肖光军,周发海

(中国水利水电第八工程局 基础分局,湖南 长沙 410017)

1 概 况

1.1 牙轮钻头钻进的特点及应用

1.1.1 特 点

牙轮钻头因其结构的特殊性,与传统取芯钻进方法相比,有下列特点:

(1)牙轮在孔底绕钻孔轴线和绕牙轮轴滚动时,对岩石起压入压碎、剪切作用的同时,具有一定频率的冲击。

(2)牙轮钻头靠滚动和滑动轴承支撑在轴颈上,回转时转矩小,消耗的功率也小。

(3)轴心载荷均匀分布在碎岩牙轮上,在牙齿与岩石不大的接触面积上比压,提高了碎岩效果。

(4)牙轮钻在滚动时,在牙齿与岩石的接触中传递载荷为瞬时的,因此接触时间短,产生的热量少,减少了牙齿的磨损,延长了牙齿的寿命;同时瞬时接触造成的动载,亦强化了碎石,大大降低了成本,提高了工作效率。

1.1.2 牙轮钻头的碎石原理

在一定的压力和回转力作用下,钻头上的牙轮既公转又自转,产生了滚动、滑动、冲击振动的复合碎岩作用,这种复合作用,可分为冲击、压碎和切削剪切作用。

(1)冲击、压碎作用。钻进时,加在钻头上的轴心载荷(静载),使牙齿压碎岩石,这就是压碎作用。钢齿钻头的压入压碎是尖楔工具对岩石的压入压碎过程;而镶硬质合金的球齿钻头,则是球形工具压入压碎岩石的过程。

同时,钻头旋转时,牙轮的纵向振动产生冲击载荷(动载),使牙齿冲击破碎岩石,称为冲击破碎。

实际工作中,钻头工作时,产生的冲击载荷有利于破碎岩石,但也会使钻头轴承过早地磨损,使轮齿特别是硬质合金齿崩碎。……