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地質金剛石鑽頭鑽進的孔底碎岩過程

作者:admin 發布日期:2020-04-09

 
1. 表鑲金剛石鑽頭的孔底碎岩過程
把鑽頭上的一粒金剛石看作在軸向壓力Py和切向力Px作用下沿岩石表麵移動的切削具(圖4-19),岩石破碎時切向力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--金剛石與岩石的摩擦係數;Py--分配在一粒金剛石上的載荷。
1-被壓皺的岩石; 2-岩石中的拉應力; 3-被壓碎,剪切的岩石; Ⅰ-鑽頭體; Ⅱ-表鑲金剛石出刃; Ⅲ-岩石
當金剛石沿同心圓運動時,它向岩石傳遞一定的能量,岩石吸收能量後產生破碎並形成小的溝槽。在彈脆性岩石中,由於大、小剪切體的產生,溝槽的寬度大大超過了金剛石吃入岩石的深度。在破碎岩石的同時,金剛石逐漸被磨鈍。這時磨鈍的金剛石在軸載的作用下使岩石產生應變,應變的結果是在岩石中出現一些微小的裂紋,使岩石的致密結構被改變(圖4-19)。裂紋的數量及其深度取決於傳遞給每粒金剛石的軸載大小和鑽頭轉速。金剛石被磨鈍後,必須在孔底某一點處多次重複補充載荷才可能使岩石產生破碎,即這時的岩石破碎過程具有疲勞破碎的性質。
2. 孕鑲金剛石鑽頭的孔底碎岩過程
孕鑲金剛石鑽頭的孔底碎岩過程不同於表鑲鑽頭。因為它用的金剛石顆粒小,且埋藏於胎體之中,孕鑲鑽頭必須在鑽進規程中保持自磨出刃的性能(稱為"自銳"),才能維持鑽速恒定而不衰減。
總體來說,孕鑲鑽頭的實際碎岩機理類似於砂輪磨削工件,即以唇麵上多而小的硬質點(金剛石)對加工件(孔底岩石)進行刻劃、磨削,並隨著硬質點的逐漸磨損和消失及粘結胎體的不斷磨耗,新的硬質點又裸露出來參加工作。當然,如果唇麵金剛石出露較好時,也不排除在磨削的同時存在著孔底的微剪切和微壓碎作用。實際上,砂輪在高速磨削工作中,自身也被磨耗,由於它的"自銳"作用而常處於銳利狀態。對孕鑲金剛石鑽頭而言,如果胎體性能與所鑽岩石不適應或沒有保證足夠的鑽壓,胎體不能超前磨耗並讓喪失破岩能力的金剛石顆粒自行脫落,則無法實現"自銳"。在孔底過程中表現為鑽頭"打滑",鑽速迅速下降。
無論表鑲或孕鑲鑽頭在孔底的工作過程都是非常複雜的。鑽頭被鑽具緊壓在孔底岩石表麵,鑽具的振動和彈性變形加強或減弱了加在孔底的鑽壓,而往複泵送出的壓力流體也是脈動的,更加劇了鑽具和鑽頭的振動。因此,學者們認為孔底還存在著微動載的破岩過程。