的硬度、切削具的材质及切削具的磨钝面积。
硬质合金钻进的机械转速随着切削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方成反比:Vm=A/(So+θt)2,式中:A-系数;当岩性、钻进规程及钻头一定时
它为常量。 回转钻进的机械钻速 vm=60nmh1 影响切入深度h1的主要因素:轴向力大小,岩石性质及岩屑被清除速度。切削具性质、几何形状及排布方式;钻头转速与切削具磨钝程度。 实际上在钻进过程中,钻头硬质合金切削具出刃的内、外侧磨损量是不均匀的,即: y外>y内>y,t外>t内>y
切削具底端也不是想象的那样被磨损成平面,而是呈圆弧形,刃前端和后缘磨损更加厉害。
第三节 硬质合金钻头(Carbide-insert bit)
硬合金钻头分为 全面钻进钻头和取心钻头(磨锐式硬合金钻头;自磨式硬合金钻头)
结构要素:决定硬合金切削具按一定的形式排列布置于钻头体上的因素。
*取心式钻头结构要素包括:钻头体;切削具出刃、镶焊角度、在钻头体上的布置方式及在钻头体上的数目;钻头的水口与水槽 一、钻头体 (Bit blank) 1.钻头体及其规格: 空白钻头由D40,D50,D55号厚壁无缝钢管制成。一般壁厚7~8mm,钻头
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高度86~120mm,钻头内锥度一般为2°~3°35′钻头外直径与丝扣直径要同心,允许误差不得超过0.25mm,壁厚误差一般为0.2mm。
二、切削具 (cutter) 切削具出刃 内外出刃主要是解决冲洗液的畅通,携带排孔底岩粉和减轻粗径钻具的回转阻力。切削具出刃 :内出刃(一般1.5~2.5mm,软岩要大些2~3mm) 外出刃(一般外出刃稍大4~5mm ) 底出刃(软岩4~5mm; 中硬3~4mm; 硬岩2~3mm,使用针状硬合金时4~5mm). 底出刃排列方式分为 等高底出刃和阶梯底出刃(先行掏槽,创造更多的自由面,易于碎岩)
2 切削具的镶焊角度 概念:切削具镶焊在钻头体上的镶焊角度(如图)。β-刃尖角,Φ-镶焊角,α-切削角,e-后角。
这些参数对钻进效果都有一定的影响。选择原则:
对所钻岩石切入和回转阻力小;镶焊形式有利于保证钻头体上的切削具有较大的抗弯和抗磨损能力;有利于及时排除岩粉,磨损后的切削具应保持一定的切削能力
按Φ角的不同镶焊角分类:正斜镶 Φ﹥0,易切入,利碎岩,不耐磨,适用于软岩
负斜镶 Φ﹤0 ,切削具耐磨,适用于脆性较硬的岩石。 直
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镶 Φ =0,镶焊方便
钻进软岩时, β角选择较小,便于切入;钻进硬岩时, β角选择较大,增强抗磨抗剪崩的能力。
3.硬质合金钻头 切削具 3 切削具在钻头上的布置形式 单环排列适于软岩;双环排列适于中岩;多环排列适于中硬以上岩石;多环排列适于中硬以上岩石;肋骨式排列增加孔底面积、孔壁间隙大,便于排粉,适于软岩
布置时应考虑: 保证钻头工作平稳;多环、不同底出刃的排列,有利于形成多个破岩自由面,提高效率;使每个切削具破岩工作量相近,避免局部磨损;切削具之间应保持一定的距离,利于排粉;利于镶焊和修磨。
4、切削具在钻头体上的数目(Numbers of cutter on the crown of bit blank)
影响切削具组数增加的因素:(1)单位切削具的压力要大于岩石的抗压强度;(2)钻头周长限制切削具的镶焊数目。
切削具数目选择必须考虑钻头井底工作的稳定性,一般是对称的,不少于四组。
三、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内环状间隙或外环状间隙的面积。
水口面积要与冲洗液流速相适应:大了流速低,不利携带岩
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粉;小了容易造成憋泵。
软岩层岩粉多,水口要大;反之,硬岩层岩粉少,需要冲洗液量小,水口也小。
四、取心式硬质合金钻头(磨锐式切削具,自磨式切削具) 1、取心钻头 (1) 磨锐式硬合金钻头
①肋骨式钻头 主要用来钻进遇水膨胀、塑性大的软岩层。 ②燕尾补强钻头 特点:每组切削具中单粒合金的底出刃较双粒合金的底出刃突出,单粒进行掏槽,双粒呈燕尾型对岩石进行扩槽,钻头外镶有补强合金能延长钻头使用寿命,
③品字型钻头 每组三颗硬合金切削具呈品字型排布,中间合金底出刃大,起掏槽作用,两边合金起扩大自由面作用,用于4~6级中硬岩层(石灰岩、大理岩和砂岩等)。
④单粒负斜镶钻头 -采用八角柱状合金切削具,特点是切削具呈负斜镶,镶焊角为-10°,切削具能承受较大的轴向力,不易崩刃、磨损慢。适于钻进5~6级和部分7级的硅质砂岩。尤其是对于研磨性较大,非均质的或破碎和裂隙发育的岩层有较好的钻进效果。
⑤螺旋肋骨钻头 特点:钻头体外侧焊有三块与底唇面呈45°的螺旋肋骨,提高清粉能力。切削具正斜镶利于切软岩。过水截面大,孔底干净,避免重复碎岩,钻效高。适于II-IV级软岩,如页岩、粘土岩等。
⑥薄片式钻头 特点:切削具锋利,采用掏槽刃的结构,容易切
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