高胎体孕镶金刚石钻头试验研究

论文摘要

随着现代社会的发展,地质找矿钻探正在向着深部、超深部方向发展。在施工中,起下钻和提取岩心等辅助工作占钻进时间的70%,导致钻探效率低下,绳索取芯工艺是解决这一问题的好方法,但是钻头的寿命短制约这一工艺的发挥。传统的提高钻头寿命的方法,在提高钻头寿命的程度上有限,而高胎体钻头是通过增加钻头胎体的长度来增加钻头的寿命,可以大幅提高钻头的寿命。本论文为了验证高胎体多层可再生水口钻头是否可行,先设计模具烧制三层可再生水口钻头,水口由一层出露水口和两层隐藏水口组成,使胎头的高度大大增加,相当于三个普通金刚石钻头,预期寿命会是普通钻头的三倍,在钻进中,第一层水口作为工作水口,随着第一层水口的磨损,第二层水口处的堵口材料提前磨损,形成水口,继续钻进。通过可再生水口钻头进行室内试验研究证明隐蔽水口可以提前磨损,实现钻头水口的可再生,表明这一思路可行。实验成功之后进行改进设计,先对石墨模具存在一些问题,提出了改进性设计方案,使得装配更加方便。对钻头水口应用牙轮钻头的移轴原理进行偏置设计,提高堵口石墨磨损脱落的可行性,并且改变钻头的碎岩机理,可以利用剪切力来剪切岩脊,大大增加实现体积碎岩的可能性。高胎体孕镶金刚石钻头研究的意义在于相比传统的选择质量好的金刚石、合理浓度、优化胎体配方,设计异性唇面等方法相比钻头寿命提高的幅度更加明显,而且还可与这些方法结合使用进一步增长钻头寿命。高胎体钻头可以很好的将高效与长寿命结合起来,一个多层可再生水口高胎体钻头相当于两个甚至多个传统钻头,可以成倍地增加钻头寿命,长时间不换钻头,显著节约了钻探施工中因需要更换钻头而进行的起下钻等辅助时间,再配合绳索取芯钻探,在钻进深孔的时候可以大幅提高钻进效率,节约生产时间和成本,能够更好地为生产建设服务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 孕镶金刚石钻头发展史
• 1.2 论文研究的目的及意义
• 1.2.1 论文研究的目的
• 1.2.2 论文研究的意义
• 1.3 高胎体钻头国内外研究现状
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第2章 影响钻头寿命的因素及提高钻头寿命的方法
• 2.1 金刚石钻头失效情况
• 2.2 影响金刚石钻头寿命的因素
• 2.2.1 所钻岩石的性质
• 2.2.2 金刚石钻头的性能
• 2.2.3 钻进工艺参数
• 2.2.4 钻探施工管理
• 2.3 提高钻头寿命的方法
• 2.3.1 金刚石性能和参数
• 2.3.2 胎体材料
• 2.3.3 唇面形状优化
• 2.3.4 新型石墨模具
• 2.3.5 新成型方法
• 2.3.6 加强钻探施工管理
• 2.4 高胎体钻头提高钻头寿命的优势
• 第3章 高胎体钻头关键技术
• 3.1 水口尺寸设计
• 3.1.1 根据地质钻探规范选定尺寸
• 3.1.2 根据上返流速计算水口
• 3.1.3 根据水力马头计算
• 3.1.4 根据唇面有效系数计算
• 3.2 胎体强度的保障
• 3.3 保径设计
• 3.4 几种高胎体钻头设计方案
• 第4章 多层水口钻头设计制造与室内实验
• 4.1 多层水口孕镶钻头设计概况
• 4.2 石墨模具和钢体设计
• 4.2.1 底模设计
• 4.2.2 芯模设计
• 4.2.3 水口和水槽设计
• 4.2.4 钢体设计
• 4.3 金刚石参数设计
• 4.3.1 金刚石浓度
• 4.3.2 金刚石粒度
• 4.3.3 金刚石质量
• 4.3.4 保径设置
• 4.4 胎体材料设计
• 4.4.2 胎体组分的计算
• 4.4.3 模具装配和装料
• 4.5 钻头烧结及后期加工
• 4.6 室内钻进实验
• 4.6.1 实验设备
• 4.6.2 实验过程
• 4.6.3 实验结果及分析
• 第5章 改进型多层水口钻头制造实例
• 5.1 钻头基本参数要求
• 5.2 石墨模具改进设计
• 5.3 金刚石参数的选择
• 5.4 胎体用料计算
• 5.5 模具装配
• 5.6 装料烧结
• 5.7 改进型钻头特点
• 第6章 结论展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献