热稳聚晶金刚石取心钻头

《石油名词》第一版。 2100433B

1994年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

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。

用金刚石及其制品作为碎岩材料制成的钻头。金刚石钻头适用范围很广，可钻进岩石可钻性为1～12级的各类地层，且钻进效率高、钻孔质量好，但钻头制造工艺复杂、成本较高、操作技术要求高。金刚石钻头由金刚石、胎体和钻头体三部分组成。金刚石是钻头的刃部，天然金刚石由于价格昂贵很少采用，一般多采用人造金刚石。胎体是钻头底部包镶金刚石的一圈合金，其主要功用是牢固地包镶金刚石颗粒并与钻头钢体焊接在一起。胎体一般用碳化钨粉末作为骨架材料，用铜镍等金属作为粘结材料，以粉末冶金方式制造，改变胎体的成分可以改变胎体的性能，以适应钻进各种岩层的需要。胎体部分开有水口和水槽，供冲洗液流通。钻头体是指钻头钢体部分，采用中碳钢管材制造，上部车有螺纹与扩孔器下端相应螺纹连接，下端加工成楔形、阶梯形、螺纹形或方形，以加强与胎体的粘结强度，便于胎体压实，传递更大扭矩。钻头体分单管钻头钢体和双管钻头钢体两种。

金刚石钻头的结构要素包括金刚石品级、金刚石浓度、金刚石粒度、金刚石出刃、金刚石的分布和排列、胎体性能和成分、水路数目和形状、底唇形式等。钻头的设计工作就是确定合理的结构要素，使钻头获得良好的经济技术效果。天然或人造金刚石钻头可用冷压浸渍法、热压法、无压浸渍法和电镀法等方法加工。金刚石钻头按金刚石包镶形式，分为表镶、孕镶和复合片钻头；按钻头用途，分为取心、不取心、绳索取心和专用钻头等。

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。