怎样合理选择金刚石钻头

以往评定金刚石钻头使用好坏的依据是钻速、钻头进尺和单位进尺金刚石消耗量（克拉/米）三个指标，今后应明确将金刚石钻头每米成本列入合理选择钻头的主要指标。推广金刚石钻头钻进以来，由于技术水平和管理水平的不断提高，钻速、台月效率、台年进尺不断增长，钻头进尺（天然孕镶钻头和人造孕镶钻头）逐年提高，初步摸索出了孕镶钻头的钻进规律，即在岩层（7、8、9级岩石）条件基本相同情况下，天然孕镶钻头比人造孕镶钻头单位小时进尺略高一些，而钻头进尺和钻头价格则高很多。     

钻进打滑地层用孕镶金刚石钻头设计探讨

在极坚硬地层钻探施工过程中，经常出现钻头打滑现象，给钻进带来了极大的困难，钻孔施工周期长，增加了施工成本。针对打滑地层孕镶金刚石钻头钻进难题，提出了提高胎体硬度、降低扇形块的面积、加大水口面积的设计思想；为了提高钻头的寿命，提出了将制作金刚石增强型硬质合金复合齿的工艺、配方应用到制作孕镶金刚石钻头的设计思路。通过室内微钻试验，结果表明这种孕镶金刚石钻头具有高时效、长寿命等优点．为解决打滑地层钻进提供了新思路。     

我们是怎样突破硬岩层关的?

我队过去在某铜矿施工，在推广应用小口径金刚石钻进时遇到几十米、颗粒细而致密、研磨性很弱的坚硬岩石硅质岩，采用孕镶金刚石钻头钻进时钻头打滑，钻进效率低，成本高，成了我队推广小口径金刚石钻进的一只拦路虎。针对我队硬岩层钻进中存在的这一难关，设计试制了金刚石钻头喷砂机，经过反复试验改进，孕镶金刚石钻头，经过喷砂处理后钻进效率有明显提高。如某铜矿6319孔孔深674米，遇到一段坚硬的硅质岩，有七十多米，使用孕镶金刚石钻头喷砂前后钻进效果对比如下表。     

热压铁基孕镶金刚石钻头的试验研究

针对在坚硬致密岩石中钻进时效低和钻头使用寿命短的技术难题,分析了热压钻头的金刚石出刃与岩石研磨性等岩性之间的内在联系,认为钻头的胎体成分及其性能是关键,硬而带脆性的胎体性能有利于金刚石出刃,从而能提高钻进速度。因此,从热压金刚石钻头的胎体成分与性能研究入手,经过反复的试验研究,试制出了热压铁基孕镶金刚石钻头,取得了突破性的进展。在坚硬致密岩层中钻进,钻进时效由0.5 m左右提高到1.17 m,钻头寿命由10 m左右提高到21.31 m,解决了在坚硬致密岩层中钻进难的问题。试验研究结果说明,铁基合金是一种新型的金刚石钻头胎体材料,热压铁基孕镶人造金刚石钻头是一种新类型的金刚石钻头。     

本溪台沟铁矿深部坚硬地层孕镶金刚石绳索取心钻头的选择和使用

深部坚硬地层绳索取心钻进的特殊性在于钻头易打滑与增加钻头压力受限的矛盾。在分析总结本溪铁矿已施工超深孔成功经验的基础上,提出了孕镶金刚石钻头的选择与使用技术措施,提高了钻进效率,延长了钻头使用寿命,解决了深孔坚硬岩层钻头的打滑问题。     

薄壁钻头钻进技术

（一）瑞典于七十年代研制成功DIAMEC系列高速全液压金刚石钻机，并发展了薄壁钻头钻进技术。在中硬至坚硬岩层中采用TT型和T_2型薄壁钻头和双层岩芯管钻进取得了很好的效果。例如用TT46金刚石钻头所钻出的岩芯直径为35.6毫米，相当于DCDMA标准的BQ规格钻头钻出的岩芯（36.5毫米），而机械钻速却提高了，因为薄壁钻头的壁厚只有5.2毫米，而BQ钻头的壁厚为11.78毫米。也就是说，用TT46薄壁金刚石钻头钻进，有效切削面积比BQ钻头减少了62％，因而需要的给进力和扭     

孕镶金刚石钻头破岩机理及岩石分级

近十年来孕镶金刚石钻头在我国地质勘探钻进中所完成的工作量日益增长。在大部分坚硬、硬、中硬岩层中它已处于首要地位。鉴于这种情况，深入研究孕镶金刚石钻头破岩机理及岩石分级将有助于更好地改善钻头结构参数的设计，实现优化钻进，制定合理的生产定额。在大量收集和观测生产实践的基础上，我们使用与BCM—Ⅲ型微机相接的多参数回转实验台（图1），对上述课题进行了研究。该实验台可对扭矩、瞬时钻速、钻头唇部温度、轴压等9个参数自动检测与打印。     

锯齿钻头的应用

锯齿钻头适用于硬岩“打滑”地层，其效率较普通平底孕镶金刚石钻头高3—5倍。但在不完整地层钻进，效率就降低。如在1987年开始使用锯齿钻头时，在含砾凝灰质砂岩层及软硬交互的破碎层中钻进，平均寿命不超过12m。机台便因其寿命低而不愿使用。     

液动冲击器在水电钻探中的应用

在水电勘探中，如遇坚硬打滑地层，孕镶金刚石钻头出刃慢，钻进时效低。针对这一问题，引用高频低冲击功液动冲击器，通过其产生的高频振荡来改善孕镶金刚石钻头的碎岩效果，提高坚硬打滑地层的钻进时效，降低生产成本。     

坚硬致密打滑地层孕镶钻头钻进参数的合理选择

设计制造与坚硬致密打滑地层相适应的金刚石钻头，仅仅是为该地层钻进提供了比较合理的锐利工具。但要取得好的钻进效果，还要正确使用这种工具，合理选择钻进参数，方能奏效。和常规地层不同，坚硬致密打滑地层孕镶钻头往往选用大钻压、低     

水平钻孔中使用人造金刚石孕镶钻头钻进的效果

我们曾在某矿区的坑内和地表，使用人造金刚石孕镶钻头（以下简称人孕金刚石钻头），在7～10级的硅化白云岩、复杂角砾岩、板岩和辉长岩类岩层中进行水平孔孔内钻进试验，完成八百多米工作量，最深钻孔达213米，平均时效1.64米/小时，台月效率达470米，取得了较好的钻进效果，比同地区、同岩层的直斜孔人造孕镶金刚石钻进效率都高。这次实践、为今后在水平孔中推广使用人造孕镶金刚石钻头开辟了途径，同时也对钻进工艺有了新的看法和认识，现将在施工中所取得的效果和需要注意的几个问题做一介绍和讨论。     

孕镶钻头金刚石恒自锐速率钻进问题的探讨

尽管金刚石钻头的碎岩过程及原理，至今观点尚未统一，但必须保证钻头唇面有一定出刃量的金刚石，才能达到碎岩的目的，这是大家一致公认的。而对孕镶钻头来说，不是像表镶钻头那样把金刚石嵌在钻头唇部表面，而是均匀地分布在钻头唇部胎体内。在钻进开始时，首先由表层金刚石起碎岩作用，随着钻进过程中表层金刚石和胎体的逐渐磨损，胎体内部的金刚石不断出露（出刃）而达到不断碎岩（进尺）的目的。因而孕镶钻头的金刚石能否正常出刃，是关系到孕镶钻头能不能达到正常工作（碎岩），取得最佳经济效益的关键问题。笔者认为，通常人们所讲的孕镶钻头与地层的适应性好坏，其实质是指的采用的孕镶钻头在钻进各类岩层时，金刚石能否正常出刃，达到正常碎岩（钻进）目的的问题。本文就对孕镶钻头金刚石的正常出刃，即恒自锐速率钻进问题进行的初步探讨。     

孕镶金刚石钻头的修磨出刃方法

我队在推广应用金刚石钻进时，遇到几十米颗粒细而致密，研磨性很弱的坚硬岩石—硅质岩，采用孕镶金刚石钻头钻进时，钻头打滑，钻进效率很低，甚至不进尺。主要原因是岩石硬度高，结构致密，研磨性弱，胎体性能与岩石性质不相适应。在钻进过程     

孕镶金刚石钻头设计与制造新技术回顾与展望

高性能孕镶金刚石钻头的研制是钻探工程尤其是深部坚硬地层提高钻探效率、降低钻探成本的关键手段之一。本文从钻头胎体、结构和制造工艺3方面综述了孕镶金刚石钻头设计与制造的新技术,针对钻头胎体设计,介绍了胎体对金刚石把持力的调控研究,特别是胎体强化和胎体弱化这2大方向,并阐述了胎体自润滑钻头的设计机理;从唇面结构和水路系统的设计等方面论述了孕镶金刚石钻头结构设计的新思路;讨论了典型孕镶金刚石钻头设计技术,分析了钻头制造工艺现存的问题,并认为未来采用3D打印制造复杂结构孕镶金刚石钻头具有广阔的应用前景。对及时了解和掌握国内外孕镶金刚石钻头设计与制造技术和理论的最新进展,加快高性能孕镶金刚石钻头的研发具有重要意义。     

中硬岩层钻进孕镶金刚石复合片钻头的研究与应用

针对中硬岩层的特点设计了一种孕镶金刚石复合片钻头,介绍了其切削结构、特点及切削原理。在钻进中硬岩层时,复合片切削齿和孕镶金刚石后支撑能够共同发挥切削作用,提高钻头钻进效率和钻头的稳定性并且能使钻头具有较长的寿命。     

R81型人造孕镶金刚石钻头在石英岩中的钻进效果

我队曾在某矿区石英岩中，对勘探技术研究所设计，无锡钻探工具厂制造的YZ—54—Ⅱ型液动冲击器；北京钻探工具厂制造的φ66人造孕镶普通双管R81型金刚石钻头进行了试验，基本解决了该矿区石英岩地层钻进效率低的难题。现就R81型金刚石钻头使用情况简介如下。一、钻进地层石英岩：石英含量约98％，为坚硬、致密或带少量黄铁矿星点及节理，分上、下两层，厚度17～55米，可钻性11—12级。混合岩：主要成份为石英、长石等，较完整，可钻性10～11级。     

仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头研究

针对孕镶金刚石钻头齿间相互独立,在坚硬地层中钻进极易产生打滑和单齿受力太大导致钻头损坏的难题,引入仿生爪趾结构原理和自补偿理念,研制了仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头。钻头的一体式切削齿设计,主要在单齿的齿单元间采用加强筋方式强化单齿强度,单齿与单齿间设置齿间加强筋加强,使得钻头相邻齿单元、相邻单齿间相互连接形成一个整体,在钻进过程中,钻头齿的工作唇面会产生多个超过岩石极限破坏强度但远低于钻头胎体强度的应力集中区域,不容易出现少数几个接近或超过钻头胎体强度的应力集中区域的情况。如此,钻头的整体性更好,受力均匀,切削岩石的效率更高,寿命更长,尤其对于坚硬地层,防打滑效果更好。经现场试验表明:仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头较常规钻头具有更高的碎岩效率和更长的使用寿命。     

用酸处理人造孕镶金刚石钻头钻进打滑层

我队五0六分队赣地九十号机，在钨矿普查钻进三个中深孔的过程中，分别碰到了几十层厚度不等（0.5米—15米）、变换频繁的坚硬、致密、研磨性弱的二云母花岗岩，石英脉（体）的岩层及含矿较高的岩体。采用胎体硬度HRC35—38、粒度80—100目的人造孕镶金刚石钻头施工，出现了41个回次纯钻45小时无进尺、64个回次纯钻138小时只进尺4.55米的严重“打滑”现象，直接影响了钻进速度，使台月效率在100余米徘徊。     

坚硬致密石英岩地层用新型胎块钻头的研究与应用

在钻探施工中,当钻遇坚硬致密石英岩时,金刚石钻头普遍存在钻进效率低、打滑及进尺困难的现象。针对这种地层,研制了新型胎块孕镶钻头,通过胎体配方的改进,水路及金刚石品级、浓度的优化设计,在施工现场取得了良好的钻进效果。详细介绍了适用于该种地层的新型胎块钻头的设计及现场应用效果,为类似钻探施工提供参考。     

人造金刚石与硬质合金分层钻进试验

我们进行生产试验的某铁矿区，地层软硬变化较大，闪长岩与蚀变闪长岩、大型岩交替出现。在较致密的闪长岩中（可钻性8级左右），人造孕镶金刚石钻进的性能发挥的较好，金刚石钻进效率比钢粒钻进提高两倍；比用针状合金钻进提高一点五倍；比用普通硬质合金钻进提高五点八倍。金刚石钻进回次进尺比钢粒钻进提高一点二倍；比用针状合金钻进提高一点六倍；比用普通硬质合金钻进提高七倍。但在6级左右的蚀变闪长岩中，人造金刚石钻进无论是钻进效率，还是回次进尺，仍然比其他钻进方法优越。相反，在较软的5级大理岩中，由于岩石较软，人造孕镶金刚石钻头出刃微小，排粉不良，易造成蹩泵，至使钻进效率显著降低，不如表镶金刚石和合金钻进优越。（见表1）