6钻头

6.钻头煤矿井下定向钻进技术培训系列课程内容1.金刚煤矿用钻头主要类型及其特点2.“罗克”钻头新产品介绍6.钻头——6.1煤矿用钻头主要类型及其特点煤矿井下定向钻进技术培训系列课程内容1.金刚石钻头2.金刚石复合片钻头3.硬质合金钻头1.金刚石钻头（1）主要产品类型a)表镶型b)孕镶型（2）金刚石钻头碎岩机理及适用性（3）关键技术：针对性的胎体配方设计和加工工艺2图6.1.1金刚石单晶1.金刚石钻头图6.1.2合金粉末（1）主要产品类型a)表镶型图6.1.3表镶型1.金刚石钻头无心型取芯型扩孔器全面钻头取心钻头b)孕镶型图6.1.4孕镶型1.金刚石钻头特点：高转速、低钻压；磨削碎岩，钻进效率低适用性：硬（8级）—坚硬（12级）（2）金刚石钻头碎岩机理及适用性1.金刚石钻头图6.1.5碎岩机理图钢体金刚石浓度与粒度胎体硬度（3）关键技术：针对性的胎体配方设计和加工工艺加工工艺：1、热压烧结成型（胎体性能稳定、生产效率低、模具成本高）2、无压烧结成型（胎体性能不稳定，生产效率高）3、冷压烧结成型（先成型后烧结，适合结构简单的批量产品，生产效率高）1.金刚石钻头图6.1.6胎体钻头结构2.金刚石复合片钻头（1）主要产品类型a)全面钻头b)取心钻头c)套铣打捞钻头d)扩孔钻头e)锚杆钻头f)石油（煤层气）钻头（2）金刚石钻头碎岩机理及适用性（3）关键技术：针对性的胎体配方设计和加工工艺（4）金刚石复合片钢体式钻头与胎体式钻头的区别三翼内凹钻头四翼内凹钻头平底钻头（1）主要产品类型a)全面钻头图6.1.7全面钻头2.金刚石复合片钻头支柱形钻头平角刮刀钻头弧角刮刀钻头2.金刚石复合片钻头（1）主要产品类型a)全面钻头图6.1.8全面钻头2.金刚石复合片钻头（1）主要产品类型a)全面钻头-定向钻头窄保径反切宽保径七齿八齿合理选型：煤层建议选用窄保径、七齿定向钻头；岩层建议选用宽保径、八齿定向钻头。图6.1.9定向钻头2.金刚石复合片钻头（1）主要产品类型b)取心钻头图6.1.10取心钻头2.金刚石复合片钻头（1）主要产品类型c)套铣打捞钻头图6.1.11打捞钻头图6.1.12打捞原理示意图2.金刚石复合片钻头（1）主要产品类型d)扩孔钻头图6.1.13导向扩孔钻头图6.1.14导向扩孔原理示意图2.金刚石复合片钻头图6.1.15多级组合防突钻头图6.1.16组合防突钻孔示意图（1）主要产品类型d)多级组合防突扩孔钻头半片型整片型2.金刚石复合片钻头（1）主要产品类型e)锚杆钻头图6.1.17锚杆钻头胎体式钢体式2.金刚石复合片钻头（1）主要产品类型f)石油（煤层气）钻头图6.1.18石油（煤层气）钻头特点：低转速、高钻压；剪崩碎岩，钻进效率高适用性：软（1-4级）—中硬（4-6级）—硬（7-8级）2.金刚石复合片钻头图6.1.19切削原理示意图（2）金刚石钻头碎岩机理及适用性对PDC片除进行研磨性、抗冲击性、热稳定性等常规性能测试外，还要进行实钻综合性能测试。2.金刚石复合片钻头（3）关键技术：针对性的胎体配方设计和加工工艺图6.1.20实钻综合性能测试平台图6.1.22高频感应钎焊图6.1.21手工火焰钎焊钢体式PDC钻头胎体式PDC钻头将普通复合片直接焊接在加工好的钢材钻头体上。胎体式复合片钻头是将钢体和胎体金属粉末在高温下烧结为一体，然后再将复合片镶焊在胎体合金钻头体上。2.金刚石复合片钻头（4）金刚石复合片钢体式钻头与胎体式钻头的区别图6.1.23钢体式钻头体与胎体式钻头体对比图胎体式和钢体式的区别121-胎体冠部2-钢体连接部1-切削齿2-保径部分3-连接部分1232.金刚石复合片钻头（4）金刚石复合片钻的分类图6.1.24胎体式钻头结构示意图3.硬质合金钻头（1）主要产品类型a)全面钻头b)取心钻头c)螺旋合金钻头d)大直径钻头e)牙轮钻头f)冲击锚杆钻头及锤头（2）硬质合金钻头碎岩机理及适用性a)回转切削机理b)冲击回转机理3.硬质合金钻头（1）主要产品类型a)全面钻头b)取心钻头图6.1.25取心钻头图6.1.26全面钻头3.硬质合金钻头（1）主要产品类型c)螺旋合金钻头图6.1.28插接式螺旋合金钻头图6.1.27配套用钻杆3.硬质合金钻头（1）主要产品类型d)大直径钻头图6.1.29大直径合金钻头3.硬质合金钻头（1）主要产品类型e)牙轮钻头图6.1.30牙轮钻头结构示意图图6.1.31牙轮扩孔钻头3.硬质合金钻头（1）主要产品类型f)冲击锚杆钻头及锤头图6.1.32冲击锚杆钻头（钎头）图6.1.33冲击锤头（潜孔锤头）特点：中等转速、低钻压；低成本；切削碎岩，钻进效率高。适用性：软（1-4级）煤层、沙土层等—中硬地层（4-6）泥岩、页岩等3.硬质合金钻头（2）硬质合金钻头碎岩机理及适用性a)回转切削机理图6.1.34回转切削示意图工艺：气动冲击和液动冲击特点：（高频）冲击、低速速回转；冲击碾压碎岩，钻进效率高。适用性：软（1-4级）—中硬（4-6级）—硬（7-8级）3.硬质合金钻头（2）硬质合金钻头碎岩机理及适用性b)冲击回转机理图6.1.35冲击切削示意图6.钻头——6.2“罗克”钻头新产品介绍煤矿井下定向钻进技术培训系列课程内容1、多阶高胎体金刚石取芯钻头2、平角刮刀型PDC定向钻头3、弧角刮刀型PDC钻头4、阶梯式内凹型PDC钻头5、煤层气钻井用PDC钻头6、内心可开闭式PDC钻头7、先导型套铣打捞钻头8、掏穴钻头9、直槽式PDC锚杆钻头10、插接式PDC锚杆钻头特点及优势：多层水口结构，工作层高度15~24mm（常规7-10mm)，寿命提高1倍以上；采用热压与镶焊相结合的制造工艺，结构更可靠，生产周期短；可根据地层快速调整金刚石孕镶块胎体配方，优化钻头配置。图6.2.2三层水口（三阶）高胎体金刚石钻头图6.2.1常规单层水口金刚石钻头1、多阶高胎体金刚石取芯钻头使用效果：2012年试制的Φ75/54.5mm三阶高胎体金刚石钻头先后在青海玉树曲麻莱县（地层以致密砂岩和板岩为主）、西藏山南加查县（地层以砂岩和千枚岩为主）两个地区进行了试验，钻头寿命分别比普通单层水口钻头提高120%和141%。现有产品规格型号：Φ75/54.5mm两阶型、三阶型。1、多阶高胎体金刚石取芯钻头图6.2.3青海玉树试验钻头图6.2.4西藏山南试验钻头主要针对硬岩钻进采用常规平底柱齿型钻头效率低、使用寿命短的需求开发的。特点及优势：直角形（内锥形）刀翼结构,侧切削能力更强、特别适用于多分支钻进；分层、错峰、均衡布齿，钻进效率更高；关键部位采用高品级PDC切削齿,时效高，寿命长，适用于硬地层钻进；刀翼侧镶嵌大颗粒金刚石聚晶，保径效果更好；钻头体更耐磨。2、平角刮刀型PDC定向钻头图6.2.5平角刮刀型PDC定向钻头淮南潘一煤矿硬岩(石英砂岩)钻进246m,是普通钻头寿命的2.5倍,效率提高30%晋城大宁矿硬岩定向钻进200m,钻头几乎没有磨损。现有产品规格型号：Φ96mm、Φ98mm（3-7/8”）、四翼型、三翼型2、平角刮刀型PDC定向钻头图6.2.6淮南用图6.2.7晋城用胎体式主要针对硬岩钻进采用常规三翼（四翼）内凹型钻头效率低、使用寿命短的需求开发。特点及优势：圆弧形刀翼结构，更有利于PDC片切削岩层，提高钻进效率；分层、错峰、均衡布齿，钻进效率更高；切削自由面大、切削齿数量多，适用于硬岩钻进；根据地层选择胎体式、钢体式，适用性更强，性价比高。3、弧角型PDC钻头图6.2.8弧角钻头建模图现有产品规格型号：Φ96mm、Φ98mm（3-7/8”）、四翼型、三翼型。图6.2.9三翼弧角钻头图3、弧角型PDC钻头钢体式2013年以在淮南潘一矿、顾桥矿、谢桥矿等进行了推广应用，钻进中硬以上地层时，效率提高30%以上，寿命提高一倍以上。目前已推广500余只，将成为替代硬岩钻进用现有内凹型钻头的主要产品类型。现有产品规格型号：Φ94mm三翼型、Φ113mm三翼型3、弧角型PDC钻头图6.2.10使用后的三翼弧角钻头图4、阶梯式内凹型PDC钻头在现有内凹PDC钻头基础上，将刀翼上的PDC切削齿进行分层布置，以提高钻进效率。特点和优势：阶梯式分层布齿，更有利于刀翼切入岩石，提高钻进速率；继续保留内凹结构，钻头仍具有较高的稳定性；主要适用于软-中硬地层，相对于常规内凹型钻头主要是钻进效率高，遇到破碎地层容易断齿或崩齿。现有产品规格型号：Φ94mm、Φ113mm三翼内凹型图6.2.11阶梯式内凹PDC钻头图5、煤层气钻井用PDC钻头主要针对地面煤层气井、工程井等施工开发，可在软-中硬（f≤8）完整的地层钻进，不宜在破碎、裂隙、强研磨性地层使用。特点及优势：切削齿选用优质金刚石复合片，不易崩齿；采用专有焊接技术，焊接强度高，不易掉齿；采用API标准扣型，可配套石油钻杆使用。图6.2.12煤层气钻头图现有产品类型：钢体式：采用万能工具铣床加工成型，工艺相对简单，但对设备要求高。胎体式：采用粉末烧结工艺成型，加工工艺复杂，加工周期长。现有产品规格：4-5/8”(117.5mm)；4-7/8”(123.8mm)；5-7/8”(149.5mm)；6”(152.4mm)；8-1/2”(215.9mm)钢体式五翼胎体式五翼胎体式四翼5、煤层气钻井用PDC钻头图6.2.13煤层气钻头种类图6、内心可开闭式PDC钻头用于解决松软突出煤层、破碎地层中钻进成孔难的问题，配套大通孔螺旋钻杆可实现从名杆中心快速下套管，优点如下：全面钻进时中心翼片关闭；终孔时用套管将中心翼片顶开，将套管下入内心；中心翼片不留孔内，钻头可重复利用；专有定位技术，保证中心翼片开闭灵活。现有产品规格：Φ94mm、Φ103mm、Φ113mm、Φ120mm。图6.2.14中心可开闭式PDC钻头图6.2.15使用过程图7、先导型套铣打捞钻头先导型套铣打捞钻头不但能解决孔内卡、断、埋钻具的问题，还能避免普通打捞钻头出现的钻孔偏斜等问题，能更快地打捞孔内钻具。先导结构可以使打捞钻头更好地沿原钻孔轨迹钻进，快速清除钻孔中的异物，提高打捞效率；先导式打捞钻头比普通打捞钻头具有更高的钻进效率，能用于中硬以上地层钻进；先导齿切削量较低，扶正的过程中可以降低打捞钻头与钻具的摩擦，保护钻具实现快速打捞。现有产品规格：Φ94mm、Φ103mm、Φ113mm、Φ120mm。图6.2.16阶梯打捞钻头A图6.2.17阶梯打捞钻头B8、掏穴钻头用于瓦斯抽放孔施工中，某一固定孔段直径的局部扩大，特别适用于穿层孔中，煤层段掏穴钻进，以扩大煤层段钻孔直径。其优点如下：避免进行全段扩孔，大大减少钻孔工作量，提高施工效率；翼片由水压自动打开，开闭灵活，可靠性高；扩孔范围广，94扩113或者113/300均可实现。现有产品规格型号：Φ94mm/193mm、Φ113mm/300mm图6.2.18掏穴钻头图6.2.19使用过程9、直槽式PDC锚杆钻头针对目前锚杆钻头存存在问题，研发了直槽式锚杆钻头，其优点如下：增大了复合片与钻头体的接触面积，焊接强度高；取消了中心水眼结构，避免了水眼堵塞；整体强度高，不易变形。已在淮北矿业集团芦岭煤矿进行了现场试验，与现场使用的锚杆钻头相比，使用寿命提高23%。2014年重点推广现有产品规格型号：Φ27mm、Φ28mm、Φ29mm、Φ30mm、Φ32mm图6.2.20中心水眼式图6.2.21直槽式10、插接式PDC锚杆钻头图6.2.22新型插接式PDC锚杆钻头6.钻头——6.3钻头的合理选择与使用煤矿井下定向钻进技术培训系列课题内容1钻头选择的一般原则2钻进规程参数的设定3合理使用钻头的要求钻头选择的一般原则•软—中硬（1～6）完整均质岩层，宜选用PDC钻头、天表钻头、聚晶钻头。•硬—坚硬（7～12）致密岩层，宜选用孕镶钻头，部分较软岩层可用细粒表镶金刚石钻头。•破碎、裂隙发育、软硬互层、强研磨性等复杂地层，宜选用胎体硬度大、金刚石浓度高的广普型孕镶钻头。岩石越硬、