從孔底巖石破碎方式看PDC 鉆頭的能量消耗

使用復(fù)合片鉆頭時，合理的切削具布置方式不僅直接影響鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命，還決定著巖石破碎過程的能耗.

    在切削型鉆頭上，如果切削具覆蓋了整個端面，則在環(huán)槽中會出現(xiàn)封閉式切削情況。這時切削具與巖石接觸的周長最大，使孔壁巖石中的應(yīng)力狀態(tài)無法擴展而形成崩離體，摩擦功和能耗最大。如果切削具僅覆蓋部分端面，則存在著半封閉式和邊角處的封閉式切削，這時的接觸面、摩擦功和能耗較小。這種切削的方式有利于改善孔底沖洗條件并及時排除巖屑。為了找到能耗更小的切削具布置方式，我們不僅可使用整形的復(fù)合片，還可采用半圓等其他非整形的復(fù)合片。為此需進(jìn)行定量研究，確定復(fù)合片形狀和尺寸變化對其鑲焊強度和切削刃耐磨損性的影響，以便于在鉆探生產(chǎn)中選擇合理的非整形復(fù)合片。

由表中可看出，在5種形狀中№3和№5是把整形復(fù)合片分割成幾部分，而№1、№2和№4是沿復(fù)合片邊緣去掉一部分形成的。一般用兩種方法沿徑向把復(fù)合片分割成2～4部分，即電火花法和金剛石砂輪切割法。為了保證獲得高質(zhì)量的切削刃，采用磨削的辦法來磨銳切削刃。再借助專用支架，用ПСР－40(烏克蘭國標(biāo))焊料把復(fù)合片焊牢在鉆頭鋼體或胎體上。只要仔細(xì)遵守焊接工藝方法，便可保證復(fù)合片固定在鉆頭鋼體上的強度達(dá)300～380MPa。為了防止在鉆具遭受強力振動和動載時復(fù)合片脫落，其抗沖擊力應(yīng)不小于20kN。

№1、№4號復(fù)合片按自身面積估算其緊固力將達(dá)20～40kN，滿足孔底鉆進(jìn)過程的工作條件?！?號復(fù)合片端部面積28.7mm2，其緊固力為9～10kN，所以不能滿足孔底鉆進(jìn)的要求。為了提高其強度必須沿兩個面(端面和一個新形成的面)進(jìn)行焊接。如果希望進(jìn)一步提高固定強度，還可采用鑲嵌的辦法，即把復(fù)合片的下半部分固定在鋼體或胎體上已加工好的兩個凸臺之間。使其不僅有焊接力，還有機械鑲嵌力。

綜合采用上述方法，便可提高復(fù)合片在鉆頭上的固定強度，把各種形狀的復(fù)合片用于鉆探生產(chǎn)。