最新回转钻进用钻头概要教学讲义ppt.ppt

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1、回转钻进用钻头概要第一节硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程Failureprocessofdownholerockdrilledbycarbide-insertbit一、钻探用硬质合金(hardmetalfordrilling)通常钻头切削具采用钨钴类硬质合金。碳化钨为骨架材料，钴为粘结材料。硬质合金钻进一般适用于软、中硬岩层钻进。硬质合金切削具主要有薄片状、方柱状、八角柱状和针状等形状。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使用。表4－1YG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

2、WCCo密度（g/cm3）硬度（HRA）抗弯强度（MPa）YG3x97315.0～15.3921050耐磨性最好，冲击韧性最差，用于金属切削YG4c96414.9～15.2901400适用于均质和软质互层地层中回转钻进YA691～93614.4～15.0921400加有少量TaC成分，提高了硬度YG694614.6～15.089.51400适用于回转钻进，使用效果仅次于YG4cYG6x94614.6～15.0911350细粒合金，强度接近YA6，耐磨性较YA6高YG892814.0～14.8891500地质勘探和石油回转钻进用主要品种YG8c92814.0～14.8881750粗粒合金，冲击韧

3、性较高适于冲击回转钻进YG11c891114.0～14.4872000耐磨性最差，冲击韧性最高，适于冲击回转凿岩YG15851513.9～14.1872000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。图1.3－2塑性岩石中的回转切削Py-轴向压力；Px-水平力；h0-切入深度；b-切削槽宽（切削具宽度）图1.3－5脆性岩石的回转切削过程Py-轴向压力；Px-回转水平压力；β－刃角h0-切入深度；abc-大剪切体；a'b'c'-第二次大剪切体；B1－大剪切时岩面槽宽；图1.3－4单面锲形切削具切入脆性岩石Py-轴向压力；h0-切入深度；kok'-崩落岩穴当钻头的直径较大时，

4、γ很小，即cosγ=1，sinγ＝0，则式（1.3－10）、（1.3－11）写成：图1.3－7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；α-切削角；β-切削具前面与岩石破碎面底夹角；γ-井底切削面倾角三、硬质合金切削具的磨损(Wearoftungstencarbidecutter)1.关于切削具磨损和转速问题的研究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行了大量研究，得出如图4－5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σ的关系。横坐标的分界点表示岩石的压入硬度，在其前后

5、属于两种不同性质的磨损。（1）曲线Ⅰ当σ＜σ0时，切削具未能有效地吃入岩石，钻进处于表面破碎状态，此时切削具单位时间的磨损量W正比于切削具上的比压σ。（2）曲线Ⅱ当σ＞σ0时，岩石呈体积破碎。随着切削具上的比压σ增大，单位时间的磨损量W不但未增加，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。S（t）=S0+θt式中：S0－切削具的初始面积，mm2；t－磨损时间，min；θ－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

6、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：（4－5）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，（4－5）式可写成（4－6）式中：k0=θ/S0,，k0－转速下降的特征系数；钻头在t时间内的总进尺为，将（4－6）代入，则有。因此，平均转速为，通过变换可写成：（4－7）（4－7）式表明，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，在若干观察值的基础上求出k0值，从而利用（4－7）式莱预测切削具磨损对转速

7、的影响。2.切削具在孔底磨损的实际情况前述理论分析的基础是假定切削具刃部为均匀磨损，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（图4－6），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4－7）3.减轻切削具磨损底措施虽然切削具的磨损是不可避免的，但我们应设法把它控制在最低限度内。可采取的主要措施是：（