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地质金刚石钻头钻进的孔底碎岩过程

作者:admin 发布日期:2020-04-09

 
1. 表镶金刚石钻头的孔底碎岩过程
把钻头上的一粒金刚石看作在轴向压力Py和切向力Px作用下沿岩石表面移动的切削具(图4-19),岩石破碎时切向力Px消耗在克服岩石抵抗破碎的反力Pg和摩擦力T上T=Pyf。
Px=Pg T=Pg Pyf (4-8)
式中:f--金刚石与岩石的摩擦系数;Py--分配在一粒金刚石上的载荷。
1-被压皱的岩石; 2-岩石中的拉应力; 3-被压碎,剪切的岩石; Ⅰ-钻头体; Ⅱ-表镶金刚石出刃; Ⅲ-岩石
当金刚石沿同心圆运动时,它向岩石传递一定的能量,岩石吸收能量后产生破碎并形成小的沟槽。在弹脆性岩石中,由于大、小剪切体的产生,沟槽的宽度大大超过了金刚石吃入岩石的深度。在破碎岩石的同时,金刚石逐渐被磨钝。这时磨钝的金刚石在轴载的作用下使岩石产生应变,应变的结果是在岩石中出现一些微小的裂纹,使岩石的致密结构被改变(图4-19)。裂纹的数量及其深度取决于传递给每粒金刚石的轴载大小和钻头转速。金刚石被磨钝后,必须在孔底某一点处多次重复补充载荷才可能使岩石产生破碎,即这时的岩石破碎过程具有疲劳破碎的性质。
2. 孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程
孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程不同于表镶钻头。因为它用的金刚石颗粒小,且埋藏于胎体之中,孕镶钻头必须在钻进规程中保持自磨出刃的性能(称为"自锐"),才能维持钻速恒定而不衰减。
总体来说,孕镶钻头的实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件,即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,并随着硬质点的逐渐磨损和消失及粘结胎体的不断磨耗,新的硬质点又裸露出来参加工作。当然,如果唇面金刚石出露较好时,也不排除在磨削的同时存在着孔底的微剪切和微压碎作用。实际上,砂轮在高速磨削工作中,自身也被磨耗,由于它的"自锐"作用而常处于锐利状态。对孕镶金刚石钻头而言,如果胎体性能与所钻岩石不适应或没有保证足够的钻压,胎体不能超前磨耗并让丧失破岩能力的金刚石颗粒自行脱落,则无法实现"自锐"。在孔底过程中表现为钻头"打滑",钻速迅速下降。
无论表镶或孕镶钻头在孔底的工作过程都是非常复杂的。钻头被钻具紧压在孔底岩石表面,钻具的振动和弹性变形加强或减弱了加在孔底的钻压,而往复泵送出的压力流体也是脉动的,更加剧了钻具和钻头的振动。因此,学者们认为孔底还存在着微动载的破岩过程。
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