金剛石鉆頭及其結構參數
(壹)金剛石鉆頭的組成與分類
1.金剛石鉆頭組成
金剛石鉆頭是金剛石鉆進破碎巖石的工具,它由三部分組成;即:金剛石、胎體和鉆頭體(圖2-60)。
圖2-60 金剛石鉆頭組成
1—金剛石;2—胎體;3—鉆頭體
2.金剛石鉆頭分類
金剛石鉆頭按金剛石被包鑲於胎體部位的不同,有孕鑲金剛石鉆頭和表鑲金剛石鉆頭之分。把金剛石包鑲於胎體內部的鉆頭稱為孕鑲金剛石鉆頭;金剛石包鑲出露於胎體表面的鉆頭稱為表鑲金剛石鉆頭。
金剛石鉆頭還可按其用途不同,分為提鉆取心金剛石鉆頭和繩索取心金剛石鉆頭;按制作材料不同,分為聚晶金剛石(PCD)鉆頭和金剛石復合片(PDC)鉆頭;按制作加工工藝、方法不同,分為熱壓、電鍍鉆頭等。
(二)金剛石鉆頭的結構參數
金剛石鉆頭的結構參數包括:鉆頭體、金剛石含量、金剛石粒度、胎體硬度、水口、鉆頭唇面形狀等。
1.鉆頭體
金剛石鉆頭體的制作要求如下:
壹般用中碳鋼加工而成。雙管鉆頭的鉆頭體較長,壹般為115mm,壁較薄,上端有內螺紋與擴孔器相連接。
單管鉆頭的鉆頭體較短,壹般為75mm,壁較厚、上端車有外螺紋與擴孔器相連接。
壹個鉆頭包鑲的金剛石量,稱為金剛石含量,以克拉ct計。
2.金剛石含量
含量是根據鉆頭結構、直徑及所鉆巖石性質而確定的。鉆頭直徑大,克取巖石面積大,則所需金剛石數量多;反之,則少些。同徑同結構鉆頭,鉆進強研磨性地層時,金剛石含量應大些,以減少單粒金剛石負擔,維持鉆頭較長工作時間。鉆進研磨性小的巖層,金剛石含量應小些,以利於出刃。壹般同徑孕鑲金剛石鉆頭的金剛石含量比同徑表鑲鉆頭稍多。
3.金剛石粒度
分顆粒級和粉末級兩類。
顆粒級金剛石粒度直徑大於1mm,其粒度均以粒/ct表示;粉末級金剛石粒度直徑小於1mm,粒度以“目”表示。“目”即網目數,為篩網在每平方英寸內的網眼數。
表鑲鉆頭金剛石粒度以粒/ct表示;孕鑲鉆頭金剛石粒度以“目”表示。
4.金剛石鉆頭胎體
鉆頭胎體是鉆頭底部包鑲金剛石的壹圈合金;主要由骨架材料和黏結金屬兩部分組成。
金剛石鉆頭的質量,在很大程度上取決於鉆頭胎體成分及其性能。胎體采用粉末冶金法和電鍍法制成各種形狀。
對表鑲鉆頭胎體,其作用在於牢固地包鑲金剛石,並可靠地與剛體焊接;而孕鑲鉆頭的胎體,除具有表鑲鉆頭胎體作用外,還要保證金剛石在鉆進過程中有自銳的作用。
金剛石鉆頭胎體硬度等級分別用HRC加硬度數值表示。如:HRC45,HRC40,HRC35,HRC30等。
5.金剛石鉆頭水口
鉆頭水口分別由底部、內、外側部的水槽構成。
鉆頭水口作用:與硬質合金鉆頭的作用壹樣;疏通沖洗液;冷卻鉆頭;排出巖粉;確保安全鉆進施工。
6.金剛石鉆頭唇面形狀
金剛石鉆頭的唇面形狀是根據巖石性質決定的。目的是為了提高鉆速,提高鉆具的穩定性和延長鉆頭的使用壽命。
常見的唇面縱剖面形狀有弧邊形、半圓形、平底形、階梯形、錐形和鋸齒形等。