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金刚石钻头的破岩机理

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  金刚石钻头的破岩作用是由金刚石颗粒完成的。要知道钻头的破岩作用,就须了解单粒金刚石的破岩作用。在坚硬地层中,单粒金刚石在钻压作用下使岩石处于极高的应力状态下(约4200-5700MPa,有的资料认为可达6300MPa),使岩石发生岩性转变,由脆性变为塑性。单粒金刚石吃入地层,在扭矩作用下切削破岩,切削深度基本上等于金刚石颗粒的吃入深度。这一过程如同“犁地”故称为金刚石钻头的犁式切削作用。

  在一些脆性较大的岩石里(如砂岩、石灰岩等),钻头上的金刚石颗粒在钻压扭矩的同时作用下,破碎岩石的体积远大于金刚石颗粒的吃入与旋转体积。当压力不大时,只能沿金刚石的运动方向形成小沟槽,加大压力则会使小沟槽深部与两侧的岩石破碎,超过金刚石颗粒的断面尺寸。

  金刚石钻头的破岩效果,除与岩性以及影响岩性的外界因素(如压力、温度、地层流体性质等)有关外,钻压大小是重要的影响因素。它和牙轮钻头一样,破岩时都具有表层破碎、疲劳破碎、体积破碎三种方式。只有当金刚石颗粒具有足够的比压吃入地层岩石,使岩石发生体积破碎时,才能取得理想的破岩效果。