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鉆頭發(fā)展簡史
在上世紀(jì)80年代初期我國自主研發(fā)的PDC尚未成功之前，6×6mm聚晶體曾大量用于石油、鉆井的取芯鉆頭和式的鉆進鉆頭。三角塊形聚晶也曾大量用于制造中硬至硬地層(如石灰?guī)r、白云巖)、輕微研磨性地層的取芯或鉆進鉆頭。自90年代國產(chǎn)PDC大規(guī)模生產(chǎn)之后，聚晶人造金剛石逐漸退出了鉆井市場，被PDC取代。石油、鉆井用PDC鉆頭的研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)歷了一個相當(dāng)長的時間，早期PDC的抗沖擊性不高、存在分層現(xiàn)象，加上鉆頭設(shè)計制造方面存在問題及石油、鉆井具有風(fēng)險性，占據(jù)鉆井市場較大份額的牙輪鉆頭制造廠商表現(xiàn)不是那么積極，因此PDC鉆頭的研發(fā)和應(yīng)用遇到了較大的困難與阻力。美國在1973～1975年間采用GE公司生產(chǎn)的8.38×2.8mm、金剛石層為0.5mm厚的PDC(Compax)焊接到硬質(zhì)合金齒柱上再安裝到鋼體鉆頭上進行試驗，大量的原始試驗數(shù)據(jù)表明：PDC可取代用于鉆進硬和磨蝕性很高的巖石的表鑲鉆頭上的天然金剛石。但考慮到PDC的結(jié)構(gòu)與性能特點以及石油、地層大都為軟一中硬地層，于是鉆頭制造廠商把PDC應(yīng)用重點放到了具有重大市場前景的石油鉆井市場。美國Tulsa大學(xué)鉆井研究中心參與了的平面PDC鉆頭設(shè)計，并對PDc本身進行了關(guān)鍵性試驗。在此期間GE公司在南得克薩斯州、科羅拉多州、猶他州、上密歇根州進行了4只PDC鉆頭的試驗，暴露了PDC柱齒、鉆頭設(shè)計與制造方面的一些問題。
鉆頭發(fā)展簡史
初期試驗存在的問題解決后，1976年12月GE公司推出了鉆頭專用PDC系列產(chǎn)品Stratapax，其性能有所改進，更耐沖擊，也更有利于固定到鉆頭體上。與此同時Diamant B0art公司在波斯灣和北海鹽巖中、East.man Christensen公司在北海也進行了一些較為成功的PDC鉆頭試驗。通過上述初步探索性試驗之后，80年代末一直到現(xiàn)在，PDC制造廠對PDC進行了一系列的改進與創(chuàng)新，使PDC的各項性能得到了很大提高，而各大鉆頭公司隨著能源市場的景氣、價格的不斷創(chuàng)新高，他們與石油公司一起積極開發(fā)了一系列新型PDC鉆頭，改善了使用效果與擴大了使用領(lǐng)域。90年代起，從鉆頭水力學(xué)角度出發(fā)，通過完善鉆井泥漿以控制頁巖中鉆頭泥包現(xiàn)象獲得了成功，使解決鉆進頁巖夾層存在的問題獲得了突破性進展。PDC鉆頭的發(fā)展是Amoco公司發(fā)現(xiàn)了鉆頭損壞的原因是鉆頭旋轉(zhuǎn)偏擺(回旋)造成的，隨之發(fā)展了防鉆頭偏擺設(shè)計技術(shù)，各鉆頭制造廠從鉆頭設(shè)計角度出發(fā)對布齒結(jié)構(gòu)、刀翼結(jié)構(gòu)、鉆頭剖面形狀等采用了一系列防偏擺設(shè)計技術(shù)，將旋轉(zhuǎn)偏擺程度降低到。此外，Eastman Christensen公司將Amoco的防偏擺產(chǎn)品實現(xiàn)了商品化，采用了穩(wěn)定鉆頭工作裝置，使PDC在鉆進時降低導(dǎo)致其破壞的劇烈偏擺載荷，正式推出了防旋轉(zhuǎn)偏擺鉆頭，這種鉆頭在多層(非均質(zhì)夾層)巖層鉆進中更為有利。此外，鉆頭冠部形狀也由平面狀變?yōu)?～8刀翼甚至更多刀翼(螺旋形)的狀。
鉆頭的材料是中一種常用的合金材料，其特點是具有很高的硬度和耐磨性

鉆頭的材料是中一種常用的合金材料，其特點是具有很高的硬度和耐磨性。從構(gòu)成上來說，是以一種或多種難熔的碳化物，如碳化鎢、碳化鈦等的粉末為主要成分，加入作為粘接劑的金屬粉末如鈷、鎳等，經(jīng)粉末冶金制成造而成的合金材料。通常用于制造切削刀具、冷作模具以及高耐磨零件等。具有極高的硬和耐磨性。常溫下，它的硬度可以達到69到81HRC，耐磨性表現(xiàn)也相當(dāng)不錯。因此，這種材料制作的刀具切削速度可以比高速具快4到7倍，使用壽命不僅不會低于后者，反而比高速具長5到80倍，可以用于切削硬度達到50HRC的高硬度材料。具有較好的耐蝕性、性和耐高溫性。制作的刀具，通常能夠很好地抵抗大氣、酸、堿等造成的腐蝕，不容易發(fā)生氧化，還可以在900到1000度的高溫下保持堅硬。材料可以用于制作車刀、銑刀、刨刀、鉆頭等各種不同類型的刀具，適用于不同種類的加工工藝和工件材料。其中，鎢鈷類適合黑色金屬及、色金屬的短切屑加工以及非金屬材料的加工；鎢鈦鈷類則更適合鋼等黑色金屬的長切屑加工。在同類合金中，如果鈷含偏多，就更適合粗加工；鈷含量偏少，更適合于精加工。

過去，人們一直認為鉆削加工必須在較低的進給量和切削速度下進行，這種觀點在使用普通鉆頭的加工條件下曾經(jīng)是正確的。如今，隨著鉆頭的出現(xiàn)，鉆削加工的概念也發(fā)生了變化。事實上，通過正確選用合適的鉆頭可以大幅度提高鉆削生產(chǎn)率，降低每孔加工成本。