從孔底巖石破碎方式看PDC 鉆頭的能量消耗

使用復合片鉆頭時，合理的切削具布置方式不僅直接影響鉆進速度和鉆頭壽命，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，則在環槽中會出現封閉式切削情況。這時切削具與巖石接觸的周長最大，使孔壁巖石中的應力狀態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合片，還可采用半圓等其他非整形的復合片。為此需進行定量研究，確定復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，以便于在鉆探生產中選擇合理的非整形復合片。

由表中可看出，在5種形狀中№3和№5是把整形復合片分割成幾部分，而№1、№2和№4是沿復合片邊緣去掉一部分形成的。一般用兩種方法沿徑向把復合片分割成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)焊料把復合片焊牢在鉆頭鋼體或胎體上。只要仔細遵守焊接工藝方法，便可保證復合片固定在鉆頭鋼體上的強度達300～380MPa。為了防止在鉆具遭受強力振動和動載時復合片脫落，其抗沖擊力應不小于20kN。

№1、№4號復合片按自身面積估算其緊固力將達20～40kN，滿足孔底鉆進過程的工作條件。№5號復合片端部面積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)進行焊接。如果希望進一步提高固定強度，還可采用鑲嵌的辦法，即把復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，便可提高復合片在鉆頭上的固定強度，把各種形狀的復合片用于鉆探生產。