国家精品课程岩土钻掘工程学第4章-回转钻进用钻头

第四章回转钻进用用钻头一、硬质合金钻钻头及其孔孔底的碎岩岩过程二、金刚石钻头头及其孔底底碎岩过程程三、钢粒钻头及及其孔底碎碎岩过程四、牙轮钻头及及其孔底碎碎岩过程五、全面钻进与与钻头国家精品课课程第四章回转钻进用用钻头岩土钻进（（井）方法法绝大多数数是机械方方式，主要要有：①伴有有循循环环冲冲洗洗介介质质的的硬硬质质合合金金、、金金刚刚石石、、钢钢粒粒、、牙牙轮轮钻钻头头回转转钻钻进进和和长长螺螺旋旋干干式式回回转转钻钻进进；；②采用用液液动动、、气气动动孔孔底底冲冲击击器器的的冲冲击击回回转转钻钻进进；；③钢丝丝绳绳冲冲击击钻钻进进；；④振动动钻钻进进。。使用用最最广广泛泛的的是是回回转转钻钻进进。。冲冲击击回回转转钻钻进进是是在在回回转转的的基基础础上上增增加加孔孔底底冲冲击击载载荷荷；；钢钢丝丝绳绳冲冲击击钻钻进进主主要要用用于于水水井井施施工工；；振振动动钻钻进进、、长长螺螺旋旋干干式式回回转转钻钻进进主主要要用用于于在在土土壤壤和和软软岩岩中中打打浅浅孔孔（（工工程程施施工工））。。10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室回转转钻钻进进选选择择钻钻头头的的一一般般原原则则是是：：①在软软岩岩和和中中硬硬岩岩层层中中用用硬硬质质合合金金回回转转钻钻头头；；②在中硬硬及部部分中中硬以以上岩岩层中中采用用铣齿齿牙轮轮钻头头；③在硬岩岩中采采用金金刚石石钻头头或钢钢粒钻钻头；；④在硬脆脆岩层层中采采用镶镶齿牙牙轮钻钻头。。⑤金刚石石钻头头主要要用于于59、76（75）、91mm的小口口径；；⑥钢粒钻钻头主主要用用于91mm以上的的口径径；⑦硬硬质合合金和和牙轮轮钻头头则既既可钻钻进小小口径径，又又可钻钻进大大口径径水井井、工工程施施工孔孔和浅浅井。。第四章章回转钻钻进用用钻头头10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第一节节硬质合合金钻钻进孔孔底碎碎岩过过程0、硬质合合金钻钻进的的基本本概念念与特特点1、硬质合合金钻钻进的的基本本概念念利用镶镶焊在在钻头头钢体体上的的硬质质合金金切削削具作作为碎碎岩的的工具，，这种种钻进进方法法称为为硬合合金钻钻进。。硬合金金钻进进是岩岩土钻钻掘工工程中中的一一种主主要钻钻进方方法，，它用于于软岩岩层及及中硬硬岩层层的钻钻进（（1—4级软的的沉积积岩、、中硬的的5—7级及部部分8级岩浆浆岩和和变质质岩））。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第一节硬质合金金钻进孔孔底碎岩岩过程一、钻探探用硬质质合金1、硬质合合金的特特性（1）钻探用用的钨(WC)-钴(Co)合金,以碳化钨钨粉末为为骨架，，钴粉末末为粘结结剂，用用粉末冶冶金方法法制成。。称为YG类合金。。（2）牌号的的意义：：如YG8c：YG—钨-钴系硬质质合金；；8—钴的百分分含量为为8%；c（x）—粗（细））粒合金金。（3）硬质合合金特性性：含钴量↑↑——相对密度度↓,硬度↓,耐磨性↓↓,抗弯强度度↑,冲击韧性性↑；WC的颗粒↓↓——硬度↑,耐磨性↑↑；反之WC的颗粒↑↑——则抗弯强强度↑、、韧性↑↑。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第一节硬质合金金钻进孔孔底碎岩岩过程2、选用硬硬质合金金切削具具的基本本原则合金切削削具形状状主要有有：薄片状、、方柱状状、八角角柱状和和针状等等。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第一节硬质合金金钻进孔孔底碎岩岩过程选择切削削具形状状的一般般原则是是：（1）片状硬硬质合金金：刃薄易于于压入和和切削岩岩石，但但抗弯能能力差，，适用于Ⅰ～Ⅴ级软岩；；（2）柱状硬硬质合金金：抗弯能力力较强，，压入阻阻力也较较小，主主要适用于Ⅳ～Ⅶ级中硬岩岩石；八角柱状状合金的抗崩能力力强，利利于排粉粉和破岩，，并易于于焊牢，，在裂隙隙发育和较硬地层层中应用用广泛；；（3）针状和和薄片状状硬质合合金：主要用于于镶焊自自磨式钻钻头，在在硬地层或研研磨性岩岩石中使使用。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第一节硬质合金金钻进孔孔底碎岩岩过程二、硬合合金钻进进的孔底底碎岩过过程硬合金钻钻进的过过程，实实际上是是切削具具在轴向向力的作作用下，，压入岩石石；在回转转水平力力的作用用下，沿沿孔底切削碎岩岩；在轴向力力和水平平力的共共同作用用下，孔孔底岩石石以薄的螺螺旋层形式连连续被破破碎。Vm=60nmh1根据所钻钻岩石的的不同，，其破碎碎方式也也不相同同，可分分为塑性岩石的碎岩岩和弹-塑性岩石的碎碎岩两种情况。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程（一）塑性岩岩石的碎岩情情况1、切入岩石的过程钻头上切削具具切入岩石的的必要条件是是：切削具与岩石石接触面上的单位压压力必须大于于或至少等于于岩石的抗压压入硬度。即：Py≥HyF0式中：Hy——岩石的压入硬硬度；F0——切削具刃尖处处与岩石的接接触面积。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程塑性岩石中，，切削具切入入岩石如图示示（切削具未未磨钝），根据各力的平平衡关系，可可推导出切入入深度的关系系式：式中：Py——切削具上的轴轴载力，N；b——切削具的刃刃宽，mm；β——切削具的刃刃角，度；；Hy——岩石的压入入硬度；η——摩擦力影响响系数（η小于1）。10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第一一节节硬质质合合金金钻钻进进孔孔底底碎碎岩岩过过程程上式式表表明明：：塑性岩石的切切入深度h0与轴向力Py成正比，而与与切削具的刃刃角β、刃宽b、岩石的压入硬硬度Hy成反比。虽然β角越小切削具具刃尖切入岩岩石越容易，，但如果β很小则切削具具会很快崩裂裂，实际上β角的最小值为为45°～50°。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程2、回转切削过过程切削具切入岩岩石并回转，，在水平力Px作用下，压迫迫前面的岩石石使发生塑性性变形并不断断地向自由面面滑移——切削作用。在切屑的裂隙隙尚未发展到到全面断裂之之前，下一切切屑又发生滑滑移。因此切屑是连续、、平稳的，其其切削槽宽与与切削具刃宽宽相同。实际上，由于于振动、冲刷刷，岩屑将碎裂并并被冲洗液带带至地表；在Py和Px共同作用下的切入比Py单独作用下切入更容易，也切入的更深。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程（二）弹塑性性岩石的孔底底破碎过程弹塑性岩石是是硬质合金钻钻头的主要钻钻进对象。理理论上，切削削具切入需要要很大的轴向向力，而在双双向力的同时时作用下实际际的Py力为（1/6~1/13）。碎岩显著特点点：以跳跃式式的剪切破碎碎为主。岩石石破碎大体分分三个阶段：：1、切入岩石，岩岩石剪切破碎碎，前移碰撞撞刃前岩石。。2、刃前接触面很很小，挤压力力较大，小剪剪切破碎。继继续前移产生若干次小小剪切。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程3、当刃前接触面较大时，前进进受阻。继续续挤压刃前岩石（部分被压成粉状状）；同时，，Px力急剧增大，当当Px力达到极限值时时，产生大的剪切切破碎，然后后Px力突然减小。。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第一节硬质合金钻钻进孔底碎碎岩过程切削具不断断向前推进进，重复着着压碎、小小剪切、大大剪切的循循环过程。切槽断面近近似于梯形形。切槽宽度有有规律地变变化，B1为大剪切时的切切槽宽。孔孔底的破碎碎过程沿着着倾角为γ的螺旋面进进行。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程综上所述，用用切削具破碎碎弹-塑性岩石时，，在每个剪切切循环中和各各个循环之间间，水平力Px都是跳跃式；而在塑性岩石石中，水平力力Px没有显著的变变化，基本上上是常量。三、硬质合金金切削具的磨磨损1.关于切削具磨磨损和钻速问问题的研究费得洛夫得出出磨损曲线。。反映切削具具单位时间磨磨损量W与切削具刃端端面积上比压压σ关系。在分界界点σ=σ0前后属于两种种不同性质的的磨损。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程(1)曲线Ⅰσ<σ0，切削具未能有有效地吃入岩岩石，钻进处处于表面破碎碎状态。切削削具单位磨损损量W正比于切削具具上的比压σ;(2)曲线Ⅱσ>σ0，岩石呈体积破破碎。随着切切削具上的比比压↑，磨损损量W不仅未↑，反反而出现↓。。即在体积破破碎条件下，，切削具的磨磨损主要不不取决于轴向向压力，而取取决于岩石的的硬度、切削削具的材质及及切削具的磨磨钝面积。费得洛夫提出出，在一定条条件下切削具具的磨钝面积与与其初始面积积和钻进时间有关S(t)=S0+θt；θ——磨损系数10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程A——岩性、钻进规规程及钻头一一定时为常量量。切削具的磨损损面积与钻进进时间成正比比，而机械钻钻速与切削具具接触面积的的平方成反比比。设钻进的初始始钻速为v0=A/S02，上式可写成：式中：k0——钻速下降的特特征系数，k0=θ/S0。钻头在t时间内总进尺尺为得得到到10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程平均钻速是进进尺H的一元线性方方程，v0是纵坐坐标上上的截截距，，k0为直线线的斜斜率。。平均钻钻速和和进尺尺H在钻进进很容容易测测得，，可以用用一元元回归归分析析的方方法，在若干干观测测计算算值的的基础础上求求出k0和v0，从而利利用（（4-7）式来来预测测切削削具磨磨损对对钻速速的影影响。。Hvmv0k010/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第一节节硬质合合金钻钻进孔孔底碎碎岩过过程2、硬质质合金金切削削具在在孔底底磨损损的实实际状状况前述理理论分分析的的基础础是假假定切切削具具刃部部为均均匀磨磨损，，实际际钻进中，，切削具具出刃刃的内内、外外侧磨损量量是不不均匀匀的，，即：y外＞y内＞y，t外＞t内＞t切削具底端也也不是被磨损损成平面，而是呈呈圆弧形，刃刃前缘和后缘磨损更更厉害。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第一节硬质合金钻进进孔底碎岩过过程3、减轻切削具具磨损的措施施(1)避免切削具在在表面破碎状状态下工作。。尤其在高转速速、低钻压的条件下钻进进研磨性岩石石时，切削具具磨损更快。。(2)切削具的磨损损速度取决于于切削具的硬硬度与所钻岩岩石的硬度之之比、岩石的研研磨性、裂隙隙性等性质，，还取决于切切削具在钻头头唇面的布置。应根据岩性选选用合适的硬硬质合金牌号号和型号，采采用合理的钻钻头唇面结构。。(3)及时修磨切削削具，减小初始接触触面积，以降降低其磨损率率。(4)采取等强度磨磨损的原则，，对磨损严重的的内外侧面进进行补强。(5)采用有润滑作作用的乳化液液或泥浆洗孔孔，减轻切削具的的磨损。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第二节硬质合金钻头头一、取心式硬硬质合金钻头头结构要素一定数量的硬硬质合金切削削具，按一定定的形式排布布在钻头体上上，形成钻进进不同地层的的钻头结构。。硬质合金钻头头的结构要素素主要包括：：切削具出刃刃、切削具的的镶焊角度、、切削具在钻钻头体上的数数目及布置方方式等。1、钻钻头头体体硬合合金金切切削削具具的的支支撑撑体体，，传传递递轴轴载载和和扭扭矩矩，，承承受受切切削削具具破破岩岩的的反反作作用用力力、、孔孔底底的的动动载载和和摩摩擦擦。。DZ-40无缝钢管管制成。。上有外外螺纹与与岩心管管连接，，内壁有有内锥，，便于卡卡取岩心心。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第二节节硬质合合金钻钻头2、切削削具出出刃（1）内、外外出刃刃——使钻头体体与孔孔壁、、岩心心之间间的间间隙，，避免免摩擦擦孔壁壁和岩岩心，，提供供循环环冲洗洗通道道。出刃过过大，，合金金抗外外力的的能力力降低低、碎碎岩断面和和功耗耗增大大，钻钻孔易弯曲。。出刃过过小，，流阻阻增大，容容易堵堵塞岩岩心、、冲毁毁孔壁壁、漂漂浮钻钻具。。合理选选择出刃：一般般1~3mm。岩硬、、孔壁壁稳、、钻速速低，，取小小值；；反之之取大大值。。遇水膨膨胀或或大量量岩粉粉的软软地层层，加加焊肋肋骨，，增大大内、、外环环状空空间，，一般般取内内、外外出刃刃3～6mm，底出刃刃4～5mm。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第二节硬质合金金钻头（2）底出刃作用：保证切削削具能顺顺利地切切入岩石石，并为为冲洗液液冷却切切削具和和排除孔底底岩粉提提供通道道。底出刃大大小：由切入深深度和过过水间隙隙两部分组成。H值过大，，在硬岩岩和裂隙隙性岩层层中容易造成成崩刃，，应增加加补强。。一般为为2~5mm。底出刃有有平底式式、阶梯梯式。阶梯式可可增加切削削具破碎碎岩石的的自由面面，容易易产生体积破破碎。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第二节硬质合金金钻头3、切削具具的镶焊焊角度具有一定定刃角β的切削具具以不同同的前角（亦称镶焊焊角）镶镶焊在钻钻头体上，，形成不不同的切削角α，从而获得得不同的的钻进效效果。切削具在在钻头唇唇面上有有三种镶焊焊方式：：正斜镶，，直镶，负斜镶。。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第二节硬质合金金钻头（1）刃角β的选择：：β=45°~50°，Ⅰ～Ⅳ级非裂隙隙性岩石石；β=65°，Ⅴ～Ⅶ级岩石；；β=90°的小切削削具，用用于自磨磨式钻头头。（2）选择镶焊形式式（正斜镶、、直镶、负斜斜镶）应考虑虑下述原则：：对所钻岩石切切入和回转阻阻力小；可保证钻头体体上的切削具具有较大的抗抗弯和抗磨损损能力；有利于及时排排除岩粉；磨损后的端面面接触面积不不能过快增大大，应保持一一定的切削能能力。上述条件很难难同时满足，，设计钻头应应根据岩性有有所侧重地考考虑。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室(3)三种镶焊形式式的特征分析析切入深度相同同时，切入所需轴向向力Py和水平力Px：正斜镶>直镶>负斜镶磨损体积相同同时，切削刃刃端的磨损面面积:正斜镶>直镶>负斜镶三者出刃一致致时，切削刃刃上的弯矩:正斜镶>直镶>负斜镶排粉条件:正斜镶>直镶>负斜镶通常正斜镶的的钻头在软岩岩中具有高高钻速，而负负斜镶钻头适适用于硬岩和和非均质岩层层，最常用的的是直镶。第二节硬质合金钻头头10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第二节硬质合金钻头头4、硬质合金切切削具在钻头头体上的布置置方式切削具的排列列方式有：单单环排列、多多环排列、密密集排列等。。（1）确定切削具具布置方式的的原则：①能保证钻头在在孔底工作平平稳；②多环排列时，，每个切削具具只破碎孔底底的一部分，，叠加起来完完成整个唇唇面的的切削削，若若各环环之间间能相相互造造成自自由面面，则则破岩岩效果果更佳佳；③尽量使使每个个切削削具负负担的的破岩岩量接接近，，避免免局部部磨损损过甚甚；④切削具具之间间应保保持一一定的的距离离，以以利于于排粉粉；⑤对切削削具的的镶焊焊和修修磨方方便。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第二节节硬质合合金钻钻头（2）切削削具布布置方方式①单环排排列：：一个或或二个个切削削具并并联覆覆盖唇唇面，，加工工简单单；②多环排排列：：多个切切削具具分环环覆盖盖唇面面，造造成多多的碎碎岩自自由面面；③密集排排列：：多个切切削具具集中中为一一组排排列，，前刃刃掏槽槽，后后刃扩扩槽，，相互互支支撑撑，，承承载载大大，，抗抗弯弯、、抗抗磨磨损损好好。。10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第二二节节硬质质合合金金钻钻头头5、切切削削具具在在钻钻头头体体上上的的数数目目钻头上切切削具数数目越多多，切削削点就多多，单位位时间完完成的切切削量就大，，钻速也也越高，，钻头寿寿命较长长。但是是，由于于轴向载载荷有限，单个个切削具具上的载载荷不足足，只能能形成表表面破碎碎；同时时，切削具数目目太多，，使剪切切体变小小，孔底底冷却效效果变差差。切削具数数目取决决于岩性性、钻头头直径和和切削具具形状。。对软岩取取较少的数数量，对对较硬和和非均质质及研磨磨性岩石石，为保保证钻头头寿命，，一般应应取密集集式排列列。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第二节硬质合金金钻头6、钻头的的水口和和水槽（1）作用：：是冲洗液液流经钻钻头、冲冲洗孔底底并返回回钻柱外外环空间间的通道。。保证切切削具的的冷却和和孔底及及时排粉粉。（2）水口形形状：矩形、半半圆形、、梯形和和三角形形，三角角弧形水水口效果最好好。（3）水口的的数目：：等于切削削具的数数目或组组数。总总面积应应大于或或等于钻头外环环空间（包括括回水槽）的的面积。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室二、取心式硬硬质合金钻头头取心式硬质合合金钻头分为为磨锐式和自自磨式。1、磨锐式硬质质合金钻头钻头上的合金金切削具磨钝钝后可用砂轮轮修磨锐利的钻头头。切削具一般是是单斜面锐角角，钻进中，随切切削具磨损，，机械钻速逐逐渐下降。一般适用用于研磨性小小的软及中硬硬岩石。2、自磨式硬质质合金钻头采用小断面切切削刃，磨损损后，接触面面积不变，无变钝钝的弱点，机机械钻速基本本平稳。第二节硬质合金钻头头10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第二节硬质合金钻头头3、典型钻头结构举例（1）螺旋肋骨钻钻头外焊三块呈45°螺旋肋骨，有有助液流上返返，提高清粉粉能力。正斜镶，利于于切软岩。通通水截面积大大，循环阻力力小，使孔底底比较干净，，避免重复破破碎，提高钻钻进效率。适用于钻进Ⅱ~Ⅳ级（部分Ⅴ级）松软岩层层、粘土层、、风化砂岩及及铝土页岩等等。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第二节硬质合金钻头头（2）薄薄片片硬硬合合金金钻钻头头：：切削削具具锋锋利利，，采采用用掏掏槽槽刃刃容容易易切切入入岩岩石石；；出刃刃较较大大，，保保证证较较大大间间隙隙冲冲洗洗岩岩粉粉；；主要用于钻进进粘结性较小小的软岩。（3）“品”字形硬硬合金钻头三颗合金呈““品”字形焊焊成一组。中间的出刃较较大——掏槽，两边的的出刃较小——扩槽。主要用于Ⅳ~Ⅵ级和软硬互层层的岩石。切削具可以直直镶也可以以正斜镶。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第二节硬质合金金钻头（4）针状自磨磨式钻头头把预制好好的胎块块焊在钻钻头体上上。胎块块内包裹裹针状硬硬质合金金。支撑体胎胎体硬度度要合适适，保证证超前磨磨耗，以以利于针针状硬质质合金自自磨出刃刃。钻头可用用于钻进进5~7级中等研研磨性的的岩石。。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室三、硬质合合金钻头选选型表钻头类型岩岩石石可钻性级级别岩岩石石螺旋肋骨钻钻头Ⅱ~Ⅳ松散可塑性性岩层阶梯肋骨钻钻头Ⅲ~Ⅴ页岩，砂砂页岩薄片式钻头头Ⅱ~Ⅳ砂页岩，，碳质泥岩岩方柱状钻头头Ⅲ~Ⅴ均质大理岩岩,灰岩,软砂岩,页岩单双粒钻头头Ⅳ~Ⅵ中研磨性砂砂岩，灰岩岩品字形钻头头Ⅳ~Ⅵ灰岩，大大理岩，细细砂岩破扩式钻头头Ⅲ~Ⅴ砂砾岩，，砾岩负前角阶梯梯钻头Ⅴ~Ⅶ玄武岩，，砂岩，辉辉长岩，灰灰岩胎体针状钻钻头Ⅵ~Ⅷ中研磨性片片麻岩，闪闪长岩钢柱针状钻钻头Ⅵ~Ⅷ研磨性石石英砂岩，，混合岩薄片式自磨磨钻头Ⅵ~Ⅷ研磨性粉粉砂岩，砂砂页岩第二节硬质合金钻钻头10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第三节金刚石及其其孔底碎岩岩过程金刚石是迄迄今最坚硬硬的研磨切切削材料，，钻探用金刚刚石约占世世界工业金金刚石1/5。一、钻探用金刚石1、钻探用金刚石的分类钻探用金刚刚石分为天天然的、人人造的两大大类。天然金刚石石“包布兹””（Bortz）——制造表镶钻钻头；天然金刚石石“刚果”（Congo）——孕镶钻头；；天然“卡邦纳多””（Carbonado）“巴拉斯”（Ballas）——首饰；天然“雅库特””（якут）——主要在前苏苏联境内使使用。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第三节金刚石及其其孔底碎岩岩过程人造金刚石石单晶人造金刚石石聚晶——由细小的金金刚石颗粒粒、粘合剂剂烧结成较较大颗粒的的多晶金刚刚石人造金刚石石复合片（PDC）——由一层金刚刚石多晶薄薄层、一层层较厚的硬硬质合金层层复合而成成。2.天然金刚石石的特性金刚石为结结晶体碳原原子之间以以共价键相相连，结构构非常稳定定。金刚石的弱弱点：①脆脆性较大，，遇冲击出出现碎裂；；②热稳定定性较差，，高温下氧氧化并“石墨化”。金刚石工具具制造过程程中，须隔隔氧，避长长时间高温温；在使用用中，须避避免承受冲冲击载荷并并及时冷却却切削刃。。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第三节金刚石及其孔孔底碎岩过程程3.与钻探有关的的金刚石物理理力学性质(1)硬度极高，研研磨硬度是刚刚玉的150倍，石英的1000倍。(2)有极大的抗静静压强度。天天然金刚石的的抗压强度大大约8600MPa，约为刚玉的3.5倍，硬质合金金的1.5倍，钢的9倍。用于钻探探的人造金刚刚石一般要求求强度达2500MPa以上。(3)极高的耐磨性性是刚玉的90倍，硬质合金金的40~200倍，钢的2000~5000倍。人造金刚刚石聚晶体一一般与中硬碳碳化硅砂轮的的磨耗比在1：30000以上。(4)金刚石是热的的良导体，它它散热比硬质质合金刃具快快。线膨胀系系数仅为硬质质合金的1/4~1/5，钢的1/8~1/10，但随温度升升高而增长较较快，这对金金刚石的包镶镶和钻头使用不利。金刚石容易受受热损伤，虽虽然温度低于于燃烧温度，，但金刚石的的强度、耐磨磨性已受到严严重影响。所所以钻进中必必须充分冷却却，防止发生生金刚石钻头头烧钻事故。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第三节金刚石及其孔孔底碎岩过程程4、钻探用金刚刚石的粒度和和品级（1）金刚石的粒粒度国际上通用的的计量单位是是克拉。钻探用金刚石石常用一克拉拉(0.2g)多少粒或过筛筛网目数来衡衡量。钻探用的金刚刚石粒度：粗粒——5～20粒/克拉；中粒——20～40粒/克拉；细粒——40～100粒/克拉；粉粒——100～400粒/克拉。粗、中粒多用用于表镶钻头头和表镶扩孔孔器，细、粉粉粒多用于孕孕镶钻头和孕孕镶扩孔器。。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第三节金刚石及其孔孔底碎岩过程程（2）金刚石的品品级10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第三节金刚石及其孔孔底碎岩过程程二、金刚石钻进的的孔底碎岩过过程1.表镶金刚石钻钻头的孔底碎碎岩过程把钻头上的一一粒金刚石看看作在轴向压压力Py和切向力Px作用下沿岩石石表面移动的的切削具，岩石破碎时力力Px克服岩石抵抗抗破碎的反力力Pg和摩擦力T上，Px=Pg+T=Pg+Pyff——金刚石石与岩岩石的的摩擦擦系数数；Py——每粒金金刚石石上的的载荷荷。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第三节节金刚石石及其其孔底底碎岩岩过程程表镶单单粒金金刚石石在Py,Px联合作作用下下，类类似球球体压压入岩岩石(弹脆性性岩石石)产生大大小剪剪切体体，切切槽宽宽度＞＞金刚刚石颗颗粒直直径。。金刚石石被磨磨钝时时，在在Py,Px作用下下岩石石中出出现一一些微微小的的裂纹纹，岩岩石的的致密密结构构被改改变。。孔底某某一点点经多多次重重复加加载产产生破破碎，，具有有疲劳劳破碎碎的性性质。。10/26/2022中国地地质大第三节节金刚石石及其其孔底2.孕镶金金刚石石钻头头的孔孔底碎碎岩过过程孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程不同于表镶钻头。金刚石颗粒小埋藏于胎体之中，孕镶钻头必须在钻进规程中保持自磨出刃的性能（“自锐”），才能维持钻速恒定而不衰减。其碎岩机理类似于砂轮磨削工件。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，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。唇面金刚石出露较好时，也存在孔底的微剪切和微压碎作用。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第三节节金刚石石及其其孔底底碎岩岩过程程如果胎胎体性性能与与所钻钻岩石石不适适应或或没有有保证证足够够的钻钻压，，胎体体不能能超前前磨耗耗并让让丧失失破岩岩能力力的金金刚石石颗粒粒自行行脱落落，则则孔底底过程程中表表现为为钻头头“打打滑””，钻钻速迅迅速下下降。。微动动载载碎碎岩岩有学学者者认认为为，，无无论论表表镶镶或或孕孕镶镶钻钻头头在在孔孔底底的的碎碎岩岩过过程程中中，，孔孔底底还还存存在在着着微微动动载载的的碎碎岩岩过过程程。。钻压压、、钻钻柱柱弹弹性性变变形形、、回回转转振振动动和和泵泵压压脉脉动动对对孔孔底底岩岩石石的10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第四四节节金金刚刚石石钻钻头头和和扩扩孔孔器器根据据碎碎岩岩特特点点，，可可分分为为表表镶镶金金刚刚石石钻钻头头、、孕孕镶镶金金刚刚石石钻钻头头和和聚聚晶晶烧烧结结体体(包括括复复合合片片)金刚刚石石钻钻头头。。10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第四四节节金金刚刚石石钻钻头头和和扩扩孔孔器器10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第四四节节金金刚刚石石钻钻头头和和扩扩孔孔器器一、、表表镶镶金金刚刚石石钻钻头头1.金刚刚石石的的粒粒度度和和选选择择表镶镶金金刚刚石石钻钻头头大大都都选选用用天天然然金金刚刚石石，，常常用用的的粒粒度度为为15~60粒/克拉拉。表镶镶钻钻头头用用的的金金刚刚石石粒粒度度粒度粗粒中粒细粒粒/克拉15~2525~4040~60岩层中硬硬坚硬10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第四四节节金金刚刚石石钻钻头头和和扩扩孔孔器器2.金刚刚石石在在唇唇面面的的排排列列钻进进过过程程中中，，钻钻头头外外侧侧的的规规径径刃刃和和内内边边棱棱部部的的金金刚刚石石负负担担最最重重，，其其次次为为底底刃刃，，再再次次为为侧侧刃刃。。制造造钻钻头头时时须须选选择择优优质质金金刚刚石石作作规规径径刃刃和和内内边边刃刃，，用用回回收收的的金金刚刚石石作作侧侧刃刃，，以以求求均均衡衡磨磨损损。。金刚石在钻钻头唇面上上的排列方方式有放射射排列，螺螺旋排列和和等距离排排列等。金刚石在钻钻头唇面厚厚度方向多多采用同心心环分列，，并在径向向有一定的的重叠度，，以保证钻钻进中不会会在孔底形形成“岩脊”。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第四节金金刚石钻钻头和扩孔孔器3.钻头的唇面面断面形状状(1)圆弧形唇面面：较好保保护内外径径，用于中中硬和硬岩岩层；(2)半圆形唇面面：可布置置较多金刚刚石，缓解解规径刃过过分磨损，，适用于坚坚硬和软硬硬互层的研研磨性岩层层；(3)多阶梯形唇唇面：用于厚壁钻钻头(绳索取心)用于中硬和和硬岩，有有利于破岩岩和导向；；(4)内锥形唇面面：用于强研磨磨性和破碎碎岩层及内内边刃过早早磨损的岩岩层，也可可钻砾岩用用于厚壁钻钻头；10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第四节金金刚石钻钻头和扩孔孔器(5)外锥形唇面面:用于较软和和易碎地层层，双管和和绳索取心心钻头。4.钻头的水口口与水槽钻头的水水路直接接影响着着孔底冲冲洗及钻钻进效果果。表镶钻头头的主水水路是唇唇面与孔孔底之间间的间10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室二、孕镶金刚刚石钻头我国钻探生产产主要用孕镶镶钻头，比表表镶钻头优越越性：对于金刚石品品级的要求低低于表镶钻头头；抗冲击载荷能能力较好，如如果唇面金刚刚石发生剪崩崩对钻进效果果的影响小，，对违反操作作规程的敏感感程度也小。。不必用手工摆摆放金刚石颗颗粒，工业制制造过程更简简单。孕镶钻头用的的金刚石孕镶钻头使用用的天然和人人造金刚石粒粒度取决于所所钻岩性。第四节金金刚石钻头和和扩孔器粒度(目)人造＞4646~6060~8080~100天然20~3030~4040~6060~80岩层中硬—硬硬—坚硬10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室2.金刚石在胎体体中的含量浓度表示金刚刚石在胎体中中的含量，是是影响孕镶钻钻头性能的重重要参数。浓度沿用砂轮轮制造业的““400%浓度制”，当当金刚石的体体积占胎体工工作层体积1/4时浓度为100%，全部是金刚刚石浓度400%。选择金刚石浓浓度的依据是是所钻岩性、、金刚石的品品级和粒度，，兼顾胎体的的包镶能力和和钻压值的大大小。岩石越坚硬致致密，金刚石石质量好，粒粒度细，浓度度宜较低；唇唇面比压较大大时可选较高高的浓度，这这样对提高胎胎体耐磨性也也有好处。常常用浓度70%~120%，过高了将影影响胎体的包包镶能力和钻钻速。第四节金金刚石钻头和和扩孔器10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第四节金金刚石钻头和和扩孔器3.钻头的胎体性性能孕镶钻头钻进进时，胎体的的磨损速度应应适当超前于于金刚石的磨磨损速度，使金金刚石不断出出刃。如果胎体不磨损或或磨损极慢，，则金刚石出刃甚小，发发挥不了多刃刃微切削作用，钻速很低低。反之，如如果胎体磨损太快，则造造成金刚石过过早的崩刃或脱粒，从而而失去钻进能能力、钻头寿命缩短。合合适的胎体耐耐磨性应能使唇面金刚石石正常出刃，，且在每粒金刚石的后面面形成蝌蚪状状支撑。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第四节金金刚石钻头和和扩孔器当岩石更硬时时，金刚石磨磨损得更快，，但这时产生生的岩屑更薄薄，数量更少少，因此岩屑屑对胎体的磨磨蚀作用弱于于稍软的岩石石。所以在坚坚硬的岩石中中钻进时，必必须选择低耐耐磨性（硬度度较小）的胎胎体。由于测定硬度度的方法简单单，虽然胎体体的硬度不能能完全代表其其耐磨性，但但目前仍习惯惯用胎体的硬硬度来表示其其耐磨性。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第四节金金刚石钻头和和扩孔器4.钻头的唇面形形状孕镶金刚石钻钻头的唇面形形状比较简单单，多为平底底形，在孔内内磨合一段时时间后便自然然形成圆弧形形。坚硬、弱研磨磨性的岩石或或钻头壁较厚厚，唇面做成成同心环槽孕镶金刚石钻头常用聚晶保径，可取得满意的钻进效果。

10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第四节节金金刚刚石钻钻头和和扩孔孔器5.钻头的的水口口与水水路对孕镶镶金刚刚石钻钻头而而言，，因为为它的的金刚刚石出出刃非非常小小，故故它的的主水水路不不是钻钻头唇唇面与与孔底底的间间隙，，而是是水口口。在唇面面扇形形块的的下面面只存存在漫漫流（（或湿湿润））区，，用于于冷却却和排排粉的的水流流主要要通过过水口口和水水槽。。孕镶钻钻头往往往设设计成成多水水口、、小水水口，，这样样对防防止烧烧钻有有利。。10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第四四节节金金刚刚石石钻钻头头和和扩扩孔孔器器三、、金金刚刚石石扩扩孔孔器器金刚刚石石扩扩孔孔器器安安装装于于钻钻头头和和岩岩心心管管之之间间，，是是金金刚刚石石钻钻进进不不可可缺少少的的组组成成部部分分。。扩孔孔器器的的作作用用：：修扩孔壁，保保证钻孔孔直径符符合要求求减少新钻钻头下孔孔的扩孔孔量；保持孔内钻钻具的稳定定性，使钻钻具在高转转速下保持持动平衡状状态；四、金刚石石钻头及扩孔器制造造无压浸渍法法热压法电铸法10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第五节钢粒钻头及及其孔底碎碎岩过程用未镶焊切切削具的钻钻头压住自自由状态的的钢粒，并并带动它们们在孔底滚滚动而破碎碎岩石的钻钻进方法称称为钢粒钻钻进。曾广泛用于于Ⅶ~Ⅻ级岩石，，随着金金刚石钻钻进普及及，它在在中小口口径中已已逐渐被被取代。。但在大大口径硬硬岩钻进进中仍有有一席之之地。一、钢粒及钢钢粒钻进用钻钻具1.钢粒的特性抗压碎强度、、硬度、耐磨磨性和屈服极极限较高，可可减少破岩过过程中自身的的消耗，在在轴向载荷下下不至于产生生明显的塑性性变形，利于于在孔底翻滚滚。为保证钢粒在在孔底容易翻翻滚，钢粒的形状：：高等于直径径，2.5~4mm的圆柱体。钢粒的材质：：一般60号、70号高碳钢，经经调质、淬火火可达到较高高硬度。10/26/2022中国地质大大学勘查教第五节2.钢粒钻头与与钻具钢粒钻头的的功能是将将轴向载荷荷和水平回回转力传递递给钢粒，，带动其在钻头呈圆筒形

下开弧形水口，用于排除岩粉、分选钢粒和“导砂”。整套钻具由钻头、岩心管、异径接头、取

粉管和钻杆柱组成。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第五节节钢粒钻钻头及及其孔孔底碎碎岩过过程二、钢钢粒钻钻进的的孔底底碎岩圆柱形钢粒在钻头轴向和回转力（联系力）作用下

在孔底岩面不断翻滚，以动压入体积破碎方式和动疲劳破碎方式破岩。

1.动压入体积破碎圆柱形钢粒在孔底每翻滚一次都会给岩石一个微动载作用。完整钢粒的棱边与岩石接触类似于楔形工具动压入破岩，钢粒与岩石的接触面积很小，压应力集中，周围的岩石出现裂纹，继而产生跳跃式体积破碎。由于孔

底不平，可能轴载瞬时集中在少数钢粒上，更加强了这种动压入体积破碎。

10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第五节节钢粒钻钻头及及其孔孔底碎碎岩过过程2.动疲劳劳破碎碎钢粒在在不断断翻滚滚中，，逐渐渐被磨磨成椭椭球形形或球球形。。以一定定的压压力压压于岩岩石表表面时时，类类似于球球形压压模动动压入入岩石石的情情况，，下部部岩石石存在在着两两个危危险极极值带带，压压力边边缘存存在拉拉伸应应力，，有助助于产产生一一定深深度的的表面面裂纹纹。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第五节节钢粒钻钻头及及其孔孔底碎碎岩过过程众多钢钢粒的的重复复碾压，裂裂纹加若轴载越大，则造成疲劳破碎所

需要的重复次数越少，破岩效果越好。

在实际生产过程中，上述两种破岩方式往往是同时发生的，只是新鲜的圆柱形钢粒以第一种为主，被磨圆的钢粒以第二种为主。由于孔底不平，经冲洗液分选后的钢粒形状不

一、尺寸不均、压力不均，加之孔底环状间隙大，这些都造成钢粒钻具振动加剧，这种振动

对钢粒动压入、动疲劳破岩是有利的

10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第六节牙轮钻头及及其孔底碎碎岩过程0.牙轮钻进概概述牙轮钻进——利用牙轮钻钻头在井底底回转，使使牙轮在井井底滚动，，以冲击和和压碎剪切切方式破碎碎岩石的一一种钻进方方法。牙轮钻进一一般不取心心，广泛用于油气和大口径径施工钻进进，适应性性广，在Ⅵ～Ⅹ级的岩石中中效果最好好。牙轮钻的类类型：铣齿齿、镶齿；；有体式、、无体式；；单牙轮、、双牙轮和和三牙轮等等。生产中中以三牙轮轮钻头应用用最多。10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第六六节节牙轮轮钻钻头头及及其其孔孔底底碎碎岩岩过过程程塑性性岩岩石石：：自自洗洗式式牙牙轮轮钻钻头头。。硬和坚硬岩石石：镶齿式牙牙轮钻头。冲洗：中心冲冲洗式和圆周周冲洗式。带带喷嘴的水力力喷射式钻头头更有利于提提高软岩的破破岩效果。牙轮钻头的轴轴承是最容易易磨损的薄弱弱环节。一、牙轮钻头头的结构由钻头体、牙轮轮爪、牙轮、、轴承、水眼10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第六节节牙轮钻钻头及及其孔孔底碎碎岩过过程二、牙轮轮钻头的的孔底碎碎岩过程程1.牙轮的自自转与公公转牙齿随钻钻头一起起绕钻头头轴线顺顺时针旋旋转——公转，速度=钻机回转转速度。。外齿公公转线速速度最大大。牙齿绕牙牙轮轴逆逆时针旋旋转——自转。牙轮自转转是破岩岩时牙齿齿与地层层岩石之之间相互互作用的的结果。。10/26/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第六节牙轮钻头头及其孔孔底碎岩岩过程由牙轮牙牙齿与孔孔底单齿齿、双齿齿交替接接触，使使钻头沿沿轴向作作上下往往返运动动，造成成静载外外的冲击击载荷。。还由于孔孔底不平平叠加了了振幅较较大的低低频振动动。钻头在孔孔底的纵纵向振动动，使钻钻柱不断断压缩与与伸张，，周期变变化的弹弹性能通通过牙齿齿转化为为冲击作作用破碎碎岩石，，与静载载压入一一起形成成了钻头头对地层层的冲击击、压碎碎作用，，这是牙牙轮钻头头的主要要形式。。2、钻头的纵纵向振动动及对地地层的冲冲击、压压碎作用用10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第六节牙轮钻头及及其孔底碎碎岩过程3.牙齿对地层层的剪切作作用剪切作用主主要是由于于牙轮在滚滚动的同时时还伴有牙牙齿对孔底底的滑动而产生生的，产生生滑动的原原因在于牙牙轮的超顶顶、复锥和和移轴三种结构。。3.1超顶引起的的滑动牙轮锥顶超超过钻头轴轴心的结构构称为超顶，超过过的距离ob为超顶距c。设工作时牙牙轮上每一一点的公转转为ωb，自转转速为为ωc。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第六节牙轮钻头及及其孔底碎碎岩过程牙轮与地层层接触母线线上x点，由ωb引起的的速速度Vbx呈直线分布布，oa段向前ob段向后，vbo=0。由ωc引起的速度度vcx也呈直线分分布方向向向后，在b点vcb=0。速度合成后后，在ob段形成向后后滑动速度度vsx，此时牙轮受受一滑动阻阻力Ps，因而而有有滑滑动动阻阻力力矩矩Ms(-)=PsR。使牙牙轮轮的的角角速速度度ωc降低低。。在oa段由由vbx和vcx合成成的的滑滑动动速速度度vsx。近o处产产生生与与Ms(-)同向向的的滑滑动动阻阻力力矩矩M’’s(-)，在近a处产生生一个个Ms(-)反向的的滑动动阻力力矩Ms(+)。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第六节节牙轮钻钻头及及其孔孔底碎碎岩过过程Ms(-)、M’s(-)及Ms(+)达到平平衡，，使ΣMs=0。于是牙牙轮的的角速速度稳稳定,不再减减慢。。牙轮相相对于于岩石石的滑滑动速速度，，呈直直线与与ab线交于于M点，vsM=0为纯滚滚动点点，bM段向后后滑动动，aM段向前前滑动动。滑动速速度随随超顶顶距c的增大大而增增大。。3.2复锥引引起的的滑动动复锥牙牙轮包包括主主锥和和副锥锥，主主锥顶顶与钻钻头中中心重重合，，而副副锥锥锥顶的的延伸伸线是是超顶顶的。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第六节节牙轮钻钻头及及其孔孔底碎碎岩过过程复锥牙牙轮线线速度度不作作直线线而是是折线线分布布，所所以产产生滑滑动。。3.3移轴引引起的的滑动动牙轮轴轴线在在钻头头水平平投影影沿钻钻头旋旋转方方向平平移一一段距距离——牙轮的的移轴轴。移轴后后将产产生牙牙轮的的轴向向滑动动。低硬、、高塑塑岩层层，偏偏移大大；高高硬度度、低低塑性岩岩层，，偏移移值小小；研研磨性性的硬硬地层层，偏偏移为为零。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查第六节节牙轮钻钻头及及其孔孔底碎碎岩过过程综上所所述：：超顶和和复锥锥引起起切线线方向向滑动动，除除冲击击、压压碎方方式碎碎岩外外，还还可剪剪掉同同一齿齿圈相相邻牙牙齿破破碎坑坑之间间的岩岩脊；；移轴的的轴向向滑动动，可可剪掉掉齿圈圈之间间的岩岩脊，，轴向向滑动动虽可可提高高破岩岩效率率但牙牙齿也也磨损损剧烈烈，因因此须须铣齿齿加固固。实际上上，用用于软软—中硬地地层的的钻头头一般般兼有有移轴轴、超超顶和和复锥锥；一一部分分用于于中硬硬或硬地地层钻钻头有有超顶顶和复复锥；；用于坚坚硬和和强研研磨性性地层层的牙牙轮钻钻头是是纯滚滚动而而无滑滑动的的（即即单锥，，不超超顶，，也不不移轴轴）。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第六节牙轮钻头及及其孔底碎碎岩过程4.牙轮钻头的的自洗牙齿钻头在在软地层钻钻进时，牙牙齿间易积积存岩屑产产生泥包，，影响钻进进效率。为为此，出现现了自洁式式钻头。这类钻头各各牙轮的牙牙齿互相啮啮合，一个个牙轮的牙牙齿间积存存的岩屑由由另一个牙牙轮的牙齿齿剔除。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第六节牙轮钻头及及其孔底碎碎岩过程三、牙轮钻钻头的分类类法1.我国三牙轮轮钻头的分分类和代号号三牙轮钻头头分为2大类8个系列，系系列代号用用汉语拼音音表示，钻头型号表表示方法如如下：□——钻头直径用用数字表示示；□——系列名称代代号用表4-10规定的字母母表示□——型号代号用用表4-11规定的数字字表示2.IADC牙轮钻头分分类方法及及编号（自习）10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第七节全面钻头0全面钻进——钻进中不采取岩心，全面破碎孔底岩石。全面钻进所使用的钻头——全面钻头。使用全面钻头不受回次进尺的限制，可节约大量升降钻具和取心的辅助作业时间，因此在油气钻井、水井钻探和工程施工钻井中得到广泛应用。全面钻头包括硬质合金全面钻头、金刚石全面钻头、钢粒全面钻头、牙轮钻头和螺旋钻头等。硬质合金和金刚石全面钻头的破岩机理与取心钻头类似。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第七节全面钻头一、硬质合合金全面钻钻头1.翼片式全面面钻头翼片式全面面钻头主要要包括刮刀刀钻头和翼翼片钻头。。刮刀钻头刀翼呈曲面面形，切削削具正斜镶镶，刃尖角角较小，多多用于钻进松松软岩层钻钻进；翼片钻头的翼片切削削具采用直直镶，多用用于钻进软软~中硬岩层。。一般按翼片片数量命名名。如三刀翼翼的称为三三刮刀钻头头或三翼钻钻头，两刀翼翼的常叫做做鱼尾钻头头。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第七节全面钻头（2）切削角α：α角越大，吃吃入深度越越深，但α角过大时，，剪切破碎碎困难，钻钻进阻力大大。一般α=70~85°，软地层α角应小一些，，硬地层α角大一些。（3）刃后角ψ：ψ=α-β。必须大于孔底底碎岩倾角。1.2刀翼背部几何何形状钻头工作时刀刀翼的受力类类似于悬臂梁梁；背部应成抛物物线形状，即即厚度随距刃刃尖的距离而而逐渐增厚。。1.1刀翼的结构角角（1）刃尖角β：表示刀刃的尖尖锐程度。β越小，切入岩石石的能力越强强但强度小。。软岩层——8~10°；岩石较硬——12~15°；夹层多，孔较深时β角也适当增大大。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第七节全面钻头1.3刀翼底部几何何形状——平底、正阶梯梯、反阶梯和和反锥形平底刀翼形成成的孔底只有有一个裸露自自由面，阶梯可形成较较多自由面碎碎岩速度较快快，扭矩和功功耗较小，但但容易磨损成成锥形，使钻钻孔缩径。反阶梯钻头可可防缩径，但但外侧底刃既既掏槽又保径径，蹩钻严重重。大庆油田根据据反阶梯的特特点，设计了了反锥形刮刀刀钻头，刀翼翼的底刃可设设计一个或两两个斜面，使使孔底形成一一两个截锥体体。10/26/2022中国地质大学学勘查教研室室第七节全面钻头1.4提高刀翼的耐耐磨性为保证足够的的强度，刀翼翼一般用高强强度合金钢锻锻制而成。刀翼表面平铺铺一层YG8硬质合金块，，以增强耐磨磨性和防止泥泥浆对刀翼的的冲刷。侧部部镶焊YG-8硬质合金保径径。1.5典型翼片钻头头举例（1）常用二翼、、三翼钻头适用于Ⅰ～Ⅳ级的岩层。三三翼钻头在大大口径钻进中中应用广泛，，它的钢体上上装有可更换换喷嘴的水眼眼，使水流加加速，提高机机械钻速。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第七节全面钻头（2）三翼片阶阶梯钻头：：可钻进Ⅲ～Ⅴ级岩层。阶阶梯翼片直直焊。根据不同岩岩性取不同同的翼片偏偏心距，保保证中心处处能剪切碎碎岩。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第七节全面钻头（3）针状自磨磨式全面钻钻头：可做成三翼翼、四翼或或六翼。耐耐磨性能好，钻钻速均匀。。适宜在Ⅴ～Ⅶ级的研磨性性岩层中钻钻进。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第七节全面钻头2.笼式全面钻钻头——单腰钻头和和双腰钻头头适用于粘土土、砂层和和含少量砾砾石的土层层。2.1钻头的结构构中心管、““腰带””、立柱、、横支杆、、斜支杆、、翼板和超超前小钻头头等组成。。上下导正圈圈间距≮钻钻头直径，，外侧面加加焊合金肋肋骨修扩钻钻孔。翼板板按一定的的角度焊在在下导正圈圈的内壁上上，合金切切削具镶焊焊在翼板上上（或螺栓栓固定）。。一般为正斜斜镶，近年年来，在钻钻进基岩和和卵砾石层层时，采用一字形形钎头直立立焊的形式式。翼板的数量量视钻头直直径而定。。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第七节全面钻头头2.2钻头的特特点（1）单腰带带钻头钻钻进阻力力小，钻钻速比双双腰钻头头高；（2）双腰带带钻头具具有良好好的导正正作用，，超前的的四翼锥锥形小钻钻头主要起起定向作作用（并并保护出出浆口不不被阻塞塞），使使钻头工工作平稳，扩孔孔率也小小，钻孔孔的垂直直精度较较高。（3）钻头底底部呈锥锥形、阶阶梯状，，端部有有小钻头头超前钻钻进，故故孔底破岩自由由面大，钻效效高。（4）小钻头可对对砂砾层起松松动作用，少少量不易破碎碎的卵砾石可挤进圆笼内内，不妨碍继继续钻进。10/26/2022中国地质大大学勘查教教研室第七节全面钻头3.螺旋钻头——长螺旋钻、、短螺旋钻钻土层中成孔孔速度快，，无冲洗液液，不污染染环境，在在工程施工工中应用广广泛。长螺旋钻进进靠整个钻钻杆柱上螺