金刚石钻头与PDC钻头
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用于软到中硬地层的金刚石钻头，由于其工作面小，金刚石颗粒 粗而稀，钻进时钻速快，岩屑多而粗，因此水槽应宽而少。
而对于硬和坚硬地层，由于钻头工作面大、金刚石颗粒细而密， 且出刃低，钻压大，水槽则应多、密、窄。
表镶式金刚石钻头通常采用的水槽结构大体上可分为：逼压式 水槽、辐射形水槽、辐射形逼压式水槽和螺旋形水槽四种。
是在表镶式钻头工作面上薄弱部分的胎体内，孕镶一层金刚石。 破碎效果好，寿命长。
金刚石在钻头工作面 上的排布方式
交错排列法 圆周排列法 脊圈排列法
软到中硬 硬地层 坚硬地层
(4) 金刚石钻头的水眼与水槽是构成钻头水动力的通道。 水眼和水槽的布置原则： 是使金刚石钻头在钻进过程中，保证供给钻头工作面足够的水 力能量，既能清除岩屑，又能很好地冷却和润滑钻头上的金刚石。
金刚石钻头与PDC钻头
金刚石钻头与PDC钻头
(1) 钢体
钢体上部车有螺纹连接钻具，下部与胎体烧结在一起。刚体有一体式的，也有由 两部分构成的，即上部为合金钢车有螺纹，下部为低碳钢连接胎体。钢体上下两部分 以螺纹连接在一起然后焊死。
(2)
胎体是镶嵌金刚石颗粒的基体，是由一定粒度的硬质合金粉加上适当的易熔金 属作粘合剂，压制烧结而成。
刮刀片形
PDC钻头基体有四种基本冠部外形： 浅锥形 短抛物线形 抛物线形
刮刀片形
翼片很长，增加了复合片出刃高度，增加了钻头冠部与地层之间的间隙， 使岩屑易于排向环形空间不致于粘附于钻头体，有利于射流的清洗。
特点：能减少泥包和与泥包相关的钻井问题。
适用范围：转盘钻井的直井和定向钻井，钻进粘性极高的泥页岩层。
胎体形状即工作剖面，主要是指工作面的几何形状和工作面积的大小，是根据适用不 同岩性而设计的。
双锥阶梯形剖面 软到中硬地层
双锥形剖面 较硬地层
“B”型剖面 硬地层
带波纹的“B”型剖面 坚硬地层
(3)
金刚石钻头的切削刃根据金刚石颗粒镶装在胎体上的形式有表镶式、孕镶式 和表孕镶式三种。
表镶式 孕镶式 表孕镶式
把金刚石颗粒只镶在胎体表面上层。
颗粒大小：0.5~1.5粒/克拉，出刃高度：1/3~1/4，棱角不宜尖锐， 以免钻进中崩裂。
把金刚石颗粒均匀分布在钻头工作面胎体金属层的一定厚度层 内，随胎体磨损，金刚石颗粒不断露出而不断磨削岩石，并不 断自锐，不断磨损，直到金刚石磨完为止。
颗粒粒度：20~200粒/克拉，棱角越大越好，孕镶层厚度： 2~12mm。
适用范围：只适用于钻盘钻井，钻进夹层。
抛物线形
冠部载荷分布均匀，无明显载荷过渡区，载荷不致过分集中。这种冠部 外形可使钻头及规径部位布更多的切削齿。
特点：具有良好的寿命；要求较高的流量和水力能量来实现清洗和冷却， 钻头的鼻部在钻夹层时易受损坏。
适用范围：高速井下动力钻进。
（2） 钻头切削齿
聚晶金刚石复合片是经过特殊工艺将金刚石微粒粘 结在一起形成的复合材料。复合片上部为聚晶金刚石薄 层，其厚度为0.500~0.635mm，是切削齿锋利的刃口，硬 度及耐磨性极高，当抗冲击性较差。复合片下部为碳化 钨基片，聚晶金刚石片与碳化钨基片之间的有机结合， 使得PDC齿既具有金刚石的硬度和耐磨性，又具有碳化钨 的结构强度的抗冲击能力。
有一个带锥度的冠部，冠顶相当圆顿。可以使钻头外侧布置更多数量的 切削齿。
浅锥形
特点：钻头的磨损更为平衡。
适用范围：转盘钻井、井下动力钻井及定向钻井都比较稳定，最适合于
，
钻可能遇到硬夹层的地区。
短抛物线形
冠部面积最小，水力能量集中，易于清洗。其外形有较长的保径齿，能 适当扶正。复合片密度不宜过大。
特点：快速钻进中，能保持方位和井斜。
1. PDC钻头结构
PDC钻头为一整体式钻头，整个钻头没有活动零部件，结构比较简单，大致由
钻头基体、钻头切削齿、喷嘴及排屑槽等几部分组成。 （1）钻头基体
PDC钻头可分为钢体PDC钻头和碳化钨胎体PDC钻头。
钢体式PDC钻头的表面不耐冲蚀，规径易于磨小，而胎体式钻头的碳化钨合金耐 冲蚀、耐磨损，允许使用较高的钻头压力降、较高钻井液含砂量，易于进行优化水 力设计，具有较大的设计灵活性，鱼尾形钻头寿命较长。
牙嵌式切削齿
在增加了金刚石薄层厚度的同时，增加了金刚石层与 碳化钨基片的接触面积，提高了切削齿的研磨性和强度。
环嵌式切削齿 是牙嵌式切削齿的特殊形式，在嵌
牙的外缘增加了一周聚晶金刚石环。不 仅提高了切削齿的耐磨强度，还提高了 耐冲击强度。
凿形切削齿
通过改变切削 齿的几何形状来实 现提高切削齿吃入 深度目的的齿形， 可在坚硬的研磨性 地层提高钻速。
金刚石破碎岩石的效果，除与岩石 的性能有关外，还与井筒和地层孔隙流 体的压差有大小、钻压大小及金刚石几 何形状、粒度和出露有关。
钻头基体 金刚石
接触面积
出露高度 吃入深度
二、 PDC钻头
聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact)钻头，简称PDC钻头。
它是用人造聚晶金刚石复合片做成小型切削块镶嵌或烧结到钻头体上而形成的。使 用于软到中硬地层。
PDC齿具有良好的自锐性，聚晶金刚石晶粒在切削岩石的过程中不断脱 落，使刃面的晶粒更新自锐。此外，碳化钨基片先磨损，形成锋利的刃口， 同时具有良好的抗冲击性能,为金刚石提供切削齿 环嵌式切削齿 凿形切削齿 倒角切削齿 凸圆形切削齿 齿状碳化钨基柱
标准切削齿
圆柱状和栓销状切削齿是两种基本类型，圆柱状是标准切削齿，使用最普 遍。其它几类切削齿都是以标准切削齿为基础上改型的。 标准切削齿很容易受冲击载荷而损坏，使金刚石薄片与碳化钨基片分离，或者 产生大块金刚石薄层破裂，在钻硬地层时效果不理想。
2.金刚石钻头破岩原理
当钻某些硬地层时，钻头上的每粒金刚石在钻压作用下压入岩石使下面的岩 石处于极高的应力状态，呈现塑性，同时在旋转扭矩的作用下产生切削作用，
破碎岩石的体积大体上等于金刚石吃入岩石的位移体积。
对于脆性较大的岩石，在钻压和扭 力的作用下所产生的应力可使岩石沿剪 切面产生裂缝,此时,岩石破碎体积远大 于金刚石吃入后位移体积。脆性较大的 岩石其破碎深度可达金刚石压入深度的 2~5倍。
而对于硬和坚硬地层，由于钻头工作面大、金刚石颗粒细而密， 且出刃低，钻压大，水槽则应多、密、窄。
表镶式金刚石钻头通常采用的水槽结构大体上可分为：逼压式 水槽、辐射形水槽、辐射形逼压式水槽和螺旋形水槽四种。
是在表镶式钻头工作面上薄弱部分的胎体内，孕镶一层金刚石。 破碎效果好，寿命长。
金刚石在钻头工作面 上的排布方式
交错排列法 圆周排列法 脊圈排列法
软到中硬 硬地层 坚硬地层
(4) 金刚石钻头的水眼与水槽是构成钻头水动力的通道。 水眼和水槽的布置原则： 是使金刚石钻头在钻进过程中，保证供给钻头工作面足够的水 力能量，既能清除岩屑，又能很好地冷却和润滑钻头上的金刚石。
金刚石钻头与PDC钻头
金刚石钻头与PDC钻头
(1) 钢体
钢体上部车有螺纹连接钻具，下部与胎体烧结在一起。刚体有一体式的，也有由 两部分构成的，即上部为合金钢车有螺纹，下部为低碳钢连接胎体。钢体上下两部分 以螺纹连接在一起然后焊死。
(2)
胎体是镶嵌金刚石颗粒的基体，是由一定粒度的硬质合金粉加上适当的易熔金 属作粘合剂，压制烧结而成。
刮刀片形
PDC钻头基体有四种基本冠部外形： 浅锥形 短抛物线形 抛物线形
刮刀片形
翼片很长，增加了复合片出刃高度，增加了钻头冠部与地层之间的间隙， 使岩屑易于排向环形空间不致于粘附于钻头体，有利于射流的清洗。
特点：能减少泥包和与泥包相关的钻井问题。
适用范围：转盘钻井的直井和定向钻井，钻进粘性极高的泥页岩层。
胎体形状即工作剖面，主要是指工作面的几何形状和工作面积的大小，是根据适用不 同岩性而设计的。
双锥阶梯形剖面 软到中硬地层
双锥形剖面 较硬地层
“B”型剖面 硬地层
带波纹的“B”型剖面 坚硬地层
(3)
金刚石钻头的切削刃根据金刚石颗粒镶装在胎体上的形式有表镶式、孕镶式 和表孕镶式三种。
表镶式 孕镶式 表孕镶式
把金刚石颗粒只镶在胎体表面上层。
颗粒大小：0.5~1.5粒/克拉，出刃高度：1/3~1/4，棱角不宜尖锐， 以免钻进中崩裂。
把金刚石颗粒均匀分布在钻头工作面胎体金属层的一定厚度层 内，随胎体磨损，金刚石颗粒不断露出而不断磨削岩石，并不 断自锐，不断磨损，直到金刚石磨完为止。
颗粒粒度：20~200粒/克拉，棱角越大越好，孕镶层厚度： 2~12mm。
适用范围：只适用于钻盘钻井，钻进夹层。
抛物线形
冠部载荷分布均匀，无明显载荷过渡区，载荷不致过分集中。这种冠部 外形可使钻头及规径部位布更多的切削齿。
特点：具有良好的寿命；要求较高的流量和水力能量来实现清洗和冷却， 钻头的鼻部在钻夹层时易受损坏。
适用范围：高速井下动力钻进。
（2） 钻头切削齿
聚晶金刚石复合片是经过特殊工艺将金刚石微粒粘 结在一起形成的复合材料。复合片上部为聚晶金刚石薄 层，其厚度为0.500~0.635mm，是切削齿锋利的刃口，硬 度及耐磨性极高，当抗冲击性较差。复合片下部为碳化 钨基片，聚晶金刚石片与碳化钨基片之间的有机结合， 使得PDC齿既具有金刚石的硬度和耐磨性，又具有碳化钨 的结构强度的抗冲击能力。
有一个带锥度的冠部，冠顶相当圆顿。可以使钻头外侧布置更多数量的 切削齿。
浅锥形
特点：钻头的磨损更为平衡。
适用范围：转盘钻井、井下动力钻井及定向钻井都比较稳定，最适合于
，
钻可能遇到硬夹层的地区。
短抛物线形
冠部面积最小，水力能量集中，易于清洗。其外形有较长的保径齿，能 适当扶正。复合片密度不宜过大。
特点：快速钻进中，能保持方位和井斜。
1. PDC钻头结构
PDC钻头为一整体式钻头，整个钻头没有活动零部件，结构比较简单，大致由
钻头基体、钻头切削齿、喷嘴及排屑槽等几部分组成。 （1）钻头基体
PDC钻头可分为钢体PDC钻头和碳化钨胎体PDC钻头。
钢体式PDC钻头的表面不耐冲蚀，规径易于磨小，而胎体式钻头的碳化钨合金耐 冲蚀、耐磨损，允许使用较高的钻头压力降、较高钻井液含砂量，易于进行优化水 力设计，具有较大的设计灵活性，鱼尾形钻头寿命较长。
牙嵌式切削齿
在增加了金刚石薄层厚度的同时，增加了金刚石层与 碳化钨基片的接触面积，提高了切削齿的研磨性和强度。
环嵌式切削齿 是牙嵌式切削齿的特殊形式，在嵌
牙的外缘增加了一周聚晶金刚石环。不 仅提高了切削齿的耐磨强度，还提高了 耐冲击强度。
凿形切削齿
通过改变切削 齿的几何形状来实 现提高切削齿吃入 深度目的的齿形， 可在坚硬的研磨性 地层提高钻速。
金刚石破碎岩石的效果，除与岩石 的性能有关外，还与井筒和地层孔隙流 体的压差有大小、钻压大小及金刚石几 何形状、粒度和出露有关。
钻头基体 金刚石
接触面积
出露高度 吃入深度
二、 PDC钻头
聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact)钻头，简称PDC钻头。
它是用人造聚晶金刚石复合片做成小型切削块镶嵌或烧结到钻头体上而形成的。使 用于软到中硬地层。
PDC齿具有良好的自锐性，聚晶金刚石晶粒在切削岩石的过程中不断脱 落，使刃面的晶粒更新自锐。此外，碳化钨基片先磨损，形成锋利的刃口， 同时具有良好的抗冲击性能,为金刚石提供切削齿 环嵌式切削齿 凿形切削齿 倒角切削齿 凸圆形切削齿 齿状碳化钨基柱
标准切削齿
圆柱状和栓销状切削齿是两种基本类型，圆柱状是标准切削齿，使用最普 遍。其它几类切削齿都是以标准切削齿为基础上改型的。 标准切削齿很容易受冲击载荷而损坏，使金刚石薄片与碳化钨基片分离，或者 产生大块金刚石薄层破裂，在钻硬地层时效果不理想。
2.金刚石钻头破岩原理
当钻某些硬地层时，钻头上的每粒金刚石在钻压作用下压入岩石使下面的岩 石处于极高的应力状态，呈现塑性，同时在旋转扭矩的作用下产生切削作用，
破碎岩石的体积大体上等于金刚石吃入岩石的位移体积。
对于脆性较大的岩石，在钻压和扭 力的作用下所产生的应力可使岩石沿剪 切面产生裂缝,此时,岩石破碎体积远大 于金刚石吃入后位移体积。脆性较大的 岩石其破碎深度可达金刚石压入深度的 2~5倍。