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?金剛石鉆頭的破巖機理

2021-05-08 09:21:26

金剛石鉆頭的破巖機理


  金剛石鉆頭的破巖作用是由金剛石顆粒完成的。要知道鉆頭的破巖作用,就須了解單粒金剛石的破巖作用。在堅硬地層中,單粒金剛石在鉆壓作用下使巖石處于極高的應力狀態下(約4200-5700MPa,有的資料認為可達6300MPa),使巖石發生巖性轉變,由脆性變為塑性。單粒金剛石吃入地層,在扭矩作用下切削破巖,切削深度基本上等于金剛石顆粒的吃入深度。這一過程如同“犁地”故稱為金剛石鉆頭的犁式切削作用。

金剛石鉆頭

  在一些脆性較大的巖石里(如砂巖、石灰巖等),鉆頭上的金剛石顆粒在鉆壓扭矩的同時作用下,破碎巖石的體積遠大于金剛石顆粒的吃入與旋轉體積。當壓力不大時,只能沿金剛石的運動方向形成小溝槽,加大壓力則會使小溝槽深部與兩側的巖石破碎,超過金剛石顆粒的斷面尺寸。


  金剛石鉆頭的破巖效果,除與巖性以及影響巖性的外界因素(如壓力、溫度、地層流體性質等)有關外,鉆壓大小是重要的影響因素。它和牙輪鉆頭一樣,破巖時都具有表層破碎、疲勞破碎、體積破碎三種方式。只有當金剛石顆粒具有足夠的比壓吃入地層巖石,使巖石發生體積破碎時,才能取得理想的破巖效果。

金剛石鉆頭

  金剛石鉆頭在很深的孔內連續總做,動負荷大,負載變化大,冷卻潤滑條件差,破碎巖屑重復被破碎和研磨鉆頭,在這樣的一種工作環境下,鉆頭的破巖機制很復雜。


  有一種觀點認為鉆頭金剛石是表面破碎、刮擦研磨、磨損、磨削方式來破碎巖石的,這可以從金剛石尺寸小、切削厚度小、切入深度小、硬質點多、高轉速時效高等方面說明這一點。

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