金刚石钻头
钻进工具 - 金刚石钻头
（3)水力结构和切削刃的分布 刮刀式、单齿式、组合式 刮刀式：将切削齿沿着从钻头中心附近到保径部位的直线 布置在胎体刮刀上，在适当的位置布置水眼。 整体度高、抗冲击能力强、易于清洗和冷却、排泄好、抗 泥包能力强。适合粘性和软地层
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
（3)水力结构和切削刃的分布 单齿式：将切削刃单个布置在钻头工作面上，适当位置布 置水眼，钻井液流出，切削刃受到清洗和冷却。 布齿区域大、布齿密度高，可提高钻头使用寿命，水力控 制能力低。 组合式：直线刮刀和单齿相结合的方式，适当位置布置水 眼。具有较好的清洗、冷却和排屑能力，布齿密度高。中 硬地层。
硬地层
软地层
坚硬地层
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
(1) 胎体PDC钻头与钢体PDC钻头 胎体PDC钻头：碳化钨烧制而成，在窝槽上焊接复合片
钢体PDC钻头：与钻头体一致，复合片焊接在切削齿上，再 将切削齿镶嵌在钻头体上
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
(1) 胎体PDC钻头与钢体PDC钻头
三、金刚石钻头和刮刀钻头
2、天然金刚石钻头和TSP钻头的结构
（2）水力结构（水孔-水槽式）
三、金刚石钻头和刮刀钻头
2、天然金刚石钻头和TSP钻头的结构
（3）金刚石的粒度和排列方式
切入地层深度：软 1/10,硬1/100 最大出刀不超过1/3
粒度： 软-中软 0.5-2粒/克拉 中硬 3-6粒/克拉 硬地层 12粒/克拉 坚硬 小于 12粒/克拉
钻头水力结构 切削齿的大小和
特点
切削齿的密度
1-9，R、X、 O
1-9，0
R-放射式流道
金刚石钻头
(5). 钻头铰刀: 为了大量生产之需要,其前端为钻头,后端为铰 刀,钻头直径与铰刀直径只差铰孔之裕留量,也有钻头于螺攻 丝混合使用,故又称为混合钻头. (6).深孔钻头:最早用于枪管及石包管之钻孔加工,又称为枪 管钻头。深孔钻头为一直槽型,在一圆管中切除四分之一强的 部份以产生刃口排屑 (7). 锥度钻头: 当加工模具进料口时,可使用锥度钻头. (8). 圆柱孔钻头: 我们称其为沉头铣刀,此种钻头前端有一直 径较小之部分称为道杆. (9).圆锥孔钻头: 为钻削圆锥孔之用,其前端角度有90°,60° 等各种,我们使用的倒角刀就是圆锥孔钻头的一种.
金刚石钻头的物理性质
1. 硬度 硬度是金刚石最重要的性能之一。金刚石的硬度极高, 莫氏硬度为 10级, 研磨硬度是刚玉的150倍，是石英的1 000倍。 2. 强度 金刚石具有极大的抗静压强度。天然金刚石的抗压强度大约8 600MPa，约为刚玉的3.5倍 , 硬质合金的1.5倍,钢的9倍。用于钻探的人 造金刚石一般要求强度达 500MPa以上。 3. 耐磨性 金刚石具有极高的耐磨性,是刚玉的90倍，硬质合金的40～200 倍 , 钢的2000 ～5000倍。用于钻探的人造金刚石聚晶体 一般要求与中 硬碳化硅砂轮的磨耗比在1∶30000以上。 4. 热稳定性 金刚石是热的良导体，它散热比硬质合金刃具快。金刚石容 易受到热损伤，虽然温度尚低于其燃烧温度，但金刚石的强度、耐磨性 已受到严重影响。所以钻进中必须充分冷却，防止发生金刚石微烧或烧 钻事故。
第二节 金刚石钻头的组成
金刚石钻头是以锋利、耐磨和能够自锐的天然金 刚石或人造金刚石为切削齿，在钻低钻压下即可获 得较高的钻速和钻头进尺，是石油钻井中广泛使用 的一种高效钻头。 1 按金刚石来源可分为天然金刚石钻头和人造金刚 石钻头 2 按功用可分为取心钻头和全面钻进钻头； 3 按镶嵌方式可分为表镶和孕镶两类； 4 按钻井方式则可分为转盘钻井和涡轮钻井用两 类。
金刚石钻头的原理和结构
金刚石钻头的原理和结构金刚石钻头是一种广泛用于岩石钻探、矿物开采以及石油、天然气勘探等领域的工具。
它具有较高的硬度、很强的抗磨性能和较强的耐腐蚀能力，能够在高温、高压和复杂环境下工作。
金刚石钻头是以人工合成的金刚石作为切削工具的一种机械钻头。
金刚石钻头的主要原理是利用钻具在岩石中切削和击碎岩石产生孔眼。
金刚石钻头的结构由刀具和钻具两个主要部分组成。
首先，我们来看一看金刚石钻头的刀具部分。
金刚石钻头的刀具部分通常由金刚石刀具和钢制材料组成。
金刚石刀具通常由人工合成的金刚石微粉和金属粉末混合而成，经过高温高压处理形成固态金刚石。
金刚石是一种非常硬的材料，其硬度仅次于金属元素钨，能够有效地切削硬岩。
在钻具部分，金刚石钻头通常采用钢制的钻杆和连接器。
钻杆通常由镍铬合金钢制成，能够承受极高的压力和扭矩。
而连接器则用于连接钻杆和刀具部分，确保刀具可以旋转。
金刚石钻头的结构非常复杂，通常由多个组件组成。
其中，较为重要的组件包括钻杆、导向装置、喷嘴和刀具。
钻杆是连接刀具和钻机的零件，用于传递旋转力和推进力。
导向装置主要用来控制钻头在钻削过程中的方向。
喷嘴常常与金刚石刀具相连接，用来喷射冷却液，降低切削区域的温度。
刀具是金刚石钻头最重要的部分，通常由多个金刚石片组成。
这些金刚石片贴合在刀具上，形成切削边缘，用于切削和击碎岩石。
金刚石钻头的工作原理可以分为两个主要过程：切削和击碎。
在切削过程中，金刚石钻头通过刀具上的金刚石片切削岩石。
金刚石的硬度能够有效地切削硬岩。
在切削过程中，金刚石钻头需要施加足够的推进力和旋转力，使刀具旋转并向前推进。
同时，喷嘴喷射的冷却液可以冷却刀具和减少切削过程中的摩擦和热量。
而在击碎过程中，金刚石钻头利用撞击力将岩石击碎。
当金刚石钻头切削岩石时，金刚石片的表面可能会形成尖锐的碎屑。
当这些碎屑与钻孔壁摩擦时，会产生巨大的撞击力，将岩石击碎。
总而言之，金刚石钻头通过切削和击碎的方式向岩石中钻孔。
金刚石钻头+标准
金刚石钻头+标准摘要：I.引言- 简要介绍金刚石钻头的概念和应用领域II.金刚石钻头的种类与特点- 按形状分类：圆钻头、方钻头、六边形钻头等- 按金刚石的镶嵌方式分类：整体金刚石钻头、复合金刚石钻头等- 各类金刚石钻头的适用范围和优缺点III.金刚石钻头的选择标准- 钻头材质：金刚石的含量、质量、类型等- 钻头形状和尺寸：与被加工材料和钻孔要求相适应- 钻头的加工精度：影响钻孔的精度和效率IV.金刚石钻头的使用与维护- 使用方法：合理选择钻头，正确安装和调试，控制切削参数等- 维护保养：清洁、检查、更换磨损部件等V.结论- 总结金刚石钻头在现代工业中的重要性及其发展趋势正文：金刚石钻头是一种以金刚石为切削刃的钻头，广泛应用于各类工业材料的高效加工。
金刚石钻头的种类繁多，不同的形状、结构和镶嵌方式适应不同的加工需求。
正确选择和使用金刚石钻头，对于提高加工效率、保证加工质量具有重要意义。
金刚石钻头主要有圆钻头、方钻头、六边形钻头等。
其中，圆钻头应用最为广泛，适用于大多数材料的高速钻孔。
方钻头和六边形钻头则适用于难加工材料和特殊场景。
此外，根据金刚石的镶嵌方式，金刚石钻头可分为整体金刚石钻头和复合金刚石钻头。
整体金刚石钻头结构简单、镶嵌牢靠，但更换成本较高；复合金刚石钻头则兼具高切削性能和较低的制造成本。
在选择金刚石钻头时，应综合考虑钻头材质、形状和尺寸、加工精度等因素。
钻头材质直接影响金刚石的含量、质量、类型等，从而影响钻孔效果。
钻头形状和尺寸要与被加工材料和钻孔要求相适应，以保证切削稳定、钻孔精度高。
钻头的加工精度也至关重要，直接关系到钻孔的精度和效率。
在使用金刚石钻头过程中，合理选择钻头、正确安装和调试、控制切削参数是提高加工效率的关键。
此外，还需定期对钻头进行维护保养，如清洁、检查、更换磨损部件等，以延长钻头使用寿命。
总之，金刚石钻头在现代工业中具有重要地位，其发展趋势将更加注重高效、环保和智能化。
地质钻探金刚石钻头结构参数
地质钻探金刚石钻头结构参数
地质钻探金刚石钻头的结构参数包括以下几个方面：
1. 钻头体：金刚石钻头的制作要求严格，一般用中碳钢加工而成。
双管钻头的钻头体较长，一般为115mm，壁较薄，上端有内螺纹与扩孔器相连接。
单管钻头的钻头体较短，一般为75mm，壁较厚、上端车有外螺纹与扩孔器相连接。
2. 金刚石含量：含量是根据钻头结构、直径及所钻岩石性质而确定的。
钻头直径大，克取岩石面积大，则所需金刚石数量多；反之，则少些。
同径同结构钻头，钻进强研磨性地层时，金刚石含量应大些，以减少单粒金刚石负担，维持钻头较长工作时间。
钻进研磨性小的岩层，金刚石含量应小些，以利于出刃。
一般同径孕镶金刚石钻头的金刚石含量比同径表镶钻头稍多。
如需获取更具体的信息，建议咨询地质学专家或查阅相关文献资料。
pdc钻头工作原理
pdc钻头工作原理
PDC钻头（聚晶金刚石钻头）是一种用于钻井穿越地层的工具。
它由金刚石颗粒和金属结合剂制成。
PDC钻头的工作原理如下：
1. 切削地层：PDC钻头的主要工作部分是刀翼。
刀翼上镶嵌有大量的金刚石颗粒。
当钻杆旋转时，刀翼会与地层接触并切削地层。
2. 破碎地层：金刚石颗粒具有非常高的硬度和耐磨性。
当刀翼与地层接触时，金刚石颗粒会磨擦和破碎地层，将地层断裂成小块。
3. 清除碎屑：钻井时，钻泥会通过钻杆注入到钻孔中。
在切削地层的过程中，钻泥会冲刷碎屑并把它们带上地面。
4. 冷却和润滑：钻头的钻杆内部和外部都有润滑液循环系统。
润滑液冷却钻头，防止过热，并减少钻头与地层的摩擦。
5. 控制钻向：钻头的设计和使用可以控制钻井的方向。
通过改变刀翼的角度和形状，可以调整钻头的钻向，使其按照预定的路径前进。
综上所述，PDC钻头通过切削、破碎、清除碎屑等方式，实现了穿越地层的目标。
它的高硬度和耐磨性使得PDC钻头具有更长的使用寿命和更高的效率，被广泛应用于石油勘探和钻井行业。
科钻一井-金刚石取心钻头
金刚石取心钻头
金刚石钻头在科钻一井使用中遇到的难题是： 金刚石钻头在科钻一井使用中遇到的难题是： 岩石坚硬研磨性强，钻头克取岩石困难，钻进效率低， ① 岩石坚硬研磨性强，钻头克取岩石困难，钻进效率低， 胎体的保径效果不理想，钻头寿命短。 胎体的保径效果不理想，钻头寿命短。 承受液动锤的冲击载荷，要求钻头胎体强度高、 ② 承受液动锤的冲击载荷，要求钻头胎体强度高、金刚石 质量高和胎体对金刚石把持力强。 质量高和胎体对金刚石把持力强。 外径为157mm 内径为96mm 高为240mm 制造困难。 157mm、 96mm、 240mm， ③外径为157mm、内径为96mm、高为240mm，制造困难。 以往制造地质勘探取心钻头的工艺只局限于小口径（ ④以往制造地质勘探取心钻头的工艺只局限于小口径（91mm 以下） 设计新结构和研究制造工艺。 以下） ，设计新结构和研究制造工艺。 所钻遇的岩层超过50 为片麻岩，属于强致斜地层， 50％ ⑤所钻遇的岩层超过50％为片麻岩，属于强致斜地层，需要 钻头具有好的稳定性和防斜性能。 钻头具有好的稳定性和防斜性能。
二次成型镶嵌金刚石钻头
• 热压法制造工作层镶嵌块 • 无压浸渍法制造保径规 • 中温钎焊法将镶嵌块焊接在钻头体上
• 聚晶耐磨 • 天然金刚石高强度 • 卡邦金刚石高硬度
金刚石
• 采用高品级的SDA１００ ＋ 人造金刚石 （英国DE BEERS 公司标准） • 这种金刚石磨损到一定时候会发生微破裂， 金刚石可以保持较长时间的、较好的锋利 性能， 而不会因为磨损而变钝， 有利于提 高钻进速度和提高钻头使用寿命。
• 螺杆马达液动锤金刚石提钻取心钻进技术体系， 螺杆马达（C５ LZ 螺杆马达液动锤金刚石提钻取心钻进技术体系， 螺杆马达（ LZ１２０ 的理论转速为１２８ ９５ × ７ 和４ LZ１２０ × ７） 的理论转速为１２８ ～ ３８ 工作扭矩可达２１３７ ０r／min ， 工作扭矩可达２１３７ N · m 。 • 但在使用中， 由于受到各种条件的限制， 螺杆马达的实际转速不超 但在使用中， 由于受到各种条件的限制， ２００r 多数情况下为１７６ １８９r 过２００r／min ， 多数情况下为１７６ ～ １８９r／min ， １５ 钻头的外圆周线速度约１ ７mm 钻头的外圆周线速度约１.５m／ s ， 为孕镶金刚石钻头钻进 所要求的线速度（ 的下限值。 所要求的线速度（１.５ ～ ３m／s） 的下限值。 • 采用液动锤钻进对钻压的要求也随之降低， 通常的钻压范围为１ 采用液动锤钻进对钻压的要求也随之降低， 通常的钻压范围为１ ３５kN 但对钻头的耐冲击性能提出了较高的要求， ０ ～ ３５kN ， 但对钻头的耐冲击性能提出了较高的要求， 较大 的冲击力对金刚石钻头产生不利的影响， 的冲击力对金刚石钻头产生不利的影响， 曾出现多个钻头的胎块崩 甚至整块胎块脱落现象， 对电镀钻头的影响尤其明显。 落， 甚至整块胎块脱落现象， 对电镀钻头的影响尤其明显。
金刚石钻头生产工艺
金刚石钻头生产工艺金刚石钻头是一种常用于石材、金属等材料的切削工具，具有高硬度、高耐磨性和良好的切削性能。
本文将介绍金刚石钻头的生产工艺。
一、原料准备金刚石钻头的主要原料是金刚石微粉和金属粉末。
金刚石微粉是一种由天然金刚石研磨而成的细粉末，具有极高的硬度和耐磨性。
金属粉末的选择根据所需的金刚石钻头性能来确定，常用的金属有钴、镍等。
二、混合和成型将金刚石微粉和金属粉末按照一定比例混合均匀，然后加入适量的有机粘结剂，形成金刚石钻头的成型材料。
混合材料通过挤压、注塑等成型工艺，制成金刚石钻头的初型。
三、烧结烧结是金刚石钻头生产过程中非常关键的一步。
将初型放入高温高压的烧结炉中，经过多道工序进行烧结。
在烧结过程中，金刚石微粉和金属粉末会发生化学反应，形成金刚石颗粒与金属结合的金刚石合金。
同时，烧结过程中还会通过控制温度和压力，使金刚石颗粒之间相互结合，提高金刚石钻头的硬度和密度。
四、研磨和抛光经过烧结的金刚石钻头还需要进行研磨和抛光处理，以提高其表面光洁度和切削性能。
研磨和抛光过程中使用不同颗粒大小的砂轮，逐渐将金刚石钻头的表面磨平，并使其表面达到所需的光洁度。
五、检测和包装经过研磨和抛光处理的金刚石钻头需要进行质量检测。
常用的检测方法有显微镜观察、硬度测试等。
通过检测，确保金刚石钻头的质量符合要求。
最后，将合格的金刚石钻头进行包装，以便存储和运输。
六、应用领域金刚石钻头广泛应用于石材、金属、陶瓷等领域。
在石材加工中，金刚石钻头可以用于切割、钻孔等操作，具有高效、精确的特点。
在金属加工中，金刚石钻头可以用于钻孔、铣削等工艺，能够提高加工效率和加工质量。
在陶瓷加工中，金刚石钻头可以用于加工陶瓷材料，具有较长的使用寿命和较高的加工精度。
七、发展趋势随着科技的进步，金刚石钻头的生产工艺也在不断改进。
目前，一些先进的生产工艺已经应用于金刚石钻头的生产，如化学气相沉积、高温高压合成等。
这些新工艺可以提高金刚石钻头的质量和性能，并且能够生产出更复杂、更精密的金刚石钻头。
金刚石钻头基本知识
第一章金刚石钻头基本知识第一节概述金刚石钻头的发展历史金刚石钻头是不同于牙轮钻头的另一类钻井破岩工具，其使用可以追溯到19世纪60年代。
最初人们以天然金刚石为切削元件制作打炮眼和挖掘隧道的工具，后来出现了用于石油钻井的钢体鱼尾式天然金刚石全面钻进钻头和取心钻头。
早期的金刚石钻头是将天然金刚石冷镶在低碳钢上的。
由于天然金刚石来源有限，价格昂贵，加之本身尺寸、性能方面的原因以及当时落后的制造工艺，大大限制了金刚石钻头在石油钻井工业中的应用。
随着粉末冶金技术的发展，出现了采用烧结碳化钨作为钻头体的胎体式金刚石钻头。
这种技术的出现使金刚石钻头的制造水平大大提高。
胎体式金刚石钻头具有耐冲蚀、耐磨损的特点，具有良好的使用性能，其制造工艺也不复杂，因此一经出现就迅速推广开来。
人造聚晶金刚石的研制成功，对金刚石钻头技术的发展起了巨大的推动作用。
人造聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）的出现一度被称为20世纪80年代钻井工业技术的一大突破，这种新技术对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。
现场使用证明，软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。
合理使用金刚石钻头可以大大缩短建井周期，降低钻井成本，提高钻井经济效益。
金刚石钻头的发展前景经过近二十多年的发展，金刚石钻头已经成为继牙轮钻头之后的又一重要破岩工具。
时至今日，PDC钻头在石油钻头市场所占的份额越来越大，几乎每年以30%的速度侵吞牙轮钻头市场。
随着新的设计理论、设计方法和材料等技术的发展，PDC钻头的适用范围也在不断扩展，以前被认为不适用于PDC钻头的地层现在也广泛使用，比如我国中原油田的文留区块的沙二至沙三地层由于地质情况复杂、夹层多，可钻性差，以前一直被认为是PDC钻头的禁区，在这里钻的井除了取心之外用的都是牙轮钻头。
可是从2000年开始，PDC钻头在这个区块的使用量逐渐增多，效果也很好，而2001年底我公司的一只8 1/2 BK542-4型PDC钻头更在该区块的文－133井创下了1600米（东营组）入井，打到3390米（沙三上）完井，纯钻时间小时，进尺1790米，平均机械钻速米的好指标。
3第三章 金刚石钻头(1)
表镶钻头胎体的主要作用是粘结金刚 石和钢基体，抵抗在钻进过程中压力和冲 击力对于金刚石的损坏和避免金刚石的非 正常脱落；因此要求胎体要有较高的耐磨 性、强度和对金刚石的粘结力。生产表镶 钻头多采用无压浸渍法,无压浸渍胎体以 W2C、WC为主，采用白铜或黄铜浸渍粘 结，具有极高的耐磨性、抗冲蚀性和对金 刚石的把持力。 有时也采用热压法制造。
第二节 表镶钻头
表镶钻头就是将 大颗粒金刚石或聚晶 金刚石烧结体按一定 的规律镶嵌在钻头的 工作表面上，如图所 示。
表镶金刚石在唇部的排列形式视所钻进的地层不 同而异，其中最常用的有放射形、螺旋形和脊形三 种，如图6-3所示。
表镶钻头的唇面形状可以是平底、弧面、外 锥和阶梯等。但随着天然金刚石资源的紧缺和价 格的上涨，除非特殊用途外，一般不再采用天然 金刚石制造表镶钻头。 制造表镶钻头，现在采用较多的是聚晶金刚 石烧结体(简称聚晶)，聚晶系由人造金刚石微粉 在高温高压下聚合而成，可以根据使用要求制造 成各种粒度和形状，在应用中比天然金刚石更方 便、更可靠。但聚晶的硬度及耐磨性不及天然金 刚石，因此，只适宜于中、软地层，其应用具有 一定的局限性。
用无压浸渍法制造扩孔器，由于胎体的形状取 决于骨架粉末装料形态，而且骨架粉末在烧结后的 体积与烧结前基本一致，因此该方法用于制造具有 复杂形态的螺旋型扩孔器极为有利。它既能保证扩 孔器具有较高的精度，而且更重要的是胎体各部分 具有均匀密度，从而保证胎体的良好性能。 由于组成胎体骨架粉末在烧结前后都可不施加 外部压力，因此烧结体可以粘结到任何所需要的位 置并保持原来的定向不借位。由于骨架粉末是以铸 造碳化钨为胎体，因而胎体的耐磨性很高。 无压浸渍法生产螺旋型扩孔器的主要特点是型模 石墨消耗很大，因而经济性差。它的制造工艺较电 镀扩孔器复杂。但由于这类扩孔器能够适应破碎复 杂地层的扩孔，因此在金刚石钻进中得到广泛的应 用。
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第二节 金刚石钻头和扩孔器
三、金刚石钻头碎岩机理
（一）、孕镶金刚石钻头
孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程不同于表镶钻头。因为它用的金刚 石颗粒小，且埋藏于胎体之中，孕镶钻头必须在钻进规程中保持自磨出 刃的性能（称为"自锐"），才能维持钻速恒定而不衰减。 总体来说，孕镶钻头的实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件，即以唇 面上多而小的硬质点（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划、磨削， 并随着硬质点的逐渐磨损和消失及粘结胎体的不断磨耗，新的硬质点又 裸露出来参加工作。当然，如果唇面金刚石出露较好时，也不排除在磨 削的同时存在着孔底的微剪切和微压碎作用。实际上，砂轮在高速磨削 工作中，自身也被磨耗，由于它的"自锐"作用而常处于锐利状态。
第一节 钻探用金刚石
（一）、天然金刚石
2、非晶质金刚石。 主要有黑色金刚石，产于巴西，颜色为黑色或暗灰色，天然形 状为圆形，呈聚晶结构，硬度、强度、韧性和耐磨性超过所有天然 金刚石，最早用于钻探，后来因稀少而被包尔兹取代。 3、介于结晶与非结晶的金刚石 主要有巴拉斯，多产于巴西和非洲，属于金刚石的变种。颜色 有透明到暗褐色，多呈柱状或圆球状。表面硬度高，主要用于工业。
金刚石钻头
六中队:杜春生
金刚石是目前发现最硬的材 料，广泛应用于工业、国防、科学 研究等。金刚石钻进是目前钻探工 艺中一种比较先进的钻进方法，由 于这种方法的钻进效率比较高，钻 孔质量好，施工劳动强度比较轻， 钻探成本比较低，因此得到了越来 越广泛的应用。最初，金刚石钻进 主要应用于硬岩和坚硬岩石；近年 来由于金刚石烧结体和复合片的研 制成功，并广泛应用，金刚石钻进 的应用越来越广泛,地质钻探用金 刚石约占世界工业金刚石用量的五 分之一。
P
R
Y
P
3
3
钻 进 方 法
金 刚 石 种 类
镶 嵌 方 法
唇 面 结 构
胎 体 耐 磨 性
金 刚 石 浓 度
第二节 金刚石钻头和扩孔器
一、金刚石钻头的种类和代号 （1）、第一个字母表示钻进方法： P——普双钻头、S——绳索钻头、F——反循环钻头、G—底喷钻头 （2）、第二个字母表示金刚石类型： R——人造金刚石、T——天然金刚石、F——复合片钻头。 （3）、第三个字母表示金刚石镶嵌类型： B——表镶钻头、Y——孕镶钻头 （4）、第四个字母表示钻头唇面类型： （5）、第五个字母表示胎体的耐磨性： （6）、第六个字母表示金刚石的浓度：
1、金刚石聚晶烧结体 聚晶烧结体是由90%的金刚石微粒与10%的粘结剂在高温、高压下烧 结而成。具有如下特点： （1）、耐热性好，可达1200℃以上，甚至超过天然金刚石。 （2）、抗压强度高达3000MPa。 （3）、可烧结为片、块、圆柱等形状。 （4）、坚硬致密、无裂隙，耐磨性好。 （5）、缺点是硬度较低，用于中硬地层钻进。
第二节 金刚石钻头和扩孔器
四、金刚石钻头的胎体和胎体中金刚石的参数
（一）、金刚石钻ห้องสมุดไป่ตู้胎体
金刚石钻头胎体用于包镶金刚石并与钢件牢固连接。由 于钻头的工作性质和所钻岩石的性质不同，对胎体性能要求如 下： （1）、胎体要牢固包裹金刚石，并与钢体牢固连接。 （2）、胎体要有足够的强度，并具有一定的抗冲击性。 （3）、胎体的硬度、耐磨性要与所钻岩性相适应。
第一节 钻探用金刚石
三、金刚石的品级和粒度
国际上通用的金刚石计量单位是克拉 （carat）。钻探用金刚石常 用一克拉多少粒或用过筛网目数（每英寸长度内的网格数）“目”来 衡量。目数越大，粒度越小。孕镶钻头常用金刚石粒度为40-120目。岩 石越软颗粒应越大。钻探用的金刚石粒度： 粗粒--5～20粒/克拉； 细粒--40～100粒/克拉； 关于金刚石的品级，尚无明确的国际统一标准，我国地矿系统的天 然、人造金刚石品级标准列于表1-1、表1-2、表1-3中。
第二节 金刚石钻头和扩孔器
一、金刚石钻头的种类和代号
金刚石钻头的种类有很多种分法，如天然的、人造的；单管的、双管的； 绳索取心的、定向钻进的；取心的、全面钻进的；矿山的、油井的。 根据钻进和碎岩特点，可分为表镶金刚石钻头、孕镶金刚石钻头和聚晶烧结体钻 头。
第二节 金刚石钻头和扩孔器
一、金刚石钻头的种类和代号 我国采用6个字母和数字表示钻头的品种特征，其含义如下： （PRYP33为例）
第二节 金刚石钻头和扩孔器
二、金刚石钻头的结构
金刚石钻头的规格和结构是很严格的，各国都有各国的标准，钻头 规格都由钻头外径来表示。我国的钻头结构如下：
图2-1 金刚石 钻头的结构 (a)-表镶钻头; (b)-孕镶钻头; 1-金刚石; 2胎体;3-钻头体; 4-水口
第二节 金刚石钻头和扩孔器
二、金刚石钻头的结构
第一节 钻探用金刚石
二、金刚石性质
金刚石的性质直接影响钻头的寿命、钻进效率、金刚石的消耗量和钻探成本， 因此，对钻探用的金刚石性质有一定要求。
（一）、钻探对金刚石的要求
1、天然金刚石 （1）、硬度好、耐磨性好；（2）、强度好、抗冲击性好、脆性小； （3）、热稳定性好；（4）、晶形完整、表面光滑、内部无裂纹。
第一节 钻探用金刚石
（二）、人造单晶金刚石
单晶金刚石主要采用静 压触媒合成法。其原理是石 墨在高温和高压条件下，在 合金触媒的作用下转化为金 刚石，高温是通过电流产生， 高压是通过液压机产生。根 据液压机产生高压的方式不 同，有两面顶或六面顶。最 大压力可达5万吨，温度为 1500℃，我国常用的是800吨。
第一节 钻探用金刚石
三、金刚石的品级和粒度
我国钻探用天然金刚石粒度范围： 1、石油钻探用表镶金刚石， 其粒度范围一般在2 ～15粒/克拉； 而更多的是 2 ～12粒/克拉。 2、地质钻探用表镶金刚石 的粒度一般用80 ～100粒/克拉。 3、孕镶钻头常用的天然金刚 石粒度为150 ～400粒/克拉。 4、表镶扩孔器常用15 ～30 粒/克拉；孕镶扩孔器一般与钻头 所 用粒度相同。
第一节 钻探用金刚石
（一）、天然金刚石
金刚石属于碳的结晶变体之一，在金刚石晶体晶格中，碳原子呈对称排列， 属于等轴晶系矿物。因此，金刚石具有高硬度、高熔点、不导电和化学性质稳定的 特性。 由于金刚石在生长过程中的物理化学环境不同，其晶体形态也是多样化的，常 见的是八面体、菱形十二面体，另外还有下面的形状，以及这些单晶体构成的聚晶 或双晶。
2、人造金刚石 除了按天然金刚石的要求外，还要有以下要求： （1）、单晶要进行磁选，剔除磁性强的部分；（2）、聚晶磨耗量要小。
第一节 钻探用金刚石
（二）、金刚石的物理力学性质
(1) 硬度 硬度是金刚石最重要的性能之一。金刚石的硬度极高, 莫氏硬度为10 级, 研磨硬度是刚玉的150倍，是石英的1 000倍。 (2) 强度 金刚石具有极大的抗静压强度。天然金刚石的抗压强度大约8 600MPa， 约为刚玉的3.5倍 , 硬质合金的1.5倍,钢的9倍。用于钻探的人造金刚石一般 要求强度达 500MPa以上。 (3) 耐磨性 金刚石具有极高的耐磨性,是刚玉的90倍，硬质合金的40～200倍 , 钢 的2000 ～5000倍。用于钻探的人造金刚石聚晶体 一般要求与中硬碳化硅砂 轮的磨耗比在1∶30000以上。 (4) 热稳定性 金刚石是热的良导体，它散热比硬质合金刃具快。金刚石容易受 到热损伤，虽然温度尚低于其燃烧温度，但金刚石的强度、耐磨性已受到 严重影响。所以钻进中必须充分冷却，防止发生金刚石微烧或烧钻事故。
金刚石钻头的规格和结构是很严格的，各国都有各国的标准，钻头 规格都由钻头外径来表示。我国的钻头结构如下：
图2-2金刚石钻 头刃部结构 (a)-表镶钻头： 1-底刃金刚石; 2-规径金刚石; 3-侧刃金刚石; 4-胎体; 5-钻头 体; (b)-孕镶钻头： 1-金刚石; 2-工 作部分胎体; 3非工作部分胎体; 4-钻头体;h-孕 镶层高度
第一节 钻探用金刚石
一、金刚石的分类
金刚石按成因分为天然金刚石和人造金刚石两类。
第一节 钻探用金刚石
（一）、天然金刚石
在国际上，天然金刚石按产地和结晶形 态可分为以下几种。 1、结晶体金刚石。除了少量宝石级的金刚石 外，大部分结晶体的金刚石都用于工业生产， 钻探上常用的有： （1）、包尔兹：呈不规则或放射状的亚显微 晶体结构，一般为无色、黄色、灰色或黑色， 从透明到不透明。外形常为浑圆粒状，具有 高的硬度，价格比较便宜。目前，绝大多数 表镶钻头均采用此金刚石。 （2）、刚果：产于扎伊尔，颜色有白色、灰 色、黄色、绿色等。细晶结构，硬度略低于 包尔兹，作孕镶金刚石钻头用。 （3）、雅库特；产于俄罗斯，与刚果相似， 主要用于孕镶钻头用。
特级
优质级 标准级
RJT
RJY RJB
＞1∶30 000
1∶20 000～1∶30 000 1∶15 000～1∶20 000
表1-3人造金刚石聚晶品级分类表
金刚石品级 特级 优质级 标准级 代号 RT RY1 RB1 单晶强度(MPa) ＞2 200 800～2 200 500～1 800 单晶强度(N/ 粒) ＞50 40～50 34～40 应用地层 坚硬 硬 中硬-硬
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（三）、金刚石聚晶烧结体和金刚石复合片
金刚石复合片是将聚晶金刚石层（约0.5 ～ 1厚）附着在硬质合金衬 底上的复合材料。由于它具有了金刚石聚晶层极高的耐磨性和硬质合金高的抗
冲击性，并且金刚石层始终保持锐利的切削刃，因而在软——中硬地层得到了广 泛应用。
金刚石复合片的结构如图，其金刚石层 一般是由较细的金刚石组成。钻探用 复合片的金刚石粒度一般由几个μm到几十个 μm不同粒度混合组成。复合片的特点 是：（1）、金刚石层硬度高、耐磨性好； （2）、金刚石层薄，刃口锋利且始终 保持自锐；（3）、硬质合金强度高、抗冲击 性强；（4）、金刚石层和硬质合金的 热膨胀系数相差大，故复合片的耐热性差。