【采矿】勘探钻进原理ppt课件

1、勘探钻进原理Exploration drilling principals主讲：段隆臣博士Lectured by Dr. longchen Duan.绪 论 (Preface)一、“钻探工艺学课程的内容、位置和义务二、钻进技术的用途三、钻进方法的分类四、学习本课程应留意的问题.一、“勘探钻进原理课程的内容、位置Contents and status of “Exploration Drilling Principles1、内容 岩石的物理力学性质与碎岩机理 钻头与钻进工艺 钻探质量钻孔弯曲、取芯等2、位置 2.1 从专业课的课时分配上阐明 2.2 从与其它专业课的关系上进展阐明 2.3 从专业

2、历史沿革进展阐明.二、钻进技术的用途Application fields of drilling technology找矿地质普查、地质勘察、水文地质钻探、工程地质钻探、油气钻探、地热钻探、海洋钻探、极地钻探、科学钻探开采矿产资源工程施工桥墩、大坝防渗注浆、铺设管道钻孔、通风孔等.三、钻进方法的分类Classification of drilling method按钻头所用切削资料分类：金刚石钻进、硬质合金钻进、钢粒钻进按碎岩方式分类：回转钻进、冲击钻进、冲击回转钻进、回转冲击钻进。按冲洗液循环方式钻进：正循环钻进、反循环钻进、孔底部分反循环钻进按钻进目的分类：地质钻进、石油钻进、水井钻进、工

3、程施工钻进.a正循环b正循环c孔底局 部 反循环.四、学习本课程应留意的问题Problems noted in learning the subject1.实际联络实践，课本描画性言语多, 留意总结,结合实际,上升实际；2.实际、实际并重；3.注重实验课；4.注重工程实例。.第一章 岩石钻进过程与破碎机理Chapter 1 Drilling process of rocks and fracturing mechanism第一节、岩石的物理力学性质第二节、岩石可钻性及其分级第三节、钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式第四节、静载作用下的岩石应力形状第五节、外载作用下岩石的破碎过程.第一章 岩石钻进

4、过程与破碎机理Chapter 1 Drilling process of rocks and fracturing mechanism第一节、岩石的物理力学性质第二节、岩石可钻性及其分级第三节、钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式第四节、静载作用下的岩石应力形状第五节、外载作用下岩石的破碎过程.第一节 岩石的物理力学性质Physical & mechanical properties of rocks一、岩石的组成与分类 岩石是矿物颗粒的集合体。按成因分：岩浆岩、堆积岩和蜕变岩。 岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿的壳裂隙上升冷凝而成。 堆积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、

5、堆积和硬结等成岩作用而构成的岩石。组成堆积岩的物质成分有颗粒和胶结物两大类。 蜕变岩：堆积岩或蜕变岩本身在地壳中遭到高温高压及化学活动性流体的影响而蜕变构成的岩石原岩成分和蜕变岩特有的，如石墨、滑石，蛇纹石，硅灰岩等。.二、岩石的构造与构造 岩石的微观组织特征，即岩石的构造，它与矿物粒度的大小、外形和外表特征有关，反映了岩石非均质性和孔隙性。 岩石构造是表示岩石宏观组织特征，它阐明矿物颗粒之间的组合方式和空间分布情况，它决议了岩石的各向异性和裂隙性。岩石的构造和构造与岩石的成因类型、构成条件及存在环境有严密的联络。 岩浆岩是由岩浆冷却构成凝固而构成的岩石，由于生成环境和冷却速度不同，岩浆化学成

6、份和其中挥发物的含量不等，构成不同的构造和构造。 岩浆岩：晶质构造岩石普通强度较高，同时断面粗糙者往往研磨性较大。 堆积岩：颗粒和胶结物组成，堆积岩的主要构造特征是有钻进过程中产生的层理，与钻进有关。 蜕变岩：主要构造特征是片理如石墨和滑石.岩石沿平行平面分裂为薄片的才干叫做片理化。. 图11 晶体构造类型图13 层理产生的缘由图1-2 胶结物的类型. 岩 石 照 片花岗石花岗石花岗岩白云岩.第二节 岩石的自然性质Natural properties of rocks 岩石的自然性质：岩石在生成过程中，构造变动和风化过程中自然构成的特性。 密度:单位体积岩石的质量.容重:单位体积岩石的分量.

7、比重:单位体积岩石骨架体积的分量.岩石体积=固相骨架体积+岩石中孔隙体积. 普通来说,密度越高,强度越大。 孔隙度:岩石中孔隙体积与岩石总体积之比。普通来说,孔隙度越大,强度越低. 含水性:W=(GW-GD)/GD 透水性:KW=ql/A(Pi- Po) 岩石的孔隙越大,裂隙越多,水对它的影响就越小。如石灰岩,用水浸透后,强度下降明显。.第三节 岩石的力学性质Mechanical properties of rocks岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现出来的特性。主要有变形特性、强度特性和外表特性。 变形特性：弹性、塑性和脆性强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度外表特性：硬度和研

8、磨性.1.3.1、变形特性deformation properties弹性变形塑性变形.岩石破坏的方式Broken form of rocks脆性破坏塑脆性破坏弹性变形不明显，塑性破坏(a)(b)(c).影响岩石弹性、塑性和脆性的要素 Facts affecting rocks elasticity and plasticity1、岩石物质成分2、岩石构造构造3、应力形状4、载荷性质5、受力条件6、温度和湿度.岩石弹塑性的测定Measure of rocks elasticity and plasticityKp=SOABC/ SODE图 1.110 由应力应变曲线确定弹性模数图 1.111

9、岩石压入时的载荷侵深曲线.1.3.2、强度性质Strength properties岩石强度：岩石在载荷作用下变形到一定程度就发生破坏。破坏前岩石所能接受的最大载荷，单位面积上的最大载荷。根据受力条件不同，岩石强度又可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度。有单向应力形状下的强度，多向应力形状下的强度。.图 1.114 岩石单轴抗压实验 1岩样；2球座；3钢垫板 图 1.115 岩石单轴拉伸实验1岩样；2夹头；图中尺寸单位：cm.图1.116 圆盘劈裂实验 图1.117 剪切实验1岩样； 2上下剪切模具；3模套；4斜锲块；5上下垫板； 6钢滚子t=2p/3.14DL.影响岩石强度的要素Fa

10、ctors affecting rocks strength 1、岩石的物质成份2、岩石的构造构造3、岩石的容重和孔隙度4、受力条件5、应力形状6、载荷速度7、岩样的线性尺寸8、湿度和温度.1.3.3、外表特性(Surface properties)岩石的硬度：岩石外表对工具压入的对抗特性。岩石硬度与抗压强度有一定联络，又有很大区别。岩石抗压强度是岩石整块抗破碎的才干。岩石抗压入硬度为单向抗压强度的1+2倍。测定压入硬度实践上使岩样产生部分破碎，而这种部分破碎是在多向受压形状下进展的。岩石的研磨性：在用机械方法破碎岩石的过程中，钻头与岩石产生延续的或延续的接触和摩擦。钻头破碎岩石的同时，其本身

11、也遭到岩石的磨损而逐渐变钝。岩石磨损钻头的才干。.影响岩石硬度的要素Factors affecting rocks hardness岩石的矿物成分和构造构造应力形状载荷速度液体介质工具外形和尺寸.影响岩石研磨性的要素 Factors affecting rocks abrasiveness岩石的矿物成分和构造特征正压力滑动速度介质.第四节 岩石可钻性及其分级Drillability of rocks and its classification岩石可钻性是决议钻进效率的根本要素，它反映了钻进时岩石破碎的难易程度。它是合理选择钻进方法、钻头构造及钻进规程参数的根据，同时也是制定钻探消费定额和编制

12、钻探消费方案的根底。岩石可钻性是个多变量的函数。它不仅受控于岩石的性质，而且与外界技术条件和工艺参数有亲密的关系。.1.4.1 岩石可钻性分级的观念(Viewpoints on classification of rock drillability)用岩石力学性质评价岩石的可钻性用实钻速度评价岩石的可钻性用微钻速度评价岩石的可钻性用碎岩比功评价岩石的可钻性.1.4.2 划分岩石可钻性的详细方法(Methods for classification of rock drillability)力学性质目的法实践钻进速度法模拟钻进速度法破碎比功法. 第五节 钻头碎岩刃具与岩石作用的主要方式Main

13、mode of action between rock-broken tool and rock.第六节 静载作用下的岩石应力形状Stress conditions of rock under static load一、平底圆柱形压头压入时岩石的应力形状图1.134 平底圆柱压头压力面上的压力分布.图1.136 球形压头压力面上的压力分布图1.137 平底压头压入时沿 对称轴的应力分布.三、轴向力和切向力共同作用时压头下方岩石的应力形状图215 轴向力作用时岩石 内的应力分布图216 轴向力和切向力共同作用时岩石内的应力分布 a等应力线图；b应力形状特征 压应力区；拉应力区；过渡区. 在回转钻

14、进中，破碎岩石工具以轴向和切向载荷作用于岩石上。弹性力学研讨阐明：只需轴向力单独作用于压头时，弹性半无限体内等应力线分布是均匀的、对称的如图215。而轴向力和切向力共同作用时，等应力线分布那么是非均匀的、不对称的如图216。在接触面上，切向力作用的前方将产生压应力，而切应力作用的后方那么产生拉应力，在半无线体内如图216(b)所示，构成正应力区、拉应力区和过渡区 。由此可以推知，在兩向载荷作用下，碎岩工具对岩石的作器具有以下的特点： 1. 轴向力和切向力共同作用时，可视为碎岩工具对孔底岩石外表以某一角度施加作用力。岩石破碎效果将由此作用力的数值和方向来决议。轴向力和切向力之间存在最优比值，或者

15、说有最优的作用力方向。这一方向对于不同的岩石能够是不同的。所以钻进不同岩石时，轴向压力和回转速度运用一个合理的配合关系。 2. 轴向力与切向力共同作用时，碎岩工具下方岩石中产生不均匀的应力形状。紧缩区随轴向力添加而扩展，随切向力的添加而减少；拉伸区那么与上述情况相反；过渡区内既有正应力的作用，又有拉应力的作用。 3. 当岩石中出现拉应力时，在其他条件一样的情况下，岩石将在作用力比较小的时，在拉应力区开场破碎。 .第七节 外载作用下岩石的破碎过程Failure process of rock under exterior load一、岩石的变形破碎方式图1.145 破碎功与破碎产物粉碎度的关系

16、1根据黎金格尔定律；2根据基尔切夫定律图1.146 转速与载荷的关系曲线.二、平底压模或球状切削具压入时的岩石变形破碎过程.三、尖楔状切削具压入时和冲击碎岩机理图 221 液体压差下的碎岩机理图 220 尖楔状切削具碎岩机理.第二章、回转钻进用钻头Drilling bits used in the rotary-table drilling第一节、硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程第二节、硬质合金钻头第三节、钻探用金刚石及其孔底碎岩过程第四节、金刚石钻头和扩孔器第五节、钢粒钻头及其孔底碎岩过程第六节、牙轮钻头及其孔底碎岩过程第七节、全面钻头.第二章 回转钻进用钻头Drilling bits use

17、d in the rotary-table drilling第一节 硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程第二节 硬质合金钻头第三节 钻探用金刚石及其孔底碎岩过程第四节 金刚石钻头和扩孔器第五节 钢粒钻头及其孔底碎岩过程第六节 牙轮钻头及其孔底碎岩过程第七节 全面钻头.第一节 硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程Failure process of downhole rock drilled by carbide-insert bit一、钻探用硬质合金(hardmetal for drilling) 通常钻头切削具采用钨钴类硬质合金。碳化钨为骨架资料，钴为粘结资料。 硬质合金钻进普通适用于软、中硬岩层钻进。

18、 硬质合金切削具主要有薄片状、方柱状、八角柱状和针状等外形。薄片状：1-5级软岩；方柱状、八角柱状：4-7级中硬岩石；其中八角柱状：较硬岩层和裂隙发育；针状：自磨式钻头，在硬地层或研磨性岩石中运用。.表41 YG类硬质合金的性能表合金牌号化学成分（）物理机械性质特性及用途WCCo密度（g/cm3）硬度（HRA）抗弯强度（MPa）YG3x97315.015.3921050耐磨性最好，冲击韧性最差，用于金属切削YG4c96414.915.2901400适用于均质和软质互层地层中回转钻进YA69193614.415.0921400加有少量TaC成分，提高了硬度YG694614.615.089.514

19、00适用于回转钻进，使用效果仅次于YG4cYG6x94614.615.0911350细粒合金，强度接近YA6，耐磨性较YA6高YG892814.014.8891500地质勘探和石油回转钻进用主要品种YG8c92814.014.8881750粗粒合金，冲击韧性较高适于冲击回转钻进YG11c891114.014.4872000耐磨性最差，冲击韧性最高，适于冲击回转凿岩YG15851513.914.1872000注：硬质合金中的附加字母“x表示细粒合金，“c表示粗粒合金。.二、硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程(Failure process of downhole rock drilled by ca

20、rbide-insert bit) 回转钻进的机械钻速vm=60nmh1 影响切入深度h1的主要要素有：轴向力大小，岩石的性质及岩屑被去除的速度。切削具的性质、几何外形及排布方式；钻头的转速与切削具的磨钝程度。 1、塑性岩石的孔底破碎过程 2、脆性岩石的孔底破碎过程 3、切入与切削同时作用下的碎岩过程.式中： Py一个切削具上的轴向压力；S0切削具与岩石的接触面积； 岩石的临界抗压入强度相当于在该条件下岩石的硬度。 Py . S0是切削具切入岩石的必要条件，否那么，切削具在井底不能切入岩石，碎岩过程只能是切削具对岩石的外表磨蚀，碎岩效果很差。因此，在硬质合金钻进中，必需有足以使切削具切入岩石的

21、轴向压力。 在塑性岩石中，切削具切入岩石的情况如图1.31所示。一个单斜刃的切削具在轴向压力的作用下，切入岩石的深度为。由于切削具后斜面的作用，使切削具的刀尖O并非垂直切入岩石，而是沿着与垂直线成角的线方向切入岩石。因此，在切入的过程中,在前面OB上产生的正压力及摩擦力 等于摩擦一、塑性岩石的碎岩情况：岩石切入岩石底过程： 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需大于和最小等于岩石的抗压强度压入硬度，即：1.31f )。系数同理，在后斜面OA上产生正压力及摩擦力。各作用力平衡关系如下：1.321.33.式中： b切削具的宽度； nOA面上的法线压强； 垂直于AB的压

22、强，它等于岩石的抗压入强度压入硬度。将式1.35代入式1.34中，那么有：因此，切入深度h0为：假设设： 那么有：式中：v由切削具刃尖角和切削具与岩石的摩擦角所决议的一个系数。在普通情况下，v0.880.97。根据切削具切入岩石的条件知：. 图1.32 塑性岩石中的回转切削Py-轴向压力； Px-程度力； h0-切入深度；b-切削槽宽切削具宽度. 图1.35 脆性岩石的回转切削过程Py-轴向压力；Px-回转程度压力； 刃角h0-切入深度； abc-大剪切体； abc-第二次大剪切体；B1大剪切时岩面槽宽； 图1.34 单面锲形切削具切入脆性岩石Py-轴向压力；h0-切入深度；kok-崩落岩穴.

23、 当钻头的直径较大时，很小，即cos=1，sin0，那么式1.310、1.311写成： 图1.37 切入切削同时作用的井底碎岩情况 Py-给进力； Px-切削力； R岩石底抗压入阻力； Q刃前阻力；N,T-R的分力；f-摩擦系数；-切削角； -切削具前面与岩石破碎面底夹角；-井底切削面倾角.三、硬质合金切削具的磨损(Wear of tungsten carbide cutter )1. 关于切削具磨损和转速问题的研讨 费得洛夫等人用鱼尾钻头对硬质合金切削具的磨损问题进展了大量研讨，得出如图45中的磨损曲线。该曲线反映了切削具单位时间磨损量W与切削具刃端面积上比压的关系。横坐标的分界点 表示岩石

24、的压入硬度，在其前后属于两种不同性质的磨损。 1曲线当 0时，切削具未能有效地吃入岩石，钻进处于外表破碎形状，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曲线当 0时，岩石呈体积破碎。随着切削具上的比压增大，单位时间的磨损量W不但未添加，反而出现下降的趋势。即在体积破碎的条件下，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。 费得洛夫提出，在一定条件下切削具磨钝面积与其初始面积和钻进时间有关。St=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，mm2/min。. 硬质合金钻进的机械转速随着切削

25、具接触面积的增大而下降，其机械转速vm与切削刃磨钝面积的平凡成反比： 45式中：A系数。当岩性、钻进规程及钻头一定时它为常量。 设钻进的初始参数为v0=A/so2 ，45式可写成 46式中：k0=/S0,，k0转速下降的特征系数； 钻头在t时间内的总进尺为，将46代入，那么有。因此，平均转速为，经过变换可写成： 47 47式阐明，平均转速可写成以进尺H为自变量的一元线性方程。其中，v0是在纵坐标上的截距，k0为直线的斜率。进尺H是在钻进过程中容易准确测得的参数，我们可以用一元线性回归分析的方法，在假设干察看值的根底上求出k0值，从而利用47式莱预测切削具磨损对转速的影响。 2.切削具在孔底磨损

26、的实践情况 前述实际分析的根底是假定切削具刃部为均匀磨损，实践上在钻进过程中，钻头硬质合金切削具出刃的内、外侧磨损量是不均匀的图46，即：y外y内y，t外t内y 切削具底端也不是想象底那样被磨损成平面，而是呈圆弧形，刃前端和后缘磨损更加厉害图47 3.减轻切削具磨损底措施 虽然切削具的磨损是不可防止的，但我们应设法把它控制在最低限制内。可采取的主要措施是： 1防止切削具在外表破碎形状下任务。尤其是在高转速、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。应根据岩性选用适宜的硬

27、质合金牌号和型号，采用合理的钻头唇面构造。.图45 不同比压下切削具的磨损情况 外表碎岩；体积碎岩 图47 切削具刃端磨损的理想情况a与实践情况b 图46 切削刃的实践磨损情况y切削刃磨损高度； r,R-环槽内外径t-刃端磨损高度； t内，t外刃端内、外侧磨损宽度；b-环槽宽度； y内，y外-切削刃内外侧磨损高度；.第二节 硬质合金钻头(Carbide-insert bit)分为取芯钻头和不取芯钻头取芯式硬质合金钻头的构造要素 钻头体，切削具出刃，切削具镶焊角度，切削具在钻头体上的布置方式，切削具在钻头体上的数目，钻头的水口与水槽.钻头体(Bit blank)图 1.315 硬质合金钻头.切削

28、具出刃(Protruding edge of cutter)岩石性质内出刃外出刃底出刃松软、塑性、粘性、弱研磨性2-2.52.5-33-5中硬、强研磨性1-1.51.5-22-3图 1.316 硬质合金钻头底出刃表示图 b-环槽宽度；r环槽内半径 图 1.317 硬质合金切削具底出刃和补强H切削具底出刃；h0-切入深度；h1-钻头底面过水间.切削具的镶焊角度Welding / soldering angle of cutter 选择原那么：对所钻岩切入和回转阻力小；镶焊方式有利于保证钻头体上的切削具有较大的抗弯和抗磨损才干；有利于及时排除岩粉，磨损后的切削具应坚持一定的切削才干。 比较三种镶焊

29、方式的排粉条件、受力情况、锋利情况.切削具在钻头体上的布置方式Layout of cutters on the crown of bit blank布置时应思索以下：能保证钻头任务平稳；多环、不同底出刃的陈列，有利于构成多个破岩自在面，提高效率；使每个切削具破岩任务量相近，防止部分磨损；切削具之间应坚持一定的间隔，利于排粉；利于镶焊和修磨。 图411 切削具在钻头体上底布置 1单环陈列；b双环陈列；c多环陈列.切削具在钻头体上的数目(Numbers of cutter on the crown of bit blank) 切削具在钻头底面上的数目，应包括切削具的组数和每组的颗数。组数和每组颗数

30、之乘积就是切削具在钻头体上的数目。 机械钻速与切削具组数的关系：v=hqn q：切削具的组数 钻头上的切削具数目的选择应根据能够施加的钻压、切削的型式决议切入面积和岩石压入硬度等要素而定。mP/s.钻头的水口与水槽(Waterways of bit)1、水口的数目与面积 每组切削具配备一个水口，水口面积应大于钻头与岩芯之间的或者钻头与井壁之间的环状间隙的面积。2、水口的外形3、水槽图 1.328 硬质合金钻头的各种水口和水槽.一 取芯式硬质合金钻头(Carbide-insert bits for coring)分为磨锐式钻头与自磨式钻头图 1.329 磨锐式切削具和自磨式切削具图 1.330

31、磨锐式钻头和自磨式钻头的钻进曲线 磨锐式钻头；自磨式钻头.典型钻头构造举例磨锐式钻头：在钻进遇水膨胀、粘结性的地层肋骨钻头和薄片钻头；在钻进中硬及较硬地层分环式、掏槽式自磨式钻头：针状硬质合金钻头胎块式，钢柱式和薄片硬质合金钻头.分环式钻头.掏 槽 式 钻 头.胎块式针状硬质合金钻头.常用硬质合金钻头选型类别钻头类型 岩石可钻性级别岩石磨锐式钻头螺旋肋骨钻头松散可塑性岩层阶梯肋骨钻头页岩，砂页岩薄片式钻头砂页岩，碳质泥岩方柱状钻头均质大理岩，灰岩，软砂岩，页岩单双粒钻头中研磨性砂岩，灰岩晶字形型钻头灰岩，大理岩，细砂岩破扩式钻头砂硕岩，硕岩负前角阶梯钻头玄武岩，砂岩，辉长岩，灰岩自磨式胎体针状

32、钻头中研磨性片麻岩，闪长岩钢柱针状钻头研磨性石英砂岩，混合岩薄片式自磨钻头研磨性粉沙岩，砂页岩表43 常用硬质合金钻头及其运用范围表.第三节 钻探用金刚石及孔底碎岩过程Diamond for drilling and downhole failure process一、钻探用金刚石(diamond for drilling)1、分类(Classification) 天然(Natural diamond)与人造(Synthetic diamond)。人造金刚石包括单晶(Monocrystalline diamond)、聚晶(Polycrystalline diamond)和复合片Polycrys

33、talline diamond compact)。(Explain them briefly)2、特性：晶体构造为正四面体，元素为C，最硬、抗压强度最大、抗磨才干最强。脆性大，热稳定性差。.3、与钻探有关的物理力学性质(Mechanical properties for diamond pertaining to drilling) 硬度(Hardness) 强度(Strength) 耐磨性(Wear resistance) 热性能(Thermal properties)4、钻探用金刚石的粒度与品级(Quality and size of diamond for drilling) 金刚石的计

34、量单位为克拉carat，度量常用一克拉多少粒表示对于粗颗粒而言，或“目表示。.表44 天然金刚石品级分类表级别代号用途级别代号用途特级（AAA）TT特硬地层或绳索取心钻头低级（C）TD中硬地层优质级（AA）TY坚硬、硬地层或绳索取心钻头等外级TX择优后用于制造孕镶钻头标准级（A）TB硬和中硬地层TS表45 人造金刚石品级分类表金刚石品级代号单晶强度（MPa）单晶强度（N/粒）应用地层特 级RT220050坚硬优质级RY180022004050硬标准级RB150018003440中硬硬表46 人造金刚石聚晶品级分类表聚 晶 级 别代 号磨 耗 比特 级RJT1:30000优质级RJY1：2000

35、01：30000标准级RJB1：150001：20000.第四节 金刚石钻头与扩孔器(Diamond bit and reamer shell)1、金刚石钻头的规格和规范(Specifications and standard of diamond bit)留意“级配 图 1.410 双层岩心管金刚石取心钻具组合1岩心管接头；2外管；3内管；4扩孔器；5卡簧； 6卡簧座； 7钻头图 1.411 金刚石钻具级配. 图 1.412 金刚石钻头a表镶金刚石钻头；b孕镶金刚石钻头；c复合片钻头 图 1.413 金刚石钻头的构造 a表镶钻头； b孕镶钻头；1金刚石；2胎体；3钻头体；4水口 图 1.41

36、4 金刚石钻头刃部(a)表镶钻头： 1底刃金刚石；2保径金刚石； 3侧刃金刚石； 4胎体； 5钻头体(b)-孕镶钻头： 1金刚石； 2任务部分胎体； 3非任务部分胎体；4钻头体; h-孕镶层高度Surface-set diamond bitImpregnated diamond bit Polycrystalline diamond compact bitPDC bit.2、表镶金刚石钻头Surface-set diamond bit diamond sizeCoarse grainMedium grainSmall grainStones per carat15-2525-4040-60St

37、rata Medium hardHard Stiff hardVarious size of diamond used in surface-set diamond bit.Others of surface-set diamond bit 1. Layout of diamond on the crown of the surface-set bit； 2. Crown configuration of surface-set diamond bit； 3. Waterways of surface-set diamond bit； 4. Manufacture method of surf

38、ace-set diamond bit；.3、孕镶金刚石钻头Impregnated diamond bitDiamond quality and diamond size Diamond concentrationClassification of matrix properties of impregnated diamond bit and the relationship between matrix properties and rock propertiesCrown configuration of impregnated diamond bitManufacturing meth

39、od of impregnated diamond bit.Various mesh size of diamond used in impregnated diamond bitDiamond size （mesh）Syntheticdiamond4646-6060-8080-100Natural diamond20-3030-4040-6060-80Strata Medium hard-hardHard stiff hard.Recommended diamond concentrations of impregnated bit for different rocksCode12345C

40、on. 44%50%75%100%125%Vol. Con. 11%12.5%18.8%25%31.5%Diamond contents1.93carat/cm32.2carat/cm33.3carat/cm34.4carat/cm35.5 carat/cm3Strata drillable Hard stiff hard,Low abrasivenessHard stiff hard,Low abrasivenessHard med.hard,Med.abrasivenessHard med. hard, high abrasiveness.Classification of matrix

41、properties and the relationship between them and rock propertiesa: matrix wears properly, diamond expose normally;b: matrix wears fast,diamond easily break or drop off;c: matrix wears slowly,diamonds do not expose. .Hardness-one of matrix properties Grade Code Matrix hardnessFormation drillableExtra

42、 soft010-20Very hard and compact rockSoft 120-30Very hard rock with medium abrasivenessMedium soft230-35Hard rock with medium abrasivenessMedium hard335-40Medium hard,medium high abrasivenessHard 440-45Hard, high abrasivenessExtra hard545Hard-brittle-fractured rock.二、金刚石钻进的孔底碎岩过程(Failure process of

43、downhole rocks drilled by diamond bit)1、表镶金刚石钻头的孔底碎岩过程实验研讨了表镶金刚石钻头的碎岩过程，实验安装如以下图：实验岩石如下表： Pro.Sam.Hardness (Mpa)Plastic coefficient(K)DrillabilityPenetration rateSpecific weightFriction coefficient Elastic modulus(Mpa)光学玻璃516013.860.1154700霏细斑岩81301.55100.592.550.13流纹斑岩71702.30110.252.830.14.表镶金刚石切削

44、碎岩的根本过程 在轴向力和切向力共同作用下，金刚石一方面吃入岩石，产生类似压入碎岩的作用，同时在金刚石转动的前方，那么以剪切作用产生贝壳状剪切体，且在靠金刚石一方的厚度最大。图1.4-31表示金刚石切削破碎岩石时所产生的大、小剪切体表示图。用金刚石切削典型的脆性体光学玻璃时，其剪切破碎作用发育得非常完全，同时在切槽内部产生相应的裂纹，并有超前裂纹。由图可知，其裂纹情况与大、小剪切相互对应。随着岩石塑性系数的增大，其剪切破碎效果较差。 在钻进过程中能量的耗费既表达着岩石破碎的难易程度，又表示着选用的工具和工艺的优劣程度。由图1.4-35知，切削塑性大的流纹岩所耗费的能量大大地高于光学玻璃和霏细斑

45、岩。.孕镶金刚石钻头的钻进过程 孕镶钻头的任务本质是：1、依托小而多的硬质点即金刚石刻划磨削岩石，要高转速任务才干获得运用的效率；2、胎体应有自磨自锐作用。 根据施加轴向力方式的不同，钻头的钻进可分为：1、坚持金刚石上的轴向力为一定值，称为自在给进；2、坚持金刚石的切削深度为一定值，称为强迫给进。孕镶金刚石钻头的钻进是自磨自锐性质，在坚持正常钻进的形状下，其钻速该当是一定的，亦即钻头每转的切入量该当是一定的。 实验研讨和消费实际阐明：钻头每转的切入量是评定金刚石钻头钻进效果的重要目的之一。.第五节 钢粒钻进及孔底碎岩过程Chilled-steel shot drilling用未镶焊切削具的钻头压住可延续补给的钢粒，并带动他们在孔底翻腾而破碎岩石的钻进方法称为钢粒钻进。钢粒钻进曾广泛用于7-12级的岩石，普通用于大口径钻进。一、钢粒及钢粒钻进用钻具 1、钢粒的材质60号、70号，直径2.5，3.5，4mm圆柱体，高度与直径根本相等。 钢粒中含有较高的碳量，主要是为了能有较高的淬火硬度；锰和硅起固溶强化作用，以提高钢粒的强度；硅元素还能添加钢粒的回火稳定性；少量的钒能有效地细化晶粒，强化基体组织，提高钢的强度和硬度。.2、70号钢材的钢粒热处置工艺采用钢粒的钢材