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三強分享：金剛石鉆頭的結構及材料
2022-05-08 11:16:37
1、總體結構
金剛石材料鉆頭屬一體式鉆頭，整個鉆頭無活動部件，主要有鉆頭體，冠部，水力結構（包括水眼或噴嘴、水槽亦稱流道，排屑槽），保徑、切削刃（齒）五部分。金剛石鉆頭的冠部是鉆頭切削巖石的工作部分，其表面（工作面）鑲裝有金剛石材料切削齒，并布置有水力結構，其側面為保徑部分（鑲裝保徑齒）它和鉆頭體相連，由碳化鎢胎體或鋼質材料制成。鉆頭體是鋼質材料體，上部是絲扣和鉆柱相連接，其下部與冠部胎體連結在一起（鋼質的冠部則與鉆頭體成為一個整體）。
金剛石材料鉆頭的水力結構分為兩類。一類用于天然金剛石鉆頭和TSP鉆頭，這類鉆頭的鉆井液從中心水孔流出，經鉆頭表面水槽分散到鉆頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒，最后攜帶巖屑從側面水槽及排屑槽流入環形空間。另一類用于PDC鉆頭，這類鉆頭的鉆井液從水眼中流出，經過各種分流元件分散到鉆頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒。PDC鉆頭的水眼位置和數量根據鉆頭結構而定。
金剛石材料的保徑部分在鉆進時起到扶正鉆頭、保證井徑不致縮小的作用，采用在鉆頭側面鑲裝金剛石的方法達到保徑目的。
2、金剛石鉆頭的切削齒材料
金剛石鉆頭切削齒材料分為天然金剛石和人造金剛石兩大類。金剛石為碳的結晶體，晶體結構為正四面體，碳原子之間以共價鍵相連，結構非常穩定，典型的品形有立方體、八面體和十二面體等。
金剛石是人類目前所知材料中最硬、抗壓強度最強、抗磨損能力最高的材料，因此它是作為鉆頭切削刃最理想的材料。
但是，金剛石作為鉆頭切削刃材料也存在較大的弱點。第一，它的脆性較大，遇到沖擊載荷會引起破裂。第二，它的熱穩定性較差，在高溫下金剛石燃燒變為二氧化碳和一氧化碳（碳化），在空氣中約在455～860℃之間，金剛石就要出現石墨化燃燒；在惰性或還原性氣體中不會氧化，但在約1430℃時，金剛石晶體會突然爆裂而變成石墨。因此金剛石鉆頭的設計、制造和使用中須避免金剛石材料經受高的沖擊載荷并保證金剛石切削齒的及時冷卻。
燒結、低溫電鍍金剛石取芯鉆頭
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