金刚石钻头结构参数

(一)金刚石钻头的组成与分类

1.金刚石钻头组成

金刚石钻头是金刚石钻进破碎岩石的工具,它由三部分组成;即:金刚石、胎体和钻头体(图2-60)。

图2-60 金刚石钻头组成

1—金刚石;2—胎体;3—钻头体

2.金刚石钻头分类

金刚石钻头按金刚石被包镶于胎体部位的不同,有孕镶金刚石钻头和表镶金刚石钻头之分。把金刚石包镶于胎体内部的钻头称为孕镶金刚石钻头;金刚石包镶出露于胎体表面的钻头称为表镶金刚石钻头。

金刚石钻头还可按其用途不同,分为提钻取心金刚石钻头和绳索取心金刚石钻头;按制作材料不同,分为聚晶金刚石(PCD)钻头和金刚石复合片(PDC)钻头;按制作加工工艺、方法不同,分为热压、电镀钻头等。

(二)金刚石钻头的结构参数

金刚石钻头的结构参数包括:钻头体、金刚石含量、金刚石粒度、胎体硬度、水口、钻头唇面形状等。

1.钻头体

金刚石钻头体的制作要求如下:

一般用中碳钢加工而成。双管钻头的钻头体较长,一般为115mm,壁较薄,上端有内螺纹与扩孔器相连接。

单管钻头的钻头体较短,一般为75mm,壁较厚、上端车有外螺纹与扩孔器相连接。

一个钻头包镶的金刚石量,称为金刚石含量,以克拉ct计。

2.金刚石含量

含量是根据钻头结构、直径及所钻岩石性质而确定的。钻头直径大,克取岩石面积大,则所需金刚石数量多;反之,则少些。同径同结构钻头,钻进强研磨性地层时,金刚石含量应大些,以减少单粒金刚石负担,维持钻头较长工作时间。钻进研磨性小的岩层,金刚石含量应小些,以利于出刃。一般同径孕镶金刚石钻头的金刚石含量比同径表镶钻头稍多。

3.金刚石粒度

分颗粒级和粉末级两类。

颗粒级金刚石粒度直径大于1mm,其粒度均以粒/ct表示;粉末级金刚石粒度直径小于1mm,粒度以“目”表示。“目”即网目数,为筛网在每平方英寸内的网眼数。

表镶钻头金刚石粒度以粒/ct表示;孕镶钻头金刚石粒度以“目”表示。

4.金刚石钻头胎体

钻头胎体是钻头底部包镶金刚石的一圈合金;主要由骨架材料和黏结金属两部分组成。

金刚石钻头的质量,在很大程度上取决于钻头胎体成分及其性能。胎体采用粉末冶金法和电镀法制成各种形状。

对表镶钻头胎体,其作用在于牢固地包镶金刚石,并可靠地与刚体焊接;而孕镶钻头的胎体,除具有表镶钻头胎体作用外,还要保证金刚石在钻进过程中有自锐的作用。

金刚石钻头胎体硬度等级分别用HRC加硬度数值表示。如:HRC45,HRC40,HRC35,HRC30等。

5.金刚石钻头水口

钻头水口分别由底部、内、外侧部的水槽构成。

钻头水口作用:与硬质合金钻头的作用一样;疏通冲洗液;冷却钻头;排出岩粉;确保安全钻进施工。

6.金刚石钻头唇面形状

金刚石钻头的唇面形状是根据岩石性质决定的。目的是为了提高钻速,提高钻具的稳定性和延长钻头的使用寿命。

常见的唇面纵剖面形状有弧边形、半圆形、平底形、阶梯形、锥形和锯齿形等。