底。 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學(xué) 國(guó)家精品課程 2022/9/20 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例