鉆頭

人類認(rèn)識和使用鉆頭的歷史可以上溯到史前時代。燧人氏“鉆木取火”所使用的石鉆，可以看作原始的鉆頭。現(xiàn)代工業(yè)加工中廣泛使用的麻花鉆（俗稱鉆頭），是一種形狀復(fù)雜的實工件孔加工刀具，誕生于一百多年前?，F(xiàn)在，全世界每年消耗的各類鉆頭數(shù)以億計。據(jù)統(tǒng)計，在美國的汽車制造業(yè)，機械加工中鉆孔工序的比重約占50%；而在飛機制造業(yè)，鉆孔工序所占的比重則更高。盡管鉆頭的使用如此廣泛，但眾所周知，鉆削加工也是復(fù)雜的機械加工方法之一。正因為如此，人們一直致力于鉆頭的改進(jìn)和鉆削過程的研究。

①鉆頭數(shù)學(xué)模型和幾何設(shè)計研究：包括螺旋溝槽、后刀面、主刃和橫刃數(shù)學(xué)模型的建立，橫向截形與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，切削角度（分布）的計算與控制，鉆頭結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)特性分析，鉆尖幾何形狀與切削和排屑性能關(guān)系的研究。

②鉆頭制造方法研究：包括鉆頭幾何參數(shù)與后刀面刃磨參數(shù)之間關(guān)系的建立與優(yōu)化，鉆頭制造精度和刃磨質(zhì)量的評價與制造誤差的測控，鉆頭螺旋溝槽加工工具截形的設(shè)計計算，鉆頭加工設(shè)備特別是數(shù)控磨床與加工軟件的開發(fā)等。

③鉆削過程與鉆削質(zhì)量研究：包括影響鉆削過程的各種因素及出現(xiàn)的各種物理現(xiàn)象的分析、建模與監(jiān)控（如鉆削力、切削刃應(yīng)力和溫度分布的測量、建模和預(yù)報）；鉆頭磨損、破損機理與鉆頭壽命的研究；鉆頭的變形、偏斜、入鉆時的打滑和鉆尖擺動現(xiàn)象的研究；鉆削工藝（如振動鉆削、高速鉆削、深孔鉆削、鉆削過程的穩(wěn)定性等）與鉆削質(zhì)量（孔的位置精度、直線度、表面粗糙度、圓柱度、直徑、孔口毛刺等）的研究。

④鉆削機理與各種鉆頭（如群鉆、槍鉆、干切削鉆頭、微孔、深孔鉆頭、長鉆頭、可轉(zhuǎn)位鉆頭、合成材料加工用鉆頭、木工鉆頭、多螺旋槽鉆頭等）的研究。

⑤鉆削過程模型驗證和鉆頭性能評估過程的自動化，切削條件及鉆頭形狀選用數(shù)據(jù)庫和知識庫的建立等。

金剛石復(fù)合片

PDC鉆頭是當(dāng)今石油和勘探開發(fā)行業(yè)廣泛使用的一種破顏工具，它有效地提高了機械鉆具，縮短了鉆井周期   。

金剛石復(fù)合片(PDC—Polycrystalline DiamondCompact)是采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金襯底為原料，在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成的復(fù)合超硬材料，它既具有金剛石的硬度與耐磨性，又具有硬質(zhì)合金的強度與抗沖擊韌性，是一種的切削工具與耐磨工具材料，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于金屬與非金屬切削刀具、木材加工刀具、石油與鉆頭等許多領(lǐng)域。PDC研發(fā)及其在石油、鉆頭方面的應(yīng)用歷史已過去了35年，在這漫長的旅程中許多科學(xué)研究者為此作出了杰出的貢獻(xiàn)。

    1969～1975年鄭州三磨所分別生產(chǎn)了幾種不同直徑的JR20SN一2聚晶體，首先用于保徑的孕鑲鉆頭和擴孔器的制造，鉆進(jìn)礦山7級以下的地層，而后用6x 6mm聚晶體制造石油鉆頭，在勝利油田進(jìn)行試驗，以鉆進(jìn)同一井深2400m為例，聚晶鉆頭與硬質(zhì)合金鉆頭相比，每口井可節(jié)約1.1～1.2萬元，并節(jié)省78%的時間；聚晶鉆頭與牙輪鉆頭相比，節(jié)省成本50%以上，鉆井時間減少5～8天。另外1.8×5mm聚晶體制造的地質(zhì)取芯鉆頭、擴孔器以及2.5×5mm聚晶體用于冶金、煤田及地質(zhì)孕鑲鉆頭的保徑，其效果也與天然金剛石相近。

碳酸鹽巖氣藏有裂縫性、孔隙性和裂縫一孔隙性3類產(chǎn)層。孔隙性氣藏壓力規(guī)律性較清楚，基本表現(xiàn)為常壓，能實現(xiàn)平衡鉆井，如川東石炭系、長興生物礁等。而裂縫性氣層壓力依賴于地質(zhì)運動的強弱及巖石本身的強度·規(guī)律性差，很難預(yù)測。鉆井時按有裂縫存在而采用高密度鉆井液鉆進(jìn)。導(dǎo)致過平衡影響機械鉆速，但采用低密度鉆井液快速強鉆，突遇裂縫井噴的風(fēng)險很大。陽新組、長興組兩個高壓產(chǎn)層，由于壓力梯度高，巖石硬度大，并且地層深度深，鉆井液密度通常為1.50g/cm3；(云安6井壓力梯度達(dá)2.45MPa/hm，鉆井液密度2.41g/cm3)，致使鉆速長期徘徊在1.00m/h左右。