隨著地質(zhì)鉆探深度的不斷增加,鉆遇堅硬致密巖層的可能性越來越大。孕鑲金剛石鉆頭在堅硬致密巖層中鉆進(jìn)時,一方面由于巖石的強(qiáng)度大、壓入硬度高,金剛石壓入巖石的深度很小,導(dǎo)致孕鑲金剛石鉆頭只能以表面磨損破碎的方式碎巖,鉆進(jìn)效率低;另一方面,巖石的研磨性弱并且鉆頭產(chǎn)生的細(xì)巖屑對鉆頭胎體的磨損小,導(dǎo)致鉆頭中的金剛石不能及時出刃,容易出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象。針對孕鑲金剛石鉆頭在堅硬致密巖層中出現(xiàn)的“打滑”和鉆進(jìn)效率低的問題,通過單顆金剛石壓入巖石全過程的室內(nèi)實驗,定量分析了孕鑲金剛石鉆頭在堅硬致密巖層中鉆進(jìn)時的碎巖機(jī)理。從巖石單位體積破碎能耗、“自由切削面”和“局部體積破碎”角度出發(fā),提出了利用巖石局部體積破碎以增加鉆進(jìn)效率的思路,并提出了掏槽式超前齒結(jié)構(gòu)和低位齒結(jié)構(gòu)相結(jié)合的唇面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。然后,以鉆頭水口流速、掏槽齒強(qiáng)度、低位壓頭直徑以及巖脊最優(yōu)尺寸為設(shè)計依據(jù),推倒出了相應(yīng)的計算公式并做了相應(yīng)模擬,最后設(shè)計了φ36-18孕鑲金剛石鉆頭。然后,用COMSOL軟件對所設(shè)計鉆頭的水口進(jìn)行了流速模擬,驗證了鉆頭尺寸設(shè)計的合理性。通過室內(nèi)微鉆實驗平臺,設(shè)計了對比試驗,即平底鉆頭和新唇面鉆頭在花崗巖中以相同鉆速0... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

添加稀土和沒添加稀土的金剛石鍍層的形貌圖

用于堅硬致密巖層，可以通過增加鉆頭研磨性的方式解決鉆頭“打滑”問題。學(xué)通過室內(nèi)鉆進(jìn)實驗，發(fā)現(xiàn)該種鉆頭在鉆進(jìn)堅硬致密的剛玉時，鉆頭的時效提高了明顯提高，但是平均磨損量也增加了 38%，鉆進(jìn)效率比較理想。北京探礦工程研究所提出納米超細(xì)胎體粉末，并對粉末材料進(jìn)行氫還原脫工藝處理，以達(dá)到提高鉆頭胎體耐磨性和抗沖擊性的目的。鉆頭燒結(jié)采用熱壓結(jié)工藝，可以減少金剛石的熱損傷。用該思路制造的鉆頭在甘肅武山溫泉鉬礦用，鉆頭的壽命和時效得到很大的提高。納米超細(xì)胎體粉末和普通胎體粉末直的對比圖如圖 2.2 所示。

long year 球齒鉆頭 圖 1.4Atlas 高效水計是從水口和鉆頭單位比壓的角度出發(fā)頭唇面與巖石的接觸面積，從而增大了入巖石，并在剪切力產(chǎn)生較大的巖屑，從鉆井液過流面積大，能更好的沖洗孔底破碎。但是，齒輪型鉆頭在鉆進(jìn)過程中，齒相當(dāng)于懸臂梁很容易發(fā)生斷裂，鉆示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]WC添加對熱壓鐵基預(yù)合金粉末胎體性能的影響[J]. 孫吉偉,沈立娜.  探礦工程(巖土鉆掘工程). 2019(03)
[2]關(guān)于深孔巖心鉆探中相關(guān)問題的探討[J]. 陳古健.  中國高新區(qū). 2018(08)
[3]難鉆進(jìn)地層金剛石鉆頭的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 蔡家品,賈美玲,沈立娜,歐陽志勇,阮海龍,張建元,趙爾信.  探礦工程(巖土鉆掘工程). 2017(02)
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博士論文
[1]硬巖鉆進(jìn)用仿生耦合金剛石取心鉆頭研究[D]. 徐良.吉林大學(xué) 2009

碩士論文
[1]主副交替水口高胎體孕鑲金剛石鉆頭的研制[D]. 肖麗輝.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2012
[2]適應(yīng)深孔條件的孕鑲金剛石鉆頭研究[D]. 鄧柏松.中國地質(zhì)大學(xué) 2011
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本文編號：3311936