做切削刃的鉆頭稱為金剛石鉆頭。該鉆頭屬一體式鉆頭，整個(gè)鉆頭沒(méi)有活動(dòng)的零部件，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，具有高強(qiáng)度、高耐磨和抗沖擊的能力，是20世紀(jì)80年代世界鉆井三大新技術(shù)之一?，F(xiàn)場(chǎng)使用證明，金剛石鉆頭在軟-中硬地層中鉆進(jìn)時(shí)，有速度快、進(jìn)尺多、壽命長(zhǎng)、工作平穩(wěn)、井下事故少、井身質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。金剛石鉆頭不但使用時(shí)間長(zhǎng)，還可以重復(fù)利用，返廠修復(fù)的金剛石鉆頭使用起來(lái)和出廠的 金剛石鉆頭使用效果差不多，能大量的節(jié)約鉆井成本。

目錄 

優(yōu)勢(shì) 

金剛石鉆頭的破巖機(jī)理

金剛石鉆頭使用 

金剛石鉆頭

鉆頭質(zhì)量的好壞、鉆頭類型與地層巖性是否適應(yīng)，對(duì)加快鉆井速度和提高單只鉆頭進(jìn)尺起著重要的作用。鉆一口油氣井一般要使用不同尺寸的多只鉆頭，在鉆上部地層時(shí)要使用直徑較大的鉆頭，因鉆頭鉆進(jìn)的地層較軟，單只鉆頭進(jìn)尺多、使用的時(shí)間短，一個(gè)鉆頭一般可重復(fù)使用幾口井；而在鉆下部地層時(shí)要使用直徑較小的鉆頭，因地層硬、單只鉆頭的進(jìn)尺少，一般要使用多只鉆頭。一只下井新鉆頭鉆井進(jìn)尺的多少主要取決于鉆頭的尺寸、類型、地層的軟硬和鉆進(jìn)參數(shù)的配合。一般來(lái)說(shuō)，鉆頭尺寸越小、地層越硬，進(jìn)尺越少；鉆頭尺寸越大、地層越軟，鉆頭進(jìn)尺就越多。 

優(yōu)勢(shì)

1 力平衡設(shè)計(jì)使鉆頭具有良好的導(dǎo)向性，適應(yīng)配合井下馬達(dá)應(yīng)用于定向鉆井，具有較小的徑向震動(dòng)； 

2 不同結(jié)構(gòu)的zhuanliPDC復(fù)合片在鉆頭不同位置的合理布置使鉆頭具有較強(qiáng)的攻擊性和抗研磨性； 

3 強(qiáng)攻擊性設(shè)計(jì)使鉆頭可獲得高的機(jī)械鉆速； 

4 動(dòng)態(tài)流場(chǎng)模擬技術(shù)應(yīng)用于水力設(shè)計(jì)，使井底流場(chǎng)最優(yōu)化，有利于提高排屑速度和防泥包。 

因?yàn)镻DC鉆頭的材料主要為鑄造碳化鎢和金剛石復(fù)合片，所以它壽命長(zhǎng)，價(jià)值高。(精鉆金剛石鉆頭） 

金剛石鉆頭的破巖機(jī)理

金剛石鉆頭的破巖作用是由金剛石顆粒完成的。要知道鉆頭的破巖作用，就須了解單粒金剛石的破巖作用。在堅(jiān)硬地層中，單粒金剛石在鉆壓作用下使巖石處于極高的應(yīng)力狀態(tài)下（約4200-5700MPa，有的資料認(rèn)為可達(dá)6300MPa），使巖石發(fā)生巖性轉(zhuǎn)變，由脆性變?yōu)樗苄?。單粒金剛石吃入地層，在扭矩作用下切削破巖，切削深度基本上等于金剛石顆粒的吃入深度。這一過(guò)程如同“犁地”故稱為金剛石鉆頭的犁式切削作用。 

在一些脆性較大的巖石里（如砂巖、石灰?guī)r等），鉆頭上的金剛石顆粒在鉆壓扭矩的同時(shí)作用下，破碎巖石的體積遠(yuǎn)大于金剛石顆粒的吃入與旋轉(zhuǎn)體積。當(dāng)壓力不大時(shí),只能沿金剛石的運(yùn)動(dòng)方向形成小溝槽，加大壓力則會(huì)使小溝槽深部與兩側(cè)的巖石破碎，超過(guò)金剛石顆粒的斷面尺寸。 

金剛石鉆頭的破巖效果，除與巖性以及影響巖性的外界因素（如壓力、溫度、地層流體性質(zhì)等）有關(guān)外，鉆壓大小是重要的影響因素。它和牙輪鉆頭一樣，破巖時(shí)都具有表層破碎、疲勞破碎、體積破碎三種方式。只有當(dāng)金剛石顆粒具有足夠的比壓吃入地層巖石，使巖石發(fā)生體積破碎時(shí)，才能取得理想的破巖效果。

一．金剛石鉆頭鉆前準(zhǔn)備

1、檢查上一只金剛石鉆頭是否存在有鉆頭體損壞，掉齒等，確定井底清潔，無(wú)落物。

2、小心搬運(yùn)金剛石鉆頭，將金剛石鉆頭放置在橡膠墊或木板上。禁止把金剛石鉆頭直接放置在鐵板上。

3、檢查金剛石鉆頭切削齒是否有損傷，金剛石鉆頭內(nèi)是否有異物，噴嘴孔內(nèi)是否有O型密封圈，根據(jù)需要安裝噴嘴。

二．金剛石鉆頭上扣

1、清理金剛石鉆頭公扣或母扣并涂抹絲扣油。

2、將卸扣器卡在金剛石鉆頭上，放下鉆柱使之與公扣或母扣接觸上扣。

3、把金剛石鉆頭和卸扣器一起 放入轉(zhuǎn)盤(pán)補(bǔ)心，然后按照推薦上扣扭矩值旋緊絲扣。

三．下鉆

1、下放金剛石鉆頭要慢，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)，防噴器，套管懸掛器尤其要緩慢，以保護(hù)好切削齒。

2、注意上次起鉆時(shí)出現(xiàn)的遇阻井段，下鉆過(guò)程中遇到縮徑和狗腿時(shí)應(yīng)使鉆頭緩慢通過(guò)。

3、距井底約1根單根時(shí)開(kāi)始以50~60rpm的鉆速旋轉(zhuǎn)并開(kāi)泵一額定排量沖洗井底。

4、注意觀察指重表和扭矩使金剛石鉆頭平穩(wěn)接觸井底。

四．金剛石鉆頭劃眼

1、不推薦使用金剛石鉆頭進(jìn)行井段劃眼。

2、如必須進(jìn)行劃眼時(shí)，應(yīng)以額定排量，緩慢低扭矩劃眼。

五．金剛石鉆頭造型

1、保持額定排量，下放金剛石鉆頭至井底。

2、采用緩慢鉆進(jìn)至少1m，以建立井底模型。

3、以每次10kN的增加量將鉆壓增至正常鉆進(jìn)最佳值，嚴(yán)禁加壓過(guò)猛，造成金剛石鉆頭的先期破壞。

4、保持鉆壓恒定調(diào)整鉆速以便獲得最佳的鉆進(jìn)參數(shù)組合。

六．金剛石鉆頭正常鉆進(jìn)

1、在遇到研磨性強(qiáng)或硬砂泥巖時(shí)，降低鉆速以延長(zhǎng)金剛石鉆頭壽命。

2、遇到地層變化或夾層時(shí)調(diào)整鉆速和金剛石鉆頭以保持最佳的鉆井效能。

3、每次接單根注意以下幾點(diǎn)：3．1 恢復(fù)泵沖數(shù)并檢查立管壓力。3．2 在金剛石鉆頭接觸井底前開(kāi)泵，以50~60rpm的鉆速緩慢下放金剛石鉆頭至井底。3．3 緩慢恢復(fù)加壓至原金剛石鉆頭，然后增加鉆速至原鉆速。

現(xiàn)場(chǎng)使用證明，金剛石鉆頭在軟-中硬地層中鉆進(jìn)時(shí)，有速度快、進(jìn)尺多、壽命長(zhǎng)、工作平穩(wěn)、井下事故少、井身質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。金剛石鉆頭不但使用時(shí)間長(zhǎng)，還可以重復(fù)利用，返廠修復(fù)的金剛石鉆頭使用起來(lái)和出廠的 金剛石鉆頭使用效果差不多，能大量的節(jié)約鉆井成本。

如何選用金剛石鉆頭

1、軟的、中硬和完整均質(zhì)的硬巖層一般宜用表鑲鉆頭；硬的、堅(jiān)硬的和破碎的、軟硬不均的、裂隙性和高研磨性巖層宜選用孕鑲鉆頭。

2、胎體硬度應(yīng)根據(jù)巖層的研磨性、破碎程度、硬度、顆粒度等因素選擇，其中主要因素為巖層研磨性和破碎程度。巖層研磨性強(qiáng)、破碎程度厲害、較軟、顆粒度粗的選用硬胎體。反之，研磨性弱、均質(zhì)完整、硬度大、顆粒度細(xì)的巖層（如“打滑”巖層）選用的胎體應(yīng)偏軟。如研磨性與硬度發(fā)生矛盾時(shí)，則服從于研磨性，例如遇研磨性強(qiáng)和硬度大的巖層時(shí)，應(yīng)選用特硬胎體。否則胎體很快被巖層磨損，使鉆頭失去工作能力。

3、巖層復(fù)雜、研磨性越強(qiáng)、越硬，選用的金剛石品級(jí)應(yīng)越好，金剛石的粒度應(yīng)越細(xì)。

4、巖層強(qiáng)研磨性、較破碎、顆粒粗，選用濃度較高的胎體。

5、巖層偏軟、破碎、研磨性強(qiáng)，胎體偏硬，使用的是孕鑲鉆頭，則鉆頭水口部位通水截面應(yīng)大，宜采用多水口鉆頭。反之，采用少水口鉆頭。

金剛石鉆頭唇面形狀的選擇決定于巖石性質(zhì)和鉆頭的用途等因素。

矩形唇面  又稱平底形，常用于孕鑲鉆頭。它加工方便：有最小的工作面積，因而要求的鉆壓較小，從而在同樣鉆進(jìn)參數(shù)條件下獲得較高的鉆速。但它下至孔底時(shí)有一磨合過(guò)程，即開(kāi)始進(jìn)尺較慢，待磨成微弧形后，才以正常速度進(jìn)尺。其次其穩(wěn)定性較差，易造成鉆孔彎曲。此唇面常用于鉆進(jìn)中硬和中等研磨性巖層。

圓弧形唇面  可縮短初磨時(shí)間，常用于中硬和中等研磨性巖層。

半圓形唇面  即鉆頭底唇半徑等于二分之一壁厚。唇部?jī)?nèi)外刃得到加強(qiáng)，適用于硬和研磨性巖層。

階梯形唇面  有一、二、三階梯多種，通常用于繩索取心鉆頭及單管厚壁鉆頭。這種鉆頭在鉆進(jìn)時(shí)有較好的穩(wěn)定性；碎巖時(shí)自由面較多而效果好，適用于鉆進(jìn)中硬巖層。目前在堅(jiān)硬弱研磨性巖層中使用，也獲得較好的效果。

錐形唇面    這種鉆頭在孔底有良好的穩(wěn)定性和導(dǎo)向性，有利于防斜。繩索取芯鉆頭中常用。錐形唇面還可分內(nèi)錐、外錐、雙錐數(shù)種。

底噴形唇面  對(duì)孔底沖洗干凈;在破碎巖層中鉆進(jìn),還能提高采心率:但加工復(fù)雜。

同心圓鋸齒形唇面  又稱尖環(huán)槽形，金剛石主要分布在齒形部分。內(nèi)外側(cè)用的粒度較大，以保證鉆頭直徑。齒形唇面能造成多自由面的孔底，使鉆頭對(duì)巖石作磨削與剪切相結(jié)合的破碎作用，獲得較粗顆粒的巖粉，有助于金剛石的出刃，提高機(jī)械鉆速。由于鉆頭所需軸壓較小，還有較好的防斜作用。齒形唇面鉆頭適用于鉆進(jìn)硬而致密弱研磨性巖層。

根據(jù)以上原則，具體選擇時(shí)還可參照下面幾條：

1、6-7級(jí)完整均質(zhì)的巖石選用人造聚晶表鑲金剛石鉆頭和粗粒表鑲金剛石鉆頭，粒度為10-20粒/克拉，胎體硬度應(yīng)在HRC45左右。

2、7-8級(jí)中等研磨性，較完整的巖層選用粒度為20-40粒/克拉的中粒表鑲鉆頭和60目以粗的孕鑲鉆頭，胎體硬度為HRC40左右。

3、9級(jí)以上中等研磨性，較完整的巖層選用80目以細(xì)的孕鑲鉆頭或者品級(jí)好的粒度為40-60粒/克拉的細(xì)粒表鑲鉆頭，胎體硬度應(yīng)在HRC35-40左右。

4、研磨性強(qiáng)的巖層（如石英砂巖）應(yīng)選用胎體硬度較大的、濃度較高的、粒度較細(xì)的孕鑲鉆頭或者品級(jí)好、粒度細(xì)的表鑲鉆頭（60-100粒/克拉）。

5、鉆進(jìn)節(jié)理發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜的裂隙破碎巖層，應(yīng)選用胎體硬度大的孕鑲鉆頭或細(xì)粒表鑲鉆頭，而且必須采用雙管鉆頭。

選用金剛石鉆頭時(shí)應(yīng)根據(jù)具體巖層考慮金剛石孕鑲鉆頭的金剛石粒度、金剛石濃度、和胎體硬度。