关于薄壁金刚石钻头金刚石浓度的设计问题

如何提高金刚石钻头在深孔钻进中的效率金刚石钻头在深孔钻进施工中有极高的效率，同时具有低成本、高质量的特点，因此受到了越来越广泛的关注，具有极好的发展前景。

本文从岩石的物理性质出发，对不同参数的金刚石钻头的使用寿命和钻进效率进行了统计和分析针，对如何提高金刚石钻头的钻进效率进行了详细论述和探讨。

标签：金刚石钻头现状耐磨机理钻进效率1金刚石钻头的国内外研究现状金刚石钻头是一种将金刚石与胎体混合体镶焊在钻头上的一种特殊钻头，当进行钻进工作时，钻头表面会随着岩石的破碎受到被磨损，采用金刚石钻头能够增加钻头的使用寿命。

高质量的金刚石成本相对较高，因此从发展趋势上来说，国内外都采用中低档的金刚石材质作为钻头使用。

而我国是一个产钻量并不高的国家，因此在成本问题上需要尤为重视。

如何提高金刚石钻头在深孔钻进中的效率是我国深钻行业共同重视的问题，对提高我国经济效益具有重要意义。

国外的金刚石钻头研究相较我国而言较为先进，早前美国宝长年公司将金刚石电镀和切割技术介个起来生产出一种金属镀层的金刚石钻头，降低了金刚石在工作中的氧化率，对提高钻头效率有一定的促进作用。

国内外研究表明，应用特殊材料作为镀层与金刚石结合能够防止金刚石过早的脱离，对钻头速度和寿命都有一定程度的增加。

除此之外也有一种采用巴拉斯和人造单晶复合而成的金刚石钻头被研究出来，它具有增加钻进宽度的作用，多用于油气深钻等方面的应用。

金刚石钻头如今的发展已经不仅是在于追求实用寿命，更多的要求高效，重点研究如何在高钻速的前提下降低钻头消耗，从而节约钻探成本。

现在的市场更加需要的是高效、低耗类型钻头，但是目前这种钻头的价格仍然过高，接受程度较低。

进行钻头的研发和创新是目前极为重要的任务，国外的发展已经走在了我们的前面，我们应该更加强调技术创新、摆脱陈旧，尽快赶超国际水平。

2金刚石钻头耐磨机理金刚石钻头的耐磨机理主要表现在当其与岩石发生机械磨损时，能够以某种方式对岩石的内部结构进行破坏，当然钻头本身也会造成一定程度的损耗，这就是磨损的过程。

金刚石线锯制造的一些关键技术问题图1表明了分别采用未镀覆金刚石与镀覆金刚石上砂电镀镍的区别。

众所周知，采用未镀覆的原始金刚石制作电镀金刚石工具，镀镍层从工具的基体开始逐渐生长增厚，由于金刚石不能导电，镍镀层不在金刚石上沉积，而是“绕过”金刚石生长，通过显微镜发现发现，在镍镀层与金刚石颗粒界线处，镍镀层会凹陷。

因此，金刚石在电镀过程中作为“杂质”被镍镀层埋在镀层内，形成电镀金刚石工具。

这样，金刚石与镍镀层之间结合力不好，只是靠镍镀层对金刚石的机械镶嵌来把持金刚石，因此对于镀层的厚度有着严格要求，一般认为最佳镀层厚度应该使得金刚石直径的70%埋入镍镀层中，埋入厚度不足，金刚石容易脱落；反之埋入过多，金刚石难于出露，工具的出刃不好，加工效率低。

这样的要求给电镀过程控制带来了镀层厚度要求高，难调控的问题。

另外，由于金刚石不导电，镍镀层不能直接在金刚石表面形核生长，而是“绕过”金刚石生长，非常不利于金刚石上砂，也就是说，金刚石颗粒不容易沉积到钢丝基体上。

金刚石微粉上砂慢，浓度不易调整，浓度难于控制。

这个问题对于长度巨大的金刚石线锯连续大批量生产提出挑战。

如果采用镀覆的金刚石制作电镀金刚石工具，如镀钛金刚石、镀镍金刚石、镀铜金刚石、镀铬金刚石、镀覆合金的金刚石以及复合镀层金刚石等等，情况与上述未镀覆的金刚石发生了很大的变化。

由于镀覆的金刚石变得导电了，镍镀层从工具的基体和与基体接触的镀覆金刚石上同时生长，而不是“绕过”金刚石生长，上砂容易，镀层生长迅速因此镀覆的导电金刚石在电镀过程中不是作为“杂质”，“被动”地埋在镍镀层内，而是“主动”与镍镀层形成电镀金刚石工具。

由于镍镀层迅速漫过整个金刚石颗粒，对金刚石颗粒全覆盖，镍镀层厚度可以比薄，金刚石出刃高，制造方法电镀，金刚石微粉复合镀镍，使得金刚石微粉颗粒与金属镍共沉积在钢丝上钎焊法，采用钎焊的方法，用钎料把金刚石钎焊在钢丝上挤压镶嵌法，采用机械挤压方法，把金刚石颗粒嵌入钢丝。

M灘金刚石工具石材锯切专用金刚石刀头设计因素分析邱陆一白硕玮林润泽王秋燕*(青岛大学机电工程学院，山东青岛266071)摘要：随着锯片基体的不断减薄，对与之相匹配的金刚石刀头的设计与制造提出了更高要求。

为达到最佳切割效果，合理选择金属胎体的化学成分、粒度尺寸、形状与压制特性，以及金刚石的粒度、形状、强度等是金刚石刀头设计与制造的重要环节。

因此，本文在分析锯切专用金刚石刀头特点的基础上，探讨了金刚石原材料(粒度、浓度和品级)、胎体成分以及烧结工艺对金刚石锯片性能的影响规律，为金刚石刀头设计提供指导意义。

关键词：锯片减薄金刚石刀头切割效果烧结工艺-、八—X—1刖S随着科学技术和现代工业的高速发展，石材加工业向高效绿色方向发展，对金刚石锯片基体减薄的呼声也越来越高。

使用超薄型锯片可以提高出材率，降低能耗，是石材行业未来的发展趋势。

基体厚度减薄的同时，刚性也会随之下降。

为了使之具有原来或优于标准厚度的切割性能，除保证基体的外形尺寸、严格控制其平面度、同片硬度差等外，还需要一套与其尺寸性能相匹配的金刚石刀头。

在刀头厚度按基体厚度减量减薄的同时，刀头与石材作用区域逐渐变小，对其锋利度和耐磨性提出更高的要求。

另一方面，金刚石刀头作为一种用粉末冶金方法制造的产品，外观尺寸的本身就与其内在性能有着密切关系。

影响金刚石刀头性能的主要因素有很多，比如：胎体配方、刀头形状及结构、金刚石的粒度及品级、工艺过程等，这些均会对刀头的质量产生重要影响。

因此，本文主要分析了金刚石刀头原材料即金刚石粒度、浓度、品级，胎体结合剂和烧结工艺对其使用性能的影响。

作者简介：邱陆一(1996.05.25),男，山东诸城人，硕士研究生，邮箱：1510816341@,通讯作者：王秋燕(1986.10.19),女，宁夏银川人，博士，硕士生导师，邮箱：******************.cn.项目：国家自然科学基金项目(51705269)o 2锯片使用性能影响因素分析影响金刚石锯片使用性能的因素很多，其中主要影响因素如下：磨粒(粒度、浓度、品级)、胎体配方和烧结工艺等。

非均质胎体金刚石钻头结构单元设计及其磨损特性研究的
开题报告
题目：非均质胎体金刚石钻头结构单元设计及其磨损特性研究
摘要：
本研究主要针对传统金刚石钻头存在的磨损快、使用寿命短等问题，提出了非均质胎体金刚石钻头结构单元设计的方案。

该设计方案采用不同硬度的金刚石颗粒分别填充于胎体的内部和表层，形成硬度分布不均的结构，从而提高了钻头的抗磨性和使用寿命。

本研究将钻头的使用寿命和磨损特性作为主要研究对象。

通过实验对比不同结构的金刚石钻头在钻孔速率、磨损程度等方面的表现，分析非均质胎体结构对钻头使用寿命和磨损特性的影响。

本研究预计采用经典的机械加工实验方法，对不同结构的金刚石钻头进行制备和测试。

主要研究内容包括：设计不同硬度分布的金刚石颗粒填充结构，制备非均质胎体金刚石钻头；采用静态和动态试验方法对钻头的抗磨性、磨损速度、磨损机制等进行测试和分析；根据实验结果，对钻头结构和材料进行优化，以提高钻头的使用寿命和性能。

预期目标：
1.设计非均质胎体金刚石钻头结构单元，实现不同硬度分布的金刚石颗粒填充，并进行制备；
2.通过实验分析非均质胎体结构对金刚石钻头磨损特性和使用寿命的影响，比较不同结构之间的性能差异；
3.优化金刚石钻头的结构设计和材料选择，提高钻头的使用寿命和性能。

关键词：非均质胎体；金刚石钻头；磨损特性；使用寿命；材料设计。

第四章钻头与钻井参数设计钻头和钻井参数是影响钻井速度、钻井时效和钻井成本的重要的可变因素。

本章主要介绍的是牙轮钻头和金刚石钻头的分类、选型及磨损定级的方法，并结合现场实践，对钻井水力参数、机械参数和钻井液流变参数进行优选设计。

第一节牙轮钻头的分类一．牙轮钻头结构特点简介牙轮钻头有单牙轮、双牙轮和三牙轮钻头之分，而三牙轮钻头是石油钻井中用得最为广泛的一种。

牙轮钻头一般由牙掌、牙轮、切削齿、轴承、锁紧元件、储油密封系统、喷嘴装置等部件组成。

下面以三牙轮钻头为例，对其结构特点（见图4－1）作一简要介绍。

1．钢齿牙轮钻头与镶齿牙轮钻头（1）钢齿牙轮钻头钢齿钻头又称为铣齿钻头，其牙齿是在牙轮毛坯上直接铣削加工而成的，牙齿形状为楔形齿。

钢齿钻头大多用于软的上部地层，研磨性较低的地层一般也选用钢齿钻头。

为了提高牙齿的耐磨性或使牙齿有自锐作用，在牙齿的表面及保径面上均敷焊有一层碳化钨粉。

钢齿钻头可分为软、中、硬地层钻头三种，其详细的分类方法及适用地层见后面的IADC分类。

（2）镶齿牙轮钻头镶齿钻头，又称碳化钨硬质合金齿钻头，它是将端部形状不同的、圆柱形的烧结碳化钨硬质合金齿压入锻制的牙轮壳体上已精加工好的孔内而构成镶齿牙轮钻头。

镶齿钻头的切削结构具有很高的抗磨损和承载能力，其使用寿命较长，尤其是破碎硬的、研磨性高的地层，如隧石、石英岩等，效果更好。

这种钻头适用地层范围广，已在石油钻井得到了广泛的应用。

目前国内外常用的镶齿钻头的硬质合金齿齿形有十多种，如球形、尖卵形、圆锥形、楔形、勺形、锥勺形、偏顶勺形、边楔形、平顶形等等，如图4－2所示。

针对不同的地层、不同的岩性，要选择不同齿形的钻头。

楔形齿，齿呈楔子状，对地层具有切削、挖掘作用。

其齿顶角有60°、65°、70°、75°、90°等，适用于软至中硬地层。

齿顶角越大，适用的地层越硬。

球形齿的端部是个半圆形球面，耐磨性最好。

钻进极硬地层时金刚石钻头的另一种设计方法摘要：当出现可钻性XⅠ以及XⅡ等特别硬的地层时，金刚石钻头在设计上就要具备低浓度、细颗粒以软胎体等特点，这是传统设计理论的观点。

而笔者则在文中介绍了另外一种设计方法，该设计方法在实践中得到了很好的运用，不仅在极硬地层钻进时的效率高，而且钻头的性能也非常的好。

此外，使用的时间也比较的长，因此在这类地层中具有很强的适应性。

关键词：极硬地层；金刚石钻头；设计原理在南方，铀矿钻探时碰到硬地层的状况比较多见，比如：可钻性XⅠ以及X Ⅱ等特别硬的地层。

这类地层在花岗岩地层中经常会遇到。

在对硬地层进行钻进时，由于钻头比较容易打滑，因此很难进尺。

此外，钻头的使用寿命也会缩短，工作效率就会下降。

因此，为了提高钻头的使用寿命和工作效率，国内外的研究人员都对此进行了研究，也取得了不错的成果，这对于钻探技术的进步和发展具有重大的意义。

例如，常结合回转法碎岩就是一种全新的钻探技术，该技术目前已经比较成熟。

1.地层情况和钻进中碰到的挑战我公司在江西某地区进行铀矿普查，在该项目普查的过程中，主要遇到的岩层可钻性是：X级以及XⅠ级。

当孔深超过200米时，X级以及XⅠ级等极硬地层的厚度就会远远的大于设计值。

如果使用传统的机械，比如：S75绳钻钻头，那么寿命就会很低。

此外，工作时效也非常的慢。

一般的成绩不会超过20米。

而在纯石英层工作时，只会达到几米的寿命。

当对该类地层进行钻进时，我公司往往使用的是软胎体钻头。

该钻头的规格是浓度是80%，基本上是10-15度。

使用该钻头也会遇到一些问题和挑战，比如打滑现象经常出现。

有的在放进磨料后，打不了几米后，胎体就会被磨损，而沟槽的状况就会出现，钻头报废的概率就比较的大。

在这种情况下，工作人员就会认为是投进磨料后，也就是说该类钻头已经报废，而施工的进度和钻孔的质量就会严重的下降。

2.设计的基本理论2.1.传统理论在进行金刚石钻头的设计时，我们要参考的依据是：钻头一定要和所钻岩层的性质保持一致，要相互的适应。

基于单只钻头金刚石用量控制的钎焊金刚石钻头制备王波;肖冰;邵明嘉;段端志【摘要】During the preparation process of brazed diamond drill,the amount of diamond is difficult to control,which leads to unstable quality problems easily.In order to solve the problem,the mechanism of brazed diamond drill distribution was analyzed and the formula to calculate the amount of diamond was determined.The brazed diamond drill bits ofϕ12 mm,ϕ18 mm,ϕ22 mm,ϕ35 mm were prepared. The amount of diamond was measured by precision scales respectively and were compared with the theoretical values.The results showed that when the amount of brazed diamond drill was in 1 10 to 380 range,the difference of diamond consumption ranged 0.001 ~ 0.12 ct;the differences of ϕ12 mm,ϕ18 mm,ϕ22 mm and ϕ35 mm drill were less than 2%;single diamond drill dosages were respectively 1.104 ct,2.377 ct,3.559 ct,4.178 ct,compared with the theoretical value,the actual amount distributed basically within the range of the theoretical amount.The preparation of drill guided by the theoretical calculated amount proved feasible.%钎焊金刚石钻头在制备过程中金刚石用量不易控制,易导致钻头质量不稳定。