地质钻探用金刚石取芯钻头简介
金刚石钻头的保径简介
嵌在钻头胎体的内外保径层内，金刚石的支撑使内外径的
磨耗比大大增加，从而达到保径的目的。
文章来源：金刚石钻头
电镀金刚石钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
2，是金钻金刚石复合片钻头保径，这类钻头的保径通过
在钻头齿端和刚体面焊接高质量的合金条，由于合金条的
硬度比刚体高，刚体消耗达到合金条外径时，由于合金条
热压烧结金刚石钻头
三、总结
在地质勘探方面，还有极少数钻头有其自身独特的保 径方式，比如整体烧结钻头的整体保径和石油勘探钻头的
复合片保径等。无论保径方式如何，它们的目的只有一个，
就是钻进过程中通过较少内外径的消耗达到保径的目的，
这才能最大程度的保护钻具的磨损，较少钻探的成本。
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如何做好铁路混凝土抽芯钻探工程
的硬度高，是内外径的单位消耗减少，从而达到保径目的。
金刚石复合片钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
3，是金钻热压烧结金刚石钻头保径，这类钻头是通过热 压烧结的方式，将金刚石孕镶在钻头胎体内部形成胎体， 这类钻头的保径的方式是在烧结过程中，将一定数量的金 刚石聚晶同时埋镶在胎体内部，而且对摆放的位置要求比 较高，耐磨度高的金刚石聚晶能非常有效地保护钻头在钻 进过程中缩径的问题。
第四讲：金刚石钻头的保径简介
课件时间：2016年01月10日
主要内容
金刚石钻头钻进过程 金刚石钻头主要保径分类 总结
一、金刚石钻头钻进过程
金刚石钻头在地质钻探过程中，随着钻进总量的增加，金刚石钻头的磨 损量也在逐渐增加，主要体现在钻头的端面工作层面和钻头胎体的内外径。如 果钻头没有保径，那么随着钻头的使用，钻头的工作面减少的同时，内外径也 将磨损。外径的磨损导致钻头外径减小，当达到外径和钻具的外径相当时，孔 壁将和钻具产生摩擦，只是钻具受损严重。内径的磨损则导致钻头内径的增大， 钻取的岩心外径增大，当达到和岩心钻具的内径相当时，岩心进入管内容易导 致卡管现象，致使钻进无法继续进行。
金刚石钻头
(5). 钻头铰刀: 为了大量生产之需要,其前端为钻头,后端为铰 刀,钻头直径与铰刀直径只差铰孔之裕留量,也有钻头于螺攻 丝混合使用,故又称为混合钻头. (6).深孔钻头:最早用于枪管及石包管之钻孔加工,又称为枪 管钻头。深孔钻头为一直槽型,在一圆管中切除四分之一强的 部份以产生刃口排屑 (7). 锥度钻头: 当加工模具进料口时,可使用锥度钻头. (8). 圆柱孔钻头: 我们称其为沉头铣刀,此种钻头前端有一直 径较小之部分称为道杆. (9).圆锥孔钻头: 为钻削圆锥孔之用,其前端角度有90°,60° 等各种,我们使用的倒角刀就是圆锥孔钻头的一种.
金刚石钻头的物理性质
1. 硬度 硬度是金刚石最重要的性能之一。金刚石的硬度极高, 莫氏硬度为 10级, 研磨硬度是刚玉的150倍，是石英的1 000倍。 2. 强度 金刚石具有极大的抗静压强度。天然金刚石的抗压强度大约8 600MPa，约为刚玉的3.5倍 , 硬质合金的1.5倍,钢的9倍。用于钻探的人 造金刚石一般要求强度达 500MPa以上。 3. 耐磨性 金刚石具有极高的耐磨性,是刚玉的90倍，硬质合金的40～200 倍 , 钢的2000 ～5000倍。用于钻探的人造金刚石聚晶体 一般要求与中 硬碳化硅砂轮的磨耗比在1∶30000以上。 4. 热稳定性 金刚石是热的良导体，它散热比硬质合金刃具快。金刚石容 易受到热损伤，虽然温度尚低于其燃烧温度，但金刚石的强度、耐磨性 已受到严重影响。所以钻进中必须充分冷却，防止发生金刚石微烧或烧 钻事故。
第二节 金刚石钻头的组成
金刚石钻头是以锋利、耐磨和能够自锐的天然金 刚石或人造金刚石为切削齿，在钻低钻压下即可获 得较高的钻速和钻头进尺，是石油钻井中广泛使用 的一种高效钻头。 1 按金刚石来源可分为天然金刚石钻头和人造金刚 石钻头 2 按功用可分为取心钻头和全面钻进钻头； 3 按镶嵌方式可分为表镶和孕镶两类； 4 按钻井方式则可分为转盘钻井和涡轮钻井用两 类。
金锐钻具——Φ132mm绳索取芯钻头
Φ132mm绳索取芯钻头一、产品介绍Φ132绳索取芯钻头属于金刚石复合片钻头系列产品，与金刚石内凹钻头（金刚石无芯钻头）、金刚石无芯钻头、金刚石刮刀钻头、金刚石扩孔钻头等属于同一系列产品。
二、产品规格型号三、产品优势金刚石复合片取芯钻头镶齿方式属于潜铸式钻钻头，是将金刚石PDC复合片通过高温银焊固定在钻头体的刀翼槽内，因其刀翼设计，复合片一般采用1304/1305复合片，针对F≤10以内岩层使用。
主要用于煤矿及地质勘探施工取芯使用，在我们所针对的煤矿行业，金刚石复合片取芯钻头被大量使用。
钻进比较松软的泥岩类岩层时，推荐使用金刚石复合片取芯钻头，因为这类钻头的耐磨性能突出，水口大，对于泥土层有比较好的进尺效率和工作时间。
金刚石钻头是矿物勘探行业中最常用的钻头。
因为它们的应用范围最广。
精心挑选的优质人造金刚石牌号分布在浸渍钻头的基体系列中。
的ZM矩阵层包含这些晶体分布均匀，镶嵌在金属粉末粘结。
我们的孕镶钻头的基体设计为在磨损时将新金刚石暴露在钻头切削面上。
由于此动作，快速穿透率保持不变。
C6，C9、C12系列我们的浸渍钻头制造，以提供最佳的渗透速度和钻头寿命，这是必需的。
将金刚石钻探成本降低到最低限度。
可用的尺寸如下：AQ，BQ，NQ，HQ，PQ / AQTK，BQTK，BQ3，NQ2，NQ3，NQTT，HQ3，HQTT，PQ3，PQTTT2系列：T246，T256，T266，T276，T286，T2101 T6系列：T676，T686，T6101，T6116，T6131T系列：T36，T46，T56，T66，T76，T86四、注意事项1、正常作业时，严禁突然反转改变运行方向，以防止复合片钻头脱落；2、在正常作业时，空压机主风路不能有漏气现象，要保证足够的风量与风压，以延长金刚石复合片钻头的使用时间；3、新复合片钻头第一次使用时、要低速磨合半个小时，再逐步正常使用；4、在地质恶劣的环境中运行，要降低轴压和转速，防止钻头断裂；5、在正常的钻孔作业时，若中途须更换钻头，要严格检查孔内是否有杂物，须保证孔内干净方可使用新的复合片钻头；6、新复合片钻头第一次使用时，要注意打孔部位的清洁，防止有杂物影响正常的使用；7、在正常的钻孔作业时，若中途须更换钻头，要严格检查孔内是否有杂物，须保证孔内干净方可使用新的复合片钻头；8、严禁使用弯曲的钻杆，以避免钻头因受力不均而加速钻头的损坏，影响正常的使用时间。
地质钻探金刚石钻头结构参数
地质钻探金刚石钻头结构参数
地质钻探金刚石钻头的结构参数包括以下几个方面：
1. 钻头体：金刚石钻头的制作要求严格，一般用中碳钢加工而成。
双管钻头的钻头体较长，一般为115mm，壁较薄，上端有内螺纹与扩孔器相连接。
单管钻头的钻头体较短，一般为75mm，壁较厚、上端车有外螺纹与扩孔器相连接。
2. 金刚石含量：含量是根据钻头结构、直径及所钻岩石性质而确定的。
钻头直径大，克取岩石面积大，则所需金刚石数量多；反之，则少些。
同径同结构钻头，钻进强研磨性地层时，金刚石含量应大些，以减少单粒金刚石负担，维持钻头较长工作时间。
钻进研磨性小的岩层，金刚石含量应小些，以利于出刃。
一般同径孕镶金刚石钻头的金刚石含量比同径表镶钻头稍多。
如需获取更具体的信息，建议咨询地质学专家或查阅相关文献资料。
分析金刚石钻头的结构及特点
金刚石钻头的结构及特点长沙清泉钻机有限公司为您详细解析分析金刚石钻头的结构及特点1、总体结构金刚石材料钻头属一体式钻头，整个钻头无活动部件，主要有钻头体，冠部，水力结构（包括水眼或喷嘴、水槽亦称流道，排屑槽），保径、切削刃（齿）五部分金刚石钻头的冠部是钻头切削岩石的工作部分，其表面（工作面）镶装有金刚石材料切削齿，并布置有水力结构，其侧面为保径部分（镶装保径齿）它和钻头体相连，由碳化钨胎体或钢质材料制成。
钻头体是钢质材料体，上部是丝扣和钻柱相连接，其下部与冠部胎体连结在一起（钢质的冠部则与钻头体成为一个整体）。
金刚石材料钻头的水力结构分为两类。
一类用于天然金刚石钻头和TSP钻头，这类钻头的钻井液从中心水孔流出，经钻头表面水槽分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿，最后携带岩屑从侧面水槽及排屑槽流入环形空间。
另一类用于PDC钻头，这类钻头的钻井液从水眼中流出，经过各种分流元件分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿。
PDC 钻头的水眼位置和数量根据钻头结构而定。
金刚石材料的保径部分在钻进时起到扶正钻头、保证井径不致缩小的作用，采用在钻头侧面镶装金刚石的方法达到保径目的。
2、金刚石材料钻头的切削齿材料金刚石钻头切削齿材料分为天然金刚石和人造金刚石两大类。
金刚石为碳的结晶体，晶体结构为正四面体，碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定，典型的品形有立方体、八面体和十二面体等。
金刚石是人类目前所知材料中最硬、抗压强度最强、抗磨损能力最高的材料，因此它是作为钻头切削刃最理想的材料。
但是，金刚石作为钻头切削刃材料也存在较大的弱点。
第一，它的脆性较大，遇到冲击载荷会引起破裂。
第二，它的热稳定性较差，在高温下金刚石燃烧变为二氧化碳和一氧化碳（碳化），在空气中约在455～860℃之间，金刚石就要出现石墨化燃烧；在惰性或还原性气体中不会氧化，但在约1430℃时，金刚石晶体会突然爆裂而变成石墨。
因此金刚石钻头的设计、制造和使用中须避免金刚石材料经受高的冲击载荷并保证金刚石切削齿的及时冷却。
石油钻井 钻头介绍
二、刮刀钻头
2、刮刀钻头的正确使用
刮刀钻头适用于软地层和粘软地层。钻进时需要适当控 制钻压与转速，注意防斜、防蹩、防止刀翼断裂。由于刮 刀钻头在软地层中的机械钻速较快，岩屑量较大，宜采用 大排量钻进，充分清洗井底和冷却钻头。刮刀钻头钻进时 ，刀翼外侧线速度较高，磨损速度较快，钻头容易磨损成 锥形，此时要特别注意防斜和防止井径缩小。
刮刀片又称刀翼，是刮刀钻头主要工作部 件
2、刮刀钻头工作原理
二、刮刀钻头
刮刀钻头以切削方式破碎岩 石。刮刀钻头在软的塑性地层工 作时，其切削过程类似于刀具切 削软金属。刀片在钻压的作用下 吃入地层，与此同时刀刃前面的 岩石在扭转力的作用下不断产生 塑性流动，井底岩石被层层剥起 。
二、刮刀钻头
刮刀钻头钻进脆性较大的地层时，破碎岩石的过程则分为碰撞 、压碎及小剪切和大剪切三个阶段：
四、金刚石钻头
金刚石钻头是指靠镶嵌在钻头胎体上的金刚石颗粒破 碎岩石的钻头。金刚石是目前人类所知材料中硬度最大、 耐磨性最高的材料，因此金刚石钻头用于硬的、高研磨性 地层，可获得比较高的钻头进尺。虽然金刚石比较昂贵， 但金刚石钻头耐磨损，单只钻头进尺高，在当今的石油钻 井仍有较强的竞争力。目前，金刚石钻头在普通的旋转钻 井以及涡轮钻井和取芯作业中都得到了广泛的使用。
三、牙轮钻头
第二位数字表示所钻地层再细分为1，2，3，4四个硬度等级。 第三位数字表示钻头的结构特征： 1- 无密封滚动轴承； 2- T型外排齿保径； 3- 规径上有镶齿保径； 4- 密封滚动轴承； 5- 密封滚动轴承，规径上有镶齿保径； 6- 密封滑动轴承； 7- 密封滑动轴承，规径上有镶齿保径； 8- 定向井造斜钻头； 9- 其它。
三、牙轮钻头
据所钻地层性质的不同，国产牙轮钻头又分为七种不同类型， 按适用地层从软到硬的次序分别用数字（或字母）1（JR）、2（ R）、3（ZR）、4（Z）、5（ZY）、6（Y）、7（JY）表示， 其意义如下：
地质钻探用金刚石取芯钻头简介
三、取芯钻头规格
在我国地质钻探作业中，常用的国标口径的金刚石取芯钻头 口径为： 75mm、91mm、110mm、130mm、150mm、170mm。
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四、市场价格
对于金刚石取芯钻头的价格，随着制作工艺的改善，钻头的 成本有所下降，售价也是在逐步的下调，以金钻110钻头为 例，03年的售价高达430元，现今最新价格在360元左右。而 且工艺的改进使得现在钻头的质量较以前有大幅度的提升， 钻探效率明显增强，成本逐步在下降。
第一讲 地质钻探用金刚石取芯钻头简介
前言
地质钻探的钻进工具我们称为钻具，钻具由钻杆、 变径接手、岩心管和金刚石取芯钻头组成，今天我们简 单介绍一下金刚石取芯钻头的规格型号及其应用。
主要内容：
一、取芯钻头分类 二、取芯钻头选择原则 三、取芯钻头规格 四、市场价格
一、取芯钻头分类
在地质钻探中，取芯钻头分为 1，金刚石钻头 2，金刚石复合片钻头 3，金刚石绳索钻头
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2，钻进比较坚硬的岩石地层时，我们推荐使用电镀金 刚石取芯钻头，这类钻头由于制作工艺的原因，进尺 效率异常突出，破岩能力极强，在岩层中钻进的效率 远超复合片钻头。
3，我们需要钻进300米以上孔深时，这时候，金刚石绳 索取芯钻头就非常适合了，因为孔深的增加，对于岩心的 提取是非常重要的，绳索钻具的不需要提钻的特点极大的 缩短了上下钻具的时间，是深孔钻的成本极大降低。
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二、取芯钻头选择原则
根据不同的钻探任务，我们必须选择合适的钻头，目的就 是提高钻探的钻进效率和缩小钻探的综合成本。 1，钻进比较松软的泥岩类岩层时，我们推荐使用金刚石 复合片钻头，因为这类钻头的耐磨性能突出，水口大，对 于泥土层有比较好的进尺效率和工作时间。
科钻一井-金刚石取心钻头
金刚石取心钻头
金刚石钻头在科钻一井使用中遇到的难题是： 金刚石钻头在科钻一井使用中遇到的难题是： 岩石坚硬研磨性强，钻头克取岩石困难，钻进效率低， ① 岩石坚硬研磨性强，钻头克取岩石困难，钻进效率低， 胎体的保径效果不理想，钻头寿命短。 胎体的保径效果不理想，钻头寿命短。 承受液动锤的冲击载荷，要求钻头胎体强度高、 ② 承受液动锤的冲击载荷，要求钻头胎体强度高、金刚石 质量高和胎体对金刚石把持力强。 质量高和胎体对金刚石把持力强。 外径为157mm 内径为96mm 高为240mm 制造困难。 157mm、 96mm、 240mm， ③外径为157mm、内径为96mm、高为240mm，制造困难。 以往制造地质勘探取心钻头的工艺只局限于小口径（ ④以往制造地质勘探取心钻头的工艺只局限于小口径（91mm 以下） 设计新结构和研究制造工艺。 以下） ，设计新结构和研究制造工艺。 所钻遇的岩层超过50 为片麻岩，属于强致斜地层， 50％ ⑤所钻遇的岩层超过50％为片麻岩，属于强致斜地层，需要 钻头具有好的稳定性和防斜性能。 钻头具有好的稳定性和防斜性能。
二次成型镶嵌金刚石钻头
• 热压法制造工作层镶嵌块 • 无压浸渍法制造保径规 • 中温钎焊法将镶嵌块焊接在钻头体上
• 聚晶耐磨 • 天然金刚石高强度 • 卡邦金刚石高硬度
金刚石
• 采用高品级的SDA１００ ＋ 人造金刚石 （英国DE BEERS 公司标准） • 这种金刚石磨损到一定时候会发生微破裂， 金刚石可以保持较长时间的、较好的锋利 性能， 而不会因为磨损而变钝， 有利于提 高钻进速度和提高钻头使用寿命。
• 螺杆马达液动锤金刚石提钻取心钻进技术体系， 螺杆马达（C５ LZ 螺杆马达液动锤金刚石提钻取心钻进技术体系， 螺杆马达（ LZ１２０ 的理论转速为１２８ ９５ × ７ 和４ LZ１２０ × ７） 的理论转速为１２８ ～ ３８ 工作扭矩可达２１３７ ０r／min ， 工作扭矩可达２１３７ N · m 。 • 但在使用中， 由于受到各种条件的限制， 螺杆马达的实际转速不超 但在使用中， 由于受到各种条件的限制， ２００r 多数情况下为１７６ １８９r 过２００r／min ， 多数情况下为１７６ ～ １８９r／min ， １５ 钻头的外圆周线速度约１ ７mm 钻头的外圆周线速度约１.５m／ s ， 为孕镶金刚石钻头钻进 所要求的线速度（ 的下限值。 所要求的线速度（１.５ ～ ３m／s） 的下限值。 • 采用液动锤钻进对钻压的要求也随之降低， 通常的钻压范围为１ 采用液动锤钻进对钻压的要求也随之降低， 通常的钻压范围为１ ３５kN 但对钻头的耐冲击性能提出了较高的要求， ０ ～ ３５kN ， 但对钻头的耐冲击性能提出了较高的要求， 较大 的冲击力对金刚石钻头产生不利的影响， 的冲击力对金刚石钻头产生不利的影响， 曾出现多个钻头的胎块崩 甚至整块胎块脱落现象， 对电镀钻头的影响尤其明显。 落， 甚至整块胎块脱落现象， 对电镀钻头的影响尤其明显。
金刚石钻头参考资料
由于热压烧结一般没有保护气氛，胎体 在烧结过程中容易氧化，影响胎体的致密化 及烧结强度。因此，在胎体材料中通常要加 入某些活泼金属元素，使其在烧结过程中起 到脱氧作用，例如锰和钛等。这样，在烧结 过程中，残存于胎体孔隙之中未及排除的氧 就会优先与这些活泼金属反应，生成氧化物， 从而促进其他粉末的烧结。大家知道，铜及 其合金容易浸润各种金属及其合金或化合物， 同样也容易浸润在烧结过程中所形成的活泼 金属的氧化物，活泼金属的氧化物对于胎体 的整体性能不仅无害，而且这些细小的氧化 物颗粒还可在胎体中起到弥散强化的作用。 其化学反应式为：
事实上胎体中的其他粉末由于已经存放了某些时间以及环境的影响其表面一点也不被氧化和在表面上一点吸附气体也没有是不可能的所添加的活泼金属除了有一部分与空隙中的氧发生反应外还有一部分将与粉末表面的这些氧化物或所吸附的气体发生反应其反应这些置换反应均为放热反应对于表面活化了的粘结金属以及中间相的烧结无疑是具有重要作用的
第三节 孕镶钻头
第三节 孕镶钻头
孕镶钻头是将金刚石与胎体粉末拌 合在一起所制成的钻头(图6-6)，胎体将 金刚石全部包镶在里面，在钻头工作时， 金刚石随胎体的磨损以接力的形式不断 出露、工作、脱落、再出露。这种钻头 是为弥补大颗粒天然金刚石稀缺和昂贵 的不足而出现的。实践证明，孕镶金刚 石钻头具有优异的钻进性能和耐用性能。
.mm
• 石墨的线膨胀系数： 石 5.4 106 / C
• 钢体的线膨胀系数: 钢 15106 / C
中频炉
前已述及，对于孕镶钻头，其金刚石将随着
工作层胎体的磨损而逐渐出露，形成切削刃，胎 体工作面表层上切削刃的数量和出刃高度与金刚 石的浓度、粒度、品级以及胎体的耐磨性、对金 刚石的粘结性能密切相关。由于孕镶于胎体中的 金刚石是随机而又相对均匀地分布着，每粒金刚 石都经过初磨→初露→出刃工作→碎裂或脱落的 全过程。整个钻头胎体中的金刚石是以接力的形 式而进行工作的，如图6-7所示。与表镶钻头相比， 孕镶钻头对胎体性能有更复杂的要求。
取芯钻头
取芯 Φ56 ，56-146岩芯管 0-2000m Φ65 ，56-146岩芯管 0-2000m Φ75 ，56-146岩芯管 0-2000m Φ89 ，56-146岩芯管 0-2000m Φ94 ，56-146岩芯管 0-2000m Φ108 ，56-146岩芯管0-2000m Φ113 ，56-146岩芯管0-2000m Φ127 ，56-146岩芯管0-2000m Φ133 ，56-146岩芯管0-2000m
取芯钻头
取芯钻头简介
取芯钻头属于金刚石复合片钻头的一种。zmxx16取芯钻头分两种钻 头，一种是取心的叫取芯钻头，另一种就是不取芯钻头，叫无心 钻头。 取心钻头主要在哪些方面使用？ 答：煤矿井下勘探取芯，有色金属勘探取芯，水文地质取芯等各领 域。 机体构造：薄壁管状多齿形。 取芯钻头技术特点：钻进快，取样好，耐磨性强，使用寿命长。 材料等级类别:普通型PDC金刚石复合片，加强型PDC复合片。 山东中煤工矿物资集团有限公司 zmxx16
金刚石钻头基本知识
第一章金刚石钻头基本知识第一节概述金刚石钻头的发展历史金刚石钻头是不同于牙轮钻头的另一类钻井破岩工具，其使用可以追溯到19世纪60年代。
最初人们以天然金刚石为切削元件制作打炮眼和挖掘隧道的工具，后来出现了用于石油钻井的钢体鱼尾式天然金刚石全面钻进钻头和取心钻头。
早期的金刚石钻头是将天然金刚石冷镶在低碳钢上的。
由于天然金刚石来源有限，价格昂贵，加之本身尺寸、性能方面的原因以及当时落后的制造工艺，大大限制了金刚石钻头在石油钻井工业中的应用。
随着粉末冶金技术的发展，出现了采用烧结碳化钨作为钻头体的胎体式金刚石钻头。
这种技术的出现使金刚石钻头的制造水平大大提高。
胎体式金刚石钻头具有耐冲蚀、耐磨损的特点，具有良好的使用性能，其制造工艺也不复杂，因此一经出现就迅速推广开来。
人造聚晶金刚石的研制成功，对金刚石钻头技术的发展起了巨大的推动作用。
人造聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）的出现一度被称为20世纪80年代钻井工业技术的一大突破，这种新技术对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。
现场使用证明，软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。
合理使用金刚石钻头可以大大缩短建井周期，降低钻井成本，提高钻井经济效益。
金刚石钻头的发展前景经过近二十多年的发展，金刚石钻头已经成为继牙轮钻头之后的又一重要破岩工具。
时至今日，PDC钻头在石油钻头市场所占的份额越来越大，几乎每年以30%的速度侵吞牙轮钻头市场。
随着新的设计理论、设计方法和材料等技术的发展，PDC钻头的适用范围也在不断扩展，以前被认为不适用于PDC钻头的地层现在也广泛使用，比如我国中原油田的文留区块的沙二至沙三地层由于地质情况复杂、夹层多，可钻性差，以前一直被认为是PDC钻头的禁区，在这里钻的井除了取心之外用的都是牙轮钻头。
可是从2000年开始，PDC钻头在这个区块的使用量逐渐增多，效果也很好，而2001年底我公司的一只8 1/2 BK542-4型PDC钻头更在该区块的文－133井创下了1600米（东营组）入井，打到3390米（沙三上）完井，纯钻时间小时，进尺1790米，平均机械钻速米的好指标。
金刚石钻头的保径简介
文章来源：金刚石钻头
金刚石钻头钻进刀头剖视图
文章来源：金刚石钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
在地质钻探中，常使用的钻头只要有三类，它们的保径方 式也不相同。
1，是使用最广的金钻钻头厂的电镀金刚石钻头，这将其埋
嵌在钻头胎体的内外保径层内，金刚石的支撑使内外径的
磨耗比大大增加，从而达到保径的目的。
文章来源：金刚石钻头
电镀金刚石钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
2，是金钻金刚石复合片钻头保径，这类钻头的保径通过
在钻头齿端和刚体面焊接高质量的合金条，由于合金条的
硬度比刚体高，刚体消耗达到合金条外径时，由于合金条
热压烧结金刚石钻头
三、总结
在地质勘探方面，还有极少数钻头有其自身独特的保 径方式，比如整体烧结钻头的整体保径和石油勘探钻头的
复合片保径等。无论保径方式如何，它们的目的只有一个，
就是钻进过程中通过较少内外径的消耗达到保径的目的，
这才能最大程度的保护钻具的磨损，较少钻探的成本。
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第四讲：金刚石钻头的保径简介
课件时间：2016年01月10日
主要内容
金刚石钻头钻进过程 金刚石钻头主要保径分类 总结
一、金刚石钻头钻进过程
金刚石钻头在地质钻探过程中，随着钻进总量的增加，金刚石钻头的磨 损量也在逐渐增加，主要体现在钻头的端面工作层面和钻头胎体的内外径。如 果钻头没有保径，那么随着钻头的使用，钻头的工作面减少的同时，内外径也 将磨损。外径的磨损导致钻头外径减小，当达到外径和钻具的外径相当时，孔 壁将和钻具产生摩擦，只是钻具受损严重。内径的磨损则导致钻头内径的增大， 钻取的岩心外径增大，当达到和岩心钻具的内径相当时，岩心进入管内容易导 致卡管现象，致使钻进无法继续进行。
金刚石钻头破岩机理
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
切削刃 (3) 切削刃 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。 把金刚石颗粒只镶在胎体表面上层。 表镶式 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。 表孕镶式 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。
钻头基体
金刚石
接触面积 出露高度 吃入深度
二、 PDC钻头 PDC钻头
聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact)钻头，简称PDC钻头。它 是用聚晶金刚石(薄圆片状)做成小型切削块镶装或烧结到钻头体上而形成的。使用 于软到中硬地层。
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。
倒角切削齿
通过分散作用在切削 刃上的力，及增加金 刚石与地层的接触面 积，改善PDC层的破 碎强度和研磨强度。
凸圆形切削齿
可以使刚 产生的岩屑失 去平衡，有效 防止泥包钻头 现象。
齿状碳化钨基柱
是在碳化钨 基柱圆周加工出 齿状，增加基柱 与钻头体之间的 紧配合强度，以 防止基柱转动而 脱落。
（3）切削齿的排列方向
标准切削齿 牙嵌式切削齿 环嵌式切削齿
金刚石钻头
（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。 鱼尾形 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
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。
鱼尾形
特点： 特点：能减少泥包和与泥包相关的钻井问题。 适用范围： 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。
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。
PDC钻头设计中用负前角、侧偏角和切削齿出露高度来 规定切削齿的排列方向。 负前角又称后倾角，它是指复合片层面与岩石工作面垂线 负前角又称后倾角 之间的夹角。 采用适当的负前角，可以大大改善切削齿的抗冲击性。一 般负前角取值范围为0 ° ~25 ° 。 软地层：取0或较小负前角值； 硬地层，负前角应较大，以保证有效切削，并防止冲击载 荷引起切削齿的损坏。 侧偏角是指切削齿面与钻头径向平面之间的夹角，有侧偏角的钻头比无侧偏 侧偏角 角的钻头钻进性能好，钻速快，并可以改善钻头的清洗和岩屑的及时排除；减少 岩屑粘附切削齿的机会。实验表明，侧偏角为-15°时粘附机会最小。 切削齿的出露高度与所钻岩性有关，可分为全出露和部分出露两种。 切削齿的出露高度 全部出露：适于钻软地层； 部分出露：使于钻硬地层，可以提高切削齿刚度，有利于延长PDC钻头的寿命。
第五节
金刚石钻头及其破岩原理
金刚石钻头是以锋利、耐磨和能够自锐的天然金刚石或人造金刚石为切削齿， 在钻低钻压下即可获得较高的钻速和钻头进尺，是石油钻井中广泛使用的一种高 效钻头。
详细介绍金刚石材料钻头的特点
详细介绍金刚石材料钻头的特点金刚石材料钻头具有以下特点：1、金刚石材料钻头是一体性钻头，它没有牙轮钻头那样的活动部件，也无结构薄弱环节，因而它可以使用高的转速，适合于和高转速的井下动力钻具一起使用，取得了高的效益；在定向钻井过程中，它可以承受较大的侧向载荷而不发生井下事故，适合于定向钻井；2、金刚石材料钻头使用正确时，耐磨且寿命长，适合于深井及研磨性地层使用；3、在地温较高的情况下，牙轮钻头的轴承密封易失效，使用金刚石材料钻头则不会出现此问题；4、在小于165.1mm（61/2in）的井眼钻井中，牙轮钻头的轴承由于空间尺寸的限制，强度受到影响，性能不能保证，而金刚石材料钻头则不会出现问题，因而小井眼钻井宜使用金刚石材料钻头；5、金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头，因而在钻压受到限制（如防斜钻进）的情况下应使用金刚石材料钻头；6、金刚石材料钻头结构设计、制造比较灵活，生产设备简单，因而能满足非标准的异形尺寸井眼的钻井需要；7、金刚石材料钻头中的PDC钻头是一种切削型钻头，切削齿具有自锐优点，破碎岩石时无牙轮钻头的压持作用，切削齿切削时切削面积较大，是一种高效钻头。
实践表明，这种钻头适应地层时可以取得很高的效益；8、金刚石材料钻头由于热稳定性的限制，工作时必须保证充分的清洗与冷却；9、金刚石材料钻头抗冲击性载荷性能较差，使用时必须保证遵照严格的规程；金刚石材料钻头适应的地层PDC钻头使用于软到中等硬度地层，但是PDC钻头钻进的地层必须是均质地层，以避免冲击载荷，含砾石的地层不能使用PDC钻头。
PDC钻头的维修PDC 钻头的结构特性决定了它的可修复性，在其它条件相同的情况下,复合片切削齿（金刚石复合片）的好坏决定了PDC钻头的使用效果，当复合片严重磨损时，钻头就无法切削地层，机械钻速降低，甚至没有进尺。
因此，将已损坏的复合片更换(对于金刚石取心钻头同样适用)，可以达到新钻头性能的80~90%，成本则只有新钻头的30%左右，符合挖潜增效，节约成本的节能性社会的要求。
深孔绳索取心金刚石钻头性能参数探讨
因此，在深孔绳索取心钻进中，首先要求金刚石 钻头对不同的地层和岩石都要具有较强的广谱适应 性和较长的工作寿命。无论地层和岩石的硬度、研 磨性、完整程度、可钻性怎样变化，钻头都能与所钻 岩石相适应。做到钻头胎体正常磨损、金刚石正常 出露、有较厚的工作层并消耗合理、保径效果良好。 1． 2 较强的刻取岩石能力
2． 4 工作层厚度 一般的绳索取心钻头与普通金刚石钻头一样，
工作层厚在 4 ～ 5 mm 之间，仅能钻进 15 ～ 30 m 左 右（ 如某厂生产的绳索取心钻头在我部使用平均寿 命 19. 6 m） ，对于深孔绳索取心钻进来说，这种厚度 的工作层远远不能满足钻进要求。 2． 5 底唇面形状
底唇面形状对钻头的钻进稳定性、唇面消耗、钻 孔弯曲度等都有一定影响。常规钻头通常以圆弧形 唇面为主，这种钻头的制造工艺较简单，加之金刚石 粒度也非常小，刻取岩石以磨削为主，钻进中易受钻 压、地层岩性、岩层倾角等因素影响，对于克服打滑 地层和预防孔斜效果较差。虽然有些厂家也制造了 一些特殊唇面形状的钻头，但由于技术因素在钻进 中做不到长效保持其唇面形状。 2． 6 水口形状、数目
传统孕镶金刚石钻头一般采用聚晶金刚石保 径，长期以来，聚晶金刚石一直以其具有较高的磨耗 比和抗弯强度、抗压强度被广泛地应用到各类金刚 石钻头和扩孔器上。但是，保径的聚晶金刚石由于 没有刻取岩石的刃角，只是以其高强的耐磨性以磨 擦力的形式磨削岩石，遇坚硬“打滑”地层时钻头内 外侧面与岩石面磨擦力剧增，因此，聚晶保径成为钻 头提高机械钻速的“瓶颈”。
钻进工具 - 金刚石钻头
钻头水力结构 切削齿的大小和
特点
切削齿的密度
1-9，R、X、 O
1-9，0
R-放射式流道
X-分流式流道
O-其他形式流 道
切削齿的大小和 切削齿的密度
0为孕镶式钻头
三、金刚石钻头和刮刀钻头
7、金刚石钻头的使用
井底要求清洁 避免划眼 钻井参数和选择 钻压：均匀施钻压 转速；尽可能高些 排量：满足携岩要求
三、金刚石钻头和刮刀钻头
5、金刚石钻头的特点
（1）一体性，适应于高钻速和定向井钻井 （2）使用正确时，耐磨寿命长，适用于深井和研磨性地层 （3）高温情况下，不会出现轴承密封失效 （4）适用于小井眼钻井 （5）设计制造灵活 （6）PDC钻头是切削钻头，有着自锐特点 （7）受热稳定性限制 （8）抗冲击载荷性能差 （9）价格昂贵
由表面水槽分散冷却 PDC钻头，钻井液从水眼流出，经分流元件分散到钻
头各处，水眼位置和数量由钻头结构而定。 （4）保径部分，有拉槽式、平镶式和组合式
三、金刚石钻头和刮刀钻头
1、金刚石钻头的总体结构
（5）金刚石钻头的切削刃 天然金刚石（最硬、抗压强度最大，抗磨损能力最高）。 弱点：脆性大，热稳定性差 0.5粒/克拉-15粒/克拉 卡邦(Carnon)、伯尔兹(Boarz)、巴拉斯(Ballas）、刚果金刚石 PDC（钴粘合、与碳化钨结合） 特点：抗磨性和强度，要高于天然金刚石，但是抗冲击的能力差 TSP（滤钴粘合）巴拉斯钻头 特点：耐磨性高于PDC钻头，抗冲击能力强
屑 槽
槽、排屑槽）、保径刃和切削刃等部分 钢体
组成。
三、金刚石钻头和刮刀钻头
1、金刚石钻头的总体结构
（1）钻头体,钢制材料，连接钻柱
冠部
胎体
第1章 金刚石钻头基本知识汇总
第一章金刚石钻头基本知识第一节概述1.1金刚石钻头的发展历史金刚石钻头是不同于牙轮钻头的另一类钻井破岩工具，其使用可以追溯到19世纪60年代。
最初人们以天然金刚石为切削元件制作打炮眼和挖掘隧道的工具，后来出现了用于石油钻井的钢体鱼尾式天然金刚石全面钻进钻头和取心钻头。
早期的金刚石钻头是将天然金刚石冷镶在低碳钢上的。
由于天然金刚石来源有限，价格昂贵，加之本身尺寸、性能方面的原因以及当时落后的制造工艺，大大限制了金刚石钻头在石油钻井工业中的应用。
随着粉末冶金技术的发展，出现了采用烧结碳化钨作为钻头体的胎体式金刚石钻头。
这种技术的出现使金刚石钻头的制造水平大大提高。
胎体式金刚石钻头具有耐冲蚀、耐磨损的特点，具有良好的使用性能，其制造工艺也不复杂，因此一经出现就迅速推广开来。
人造聚晶金刚石的研制成功，对金刚石钻头技术的发展起了巨大的推动作用。
人造聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）的出现一度被称为20世纪80年代钻井工业技术的一大突破，这种新技术对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。
现场使用证明，软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。
合理使用金刚石钻头可以大大缩短建井周期，降低钻井成本，提高钻井经济效益。
1.2金刚石钻头的发展前景经过近二十多年的发展，金刚石钻头已经成为继牙轮钻头之后的又一重要破岩工具。
时至今日，PDC钻头在石油钻头市场所占的份额越来越大，几乎每年以30%的速度侵吞牙轮钻头市场。
随着新的设计理论、设计方法和材料等技术的发展，PDC钻头的适用范围也在不断扩展，以前被认为不适用于PDC钻头的地层现在也广泛使用，比如我国中原油田的文留区块的沙二至沙三地层由于地质情况复杂、夹层多，可钻性差，以前一直被认为是PDC钻头的禁区，在这里钻的井除了取心之外用的都是牙轮钻头。
可是从2000年开始，PDC钻头在这个区块的使用量逐渐增多，效果也很好，而2001年底我公司的一只8 1/2 BK542-4型PDC钻头更在该区块的文－133井创下了1600米（东营组）入井，打到3390米（沙三上）完井，纯钻时间227.31小时，进尺1790米，平均机械钻速7.9米的好指标。
油气井金刚石钻头的设计研究
油气井金刚石钻头的设计研究I. 研究背景与意义- 油气井钻探技术发展历程简介- 金刚石钻头在油气井钻探中的重要性- 研究目的与意义II. 金刚石钻头的结构与工作原理- 金刚石钻头的组成结构- 金刚石钻头的工作原理- 各部分之间的作用关系III. 金刚石钻头设计的关键技术- 材料选择与制备- 刃口设计与优化- 冷却液体设计与优化- 刀具磨损监测与控制- 实验评价方法IV. 金刚石钻头设计的实验验证- 实验设计- 实验结果及数据分析- 实验结论V. 金刚石钻头设计的应用与展望- 金刚石钻头在油气井钻探中的应用- 现有问题及未来发展方向- 结论注：以上提纲仅供参考，实际写作时应结合具体要求进行编写。
一、研究背景与意义随着人类社会对油气资源的需求不断增加，油气井的钻井技术也迅速发展。
而在钻井中最关键的部分之一就是钻头。
金刚石钻头是一种用于钻井的专用工具，其优良的性能在油气井钻井中具有重要的作用。
随着科技的不断进步，如何更好地设计金刚石钻头，从而提高其钻探质量和效率，成为了研究的一个热点问题。
一、1 油气井钻探技术发展历程简介早在公元前四千年，人类就开始使用手工方法从地下取得矿物资源。
到19世纪后期，石油产业开始发展，钻探技术得到了快速发展。
1947年，美国首次成功地利用电动机驱动的新型刀具钻取了一口深度超过4,700英尺（1432.8米）的油井。
从传统的手工钻井到现代化的机械化钻井，钻头技术也随之得到了不断的改进和完善。
金刚石钻头是一种应用广泛、钻速快、寿命长的先进钻头，在实际应用中已经成为普遍使用的钻头之一。
一、2 金刚石钻头在油气井钻探中的重要性在油气井钻探中，金刚石钻头因其在处理各种岩石和地层各种钻探任务中的高效性成为重要的工具。
石油勘探领域对设备、技术和材料的高标准要求，迫使科学家和工程师探索出新型材料如金刚石钻头。
由于金刚石具有耐磨性强、热稳定性好、强度高的特点，因此金刚石钻头在钻井操作中具有显著的优势。
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三、取芯钻头规格
在我国地质钻探作业中，常用的国标口径的金刚石取芯钻头 口径为： 75mm、91mm、110mm、130mm、150mm、170mm。
文章来源：
四、市场价格
对于金刚石取芯钻头的价格，随着制作工艺的改善，钻头的 成本有所下降，售价也是在逐步的下调，以金钻110钻头为 例，03年的售价高达430元，现今最新价格在360元左右。而 且工艺的改进使得现在钻头的质量较以前有大幅度的提升， 钻探效率明显增强，成本逐步在下降。
3，金刚石绳索钻头
文章来源：
二、取芯钻头选择原则
根据不同的钻探任务，我们必须选择合适的钻头，目的就 是提高钻探的钻进效率和缩小钻探的综合成本。 1，钻进比较松软的泥岩类岩层时，我们推荐使用金刚石 复合片钻头，因为这类钻头的耐磨性能突出，水口大，对 于泥土层有比较好的进尺效率和工作时间。
总结
金刚石取芯钻头在市场应用范围有进一步扩大趋势，随着市 场竞争越来越激烈，其价格也将出现下滑。
谢谢大家！
第一讲 地质钻探用金刚石取芯钻头简介
前言
地质钻探的钻进工具我们称为钻具，钻具由钻杆、
变径接手、岩心管和金刚石取芯钻头组成，今天我们简
单介绍一下金刚石取芯钻头的规格型号及其应用。
主要内容：
一、取芯钻头分类二、取芯钻源自选择原则三、取芯钻头规格 四、市场价格
一、取芯钻头分类
在地质钻探中，取芯钻头分为
1，金刚石钻头 2，金刚石复合片钻头
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2，钻进比较坚硬的岩石地层时，我们推荐使用电镀金 刚石取芯钻头，这类钻头由于制作工艺的原因，进尺 效率异常突出，破岩能力极强，在岩层中钻进的效率 远超复合片钻头。
3，我们需要钻进300米以上孔深时，这时候，金刚石绳 索取芯钻头就非常适合了，因为孔深的增加，对于岩心的 提取是非常重要的，绳索钻具的不需要提钻的特点极大的 缩短了上下钻具的时间，是深孔钻的成本极大降低。