金刚石复合片取心钻头

煤炭科学研究总院西安研究院、阳泉煤业集团有限公司。2100433B

刘晓燕、李锁智等。

常用的有四牙轮和六牙轮取心钻头两种。四牙轮取心钻头的牙轮有圆锥状与圆柱状两种型式； 六牙轮取心钻头的牙轮都是柱状。为了使钻头旋转平稳，取心钻头的内孔与钻头外圆应力求同心，防止偏心，内孔切出的岩心应是一个正圆，不得呈椭圆。牙轮的排列要对称，且各牙轮底必须在与钻头轴线相垂直的同一平面上。牙轮上齿的大小、多少及排列应随所钻岩性不同而异。

当取心方式、工具确定之后，通常根据取心钻头型号与技术规范及所对应的地层类别确定取心钻头类型，然后参考地层可钻性级值与钻头类型的对应关系，进一步确定具体的取心钻头型号。

1．从岩心成形出发选择钻头

从岩心成形来看，在软而松散的非胶结地层取心，不宜选用多次成形的取心钻头。多次成形的取心钻头，当钻头接触井底平面，开始钻进的时候，会在井底先形成直径较大（大于钻头体内径）的岩心。它不能立即进入钻头体或内岩心筒，只是在钻压的继续作用下，连续切削较大直径的岩心，最终形成所需直径的岩心柱并进入钻头体或内岩心筒。如果选用这类钻头，在多次成形的过程中，岩心必然受到钻压、钻具摆动等外力的多次作用，极易发生岩心破碎，阻碍岩心入筒或造成岩心入口堵塞卡死。但是，在充分扶正钻头和取心工具以后，由于这类钻头的切削部分可以产生锥形井底，有助于保持井眼垂直；同时，在需要更大钻压的较硬地层中钻进，钻头工作面逐渐过渡成圆形（或者有一个较大的顶部半径），能保证有足够的切削刃分担负荷，以防止不正常的磨损和过热。

近似于一次成形的取心钻头，由于其顶部圆半径较大，可以将钻进硬透镜体夹层的影响减弱到最低限度。一次成形就是当取心钻头接触井底平面，开始钻进的时候，岩心立即形成与钻头体内径相等或略小的岩心柱而进人内岩心筒并受到保护的成形过程。

2．根据岩石性质选择钻头

松软地层，由于岩石可钻性好，机械钻速高，一般可选用切削型取心钻头，包括切削刃较长、较稀的PDC取心钻头。中硬地层，由于岩心成柱性好，钻速中等，是进行中长筒取心的有利地层，一般选用微切削型取心钻头，包括布齿较密的PDC取心钻头，圆柱形、三角形及片状等热稳定聚晶人造金刚石取心钻头以及各种天然金刚石取心钻头。这类钻头多为胎体结构，工作面呈单锥曲面、双锥曲面，还有平顶、圆弧形、浅抛物面等形状。硬地层取心，由于地层岩石硬度高，研磨性强，可选用胎体结构、工作面多为半圆曲面、低出刃或孕镶的研磨型取心钻头。根据地层硬度，布齿方式有格状布齿、同心圆布齿及背镶布齿三种方式，高低压水道、辐射状水道以及内规径处的水道均有利于钻头的清洗和冷却。

专用于钻取岩心的钻头。根据其结构及制造材料的不同，一般可分为牙轮取心钻头、金刚石取心钻头和硬质合金取心钻头三类。由于地层的软硬和可钻性及研磨性的不同，取心钻头的种类也很多，在结构上的差别也很大，设计的正确与否直接影响钻进速度和岩心收获率。为了提高岩心收获率，要求钻头工作平稳，因此钻头的切削刃应该对称分布，底刃面应与钻头中心线相垂直，切削刃的耐磨性应该一致，避免由于钻头的歪斜和偏磨而破坏或折断岩心。此外，取心钻头水眼的位置应尽可能避免使钻井液直接冲击到岩心上。