探索拾零（五）论坚硬致密脆性非均质岩（矿）层的破碎机理

当今,在机械旋转破碎的钻探工程中,常见的钻进方法有硬质合金钻进、复合片钻进、金刚石钻进等。而钻进坚硬致密的岩（矿）层,孕镶人造金刚石钻头钻进具有特殊的优势。     

带保护层新型金刚石复合片的研究

新型复合片由保护层、多晶金刚石层和硬质合金层组成，保护层厚度为0.2—0.3mm。该复合片的抗冲击和耐磨性能比普通复合片分别提高80％和20％。新型复合片制造的钻头在7级破碎地层中钻进平均进尺达116.73m，比普通复合片钻头提高一倍以上。     

金刚石复合片钻头在煤田钻探中的应用

我队近一年来来用国产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（φ78mm），在陕北某煤田复杂地层钻进中，取得单只钻头进尺达到621.42m的好效果。     

关于复合片钻头磨损的试验研究

阐述了复合片钻头在金刚石钻进试验台上钻进大理岩和花岗岩的试验研究结果。用试验设计方法研究了复合片钻头绝对磨损和相对磨损同钻进规程参数的关系，建立了相应的数学模型，利用这些数学模型可以求出钻头相对磨损最小值以及与其相应的最优钻头压力、钻头转速和冲洗液量。     

单管薄壁孕镶金刚石钻头的钻进效果

通过对混合岩、凝灰熔岩、花岗岩等不同物理力学性质岩层钻进，表明单管薄壁孕镶金刚石钻头（以下简称薄壁钻头）既适合于完整地层中钻进，也适合于致密坚硬地层和双管钻进易堵岩心岩层中钻进，薄壁钻头的钻进效果与同类型普通双管孕镶金刚石钻头（以下简称普双钻头）相比，在钻头使用寿命大体相同情况下，钻进效率提高22—42％，钻头费用降低12—14％。薄壁钻头对于提高坚硬岩层钻进效率和降低钻探成本具有一定的实际意义。     

地热钻井用钻头

一、前言钻井费用在地热开发所需费用中所占比例非常大，如何缩短钻进时间，减小钻进费用成为一大课题。过去，为提高钻进效率曾进行了种种努力。目前，地热钻井用的钻头大部分为三牙轮钻头。但是牙轮钻头在高温环境中使用，密封和轴承等容易损坏，寿命短。为此，各国都进行了地热钻井用钻头的研究开发，并已制作出性能良好的地热钻井用钻头，但其性能尚不充分。高温钻头除了耐热、耐磨、耐腐蚀外，还应该具有类似全面钻头的简单结构。美国进行了金刚石复合片高温全面钻头的研究开发，但是钻进硬地层的效果不理想。日本也进行了高温硬地层钻进用金刚石复合片的开发。作者等对三牙轮钻头进行性能评价后，又以开发直径215.9mm（8~1/_2in）左右地热钻井     

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。     

大直径电镀金刚石钻头的研制与应用

1990年江西省煤田勘探公司195队承接了丰城矿务局三口高垂直度立井井筒检查孔施工任务。要求开孔口径130mm以上，终孔口径110mm、设计孔深480—1200m不等。要求百米孔斜不超过0°52′，其主要岩层为6—9级的灰岩及砂岩，要求采取金刚石钻进。江西省地矿局建设大队承接了钻头的研制任务。经两家通力合作，取得了显著成果。一、钻头的研制根据195队的要求，研制了130、110mm两种口径的工程钻头及配套扩孔器。设计以DZ 2.1-87《地质钻探金刚石钻头》和DZ 2.2-87《地质钻探金刚石     

日本PDC全面钻头的研究

一、概要过去，对PDC（金刚石复合片）钻头的评价是“钻进均质中硬岩具有优异的钻进性能，对于降低钻探成本做出了巨大贡献，但是由于强度原因不能钻进非均质硬岩”。于此情况下，日本有关厂家开发出高温、硬岩钻进用新型PDC。作为“阳光计划”的一环，日本资源环境技术综合研究所着手研制镶焊新型PDC的地热钻头。     

“金刚石粘敷”硬质合金切削具的研制

为了扩大人造金刚石在地质钻探上的应用，美国通用电气公司（G．E．C．）率先推出了人造金刚石复合片（STRATAPAX）和聚合块（GEOSET）两类切削刃具。据有关文献介绍，利用这种新刃具制成的地质钻头，在中硬以下的岩层中钻进已获取了较大的效益。近年来，我国有关生产厂家和科研、教学单位，在这方面也做了大量工作。国产复合片的聚合块（国内称三角形聚晶）相继问世。用其制成的地质钻头也取得了一定效果。不过，就目前国内外生产的复合片的基本形状来看，几乎都是图片形或是由其经线切割而成的形状。     

人造金刚石聚晶钻头钻进试验

为适应地质勘探的重点向能源勘探的战略转移，北京钻探工具厂研制的φ2×4人造金刚石聚晶煤田取心钻头（φ75绳索取心钻头见图1），在湖南468队进行实际钻进试验，在中硬岩层中钻进效果显著，经济效益好。     

金刚石复合片钻头的研究

一、前言近几年来，世界上许多国家都在研制金刚石复合片和复合片钻头。国内近二、三年也获得较大进展，产品质量有了一定的提高。我们自1984年起，和有关工厂协作，共同进行了金刚石复合片新型钻头研究。截止1985年10月在湖南468队煤田、陕西八队煤田、湖南405队汞矿区和浙江三队多金属矿区分别试验了φ76普通双管、φ75绳索取心、φ56绳索取心和φ56普通双管四种复合片取心钻头，完成了两千多米的试验任务。在5—7级软—中硬地层中钻进，取得了平均钻头寿命116.3米，平均时效2.62％米/时的好效果，其中半数以上钻头寿命超过了百米，标志着国产人造金刚石复合片钻头的研究工作取得了可喜成果，并为今后开发应用展示了良好前景（图1）     

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。     

高效耐冲击复合片取心钻头的研制与应用

针对油气及非常规油气、科学钻探中,砂质泥岩和砂泥岩互层钻进效率低、钻头寿命短的难题,通过齿形金刚石复合片与圆形复合片的交错布置,研制的新型高效耐冲击复合片取心钻头在新疆吉木萨尔油田36-4井页岩油芦草沟组进行了试验研究。结果表明：研制的新型高效耐冲击复合片取心钻头机械钻速较其他钻头提高了2.4~3.1倍,取得了良好的社会经济效益。     

金刚石钻进时的圆周线速度

金刚石钻进由于采用金刚石作磨料，尤其是孕镶式钻头，采用细粒磨料级金刚石（其粒度为30目至100目，相当于0.63～0.125毫米），在钻进时类似砂轮磨削原理破碎岩石。因此，金刚石钻进时很重要的一个钻进技术参数，就是钻头的圆周线速度，也就是钻头上金刚石在钻进时的单位时间内在岩石面上克取岩石所经过的距离。计算圆周线速度的公式：     

提高金刚石钻头冲击回转钻进效率

近年来，较为广泛地使用冲击回转法钻进坚硬岩石的地质勘探孔。钻头为金刚石钻头。这一钻进方法在不同的地质条件下能显著地提高钻进效率和质量。但是，冲击回转和金刚石钻头配合应用导致与冲洗液消耗有关的矛盾。一方面为了达到冲击回转器的能量参数（单次冲击能量、冲击频率），必须使通过冲击器并作为动力传动用的冲洗液耗量具有足够高的程度。比如，对于成批生产的ГВ-5型液动冲击器来说，液体的消耗应等于130—150升/分。只有这样才能保证单次冲击能量为1—1.5公斤·米和冲击频率为48—60赫芝。另一方面，金刚石钻头钻进时所推荐的冲洗液耗量大大低于液动冲击器正常工作所必须的量。例如，用     

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。     

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     

中硬地层全尺寸PDC钻头破岩实验研究

聚晶金刚石复合片（PDC）钻头作为钻井系统中消耗最多的工具之一,钻一口井常需要更换几个甚至几十个钻头,PDC钻头使用寿命将直接关系到钻井成本。通过全尺寸钻头钻选实验,研究了不同钻压、转速和不同岩性下的钻头动力学特性（动态钻压、扭矩）,研究结果表明：增大预定钻压将显著增大钻头处响应钻压和扭矩的波动范围;而改变转速对钻头处钻压和扭矩的影响较小;相同钻井参数下,钻进灰岩时的钻压和扭矩波动范围最小,而钻进人造岩时其波动范围较大。研究结果为钻井参数优化和钻头选型提供一定的理论指导。     

黑色人造金刚石及其钻头的效果

近年来，我们致力于适用制造地质钻头的人造金刚石品种的研究，先后将普通黄色人造金刚石（简称普通金刚石）和含硼黑色人造金刚石（简称黑色金刚石）用来制造地质钻头。由于黑色金刚石的优良性质，在用于制造地质钻头时收到了良好的钻进效果与经济效果，受到了用户的欢迎与重视。