《回转钻进钻头LU》PPT课件

第 四 章 回 转 钻 进 用 钻 头 一 、 硬 质 合 金 钻 头 及 其 孔 底 的 碎 岩 过 程 二 、 金 刚 石 钻 头 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 三 、 钢 粒 钻 头 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 四 、 牙 轮 钻 头 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 五 、 全 面 钻 进 与 钻 头 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 四 章 回 转 钻 进 用 钻 头 u 岩 土 钻 进 （ 井 ） 方 法 绝 大 多 数 是 机 械 方 式 ， 主 要 有 ： 伴 有 循 环 冲 洗 介 质 的 硬 质 合 金 、 金 刚 石 、 钢 粒 、 牙 轮 钻 头 回 转 钻 进 和 长 螺 旋 干 式 回 转 钻 进 ； 采 用 液 动 、 气 动 孔 底 冲 击 器 的 冲 击 回 转 钻 进 ； 钢 丝 绳 冲 击 钻 进 ； 振 动 钻 进 。 上 述 方 法 中 ， 使 用 最 广 泛 的 是 回 转 钻 进 。 冲 击 回 转 钻 进 是 在回 转 的 基 础 上 增 加 孔 底 冲 击 载 荷 ； 钢 丝 绳 冲 击 钻 进 主 要 用 于 水井 施 工 ； 振 动 钻 进 、 长 螺 旋 干 式 回 转 钻 进 主 要 用 于 在 土 壤 和 软岩 中 打 浅 孔 （ 工 程 施 工 ） 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 四 章 回 转 钻 进 用 钻 头 u 回 转 钻 进 选 择 钻 头 的 一 般 原 则 是 ： 在 软 岩 和 中 硬 岩 层 中 用 硬 质 合 金 回 转 钻 头 ； 在 中 硬 及 部 分 中 硬 以 上 岩 层 中 采 用 铣 齿 牙 轮 钻 头 ； 在 硬 岩 中 采 用 金 刚 石 钻 头 或 钢 粒 钻 头 ； 在 硬 脆 岩 层 中 采 用 镶 齿 牙 轮 钻 头 。 金 刚 石 钻 头 主 要 用 于 59、 76（ 75） 、 91 mm的 小 口 径 ； 钢 粒 钻 头 主 要 用 于 91mm以 上 的 口 径 ； 硬 质 合 金 和 牙 轮 钻 头 则 既 可 钻 进 小 口 径 ， 又 可 钻 进 大 口 径 水井 、 工 程 施 工 孔 和 浅 井 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 一 、 硬 质 合 金 钻 进 的 基 本 概 念 与 特 点 1、 硬 质 合 金 钻 进 的 基 本 概 念 利 用 镶 焊 在 钻 头 钢 体 上 的 硬 质 合 金 切 削 具 作 为 碎 岩的 工 具 ， 这 种 钻 进 方 法 称 为 硬 合 金 钻 进 。 硬 合 金 钻 进 是 岩 土 钻 掘 工 程 中 的 一 种 主 要 钻 进 方法 ， 它 用 于 软 岩 层 及 中 硬 岩 层 的 钻 进 （ 14级 软 的 沉 积岩 、 中 硬 的 57级 及 部 分 8级 岩 浆 岩 和 变 质 岩 ） 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 一 、 硬 质 合 金 钻 进 的 基 本 概 念 与 特 点 2、 硬 质 合 金 钻 进 的 特 点 （ 1） 切 削 具 固 定 在 钻 头 体 上 ， 它 可 以 钻 进 任 意 倾 角 的 钻 孔 。不 受 孔 向 、 孔 径 和 孔 深 的 限 制 ； （ 2） 钻 出 的 孔 壁 及 岩 心 直 径 比 较 一 致 ， 表 面 比 较 光 滑 ， 有利 于 安 全 钻 进 和 保 证 取 心 ； （ 3） 可 以 根 据 不 同 的 岩 性 和 要 求 ， 合 理 地 设 计 和 选 择 钻 头的 结 构 ， 以 便 在 不 同 的 岩 层 中 取 得 较 优 的 效 果 ； （ 4） 钻 进 中 操 作 简 便 ， 容 易 掌 握 。 （ 5） 钻 孔 质 量 容 易 保 证 ， 岩 心 采 取 率 较 高 ， 孔 斜 较 小 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 二 、 钻 探 用 硬 质 合 金 1、 硬 质 合 金 的 特 性 （ 1） 钻 探 用 的 钨 钴 合 金 ： 主 要 是 碳 化 钨 （ WC） 钴 (Co)系 硬质 合 金 。 它 以 碳 化 钨 粉 末 为 骨 架 金 属 ， 钴 粉 末 为 粘 结 剂 ， 用 粉 末 冶金 方 法 制 成 。 这 类 硬 质 合 金 称 为 YG类 硬 质 合 金 。 （ 2） 牌 号 的 意 义 ： 合 金 牌 号 如 YG8c的 意 义 为 ： YG钨 -钴 系硬 质 合 金 ； 8钴 的 百 分 含 量 为 8%； c（ x） 粗 （ 细 ） 粒 合 金 。 （ 3） 硬 质 合 金 的 特 性 ： 合 金 中 含 钴 量 增 加 ， 相 对 密 度 下 降 ， 硬度 、 耐 磨 性 降 低 ， 而 抗 弯 强 度 、 冲 击 韧 性 增 高 ； WC的 颗 粒 越 细 ，硬 度 越 大 、 耐 磨 性 越 强 ； 反 之 ， 则 抗 弯 强 度 、 韧 性 增 强 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 二 、 钻 探 用 硬 质 合 金 2、 选 用 硬 质 合 金 切 削 具 的 基 本 原 则 合 金 切 削 具 形 状 主 要 有 ： 薄 片 状 、 方 柱 状 、 八 角 柱 状 和 针 状 等 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 二 、 钻 探 用 硬 质 合 金 选 择 切 削 具 形 状 的 一 般 原 则 是 ： （ 1） 片 状 硬 质 合 金 ： 刃 薄 易 于 压 入 和 切 削 岩 石 ， 但 抗 弯 能 力差 ， 适 用 于 级 软 岩 ； （ 2） 柱 状 硬 质 合 金 ： 抗 弯 能 力 较 强 ， 压 入 阻 力 也 较 小 ， 主 要适 用 于 级 中 硬 岩 石 ； 八 角 柱 状 合 金 的 抗 崩 能 力 强 ， 利 于排 粉 和 破 岩 ， 易 于 焊 牢 ， 在 裂 隙 发 育 和 较 硬 地 层 中 应 用 广 泛 ； （ 3） 针 状 和 薄 片 状 硬 质 合 金 ： 主 要 用 于 镶 焊 自 磨 式 钻 头 ， 在硬 地 层 或 研 磨 性 岩 石 中 使 用 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 三 、 硬 合 金 钻 进 的 孔 底 碎 岩 过 程 硬 合 金 钻 进 的 过 程 ， 实 际 上 是 切 削 具 在 轴 向 力 的 作 用 下 ，压 入 岩 石 ； 在 回 转 水 平 力 的 作 用 下 ， 沿 孔 底 切 削 碎 岩 ； 在 轴 向 力 和 水 平 力 的 共 同 作 用 下 ， 孔 底 岩 石 以 薄 的 螺 旋层 形 式 连 续 被 破 碎 。 根 据 所 钻 岩 石 的 不 同 ， 其 破 碎 方 式 也 不 相 同 ， 可 分 为 塑性 岩 石 的 碎 岩 和 弹 -塑 性 岩 石 的 碎 岩 两 种 情 况 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 （ 一 ） 塑 性 岩 石 的 碎 岩 情 况 1、 切 入 岩 石 的 过 程 钻 头 上 切 削 具 切 入 岩 石 的 必 要 条 件 是 ： 切 削 具 与 岩 石 接 触面 上 的 单 位 压 力 必 须 大 于 或 至 少 等 于 岩 石 的 抗 压 入 硬 度 。即 ： Py Hy F0 式 中 ： H y岩 石 的 压 入 硬 度 ； F0切 削 具 刃 尖 处 与 岩 石 的 接 触 面 积 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 （ 一 ） 塑 性 岩 石 的 碎 岩 情 况 1、 切 入 岩 石 的 过 程 塑 性 岩 石 中 ， 切 削 具 切 入 岩 石 如 图 示 （ 切 削 具 未 磨 钝 ） ， 根据 各 力 的 平 衡 关 系 ， 可 推 导 出 切 入 深 度 的 关 系 式 ： 式 中 ： Py切 削 具 上 的 轴 载 力 ， N； b切 削 具 的 刃 宽 ， mm； 切 削 具 的 刃 角 ， 度 ； H y岩 石 的 压 入 硬 度 ； 摩 擦 力 影 响 系 数 （ 小 于 1） 。 tg0 y ybHPh 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 （ 一 ） 塑 性 岩 石 的 碎 岩 情 况 1、 切 入 岩 石 的 过 程 上 式 表 明 ： 塑 性 岩 石 切 削 具 的 切 入 深 度 h 0与 轴 向 力 Py成 正 比 ， 而 与 切 削具 的 刃 角 、 刃 宽 b、 岩 石 的 压 入 硬 度 Hy成 反 比 。 虽 然 角 越 小 切 削 具 刃 尖 切 入 岩 石 越 容 易 ， 但 如 果 很 小 则切 削 具 会 很 快 崩 裂 ， 实 际 上 角 的 最 小 值 为 45 50 。 tg0 y ybHPh 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 （ 一 ） 塑 性 岩 石 的 碎 岩 情 况 2、 回 转 切 削 过 程 切 削 具 切 入 岩 石 并 回 转 时 ， 在 水 平 力 Px作 用 下 ， 压 迫 其 前 面 的 岩 石 ， 使 之 发 生 塑性 变 形 并 不 断 地 向 自 由 面 滑 移 ， 称 为 切 削作 用 。 在 切 屑 的 裂 隙 尚 未 发 展 到 全 段 面 断裂 之 前 ， 下 一 部 分 切 屑 又 发 生 滑 移 。 因 此 ，其 切 屑 应 该 是 连 续 的 、 平 稳 的 ， 其 切 削 槽宽 与 切 削 具 刃 宽 是 相 同 的 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 （ 一 ） 塑 性 岩 石 的 碎 岩 情 况 2、 回 转 切 削 过 程 实 际 上 ， 由 于 钻 具 的 振 动 、 冲 洗 液 的冲 刷 ， 切 削 的 岩 屑 是 碎 裂 成 岩 粉 被 冲 洗液 带 至 地 表 ； 在 Py 和 Px 共 同 作 用 下 的 切 入 比 Py单 独作 用 下 切 入 更 容 易 ， 也 切 入 的 更 深 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 三 、 硬 合 金 钻 进 的 孔 底 碎 岩 过 程 （ 二 ） 弹 塑 性 岩 石 的 孔 底 破 碎 过 程 弹 塑 性 岩 石 是 硬 质 合 金 钻 头 的 主 要 钻 进 对 象 。 理 论 上 ， 按切 削 具 的 切 入 条 件 ， 需 要 很 大 的 轴 向 力 ， 而 实 际 的 Py力 要 小 得多 （ 1/61/3） ， 究 其 原 因 ， 主 要 是 切 削 具 并 非 以 静 压 入 的 方式 破 岩 ， 而 是 在 双 向 力 的 同 时 作 用 下 破 碎 岩 石 。 其 碎 岩 的 显 著 特 点 则 是 在 切 削 具 的 作 用 下 以 跳 跃 式 的 剪 切破 碎 为 主 。 岩 石 破 碎 大 体 分 三 个 阶 段 ： 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 （ 二 ） 弹 塑 性 岩 石 的 孔 底 破 碎 过 程 1、 切 入 岩 石 ， 岩 石 剪 切 破 碎 ， 前 移 碰 撞 刃 前 岩 石 。 2、 刃 前 接 触 面 很 小 ， 挤 压 力 较 大 ， 小 剪 切 破 碎 。 继 续 前 移 产生 若 干 次 小 剪 切 。 3、 当 刃 前 接 触 面 较 大 时 ， 前 进 受 阻 。 继 续 挤 压 刃 前 岩 石 （ 部分 被 压 成 粉 状 ） ； 同 时 ， Px 力 急 剧 增 大 ， 当 Px 力 达 到 极 限 值 时 ，产 生 大 的 剪 切 破 碎 ， 然 后 Px力 突 然 减 小 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 （ 二 ） 弹 塑 性 岩 石 的 孔 底 破 碎 过 程 切 削 具 不 断 向 前 推 进 ， 重 复 着 压 碎 、 小 剪 切 、 大 剪 切 的 循 环过 程 。 切 槽 断 面 近 似 于 梯 形 。 切 槽 宽 度 有 规 律 地 变 化 ， B1为 大剪 切 时 的 切 槽 宽 。 孔 底 的 破 碎 过 程 沿 着 倾 角 为 的 螺 旋 面 进 行 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 四 、 硬 质 合 金 切 削 具 的 磨 损 硬 合 金 钻 进 时 ， 随 着 切 削 具 破 碎 孔 底 岩 石 ， 切 削 具本 身 不 断 被 磨 损 ， 对 机 械 钻 速 产 生 影 响 。 机 械 钻 速 vm取决 于 切 削 具 切 入 岩 石 的 深 度 h 和 钻 头 转 速 n ， 其 表 达 式为 vm= 60n m h ， 钻 进 中 ， 由 于 切 削 具 被 磨 损 ， h 减 小 ， 钻 速 将 逐 渐 衰 减 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 四 、 硬 质 合 金 切 削 具 的 磨 损 1、 切 削 具 磨 损 和 钻 压 的 关 系 费 得 洛 夫 等 研 究 了 单 位 时 间 磨 损 量 与 刃 端 面 积 上 比 压 的 关 系 。 （ 1） 曲 线 0， 切 削 具 未 能 有 效 吃 入 岩 石 ， 钻 进 处 于 表 面破 碎 。 此 时 切 削 具 单 位 时 间 的 磨 损 量 W正 比 于 切 削 具 上 的 比 压 。 （ 2） 曲 线 0 ， 岩 石 呈 体 积 破 碎 。随 着 切 削 具 上 的 比 压 增 大 ， W不 仅 未 增加 ， 反 而 出 现 下 降 的 趋 势 。 即 在 体 积 破 碎条 件 下 ， 切 削 具 的 磨 损 主 要 不 取 决 于 轴 向压 力 ， 而 取 决 于 岩 石 的 硬 度 、 切 削 具 的 材质 及 切 削 具 的 磨 钝 面 积 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 四 、 硬 质 合 金 切 削 具 的 磨 损 2、 切 削 具 的 磨 损 与 钻 进 时 间 、 钻 进 速 度 的 关 系 费 得 洛 夫 提 出 ， 在 一 定 条 件 下 切 削 具 的 磨 钝 面 积 S 和 机 械 钻速 vm分 别 为 ： S（ t） =S0 + t ； 式 中 ： S0切 削 具 的 初 始 面 积 ， mm2； t磨 损 时 间 ， min； 取 决 于 岩 石 性 质 的 磨 损 系 数 ， mm 2/min。 A系 数 ， 当 岩 性 、 钻 进 规 程 及 钻 头 一 定 时 它 为 常 量 。 切 削 具 的 磨 损 面 积 与 钻 进 时 间 成 正 比 ， 而 机 械 钻 速 与 切 削 具 接触 面 积 的 平 方 成 反 比 。 20 )( tS Avm 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 四 、 硬 质 合 金 切 削 具 的 磨 损 3、 关 于 切 削 具 的 磨 损 问 题 的 研 究 设 钻 进 的 初 始 钻 速 为 v0=A/S02， 上 式 可 写 成 ：式 中 ： k0钻 速 下 降 的 特 征 系 数 ， k0= /S0。 钻 头 在 t时 间 内 总 进 尺 为 ， 代 入 v m得 到 。因 此 ， 平 均 钻 速 为 ， 通 过 变 换 可 写 成 20022020 200 )1(2 tkvttSS Svvm t mdtvH 0 )1( 00 tktvH )1( 00 tkvvm 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 四 、 硬 质 合 金 切 削 具 的 磨 损 3、 关 于 切 削 具 的 磨 损 问 题 的 研 究 （ 4-7） （ 4-7） 式 表 明 ， 平 均 钻 速 是 进 尺 H 的 一 元 线 性 方 程 ， 其 中 ，v0 是 纵 坐 标 上 的 截 距 ， k0 为 直 线 的 斜 率 。 平 均 钻 速 和 进 尺 H 在钻 进 很 容 易 测 得 ， 可 以 用 一 元 回 归 分 析 的 方 法 ， 在 若 干 观 测 计算 值 的 基 础 上 求 出 k 0 和 v0 ， 从 而 利 用 （ 4-7） 式 来 预 测 切 削具 磨 损 对 钻 速 的 影 响 。 Hkvvm 00 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 四 、 硬 质 合 金 切 削 具 的 磨 损 4、 硬 质 合 金 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 钻进 中 ， 切 削 具 出 刃 的 内 、 外 侧磨 损 量 是 不 均 匀 的 ， 即 ： y外 y内 y， t外 t内 t 切 削 具 底 端 也 不 是 被 磨 损 成平 面 ， 而 是 呈 圆 弧 形 ， 刃 前 缘和 后 缘 磨 损 更 厉 害 （ 图 4-7） 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 一 节 硬 质 合 金 钻 进 孔 底 碎 岩 过 程 5、 减 轻 切 削 具 磨 损 的 措 施 (1) 避 免 切 削 具 在 表 面 破 碎 状 态 下 工 作 。 尤 其 在 高 转 速 、 低钻 压 的 条 件 下 钻 进 研 磨 性 岩 石 时 ， 切 削 具 磨 损 更 快 。 (2) 切 削 具 的 磨 损 速 度 取 决 于 切 削 具 的 硬 度 与 所 钻 岩 石 的 硬度 之 比 、 岩 石 的 研 磨 性 、 裂 隙 性 等 性 质 ， 还 取 决 于 切 削 具 在 钻 头唇 面 的 布 置 。 应 根 据 岩 性 选 用 合 适 的 硬 质 合 金 牌 号 和 型 号 ， 采 用合 理 的 钻 头 唇 面 结 构 。 (3) 及 时 修 磨 切 削 具 ， 减 小 初 始 接 触 面 积 ， 降 低 其 磨 损 率 。 (4) 采 取 等 强 度 磨 损 的 原 则 ， 对 磨 损 严 重 的 侧 面 进 行 补 强 。 (5) 采 用 有 润 滑 作 用 的 乳 化 液 或 泥 浆 洗 孔 ， 减 轻 磨 损 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 一 、 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 结 构 要 素 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 ， 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 。 硬 质 合 金 钻 头 的 结 构 要 素 主 要 包 括 ： 切 削 具 出 刃 、切 削 具 的 镶 焊 角 度 、 切 削 具 在 钻 头 体 上 的 数 目 及 布 置方 式 等 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 一 、 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 结 构 要 素 1、 钻 头 体 钻 头 体 是 硬 质 合 金 切 削 具 的 支 撑 体 ，传 递 轴 载 和 扭 矩 给 切 削 具 ， 承 受 切 削具 破 岩 的 反 作 用 力 、 孔 底 的 动 载 和 摩擦 。 钻 头 体 是 DZ-40无 缝 钢 管 制 成 。 上端 车 有 外 螺 纹 与 岩 心 管 连 接 ， 内 壁 上设 计 有 内 锥 ， 便 于 卡 取 岩 心 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 一 、 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 结 构 要 素 2、 切 削 具 出 刃 镶 焊 在 钻 头 体 上 的 切 削 具 必 须突 出 钻 头 体 一 定 的 量 ， 此 突 出 部分 称 为 切 削 具 的 出 刃 。 切 削 具 出 刃 有 ： 内 出 刃 、 外 出刃 和 底 出 刃 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 2、 切 削 具 出 刃 （ 1） 内 、 外 出 刃 作 用 ： 保 证 钻 头 体 与 孔 壁 、 岩 心 之 间 有 一 定 的 间 隙 ， 避 免 钻头 体 摩 擦 孔 壁 和 岩 心 ， 为 循 环 冲 洗 提 供 通 道 。 设 置 不 合 理 的 危 害 ： 出 刃 过 大 ， 合 金 抗 外 力 的 能 力 降 低 、 碎岩 断 面 和 功 耗 增 大 ， 钻 孔 易 弯 曲 。 出 刃 过 小 ， 流 阻 增 大 ， 容 易 堵塞 岩 心 、 冲 毁 孔 壁 、 漂 浮 钻 具 。 合 理 选 择 ： 主 要 取 决 于 岩 层 ， 一 般 为 13 mm。 岩 层 较 硬 、 孔 壁稳 固 、 钻 速 较 低 ， 取 小 值 ； 反 之 ， 取 较 大 的 值 。 在 遇 水 膨 胀 或 有大 量 岩 粉 的 软 地 层 钻 进 时 ， 必 须 加 焊 肋 骨 ， 增 大 内 、 外 环 状 空 间 ，一 般 取 内 、 外 出 刃 3 6mm ， 底 出 刃 4 5mm 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 （ 2） 底 出 刃 作 用 ： 保 证 切 削 具 能 顺 利 地 切 入 岩 石 ， 并 为 冲 洗 液 冷 却 切 削具 和 排 除 孔 底 岩 粉 提 供 通 道 。 底 出 刃 大 小 ： 由 切 入 深 度 和 过 水 间 隙 两部 分 组 成 。 H值 过 大 ， 在 硬 岩 和 裂 隙 性 岩 层中 容 易 造 成 崩 刃 ， 应 补 强 。 一 般 为 25 mm。 底 出 刃 有 平 底 式 、 阶 梯 式 。 阶 梯 式 可 增 加 切 削 具 破 碎 岩 石 的 自 由 面 ， 容 易 产 生 体 积 破 碎 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 一 、 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 结 构 要 素 3、 切 削 具 的 镶 焊 角 度 具 有 一 定 刃 角 的 切 削 具 以 不 同 的 前 角 （ 亦 称 镶 焊 角 ） 镶 焊 在钻 头 体 上 ， 形 成 不 同 的 切 削 角 ， 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 ： 正 斜 镶 ， 直 镶 ， 负 斜 镶 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 3、 切 削 具 的 镶 焊 角 度 （ 1） 刃 角 的 选 择 ： =45 50 ， 用 于 级 非 裂 隙 性 岩 石 ； =65 ， 用 于 级 岩 石 ； =90 的 小 切 削 具 ， 用 于 自 磨 式 钻 头 。 （ 2） 切 削 角 的 选 择 ： 根 据 所 钻 岩 性 来 选 择 。 钻 进 软 岩 ， 选 择 切 削 性 能 较 好 的 正 斜 镶 ， =70 80 ； 脆 性 和 较 硬 岩 石 ， 切 削 具 主 要 按 压 碎 和 剪 切 作 用 碎 岩 ， 切削 具 易 磨 钝 ， 应 选 择 入 岩 较 锋 利 的 直 镶 、 负 斜 镶 ， =90 105 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 4、 硬 质 合 金 切 削 具 在 钻 头 体 上 的 布 置 方 式 切 削 具 的 排 列 方 式 有 ： 单 （ 双 ） 环 排 列 、 多 环 排 列 、 密 集 排 列 等 。 （ 1） 确 定 切 削 具 布 置 方 式 的 原 则 ： 能 保 证 钻 头 在 孔 底 工 作 平 稳 ； 多 环 排 列 时 ， 每 个 切 削 具 只 破 碎 孔 底 的 一 部 分 ， 叠 加 完 成整 个 唇 面 的 切 削 ， 若 各 环 之 间 能 相 互 造 成 自 由 面 ， 则 破 岩 效 果 更 佳 ； 尽 量 使 每 个 切 削 具 负 担 的 破 岩 量 接 近 ， 避 免 局 部 磨 损 过 甚 ； 切 削 具 之 间 应 保 持 一 定 的 距 离 ， 以 利 于 排 粉 ； 对 切 削 具 的 镶 焊 和 修 磨 方 便 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 4、 硬 质 合 金 切 削 具 在 钻 头 体 上 的 布 置 方 式 （ 2） 切 削 具 布 置 方 式 单 （ 双 ） 环 排 列 ： 一 个 或 二 个 切 削 具 覆 盖 唇 面 ， 加 工 简 单 ； 多 环 排 列 ： 多 个 切 削 具 分 环 覆 盖 唇 面 ， 造 成 多 的 碎 岩 自 由 面 ； 密 集 排 列 ： 多 个 切 削 具 集 中 为 一 组 排 列 ， 前 刃 掏 槽 ， 后 刃 扩槽 ， 相 互 支 撑 ， 承 载 大 ， 抗 弯 、 抗 磨 损 好 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 5、 切 削 具 在 钻 头 体 上 的 数 目 钻 头 上 切 削 具 数 目 越 多 ， 切 削 点 就 多 ， 单 位 时 间 完 成 的 切 削量 就 大 ， 钻 速 也 越 高 ， 钻 头 寿 命 较 长 。 但 是 ， 由 于 轴 向 载 荷 有限 ， 单 个 切 削 具 上 的 载 荷 不 足 ， 只 能 形 成 表 面 破 碎 ； 同 时 ， 切削 具 数 目 太 多 ， 使 剪 切 体 变 小 ， 孔 底 冷 却 效 果 变 差 。 切 削 具 数 目 取 决 于 岩 性 、 钻 头 直 径 和 切 削 具 形 状 。 对 软 岩 取较 少 的 数 量 ， 对 较 硬 和 非 均 质 及 研 磨 性 岩 石 ， 为 保 证 钻 头 寿 命 ，一 般 应 取 密 集 式 排 列 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 6、 钻 头 的 水 口 和 水 槽 （ 1） 作 用 ： 是 冲 洗 液 流 经 钻 头 、 冲 洗 孔 底 并 返 回 钻 柱 外 环 空 间的 通 道 。 保 证 切 削 具 的 冷 却 和 孔 底 及 时 排 粉 。（ 2） 水 口 形 状 ： 矩 形 、 半 圆 形 、 梯 形 和 三 角 形 ， 三 角 弧 形 水 口效 果 最 好 。（ 3） 水 口 的 数 目 ： 等 于 切 削 具 的 数 目 或 组 数 。 总 面 积 应 大 于 或等 于 钻 头 外 环 空 间 （ 包 括 回 水 槽 ） 的 面 积 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 二 、 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头（ 一 ） 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 分 类 按 切 削 具 的 磨 损 形 态 ， 硬 合 金 钻 头 分 为 磨 锐 式 和 自 磨 式 。 1、 磨 锐 式 硬 质 合 金 钻 头 钻 头 上 的 合 金 切 削 具 磨 钝 后 须 用 用 砂 轮 修磨 锐 利 的 钻 头 。 切 削 具 一 般 是 单 斜 面 锐 角 ，钻 进 中 ， 随 切 削 具 磨 损 ， 机 械 钻 速 逐 渐 下降 。 一 般 适 用 于 研 磨 性 小 的 软 及 中 硬 岩 石 。 2、 自 磨 式 硬 质 合 金 钻 头 采 用 小 断 面 切 削 刃 ， 磨 损 后 ， 接 触 面 积不 变 ， 无 变 钝 的 弱 点 ， 机 械 钻 速 基 本 平 稳 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 二 、 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头（ 二 ） 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 1、 松 软 及 中 软 岩 层 所 用 的 钻 头 在 中 软 岩 层 中 钻 进 的 特 点 是 ： 岩 石 压 入 硬 度 较 小 ， 可 在 较 小 的 轴 向 压 力 下 切 入 岩 石 ； 切 入 深 度 较 大 ， 岩 屑 的 颗 粒 也 较 大 ； 钻 速 高 ， 单 位 时 间 产 生 的 岩 屑 量 大 ， 要 求 钻 头 易 于 排 粉 ； 该 类 岩 层 粘 结 性 大 ， 容 易 发 生 糊 钻 和 遇 水 膨 胀 等 问 题 ， 因此 ， 钻 具 和 孔 壁 间 、 岩 心 管 和 岩 心 间 要 有 较 大 的 间 隙 ； 岩 层 的 研 磨 性 较 小 ， 可 以 选 用 锋 利 的 切 削 刃 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 1、 松 软 及 中 软 岩 层 所 用 的 钻 头 （ 1） 肋 骨 式 钻 头 ： 主 要 用 于 钻 进 遇 水 膨 胀 、 粘 性 较 大 的 软 岩 。依 钻 头 结 构 不 同 ， 分 为 螺 旋 肋 骨 钻 头 和 阶 梯 式 肋 骨 钻 头 。 螺 旋 肋 骨 钻 头 特 点 ： 流 通 载 面 大 ， 孔 底 干 净 ， 钻 进 效 率 较 高 。 阶 梯 式 肋 骨 钻 头 的 特 点 ： 肋 骨 片 较 厚 ， 水 口 宽 ， 孔 底 呈 阶 梯状 。 可 钻 进 35级 岩 石 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 （ 二 ） 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 1、 松 软 及 中 软 岩 层 所 用 的 钻 头 （ 2） 薄 片 硬 合 金 钻 头 ： 特 点 是 ： 底 出 刃 和 内 、 外 出 刃较 大 ， 冲 洗 岩 屑 的 间 隙 较 大 ， 切削 刃 尖 锐 锋 利 。 有 菱 形 与 斜 角 薄片 等 形 式 。主 要 用 以 钻 进 粘 结 性 较 小 的 软 岩 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 （ 二 ） 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 2、 中 硬 及 较 硬 岩 层 用 的 钻 头 这 类 岩 层 中 钻 进 的 特 点 是 ： 岩 石 的 压 入 硬 度 较 大 ， 为 了 保 证 切 削 具 切 入 岩 石 ， 需 有 大的 轴 向 压 力 ， 因 此 ， 要 求 切 削 具 有 承 受 较 大 的 抗 弯 能 力 ； 切 削 具 切 入 深 度 较 小 ， 钻 速 相 对 较 低 ， 单 位 时 间 产 生 的 岩粉 量 也 较 软 岩 要 少 ； 岩 石 脆 性 较 大 、 粘 性 小 ， 排 粉 问 题 不 很 突 出 。 因 此 ， 在 这类 岩 层 中 钻 进 ， 主 要 的 问 题 是 碎 岩 和 磨 损 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 （ 二 ） 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 2、 中 硬 及 较 硬 岩 层 用 的 钻 头 钻 进 该 类 岩 层 钻 头 形 式 很 多 ，主 要 有 ： （ 1） 内 外 镶 硬 质 合 金 钻 头 ：将 四 方 柱 或 大 八 角 硬 质 合 金 在钻 头 底 唇 面 分 内 外 出 刃 分 环 排列 ， 斜 镶 或 直 镶 。 四 方 柱 内 外镶 钻 头 适 用 于 35级 岩 石 ， 大 八角 内 外 镶 钻 头 适 用 于 57级 岩 石 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 2、 中 硬 及 较 硬 岩 层 用 的 钻 头 （ 2） 单 双 粒 硬 合 金 钻 头 和 品 字 形 硬 合 金 钻 头 ： 把 3颗 硬 合 金 切 削 具 焊 成 一 组 呈 品 字 形 ， 可 分 散 排 列 （ 单 双 粒硬 合 金 钻 头 ） ， 也 可 集 中 排 列 （ 品 字 形 硬 合 金 钻 头 ） 。 其 特 点 ： 单 粒 掏 槽 ， 双 粒 扩 槽 。 单 双 粒 硬 合 金 钻 头 可 钻 进 45级 岩 石 ， 品 字 形 硬 合 金 钻 头 可 钻 进 46级 岩 石 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 二 节 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 二 、 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 （ 二 ） 取 心 式 硬 质 合 金 钻 头 3、 针 状 自 磨 式 钻 头 把 预 制 好 的 胎 块 焊 在 钻 头 体 上 。 胎 块内 按 一 定 原 则 包 裹 针 状 硬 质 合 金 ， 支 撑 体的 胎 体 硬 度 要 合 适 ， 保 证 超 前 磨 耗 ， 以 利于 针 状 硬 质 合 金 自 磨 出 刃 。 这 种 钻 头 可 用于 钻 进 57级 中 等 研 磨 性 的 岩 石 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 金 刚 石 是 迄 今 为 止 人 类 发 现 的 最 坚 硬 的 研 磨 切 削 材 料 ， 已广 泛 的 应 用 于 现 代 工 业 。 地 质 钻 探 用 金 刚 石 约 占 世 界 工 业 金刚 石 用 量 的 五 分 之 一 ， 主 要 用 于 金 刚 石 钻 进 的 钻 头 、 扩 孔 器和 其 他 金 刚 石 切 削 工 具 一 、 金 刚 石 钻 进 的 概 念 与 特 点 1、 金 刚 石 钻 进 的 概 念 金 刚 石 钻 进 是 一 种 比 较 先 进 的 钻 进 方 法 。 它 是 将 金 刚 石 材料 采 用 一 定 的 方 法 包 裹 于 基 体 （ 胎 体 ） 中 ， 并 与 钻 头 钢 体 固结 为 一 体 形 成 金 刚 石 钻 头 ， 用 于 回 转 碎 岩 的 一 种 方 法 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 一 、 金 刚 石 钻 进 的 概 念 与 特 点 2、 金 刚 石 钻 进 的 特 点 （ 1） 主 要 用 于 硬 岩 和 坚 硬 岩 石 ， 也 可 钻 进 软 -中 硬 岩 石 ； （ 2） 钻 进 效 率 高 ； （ 3） 钻 孔 质 量 好 ； （ 4） 施 工 劳 动 强 度 比 较 轻 ； （ 5） 钻 探 成 本 比 较 低 ， 因 此 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 二 、 钻 探 用 金 刚 石 1、 钻 探 用 金 刚 石 的 分 类 钻 探 用 金 刚 石 按 成 因 分 为 天 然 的 、 人 造 的 两 大 类 。 （ 1） 制 造 钻 头 的 天 然 金 刚 石 可 分 为 “ 包 布 兹 ” （ Bortz） ，“ 刚 果 ” （ Congo） ， “ 卡 邦 纳 多 ” （ Carbonado） ， “ 巴 拉斯 ”（ Ballas） 和 “ 雅 库 特 ” （ ） 五 类 。 其 中 ， “ 包 布兹 ”主 要 用 于 制 造 表 镶 钻 头 ， “ 刚 果 ” 主 要 用 于 孕 镶 钻 头 ，“ 卡 邦 纳 多 ” 和 “ 巴 拉 斯 ” 现 已 很 少 用 于 做 钻 头 ， “ 雅 库 特 ” 产于 俄 罗斯 ， 主 要 在 前 苏 联 境 内 使 用 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 二 、 钻 探 用 金 刚 石 1、 钻 探 用 金 刚 石 的 分 类 （ 2） 人 造 金 刚 石 包 括 单 晶 、 聚 晶 和 金 刚 石 复 合 片 等 。 聚 晶 是 由 细 小 的 金 刚 石 颗 粒 、 粘 合 剂 烧 结 成 较 大 颗粒 的 多 晶 金 刚 石 ； 金 刚 石 复 合 片 （ PDC） 是 由 一 层金 刚 石 多 晶 薄 层 、 一 层 较 厚 的 硬 质 合金 层 复 合 而 成 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 1、 钻 探 用 金 刚 石 的 分 类 金 刚 石 单 晶 ： 强 度 高 、 耐 磨 性 好 ， 在 硬 -坚 硬 地 层 中 钻 进 能取 得 良 好 的 效 果 ； 但 由 于 其 粒 度 小 ， 在 软 -中 硬 地 层 中 难 以 取 得较 高 的 钻 速 ， 且 由 于 出 刃 量 小 ， 容 易 发 生 糊 钻 事 故 。 金 刚 石 聚 晶 ： 高 温 稳 定 性 好 ， 强 度 较 高 ， 耐 磨 性 好 ， 能 直 接合 成 所 需 的 形 状 ， 在 中 硬 地 层 中 能 取 得 较 好 的 钻 进 效 果 ， 但 其 强度 较 单 晶 小 ， 所 以 不 适 用 于 大 部 分 硬 -坚 硬 的 岩 层 钻 进 。 金 刚 石 复 合 片 ： 综 合 了 金 刚 石 的 耐 磨 性 和 硬 质 合 金 的 抗 冲 击韧 性 ， 且 在 钻 进 中 金 刚 石 层 保 持 了 锐 利 的 切 削 角 ， 所 以 ， 在 软 -中硬 地 层 能 取 得 较 好 的 效 果 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 2、 金 刚 石 的 特 性 （ 1） 金 刚 石 为 碳 的 结 晶 体 ， 晶 体 结 构 为 正 四 面 体 ， 碳 原 子 之 间 以共 价 键 相 连 ， 结 构 非 常 稳 定 。 （ 2） 典 型 的 晶 形 有 立 方 体 、 八 面 体 和 十 二 面 体 等 。 （ 3） 金 刚 石 是 世 界 上 最 硬 、 抗 压 强 度 最 大 、 抗 磨 损 能 力 最 强 的材 料 。 其 莫 氏 硬 度 为 10级 ， 是 石 英 的 1000倍 ； 天 然 金 刚 石 的 抗 压 强度 约 为 8 600MPa， 是 钢 的 9倍 。 耐 磨 性 是 钢 的 20005000倍 。 （ 4） 它 的 脆 性 较 大 ， 遇 到 冲 击 载 荷 会 出 现 碎 裂 ； （ 5） 热 稳 定 性 较 差 ， 在 高 温 下 遇 氧 便 氧 化 并 被 转 化 为 石 墨（ “ 石墨 化 ” ） 。 因 此 ， 在 金 刚 石 工 具 的 制 造 过 程 中 ， 须 隔 氧 ， 避 免 长 时 间 受 高 温 ； 在 使 用 中 ， 须 及 时 冷 却 切 削 刃 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 3、 钻 探 用 金 刚 石 的 粒 度 和 品 级 （ 1） 金 刚 石 的 粒 度 通 用 的 计 量 单 位 是 克 拉 （ carat） 。 钻 探 用 金 刚 石 常 用 一 克 拉（ 0.2g） 多 少 粒 或 过 筛 网 目 数 （ 每 平 方 英 寸 的 网 格 数 ） 来 衡 量 。 钻 探 用 的 金 刚 石 粒 度 ： 粗 粒 5 20粒 /克 拉 ； 中 粒 20 40粒 /克 拉 ； 细 粒 40 100粒 /克 拉 ； 粉 粒 100 400粒 /克 拉 。 其 中 ， 粗 、 中 粒 多 用 于 表 镶 钻 头 和 表 镶 扩 孔 器 ， 细 、 粉 粒 多 用于 孕 镶 钻 头 和 孕 镶 扩 孔 器 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 （ 2） 金 刚 石 的 品 级 ： 主 要 根 据 晶 形 和 强 度 来 判 定 。 人 造 单 晶 晶 形 分 为 5种 ： 完 整 晶 体 。 晶 形 好 、 强 度 高 、 耐 冲 击 ， 是 理 想 的 切 磨 耗 材 。 等 积 形 。 晶 体 长 轴 与 短 轴 之 比 不 超 过 1.5 1的 称 为 等 积 形 。强 度 较 高 ， 但 形 状 尚 好 ， 在 钻 探 中 的 应 用 占 有 一 定 比 例 。 非 等 积 形 。 晶 体 长 轴 与 短 轴 之 比 超 过 1.5 1者 为 非 等 积 形 。质 量 差 ， 形 状 不 好 ， 强 度 很 低 ， 在 钻 探 中 不 宜 采 用 。 连 晶 。 共 晶 面 或 晶 棱 的 晶 体 、 非 完 整 晶 体 的 连 生 体 。 将 连 晶破 碎 为 单 晶 ， 经 整 形 分 选 ， 得 到 质 量 较 好 的 金 刚 石 在 钻 探 上 使 用 。 聚 晶 体 。 许 多 小 的 晶 体 无 规 则 地 聚 合 丛 生 称 为 聚 晶 体 。 质 量差 ， 强 度 很 低 ， 钻 探 中 不 能 采 用 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 二 、 钻 探 用 金 刚 石 3、 钻 探 用 金 刚 石 的 粒 度 和 品 级（ 2） 金 刚 石 的 品 级 ： 主 要 根 据 晶 形 和 强 度 来 判 定 。 按 强 度 区 分 是 金 刚 石 的 品 级 ： 工 业 上 衡 量 人 造 单 晶 金 刚 石 质 量 的 可 计 量 指 标 是 单 轴 抗压 强 度 。 用 于 钻 探 的 人 造 金 刚 石 强 度 一 般 在 2500Mpa以 上 ，即 ： 60 #（ 60目 ） 单 晶 单 粒 的 抗 压 值 在 85N以 上 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 三 、 金 刚 石 钻 进 的 孔 底 碎 岩 过 程 表 镶 钻 头 （ 钻 头 胎 体 上 的 金 刚 石 颗 粒 较 大 ） 与 孕 镶 钻 头（ 胎 体 上 的 金 刚 石 颗 粒 较 小 ） 的 碎 岩 机 理 有 着 显 著 的 不 同 。 国 内 外 研 究 表 明 ， 金 刚 石 钻 进 的 孔 底 碎 岩 过 程 存 在 有 以下 几 种 机 理 1、 压 碎 剪 切 与 疲 劳 破 碎 2、 犁 掘 作 用 原 理 3、 多 刃 研 磨 切 削 4、 微 动 载 碎 岩 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 1、 压 碎 剪 切 与 疲 劳 破 碎 表 镶 钻 头 上 的 单 粒 金 刚 石在 Py、 Px联 合 作 用 下 ， 类 似球 体 压 入 岩 石 （ 弹 脆 性 岩 石 ）产 生 大 、 小 剪 切 体 破 碎 ， 切槽 宽 度 金 刚 石 颗 粒 直 径 。当 金 刚 石 被 磨 钝 时 ， 在 Py、P x的 作 用 下 ， 产 生 压 缩 应 变和 拉 伸 应 ， 岩 石 中 出 现 一 些微 小 的 裂 纹 ， 裂 纹 的 数 量 及 深 度 取 决 于 轴 载 和 转 速 。 孔 底 某 一 点 经多 次 重 复 加 载 ， 产 生 破 碎 ， 碎 岩 过 程 具 有 疲 劳 破 碎 的 性 质 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 2、 犁 掘 作 用 原 理 （ 塑 性 破 碎 ） 钻 进 时 ， 孔 底 岩 石 是 在 三 向 应 力 状 态 下 （ 围 岩 压 力 、 液 柱 压力 和 轴 向 载 荷 ） ， 随 围 压 的 增 加 ， 岩 石 的 塑 性 增 大 。 当 以 塑 性破 碎 为 主 时 ， 将 发 生 明 显 的 犁 掘 作 用 过 程 ， 即 ： 钻 头 唇 面 上 出露 的 金 刚 石 ， 在 轴 向 压 力 作 用 下 侵 入 岩 石 表 面 ， 在 切 向 力 作 用下 沿 横 向 滑 移 时 ， 滑 移 前 方 的 压 缩 应 力 区 产 生 张 应 力 滑 移 区 ，在 滑 移 区 内 产 生 向 前 、 向 左 、 向 右 、 向 下 的 裂 纹 ， 当 应 力 增 加时 ， 裂 纹 扩 展 。 应 力 超 过 岩 石 强 度 时 ， 首 先 在 金 刚 石 的 正 前 方出 现 沟 槽 形 的 破 碎 ， 在 其 两 侧 也 将 沿 薄 弱 面 产 生 破 碎 。 2021-5-1 中 国 地 质 大 学 勘 查 教 研 室 第 三 节 金 刚 石 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 3、 多 刃 研 磨 切 削 孕 镶 钻 头 金 刚 石 颗 粒 小 ， 且 埋 藏 于 胎 体 之 中 ， 钻 进 中 必 须自 磨 出 刃 才 能 维 持 钻 速 恒 定 而 不 衰 减 。 其 碎 岩 机 理 类 似 于 砂 轮 磨 削 工 件 。 以 唇 面 上 多 而 小 的 硬 质点 （ 金 刚 石 ） 对 加 工 件 （ 孔 底 岩 石 ） 进 行 刻 划 、 磨 削 ， 随 着 硬质 点 的 逐 渐 磨 损 和 粘 结 胎 体 的 不 断 磨 耗 ， 新 的 硬 质 点 又 裸 露 出来 参 加 工 作 。 当 唇 面 金 刚 石 出 露 较 好 时 ， 在 磨 削 的 同 时 ， 也 存 在 孔 底 的微 剪 切 和 微 压 碎 作 用 。 如 果 孕 镶 金 刚 石 钻 头 的 胎 体 性 能 与 所 钻 岩 石 不 适 应 或 没 有足 够