金刚石钻头选型与应用
石油钻井金刚石钻头选型及正确应用
8石油钻井金刚石钻头选型及正确应用付晓平 四川川庆石油钻采科技有限公司【摘 要】在石油钻井生产阶段钻头是重要应用工具，基于钻头合理选取与高效化应用，能有效提升机械钻速，可以有效调控钻井施工成本，适应油气田钻井施工要求。
当前要注重做好石油钻井金刚钻头应用研究，全面提升金刚石在钻井施工中的应用效率，便于实现钻井钻探施工目标。
【关键词】石油钻井；金刚石钻头；选型；应用针对石油钻井金刚石钻头合理选型，基于石油钻探施工基本要求，要注重规范化选取有效的金刚石钻头，能全面优化石油钻井施工效率，适应油气田开发要求。
针对不同的钻井任务，要注重对金刚石钻头合理选型，促使钻头基本性能可以有效满足地层钻井施工操作要求。
一、金刚石钻头相关概述石油钻井应用金刚石钻头，是在钻头表层镶嵌金刚石，主要是呈现辐射状、螺旋状排列分布。
全面研究与深入开发人造金刚石材料，在钻头加工制造中有效应用实践，确保其能满足预期硬度标准。
基于金刚石良好的硬度数据，有助于全面提升钻井施工效率，能对硬度较高的地层深入钻探，获取良好深度的钻井进尺，确保钻井施工活动有序进行。
近年来金刚石钻头制造技术工艺全面优化，在石油钻井施工中开始全面应用诸多高效、耐用的金刚石钻头。
由于钻井条件存有诸多差异性，当前实践生产中要选取不同类型金刚石钻头。
通过多层次分析方法应用，能做好金刚石钻头选型，适应石油钻井施工操作技术要求。
例如PDC钻头是人造聚晶金刚石钻头，其锋利、耐磨性能突出，在高钻速、低钻压状态中能稳定应用，有助于全面降低钻井施工成本支出，适应施工现场操作要求。
二、石油钻井金刚石钻头选型与应用1.金刚石钻头选型基本依据在石油钻井施工阶段，要注重对金刚石钻头合理选型，全面提升石油钻井应用效率。
相关部门要注重做好金刚石钻头应用研究，全面提升金刚石钻头应用强度，促使其满足复杂状态下钻进施工基本要求。
在施工过程中为了能选取最合适的金刚石钻头，促使其适应石油钻探施工基本技术要求，要注重对邻井地质结构基本类型合理分析，基于岩石力学性能参数要求，选取最合理的金刚石钻头类型。
金刚石钻头分类及应用方法探讨
金刚石钻头分类及应用方法探讨1 绪论金刚石钻头在现代水电施工中使用广泛。
大坝防渗墙的加固，墙体入岩后的基岩灌浆、非灌浆段覆盖层的打孔等水电施工中经常遇到的打孔都需要金刚石钻头钻孔。
在使用金刚石钻头时，尽管在整体上是十分满意的，但还是存在或多或少的疑惑。
作者曾经在福建宁德核电厂、四川乐山毛滩电站、江苏省宜兴市油车水库、西藏旁多电站等主要为帷幕灌浆的工地进行施工，现就了解的金刚石钻头种类及使用进行总结。
2 金刚石的性能及来源金刚石是自然界最坚硬物质，金刚石的主要化学成分是C（碳元素），四周为十分稳定共价键连接的碳元素，常温下极其化学性质极其稳定，不溶于强酸、强碱，但是在高温状态下会变得活跃，甚至还可能成为石墨（基于这一特性，故使用金刚石钻头时，严禁干磨）。
3 金刚石钻头的种类3.1 按照钻头胎体的磨料材质分类金刚石钻头胎体中可以采用的磨料，一般是一下材料中的一种，即人造金刚石单晶、天然金刚石单晶、人造金刚石聚晶体、金刚石复合体。
具体各种钻头制作才俩具体区分如下：1、人造金刚石钻头：采用磨料为人造金刚石单晶；2、天然金刚石钻头：采用磨料为天然金刚石单晶；3、聚晶烧结钻头：采用磨料为金刚石聚晶体；4、复合片钻头：采用磨料为金刚石复合体。
尽管各类金刚石磨料的钻头都有其特定的适应范围，但是，在我公司中采用最为广泛的是人造金刚石（单晶）钻头。
由于使用者的称谓习惯，大家把人造金刚石（单晶）钻头笼统地简称为金刚石钻头。
3.2 按钻头胎体中磨料的镶嵌方式分类通过不同的手段将金刚石磨料镶嵌进胎体，从而制造出不同类型的金刚石钻头，按这种方法分类，一般分为两种类型。
3.2.1 孕镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头（以下简称为金刚石钻头）的胎体，是采用粉末冶金的方法，一次烧结成型并粘固在钻头钢体上的。
3.2.2 表镶金刚石钻头表镶金刚石钻头的切削刃具部分也是金刚石单晶体、金刚石聚晶体或是金刚石复合体。
3.2.3 牙轮钻头牙轮钻头就是钻头中镶嵌牙轮的钻头，利用牙轮的相互碾压粉粹位于中间的岩心。
孕镶金刚石钻头的选择与使用 城市建设理论研究.doc
孕镶金刚石钻头的选择与使用，城市建设理论研究，《城市建设理论研究》孕镶金刚石钻头的选择与使用TheSelectionandUseofDiamondimpregnatedBit谢永亮1张小强1（1华北有色工程勘察院石家庄050021）摘要：孕镶金刚石钻头现在普遍应用于钻探生产中，具有抗压能力大、抗磨能力强、抗冲击能力较好、价格相对较低、工业制造过程简单等特点。
本文介绍了孕镶金刚石钻头的碎岩机理、选择依据和使用方法，并对钻头磨损形态进行了分析，为以后选择和使用孕镶金刚石钻头提供了一些参考。
关键词：孕镶金刚石钻头；碎岩机理；磨损形态。
孕镶金刚石钻头就是把较细的金刚石均匀的分布到钻头胎体中，这种钻头配有不同硬度的胎体，可以钻进各种硬度的岩石，特别是钻进中等硬度以上的岩石，钻进效率高、成本低、岩芯采取率高、钻孔弯曲度小，能钻进任何倾角的钻孔。
1孕镶金刚石钻头的碎岩机理由于孕镶金刚石钻头的金刚石颗粒较细，对于岩层的体积破碎效果很小，实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件，即以唇面上多而小的硬质点（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划、磨削，并随着原有硬质点的逐渐磨损和消失，胎体也在不断磨耗，新的硬质点又裸露出来继续工作。
实际上，孕镶钻头在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的“自磨出刃作用”而常处于锐利状态。
孕镶钻头在孔底的工作过程是非常复杂的，钻头被钻具紧压在孔底岩石表面，钻具的振动和变形加强或减弱了加在孔底的钻压，而往复泵送出的冲洗液又是脉动的，更加剧了钻具和钻头的振动，所以不排除孔底存在微动载的破岩过程。
2孕镶金刚石钻头的选择依据孕镶金刚石钻头的结构参数较为复杂，选择时应根据所钻岩层性质考虑金刚石品级、胎体性能、保证胎体自锐、唇面形状、内外径补强和水路设计等因素。
2.1选择金刚石参数孕镶钻头使用的天然和人造金刚石粒度取决于所钻岩石的岩性（表1）。
表1孕镶钻头用的金刚石粒度表粒度（目）人造＞4646～6060～8080～100天然20～3030～4040～6060～80岩层中硬—硬硬—坚硬选择金刚石浓度的依据包括：所钻岩石的硬度、研磨性、完整程度；金刚石的品级和粒度；兼顾胎体的包裹能力和钻压值的大小。
金刚石钻头+标准
金刚石钻头+标准摘要：I.引言- 简要介绍金刚石钻头的概念和应用领域II.金刚石钻头的种类与特点- 按形状分类：圆钻头、方钻头、六边形钻头等- 按金刚石的镶嵌方式分类：整体金刚石钻头、复合金刚石钻头等- 各类金刚石钻头的适用范围和优缺点III.金刚石钻头的选择标准- 钻头材质：金刚石的含量、质量、类型等- 钻头形状和尺寸：与被加工材料和钻孔要求相适应- 钻头的加工精度：影响钻孔的精度和效率IV.金刚石钻头的使用与维护- 使用方法：合理选择钻头，正确安装和调试，控制切削参数等- 维护保养：清洁、检查、更换磨损部件等V.结论- 总结金刚石钻头在现代工业中的重要性及其发展趋势正文：金刚石钻头是一种以金刚石为切削刃的钻头，广泛应用于各类工业材料的高效加工。
金刚石钻头的种类繁多，不同的形状、结构和镶嵌方式适应不同的加工需求。
正确选择和使用金刚石钻头，对于提高加工效率、保证加工质量具有重要意义。
金刚石钻头主要有圆钻头、方钻头、六边形钻头等。
其中，圆钻头应用最为广泛，适用于大多数材料的高速钻孔。
方钻头和六边形钻头则适用于难加工材料和特殊场景。
此外，根据金刚石的镶嵌方式，金刚石钻头可分为整体金刚石钻头和复合金刚石钻头。
整体金刚石钻头结构简单、镶嵌牢靠，但更换成本较高；复合金刚石钻头则兼具高切削性能和较低的制造成本。
在选择金刚石钻头时，应综合考虑钻头材质、形状和尺寸、加工精度等因素。
钻头材质直接影响金刚石的含量、质量、类型等，从而影响钻孔效果。
钻头形状和尺寸要与被加工材料和钻孔要求相适应，以保证切削稳定、钻孔精度高。
钻头的加工精度也至关重要，直接关系到钻孔的精度和效率。
在使用金刚石钻头过程中，合理选择钻头、正确安装和调试、控制切削参数是提高加工效率的关键。
此外，还需定期对钻头进行维护保养，如清洁、检查、更换磨损部件等，以延长钻头使用寿命。
总之，金刚石钻头在现代工业中具有重要地位，其发展趋势将更加注重高效、环保和智能化。
石油钻井设备与工具王镇全聚晶金刚石钻头
石油钻井设备与工具王镇全聚晶金刚石钻头简介石油钻井设备和工具是石油行业中不可或缺的关键设备。
其中，全聚晶金刚石钻头是一种应用广泛的钻井工具，它具有出色的钻井性能和长寿命。
本文将介绍全聚晶金刚石钻头的原理、结构和应用领域。
原理全聚晶金刚石钻头利用金刚石的硬度和耐磨性来进行钻进作业。
金刚石是地球上最硬的物质，因此非常适合用于钻井工具。
全聚晶金刚石钻头的工作原理是将钻头载在钻柱底部，通过钻孔液的压力将钻头转动并施加力量进行钻进。
金刚石刃部分会磨损，但由于其硬度，磨损程度非常慢。
结构全聚晶金刚石钻头由许多金刚石晶粒均匀分布在背衬合金基体上组成。
这些金刚石晶粒通过高温高压技术与合金基体牢固结合，形成坚固的刃部。
同时，钻头的结构还包括钻头体、中心孔、水力喷嘴、导向装置等。
这些部分共同作用，使得全聚晶金刚石钻头能够在各种地质条件下进行稳定的钻进作业。
应用领域全聚晶金刚石钻头广泛应用于石油勘探、开发和钻井作业中。
它可以用于开展水平井、定向井和深井等不同类型的钻井工作。
由于全聚晶金刚石钻头具有耐磨性好、抗冲击性强等特点，可以适应各种地质条件。
它可以用于石油勘探和开发作业中的各个环节，包括勘探孔、试油孔、工业水井和地热井等。
优势与挑战全聚晶金刚石钻头具有许多优势。
首先，它的耐磨性能非常好，可以在恶劣的地质条件下持续进行钻进作业。
其次，由于金刚石的硬度，全聚晶金刚石钻头的寿命相对较长，能够节约钻井成本。
此外，全聚晶金刚石钻头还具有良好的导向能力，能够实现精确的钻井方向控制。
然而，全聚晶金刚石钻头也面临一些挑战。
首先，其制造成本较高，需要高温高压工艺以及精密的合金基体制备技术。
此外，由于金刚石刃部磨损较慢，当遇到特别硬的地层时，可能导致堵塞和钻头失效。
结论全聚晶金刚石钻头是石油钻井中的一种重要工具，具有出色的钻井性能和长寿命。
它在石油勘探、开发和钻井作业中扮演着重要的角色。
随着石油工业的不断发展，全聚晶金刚石钻头将继续改进和创新，以适应更多地质条件和钻井需求。
金刚石钻头选用原则
钻头钻速的大小与金刚石粒度大小有很大关系，若要实现高速钻进，则孔底产生的岩粉较多，要求钻头的排粉效果要好，这样钻头就必须选用粗克力的金刚石，有利于达到高转速的目的。
孕镶金刚石钻头在钻进过程中，要求金刚石不断地产生新陈代谢，才能保证金刚石的正常钻进。这就需要在金刚石磨损的同时，胎体也要不断地磨损，而对台地的磨损是通过金刚石破碎下来的岩粉实现的。岩粉磨损钻头胎体的快慢取决于岩粉的粒度、硬度、岩粉量。岩粉的粒度和硬度与岩石本身有关，岩粉量的多少取决于钻进时效。钻进时效高，产生的岩粉量就多，这样出于排粉方面的考虑，要求金刚石的粒度也应越大。
工艺技术因素1、岩石的形变方式 2、岩石的应力状态 3、外载作用的速度 4、介质的影响 5、岩样的线性尺寸
二、岩石的硬度
三、岩石的弹性、塑性、和脆性
四、岩石的研磨性
五、岩石的A、B值÷
岩石的A值是指钻头钻进岩石时，岩石对钻头中金刚石的磨损性；岩石B值是指钻头钻进岩石时，岩石对钻头胎体的磨损性。
3、孔内部清洁;钻孔中有严重超径的孔段或者钻进时有吊块,突然卡钻,夹钻,烧钻等。
钻具振动的原因
(一)工艺技术方面的原因
1、所用设备的技术状态不好,如:钻机稳定性差,回转器轴承有间隙等;动力机功率不足,超载荷时工作不稳定;往复式水泵送水量和压力不均,冲洗液产生脉动.
2、钻机地基的强度不够以及钻机在基础上安装固定不牢;
底喷形唇面 对孔底冲洗干净;在破碎岩层中钻进,还能提高采心率:但加工复杂。
同心圆锯齿形唇面 又称尖环槽形，金刚石主要分布在齿形部分。内外侧用的粒度较大，以保证钻头直径。齿形唇面能造成多自由面的孔底，使钻头对岩石作磨削与剪切相结合的破碎作用，获得较粗颗粒的岩粉，有助于金刚石的出刃，提高机械钻速。由于钻头所需轴压较小，还有较好的防斜作用。齿形唇面钻头适用于钻进硬而致密弱研磨性岩层。
金刚石表面预处理技术在金刚石钻头中的应用
金刚石表面预处理技术在金刚石钻头中的应
用
金刚石是一种极硬的材料，具备高硬度、高强度、高导热性和高抗腐
蚀性等特点，广泛应用于制造高速车削刀具、高效加工工具和钻石工
具等领域。
然而，由于金刚石材料本身的特性，对其表面进行预处理
至关重要，尤其对于金刚石钻头的应用，在表面预处理上更是严格要求。
金刚石表面预处理技术可以提高钻头的表面质量、保护钻头的边缘、
延长钻头的使用寿命。
以下是金刚石表面预处理的几个步骤：
1. 确定钻头的形状和大小：钻头的形状和大小决定了钻头的使用范围。
在确定钻头形状和大小之前，还需要考虑加工材料的硬度等因素。
2. 精细磨削：取一定的金刚石磨料和混合凝胶，在磨削机上对钻头
进行精细加工。
精细磨削可以提高钻头的表面光洁度、改善表面性质。
3. 化学腐蚀：对金刚石进行酸性溶液腐蚀，去除表面氧化皮，提高表
面活性，为下一步处理做好准备。
4. 洗涤：用大量纯化水对钻头进行冲洗，去除残留的酸性液体，以防
止后续热处理时的化学反应。
5. 真空退火：将钻头放在真空室中进行加热和退火处理，使其质量稳定。
6. 切割和磨抛：将经过预处理的钻头进行切割和磨抛，使其边缘更加锋利，表面更加光滑，提高钻头的加工效率和精度。
通过上述步骤的金刚石表面预处理技术，可以显著提高钻头的性能，减少加工成本，延长使用寿命，为金刚石钻头制造行业带来更多的发展潜力。
大口径金刚石钻头的应用与探讨
大口径金刚石钻头的应用与探讨随着我国综合国力的提高，在经济和技术领域都有了更高的追求，科学技术水平的发展能够为国家发展铸就基石。
深入研究科学的钻探技术是人类获取地球内部情况的最佳途径，对人类了解自己生活的环境有很大的作用。
大口径孕镶复合体金刚石取芯钻探技术是钻探领域的新兴技术，对地质勘探水利工程等都有很大的帮助。
文章介绍了金刚石钻探技术的发展历程，对大口径孕镶金刚石复合体的钻头设计进行探讨，并通过实例研究大口径孕镶金刚石取芯钻探技术的应用。
标签：大口径孕镶复合体金刚石金刚石取芯钻探钻探技术应用1大口径金刚石钻探技术概述1.1金刚石取芯钻探技术的发展金刚石钻探技术已有一百多年的历史，是钻探技术中很重要的一部分。
1862 年，瑞士工程师J.R. 李舒特研制出了金刚石钻头并用之钻出一些爆破孔，随后金刚石钻探技术被推广开来，金刚石钻探技术钻进速度快及钻孔质量高的特点令其成为大多数矿产种的主要勘探手段。
随着其他高新技术的发展，金刚石钻探技术的步伐也逐渐被带动起来，在水电、铁路及交通建设等工程项目的勘查中，要求金刚石钻头的直径越来越大，因此，大口径金刚石钻头的设计规范逐渐得到完善从而满足工程需求，例如俄罗斯的薄壁取芯金刚石转筒等在技术深化的同时带来了良好的经济效益。
1.2国内大口径金刚石钻探技术现状金刚石钻探技术于20 世纪60 年代出现在我国，并通过40年的深入探究达到了发达国家的水平，甚至有些技术点已成为世界先进水平。
我国的金刚石钻探发展经历了三个时期：我国的金刚石钻探技术从1957 年到1970 年间开始起步；从1971年到1980 年的10 年期间，金刚石钻探技术在我国大力推广；1980 年至今，我国的金刚石钻探技术已赶超世界水平。
在我国，第一次涉及到大口径取芯钻探技术是在建立在宜宾的水利水电工程中，而后葛洲坝、三峡、万安等地的坝址都沿用了大口径取芯钻孔技术，且钻孔深度超过50 米。
大口径金刚石取芯钻探同样可以应用到大陆科学钻探工程中，其钻头直径最大可达到25 厘米。
地质钻探中金刚石钻头的科学选择与合理使用
地质钻探中金刚石钻头的科学选择与合理使用地质钻探工程是地质矿产勘查过程中的重要手段，金刚石岩芯钻探除必须选用相应钻机、地质管材、钻具、泥浆材料外，钻进工艺中金刚石钻头的科学选择、合理使用显得非常重要，可使金刚石钻头效能得到充分发挥，提高钻进进尺，减少金刚石钻头使用数量，提高钻探效率，从而取得最优地质钻探技术经济效果。
【Abstract】Geological drilling engineering is an important means in geology and mineral exploration. for diamond core drilling，in addition to select the appropriate drilling，geological pipe，drilling rig and mud materials，in the process of drilling，scientific selection and rational use of diamond drill is very important，it can fully play the effect of diamond drill and improve the drilled footage，reduces the usage quantity of diamond drill，improve the drilling efficiency，so as to achieve the optimal technical and economic effect of geological drilling.标签：地质钻探；钻进技术；金刚石钻头；钻具组合；绿色勘查1 引言地质钻探是地质矿产勘查的重要技术手段，它是在动力机械的带动下，钻机驱动钻具（钻杆、岩芯管、钻头等）向地下钻进不同深度的钻孔，并将钻孔中切磨下来的岩芯或岩粉取出，进行科学分析与研究。
Φ153金刚石复合片钻头
Φ153金刚石复合片钻头一、产品介绍Φ153金刚石复合片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）、金刚石取芯钻头、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Array三、产品优势金刚石复合片钻头，拓体采用优质钢材煅压成型，经过真空全自动热处理设备进行增加机械性能处理。
普通型采用国内优质复合片做刀翼，超强型采用美国GE公司生产的刀片，根据地质条件的不同选用相应的质量等级，可达到更高的产品性价比，达到节能高效的经济指标。
高强型金刚石钻头刀翼采用最新研制的球型金刚石刀片，特点是钻进速度快，抗冲击能力强。
当钻头钻进时，唇边用于正常均匀地层岩石的刮削，突出部分可以抑制钻头钻进过程中遇到缝隙时瞬间大幅度进尺，大大降低了钻头的意外损坏，提高了应对复杂岩层的钻进水平。
金刚石复合片钻头适应最佳岩层参数：我公司生产的金刚石复合片钻头，根据复合片强度的不同，在钻探上，主要适用于10≤F≤18之间，F代表岩层硬度系数，最佳适应岩层如下表：Array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。
金刚石钻孔机使用技巧
金刚石钻孔机使用技巧
金刚石钻孔机是一种用金刚石作为钻头的专用设备，广泛应用于建筑、矿山、交通等行业的钻孔工作。
正确的使用技巧可以提高钻孔效率，延长设备使用寿命，下面就介绍几个金刚石钻孔机的使用技巧。
首先，正确选择钻头。
钻头的选用应根据需要钻孔的材料而定，通常分为干式和湿式两种。
干式钻头适用于钻混凝土、砖块等材料，湿式钻头适用于钻岩石等坚硬材料。
要确保钻头与设备匹配，不得随意组装。
其次，正确安装钻头。
在固定钻头之前，应先检查一下钻头和机器接口的清洁程度，如果有杂物或者灰尘，应进行清理。
然后将钻头插入机器接口并旋紧，必要时可以用小锤轻轻敲击确保钻头安全固定。
再次，正确调整方向和速度。
在钻孔之前，应先查明孔洞的方向和深度，以及钻孔机的最大转速。
在钻孔过程中，要保持稳定的速度和力度，避免过快或过慢造成钻头受损或钻孔质量不佳。
另外，正确处理渣土。
钻孔过程中会产生大量渣土，应及时清理，以免进一步影响钻孔质量。
可以通过借助吸尘器等设备清理渣土，同时还要注意个人防护，避免渣土对人身造成伤害。
最后，正确保养和维修。
定期对金刚石钻孔机进行保养和维修，包括清理机器表面的灰尘和杂物，检查机器零部件的磨损情况，
及时更换损坏的部件。
注意机器存放的环境，避免受潮或暴晒，同时要注意保持机器干燥和清洁。
总之，金刚石钻孔机使用技巧包括正确选择钻头、正确安装钻头、正确调整方向和速度、正确处理渣土以及正确保养和维修。
只有掌握了这些技巧，才能更好地使用金刚石钻孔机，提高工作效率，延长设备寿命。
金刚石复合片钻头在煤田钻探中的应用
金刚石复合片钻头在煤田钻探中的应用陕西省185煤田勘探队唐国贤我队近一年来采用国产S75绳索取心钻具并配以地矿部北京钻探工具厂生产的金刚石复合片钻头（ø78mm），在陕北某煤田复杂地层钻进中，取得单只钻头进尺达到621.42mm 的好效果。
1.勘探区的地层煤田上部地层为风积浮动和半固定砂层，黄土夹礓结核层覆盖，一般厚度0—40mm；下部地层以粉砂岩，细、中、粗粒砂岩，泥岩及煤层组成。
大部分岩层可钻性2—5及，局部地区含有灰白色长石、石英砂岩层，可钻性7—8级。
钻进中，上部砂层极为松散易塌，严重渗漏，护壁困难；黄土及泥岩层段，水敏性强，极易吸水膨胀缩径，加之该区煤层层次多（8—11）层，厚度变化大（0—12m），且煤层顶、底板常发生漏失等，给钻进工作带来严重困难。
2.钻进设备为TK-4液压立轴式回转钻机，NBB200/40往复单作用三缸泵，S75绳索取心钻具，50kW柴油发电机组。
3.钻头使用情况自1987年8月至1988年6月钻完9个钻孔，总工作量2199.70m，其中使用复合钻头4个，工作量1626.84m，平均钻头寿命达406.71 m/只，3383号钻头寿命达621.42m；平均台效912.30m，就、最高单孔台效1363.64m（T77孔），平均实效2.69m/h，单孔实效最高4.68m/h（T44孔），复合片钻头完成技术经济指标见附表。
4.钻进参数及冲洗液通过实践选择，钻压250—450kg；转速250—400r/min；冲洗液量57—87L/min。
钻进冲洗液选用加土量2.5—4%的CMC-PHP-KHm低固相泥浆，并附加适量的YZ84-Ⅱ型润滑减阻剂泥浆，粘度为18—19s，比重为1.02—1.04g、cm3,失水量11mL/30min，含砂量＜0.4%，泥皮厚0.3—0.5mm，pH值为8—9。
5.小结（1）金刚石复合片钻头比硬质合金钻头寿命长，一般浅孔钻进中途不需提钻换头，有利于提高纯钻时间利用率和钻进效率，有利于减轻劳动强度。
如何在实际工作中正确选择孕镶金刚石钻头设计参数
如何在实际工作中正确选择孕镶金刚石钻头设计参数孕镶金刚石钻头广泛应用于小口径岩石钻探的施工中，而采用合理的钻头设计参数对提高钻探效率发挥钻头最大功效至关重要。
本文根据黑河象山电站帷幕灌浆工程岩石钻探实例，初步阐述如何正确选择孕镶金刚石钻头设计参数及其实际意义。
孕镶金刚石钻头适用于硬至坚硬、可钻性Ⅶ—Ⅻ级、完整均质至破碎、裂隙性的、具有研磨的岩层。
钻头设计时应考虑的结构参数如下：一、胎体胎体高度H ＝10～12mm ，H 值愈大，则钻头稳定性愈好。
胎体工作层高一般为4mm 。
胎体厚度一般为8mm 。
壁厚影响钻进效率和钻头寿命；壁厚小，钻进效率高，金刚石消耗量少；但不够耐磨，钻头寿命较短。
二、唇面形状孕镶钻头的唇面形状要比表镶的多，它除了表镶钻头的那些以外，还可采用： 1．尖齿形，它又分同心圆尖齿形（见图3.13-5a ）、阶梯尖齿形（见图3.13-5b ）和交错式尖齿形（见图3.13-5c ）。
2．带底喷式水眼（见图3.13-6）若岩石软硬互层和破碎，为提高岩矿心采取率，则可选用阶梯形底喷式水眼钻头。
二、胎体性能胎体是钻头极其重要的组成部分，其成分和性能比较复杂，但设计或选择时，目前仅根据岩石性质，确定相适应的胎体硬度和耐磨性。
选择原则是岩石硬、研磨性弱，则胎体偏软、耐磨性偏低；相反，岩石软、研磨性强，则胎体偏硬、耐磨性要高。
具体选择时，可参考表3.13-4，表3.13-5。
表3.13-4设计原则是：岩石愈硬、研磨性偏低，则粒度较细、品级较高。
设计时可参考表3.13-6。
表3.13-6四、金刚石浓度根据岩石硬度和研磨性设计金刚石浓度，浓度保证胎体唇面上的金刚石数量有足够的切削能力和有较高的耐磨性。
（a ） （b ） （c ）图3.13-5 尖齿形钻头 (a)—同心圆尖齿形；(b)—阶梯尖齿形；(c)—交错式尖齿形 图3.13-6 阶梯形底喷水眼钻头若岩石硬、弱研磨性，则设计低浓度胎体（50～75%重量浓度）；岩石硬、强研磨性——高浓度胎体（100～110%重量浓度）；岩石中硬、中研磨性——中等浓度胎体（75～90%重量浓度）。
金刚石钻头选用原则
金刚石钻头硬度选用原则金刚石钻头的质量和金刚石材质有很大的关系，金刚石硬度，决定金刚石钻头硬度。
金刚石钻头的种类有很多种分法，如天然的、人造的；单管的、双管的；绳索取芯的、定向钻进的；取芯的、全面钻进的；矿山的、油井的。
根据钻进和碎岩特点，可分为表镶金刚石钻头、孕镶金刚石钻头和聚晶烧结体钻头。
不同类型的金刚石钻头使用的地方不一样，对金刚石钻头硬度的需求也不一样。
1表镶金刚石钻头英文：surface set diamond bit释文：金刚石钻头的一种。
钢质的圆筒状钻头体,上部车有丝扣,下部烧结有钻头胎体,金刚石的颗粒是包镶在钻头胎体的表面上。
胎体的外径略大于钢体直径、内径略小于钢体内径,内外侧和底部都有可以过水的沟槽,在钻进时流过冲洗液带走岩粉和冷却钻头。
表镶金刚石钻头都是包镶的天然金刚石,故价格昂贵,因而只用在一些特殊难钻进的硬地层。
石油钻井用表镶金刚石钻头较多。
2孕镶金刚石钻头英文：impregnated diamond bit释文：金刚石钻头的一种。
钻头胎体里均匀包镶着金刚石颗粒的钻头。
钻进时胎体磨损,金刚石不断出露克取岩石,可以一直将胎体全部磨完,都有新出露的金刚石进行工作,类似于砂轮磨削金属材料。
胎体有一定高度,外径略大于钻头体外径、内径也略小于钻头体内径,胎体的外侧面、内侧面和底面均有水槽,以便通过冲洗液排除岩粉和冷却钻头。
大多数的孕镶金刚石钻头是使用的人造金刚石,称为人造孕镶金刚石钻头。
人造金刚石比天然金刚石价格便宜很多,也能较广泛地用在硬地层中钻进。
3电镀金刚石钻头英文：electro～plated diamond bit释文：又称铸造金刚石钻头。
中国独有的利用电镀原理而制成的金刚石钻头。
金刚石的胎体是在电镀槽里被一层一层镀覆在钻头体上,电镀覆盖电解金属的同时,撒布金刚石颗,金刚石就被包裹在电镀金属层里。
长时间的反复补砂和镀覆就形成了钻头的工作层。
电镀时钻头钢体也采用塑料模具定型,使镀层沿钻头轴线方向增长,并保证胎体的内外径尺寸和小槽等。
金刚石在“打滑”地层中的选择和应用
坚硬“打滑”地层孕鑲金刚石钻头设计与选用1、“打滑”地层孕鑲金刚石钻头的破碎机理在坚硬“打滑”地层钻进孕鑲金刚石钻头的破碎过程是以微切削破碎和磨粒磨损(研磨性破碎）为主的组合，孕鑲金刚石钻头表面有一定出刃量的金刚石，在钻压的作用下，当单颗上承受的钻压超过岩石压入硬度时，金刚石随着钻头的回转，对岩石进行切削钻进，产生岩粉，金刚石梨入岩石深度和岩粉粗细取决于岩石的性质，由于“打滑”地层极其坚硬致密，压入硬度和平均抗拉强度与中硬地层相差很大，高处几倍还多（微切削破碎）。
伴随着这种微切削破碎的进行，金刚石自身也会发生损耗。
一种是单纯性的磨耗，既金刚石在高压高速状态下剧烈磨损刻划岩石，其发生摩擦的表面发热强烈而冷却不充分，引起金刚石表面硬度的降低，被脱落的硬度较大颗粒磨出锯齿状剪擦痕。
由于“打滑”地层岩石压入硬度高，岩石中含的硬颗粒比例高，参与微切削的金刚石承受的比压高，在“打滑”地层钻进中每颗金刚石处于一种强力钻进规程下。
对于上述前两种损耗方式的直接结果是金刚石切削刃更易从锋利状态被磨钝失去菱角，然后切削刃接触岩石面积增大，继而切入所需比压大幅增加，正常情况操作钻工很难灵活的做出反应及时增大钻压，因此难以继续梨入岩石，钻速衰减随之金刚石刃尖抛得越光钻速会越来越低，甚至会不进尺成为金刚石与岩石对顶空磨，既钻头抛光现象。
另一种也是由于这种出刃表面发热强烈而冷却不充分造成，高温冲洗液与金刚石作用，使金刚石氧化和石墨化，产生麻坑、蚀坑和蜂窝，若岩粉不能及时排除，会加重这种现象，但在坚硬“打滑”地层岩粒量较小，这种损耗并不大。
第三种是金刚石的脆裂，金刚石是脆性体抗拉强度低，当其切削岩石时出刃的金刚石呈悬臂梁状态，在压缩、弯曲及剪切应力的作用下易发生突发性脆裂，在坚硬“打滑”地层中的强力钻进规程下，出刃金刚石发生脆裂的趋势同普通地层比增大了许多，由于脆裂残留部分面积大，不易磨蚀，反而保护肢体不被磨耗，会在一定程度上加重打滑现象。
金刚石钻头分类及使用
金刚石钻头分类及使用金刚石钻头是一种非常有用的工具，可以用于各种不同类型的材料的加工和处理，包括硬质材料。
由于金刚石十分坚硬，并且能够耐受高温和压力，因此它是一种非常强大和有用的钻头。
在这篇文章中，我们将探讨金刚石钻头的分类和使用。
1. 金刚石钻头的分类金刚石钻头有很多不同的类型，每种类型都适用于不同材料和任务。
以下是一些常见的金刚石钻头类型：(1) 金刚石中空钻头这种钻头的中心部分是空心的，可以用于钻孔和泥浆循环。
它适用于钻探石油、天然气和纯净水等领域。
(2) 钎头式金刚石钻头这种钻头看起来像一把锤子，其结构是由零件组成的。
钻头的外层是钻石，内部支撑杆和水的循环系统。
这种钻头适用于地下勘探和巨型土建项目。
(3) 金刚石螺丝钻头这种钻头是由许多钻石和钻头组成的，并且有一个螺旋形的切割方式。
它可以钻遍许多不同种类的岩石，包括花岗岩和大理石。
(4) 手持式金刚石钻头这种钻头通常是用手持钻机或钻头座等电动工具进行使用。
它可以用于一些个人DIY工作，例如在家里进行墙上插钩等。
2. 金刚石钻头的使用接下来，我们将为您介绍金刚石钻头的使用方法。
首先，你需要了解材料的类型和密度。
钻头的不同类型适用于不同的材料，具有不同的使用范围。
在使用金刚石钻头时，需要特别注意钻头是否适用于你要钻的材料。
其次，钻头的切割速度应该通过调整钻机的速度来控制。
太低的速度会使钻头失去作用，太高的速度则会导致加工过程中出现不必要的摩擦和磨损。
再次，钻头应该在有冷却水的情况下使用。
金刚石钻头适合进行湿式切割，因此需要足够的冷却水进行冷却。
如果没有足够的水来冷却金刚石切削表面，钻头表面的金刚石可能会因过热而脱落。
最后，在使用过程中需要注意安全问题。
钻机应该放在一个平稳的表面上，操作时注意穿工作手套和护目镜等防护装备，以免被分离的金刚石颗粒损伤眼睛和手部。
总之，金刚石钻头是一种很实用的工具，可以用于将不同类型的材料加工和处理。
在使用时，需要认真了解钻头的类型和使用方法，严格按照要求使用。
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
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使用环境因素包括： 第一、地层岩性和压实强度。 第二、使用的钻井参数。包括钻压、转速和排量，PDC的刚脆性要求钻头旋转 要平稳、减少振动，根据钻头厂家推荐的钻井参数选择合适的钻压和转速组 合以减少振动，防止跳钻和溜钻；PDC的热敏性要求选择合适的排量，以达到 清洗和冷却切屑齿。通过水力参数计算，一般选择的排量要求钻头喷嘴的射 流冲击力要达到40米/秒以上，钻头比水马力要达到1.5马力/in2以上，以满 足清洗岩屑和冷却PDC的要求，泥浆环空最低返速达到0.6-1米/秒。 第三、泥浆性能。一般说来，PDC钻头在油基泥浆中使用效果要比水基泥浆要 好。但是，由于环境保护方面的要求和规定，以及使用后高昂的泥浆处理费 用，使油基泥浆在很多区域无法使用。目前在矿物油和甘油泥浆基础上新开 发的合成体系泥浆，以及在水基泥浆中加入降磨阻剂、使用低固相优质泥浆 和低密度泥浆等新技术，都有助于提高PDC钻头的机械钻速。 在地质条件一定的情况下，使用合适的钻井参数和低固相优质泥浆体系是提 高PDC钻头使用效果切实可行的技术措施。
五、钻水泥塞 1、首先确定套管鞋是否是PDC钻头可钻的。 2、若是PDC可钻的，则采用低钻压、低转速缓慢钻进，若胶塞随钻头一起转 动，则上提钻具，重新钻进，直到有效切入。 3、 若是PDC不可钻的，则用牙轮钻头钻进，并把井底打捞干净，再下PDC钻 头钻进。 六、 造型 1、保持额定排量、下放钻头至井底。 2、采用10-20KN的钻压、60rpm转速缓慢钻进至少1米，以建立井底模型。 3、以每次10KN的增加量将钻压增至正常钻进最佳值。 保持钻压恒定调整转速以便获得最佳的钻进参数组合。
TITAN
HAMMER KILLER
冶金技术、水力条件、PDC切削齿等技术的快速发展，虽然没有能够减低钻头的成 本，但这些技术最终使PDC钻头钻的进尺更多，可以在多套不同地层下有效钻进。这 些技术的发展带来的另外一项重大进步是PDC钻头可以钻硬夹层。 PDC钻头机械钻速和寿命的提高，在以前认为仅能使用牙轮钻头的地层，目前也能 够用PDC钻头钻穿。 PDC钻头目前经常使用在井底需要钻头长时间工作的井段、油基泥浆、或在非缩径 井段使用的水基泥浆。在高转速钻具上，PDC钻头也具有优越性，如涡轮钻具、螺杆 钻具或造斜井段。 PDC钻头经常使用在低抗压强度、胶结性差、低研磨性、或带有薄夹层的地层中， 如盐岩、石膏岩、泥灰岩、灰岩等，中等抗压强度、具有一定研磨性和脆性的地层， 如砂泥岩、硅质页岩、孔隙性碳酸岩和石膏岩。但PDC钻头在高抗压强度、致密胶结 的研磨性砂岩、燧石和花岗岩、刚玉、黄铁矿、砾石中使用效果不好。一般PDC可钻 地层的抗压强度低于18000PSI、岩石研磨性低于41°（岩石的内磨察角IAF值） 很多服务公司和钻井承包商使用岩石抗压强度软件来确定地层的硬度值。这些计算 机分析岩石抗压强度模式使用了测井分析技术，主要分析和确定地层的三轴抗压强 度。 岩石抗压强度分析软件可以协助钻井承包商确定PDC钻头可钻的井段，优化钻头选 型，确定最优钻井参数。该软件的开发应用，为扩大PDC钻头的使用范围起到推进作 用。
PDC钻头冠部形状高度代号
短 ＜58mm 中 (58~114mm ) 长 ＞114mm
1
1 稀 ≤30 2 3 4
＞24
14~24 ＜14 ≤8
1
2 中 30＜齿数≤40 M S 3 密 40＜齿数≤50 2 3 4
＞24
14~24 ＜14 ≤8
1
2 3 4
＞24
14~24 ＜1
1
4 高密 ＞50 2 3 4
使用PDC钻头的优势
PDC钻头是人造聚晶金刚石复合片钻头的简称，是 美国石油工业八十年代的一项重大技术新成就。 其基本特点是切削刃锋利耐磨，钻头无轴承，因 而具有在低钻压、高转速措施下工作取得高钻速、 高进尺的效果。从而大大降低钻井周期和钻井成 本。并大大降低井下事故的发生。
钻头选型所需资料
地质资料
– 岩性分析 – 地质分层 – 测井资料
井深 声波时差（DT） 伽玛（GAPI） 密度
钻井工程数据
– – – – – 井身结构 井眼轨迹 泥浆性能 钻具组合 钻井参数
邻井钻头使用资料
PDC钻头IADC编码标准
钻头体材料
胎体 钢体
布齿密度 代号 (当量齿数)
PDC齿直径 代号 分级 代号 尺寸 (mm) 鱼尾 形
抗压强度，1000 PSI
声波是测量声 波在岩石中的 传播速度。地 层硬度越大， 传播速度越快。 声波在测井上 用DT或 t 表 示。
声波DT, t，s/ft
抗压强度与岩石体积密度的关系
抗压强度，1000 PSI 分析方法：
岩石体积密度< 2.5g/cm3 时，地层抗 压强度变化不大，但 > 2.5 g/cm3 时，地层 抗压强度陡升。
金刚石钻头选型与应用
目
录
PDC钻头的发展及适用范围 使用PDC钻头的优势 PDC钻头选型所需资料 PDC钻头IADC编码标准 岩石力学分析及应用 使用环境因素对机械钻速的影响 PDC钻头现场应用注意事项
PDC钻头的发展及适用范围
General Electric公司在1973年研究开发出PDC复合片，在随后的几年内PDC 复合片就被应用到钻头上并具备商业价值。 PDC钻头是人造聚晶金刚石复合片钻头的简称，PDC钻头真正具有划时代的发 展并投入使用是在80年代末，当Amoco Production 公司验证钻头回旋是阻碍 PDC钻头有效应用的主要原因，这使PDC钻头技术有了一个革命性的突破。 钻头回旋是指钻头偏移了钻头几何中心线进行旋转工作。在钻头发生回旋过 程中，钻头的瞬时旋转中心总是变化，它不是和井眼中心保持在同一条中心 线上。切削齿在径向移动，甚至相对于地层岩石面向后移动。钻头回旋产生 的井底造形形状能够造成PDC 切削齿的金刚石层掉片或冲击破坏，加速钻头 的磨损，降低钻头工作寿命。 在计算机辅助设计和计算机辅助加工（CAD/CAM）和计算机辅助工程（CAE） 进行有限元分析的推动下，开发了钻头抗回旋技术，井底动态流场模拟技术 应用于水力设计，大大提高了钻头的工作寿命和机械钻速。 PDC钻头获得高机械钻速的最大一项障碍是避免PDC切削齿过热。PDC金刚石层 和碳化钨基体有着不同的热膨胀系数，在高温下会导致PDC切削齿出现热裂纹。 为了减少在钻井过程中PDC切削齿出现的热裂纹影响，最近成功地开发出在 PDC金刚石层和碳化钨基体之间具有各种几何形状交接面的PDC切削齿，这些 高质量的PDC切削齿具有很高的抗研磨性，即使出现磨损，仍然会有许多金刚 石保留在碳化钨基体上继续切削地层。这种非平面形状的几何结构，大大提 高了PDC切削齿在井下的工作寿命。
岩石力学分析在钻头选型中的应用
抗压强度 内摩擦角
岩石抗压强度在PDC钻头选型中的应用
抗压强度 (psi) ＜4000 4000~8000 8000~12000 12000～16000 地层强度 地层强度 类别 级别 极软 软 软～中硬 中硬~硬 1～2 3 4 5 PDC钻头 IADC编码 M/S112~M/S222 M/S122~M/S223 M/S223~M/S323 M/S323~M/S433
刀翼数量
切削齿尺寸 (mm)
≥19
≤5
4～5
5～6 6～7 ＞=8
19
19，16 13 13，8
16000~21000
＞21000
硬
极硬
6
7级以上
M/S433~M/S444
牙轮钻头或巴拉斯钻头或孕镶钻头
内摩擦角在PDC钻头选型中的应用
内摩擦角 (度) ＜10 10~20 20~30 地层强度 地层研磨 类别 级别 极软 软 软～中硬 1～2 3 4 PDC钻头 IADC编码 M/S112~M/S222 M/S122~M/S222 M/S222~M333 刀翼数量 切削齿尺寸 (mm) ≥19 19 19，16，13 13，8
岩石力学分析及应用
岩石力学分析所需测井资料
– 井深 – 声波时差（DT） – 伽玛值（GAPI） – 密度
伽玛值与抗压强度的关系
测井值反应
岩石中放射性
抗压强度，PSI
物质的多少。 泥岩中最多， 砂岩、碳酸岩 等最少。在地 质力学分析软 件中主要用来 分析岩性。
测井值，API
声波时差与抗压强度的关系
常用测井方式、代码和单位
测井代码 DT, DTc RHOB, DEN GR, GRc Pe CAL RES S-POR，S-PORc D-POR，D-POR N-POR ND-POR UCS-psi CCS-psi 测井方式 声波 密度 伽吗 岩性密度 井径 电阻率 声波孔隙度 密度孔隙度 中子孔隙度 中子-密度孔隙度 单轴抗压强度 三轴抗压强度 单位 secs/ft G/cc API B/e in Ohm-m % % % % Psi psi
≤5 5 5～6 7～8
30～41
＞41
硬
极硬
5～6
7级以上
M/S333~M444
其它非PDC钻头
使用环境因素对机械钻速的影响
影响PDC钻头机械钻速的因素有钻头本身的因素和环境因素 钻头本身因素（或内因）包括： 第一、钻头选型。PDC钻头对地层相对比较敏感，根据地层情况选择合适的钻 头型号或根据地层情况进行针对性的设计钻头，是非常重要的，也是PDC 钻 头能否取得较好经济指标的前提和关键。 第二、钻头设计参数和制造工艺。根据钻头的使用情况，进行不断的设计参 数调整和改进。 第三、切屑齿质量。PDC切削齿由一层金刚石复合层和碳化钨基体焊接而成。 金刚石的硬度是钢材的十倍，是碳化钨硬度的两倍。金刚石的耐磨性是目前 已知材料中最高的，它的耐磨性是碳化钨的十倍。但金刚石的弱点是脆性， 容易被冲击载荷破坏。还有金刚石的热敏性，在高温下会燃烧为co2和co，在 空气中约455~860度之间，出现石墨化燃烧。可以认为，金刚石的磨损过程主 要是金刚石中的碳氧化成co2和co气体，然后溶解于钻井液中。 从PDC钻头的发展过程来看，限制PDC钻头使用范围和经济性的因素主要有两 个方面：一是PDC切屑齿断裂或磨损造成钻头寿命较低；二是井底清洗钻头不 良造成机械钻速降低。 解决PDC 钻头的内因问题就是要解决钻头选型、设计、制造工艺和材料质量 的问题。