金刚石钻头的保径简介
金刚石钻头
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。
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石油钻井设备与工具-王镇全第四节聚晶金刚石钻头
①聚晶金刚石复合片 结构：
复合片为圆片状，金刚石层厚度一般小于3 mm， 切削岩石时作为工作层，碳化钨基体对聚晶金刚石薄 层起支撑作用。 特点：
A、金刚石和硬质合金两种材料的有机结合，使 PDC既具有金刚石的硬度和耐磨性，又具有硬质合金材 料的强度和抗冲击能力。
聚晶金刚石层
硬质合金
图1 爪型复合片
对于通常采用的圆弧形冠部，其形状可由内锥角和外锥圆 弧半径r两个参数确定（图）。
②冠部形状参数确定方法 冠部内锥角的大小影响钻头的稳定性，内锥角越
小钻头越稳定。随着地层硬度的增加，内锥角逐渐减小、 内锥高度增加，以保持钻头的稳定性。内锥深度与内锥 角有关，按内锥角的大小将内锥深度分为浅锥和深锥两 种，对应关系为：
因而，金刚石钻头的设计、制造和使用中必须避免金刚石材料经受高的 冲击载荷并保证金刚石切削齿的及时冷却 。
5、金刚石切削齿
1）单晶金刚石 种类：天然、人造 特点：颗粒小。
2）聚晶金刚石 聚晶金刚石是将直径约1～100um之间的人造金刚石单
晶微粉，加入一定配比的粘结金属或其他材料在高温高压
下聚合而成的大颗粒的多晶金刚石材料。有PDC和TSP两类。
5 、刀翼数量、形状及位置角
①刀翼数量 对刮刀PDC钻头而言，钻头冠部形状确定后， 刀翼数量决定了切削齿的布齿密度和数量。同 时其位置角影响钻头的整体受力和流道的结构。
地层越硬钻头磨损越严重，需要增加切削齿的 数量，刀翼数量也越多。常规钻头刮刀数范围为 3~9。刮刀数量与地层硬度的对应关系为：
②刀翼形状
③ 装配角
切削齿柱轴线与钻头轴线成一角度，此角称 作装配角。装配角为确定参数，由钻头的冠部形 状和齿径向半径决定。
④ 位置角
第2章 金刚石钻头产品介绍
第二章金刚石钻头产品介绍第一节江钻金刚石钻头的命名方法1.1江钻金刚石钻头的分类江钻金刚石钻头根据切削元件的不同分为三类：B类切削元件为聚晶金刚石复合片，即PDC钻头，代号B ；P类切削元件为热稳定聚晶金刚石即TSP钻头，代号P ；D类切削元件为天然金刚石即ND钻头，代号D ；江钻金刚石取芯钻头根据切削元件的不同分也为三类，表示方法是在对应的金刚石钻头类别代号之后加C，即：BC类切削元件为聚晶金刚石复合片，即PDC取芯钻头，代号BC ；PC类切削元件为热稳定聚晶金刚石即TSP取芯钻头，代号PC ；DC类切削元件为天然金刚石即ND取芯钻头，代号DC ；2江钻金刚石钻头系列江钻金刚石钻头在每个类别中可分出多个系列，用以表示钻头在性能、结构上的不同。
PDC全面钻进钻头现有二个系列：BH----力平衡系列；T----T快系列；具体表示方法见武汉江钻金刚石钻头型号表示方法简表。
武汉江钻金刚石钻头型号表示方法简表T系列PDC钻头型号表示方法钻头直径代号系列代号地层岩性代号切削齿尺寸代号轮廓代号钻头刀翼数代号附加特征代号型号说明8 1/2 T 3 4 4 4钻头刀翼代号：4刮刀钻头钻头冠部形状代号：短抛物线轮廓切削齿尺寸代号：19.05mm切削齿地层岩性代号（软至中软地层）钻头系列代号钻头尺寸代号BH系列PDC钻头型号表示方法钻头直径代号系列代号布齿密度代号切削齿尺寸代号轮廓代号附加特征代号型号说明8 1/2 BH 4 4 1 ST侧钻钻头钻头冠部形状代号：短圆形轮廓切削齿尺寸代号：19.05mm切削齿布齿密度4级钻头系列代号（力平衡系列）钻头尺寸代号第二节江钻金刚石钻头的产品2.1江钻全面钻进金刚石钻头（T系列、BH系列）产品简介2.1.1聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）PDC钻头采用人造聚晶金刚石复合片作切削刃。
复合片切削齿的刃面和刃口均有自锐作用，在较低的钻压下可吃入地层，靠剪切作用破碎岩石而获得较高钻速。
金刚石钻头与PDC钻头
浅锥形
特点：钻头的磨损更为平衡。 适用范围：转盘钻井、井下动力钻井及定向钻井都比较稳定，最适合于 钻可能遇到硬夹层的地区。
冠部面积最小，水力能量集中，易于清洗。其外形有较长的保径齿，能 适当扶正。复合片密度不宜过大。
，
短抛物线形
特点：快速钻进中，能保持方位和井斜。 适用范围：只适用于钻盘钻井，钻进夹层。
胎体形状即工作剖面，主要是指工作面的几何形状和工作面积的大小，是根据适用不 同岩性而设计的。
双锥阶梯形剖面 软到中硬地层
双锥形剖面 较硬地层
“B”型剖面 硬地层
带波纹的“B”型剖面
坚硬地层
(3) 切削刃
金刚石钻头的切削刃根据金刚石颗粒镶装在胎体上的形式有表镶式、孕镶式 和表孕镶式三种。
把金刚石颗粒只镶在胎体表面上层。 表镶式 颗粒大小：0.5~1.5粒/克拉，出刃高度：1/3~1/4，棱角不宜尖锐， 以免钻进中崩裂。 把金刚石颗粒均匀分布在钻头工作面胎体金属层的一定厚度层 内，随胎体磨损，金刚石颗粒不断露出而不断磨削岩石，并不 断自锐，不断磨损，直到金刚石磨完为止。 颗粒粒度：20~200粒/克拉，棱角越大越好，孕镶层厚度： 2~12mm。 表孕镶式 是在表镶式钻头工作面上薄弱部分的胎体内，孕镶一层金刚石。 破碎效果好，寿命长。
倒角切削齿
通过分散作用在切削 刃上的力，及增加金 刚石与地层的接触面 积，改善PDC层的破 碎强度和研磨强度。
凸圆形切削齿
可以使刚 产生的岩屑失 去平衡，有效 防止泥包钻头 现象。
齿状碳化钨基柱
是在碳化钨 基柱圆周加工出 齿状，增加基柱 与钻头体之间的 紧配合强度，以 防止基柱转动而 脱落。
（3）切削齿的排列方向
PDC钻头设计中用负前角、侧偏角和切削齿出露高度来 规定切削齿的排列方向。
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。
分析金刚石钻头的结构及特点
金刚石钻头的结构及特点长沙清泉钻机有限公司为您详细解析分析金刚石钻头的结构及特点1、总体结构金刚石材料钻头属一体式钻头，整个钻头无活动部件，主要有钻头体，冠部，水力结构（包括水眼或喷嘴、水槽亦称流道，排屑槽），保径、切削刃（齿）五部分金刚石钻头的冠部是钻头切削岩石的工作部分，其表面（工作面）镶装有金刚石材料切削齿，并布置有水力结构，其侧面为保径部分（镶装保径齿）它和钻头体相连，由碳化钨胎体或钢质材料制成。
钻头体是钢质材料体，上部是丝扣和钻柱相连接，其下部与冠部胎体连结在一起（钢质的冠部则与钻头体成为一个整体）。
金刚石材料钻头的水力结构分为两类。
一类用于天然金刚石钻头和TSP钻头，这类钻头的钻井液从中心水孔流出，经钻头表面水槽分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿，最后携带岩屑从侧面水槽及排屑槽流入环形空间。
另一类用于PDC钻头，这类钻头的钻井液从水眼中流出，经过各种分流元件分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿。
PDC 钻头的水眼位置和数量根据钻头结构而定。
金刚石材料的保径部分在钻进时起到扶正钻头、保证井径不致缩小的作用，采用在钻头侧面镶装金刚石的方法达到保径目的。
2、金刚石材料钻头的切削齿材料金刚石钻头切削齿材料分为天然金刚石和人造金刚石两大类。
金刚石为碳的结晶体，晶体结构为正四面体，碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定，典型的品形有立方体、八面体和十二面体等。
金刚石是人类目前所知材料中最硬、抗压强度最强、抗磨损能力最高的材料，因此它是作为钻头切削刃最理想的材料。
但是，金刚石作为钻头切削刃材料也存在较大的弱点。
第一，它的脆性较大，遇到冲击载荷会引起破裂。
第二，它的热稳定性较差，在高温下金刚石燃烧变为二氧化碳和一氧化碳（碳化），在空气中约在455～860℃之间，金刚石就要出现石墨化燃烧；在惰性或还原性气体中不会氧化，但在约1430℃时，金刚石晶体会突然爆裂而变成石墨。
因此金刚石钻头的设计、制造和使用中须避免金刚石材料经受高的冲击载荷并保证金刚石切削齿的及时冷却。
地质钻探用金刚石取芯钻头简介
三、取芯钻头规格
在我国地质钻探作业中，常用的国标口径的金刚石取芯钻头 口径为： 75mm、91mm、110mm、130mm、150mm、170mm。
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四、市场价格
对于金刚石取芯钻头的价格，随着制作工艺的改善，钻头的 成本有所下降，售价也是在逐步的下调，以金钻110钻头为 例，03年的售价高达430元，现今最新价格在360元左右。而 且工艺的改进使得现在钻头的质量较以前有大幅度的提升， 钻探效率明显增强，成本逐步在下降。
第一讲 地质钻探用金刚石取芯钻头简介
前言
地质钻探的钻进工具我们称为钻具，钻具由钻杆、 变径接手、岩心管和金刚石取芯钻头组成，今天我们简 单介绍一下金刚石取芯钻头的规格型号及其应用。
主要内容：
一、取芯钻头分类 二、取芯钻头选择原则 三、取芯钻头规格 四、市场价格
一、取芯钻头分类
在地质钻探中，取芯钻头分为 1，金刚石钻头 2，金刚石复合片钻头 3，金刚石绳索钻头
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2，钻进比较坚硬的岩石地层时，我们推荐使用电镀金 刚石取芯钻头，这类钻头由于制作工艺的原因，进尺 效率异常突出，破岩能力极强，在岩层中钻进的效率 远超复合片钻头。
3，我们需要钻进300米以上孔深时，这时候，金刚石绳 索取芯钻头就非常适合了，因为孔深的增加，对于岩心的 提取是非常重要的，绳索钻具的不需要提钻的特点极大的 缩短了上下钻具的时间，是深孔钻的成本极大降低。
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二、取芯钻头选择原则
根据不同的钻探任务，我们必须选择合适的钻头，目的就 是提高钻探的钻进效率和缩小钻探的综合成本。 1，钻进比较松软的泥岩类岩层时，我们推荐使用金刚石 复合片钻头，因为这类钻头的耐磨性能突出，水口大，对 于泥土层有比较好的进尺效率和工作时间。
PDC钻头--聚晶金刚石复合片钻头
PDC钻头--聚晶金刚石复合片钻头PDC钻头英文：Polycrystalline Diamond Compact bit聚晶金刚石复合片钻头的简称。
是地质钻探行业常用的一种钻井工具。
PDC钻头分类一、根据钻头体材料分类⒈胎体式PDC钻头胎体式金刚石复合片(PDC)钻头是将金刚石复合片通过钎焊方式焊接在钻头胎体上的一种切削型钻头。
胎体钻头用碳化钨粉末烧结而成，用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化钨胎体上，用天然金刚石保径。
⒉钢体式PDC钻头钢体PDC钻头，是用镍、铬、钼合金机械加工成形。
经过热处理后在钻头体上钻孔，将人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内，用柱状碳化钨保径。
二、根据适用行业分类⒈地质勘探用复合片钻头主要用于地质勘察勘探的复合片钻头，适用于软到中硬岩层，现在有些厂家新研发的新型复合片可以应用到十级硬度的岩层。
⒉煤田钻采用复合片钻头主要是用于煤矿上煤层钻探采挖。
一般来讲煤田的岩层相对较软，复合片钻头被大量应用，如锚杆钻头，三翼钻头等。
⒊石油勘探用复合片钻头主要是应用在油气田的钻采用钻头。
目前来说，油田用复合片钻头是所有复合片钻头里面造价最高，要求最高的。
可以说是复合片钻头里面的贵族了。
近年间，PDC切削齿的质量和类型都发生了巨大的变化。
如果将20世纪80年代的齿与当今的齿进行比较的话，差异是相当大的。
由于混合工艺与制造工艺的变化，当今的切削齿的质量性能要好得多，使钻头的抗冲蚀以及抗冲击能力都大为提高。
工程师们还对碳化钨基片与人造金刚石之间的界面进行了优化，以提高切削齿的韧性。
层状金刚石工艺方面的革新也被用于提高产品的抗磨蚀性和热稳定性。
除了材料和制造工艺方面的发展以外，PDC产品在齿的设计技术和布齿方面也实现了重大的突破。
现在，PDC产品已可被用于以前所不能应用的地区，如更硬、磨蚀性更强和多变的地层。
这种向新领域中的扩展，对金刚石（固定切削齿）钻头和牙轮钻头之间的平衡发生了很大的影响。
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嵌在钻头胎体的内外保径层内，金刚石的支撑使内外径的
磨耗比大大增加，从而达到保径的目的。
文章来源：金刚石钻头
电镀金刚石钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
2，是金钻金刚石复合片钻头保径，这类钻头的保径通过
在钻头齿端和刚体面焊接高质量的合金条，由于合金条的
硬度比刚体高，刚体消耗达到合金条外径时，由于合金条
热压烧结金刚石钻头
三、总结
在地质勘探方面，还有极少数钻头有其自身独特的保 径方式，比如整体烧结钻头的整体保径和石油勘探钻头的
复合片保径等。无论保径方式如何，它们的目的只有一个，
就是钻进过程中通过较少内外径的消耗达到保径的目的，
这才能最大程度的保护钻具的磨损，较少钻探的成本。
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下一பைடு நூலகம்：
如何做好铁路混凝土抽芯钻探工程
的硬度高，是内外径的单位消耗减少，从而达到保径目的。
金刚石复合片钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
3，是金钻热压烧结金刚石钻头保径，这类钻头是通过热 压烧结的方式，将金刚石孕镶在钻头胎体内部形成胎体， 这类钻头的保径的方式是在烧结过程中，将一定数量的金 刚石聚晶同时埋镶在胎体内部，而且对摆放的位置要求比 较高，耐磨度高的金刚石聚晶能非常有效地保护钻头在钻 进过程中缩径的问题。
第四讲：金刚石钻头的保径简介
课件时间：2016年01月10日
主要内容
金刚石钻头钻进过程 金刚石钻头主要保径分类 总结
一、金刚石钻头钻进过程
金刚石钻头在地质钻探过程中，随着钻进总量的增加，金刚石钻头的磨 损量也在逐渐增加，主要体现在钻头的端面工作层面和钻头胎体的内外径。如 果钻头没有保径，那么随着钻头的使用，钻头的工作面减少的同时，内外径也 将磨损。外径的磨损导致钻头外径减小，当达到外径和钻具的外径相当时，孔 壁将和钻具产生摩擦，只是钻具受损严重。内径的磨损则导致钻头内径的增大， 钻取的岩心外径增大，当达到和岩心钻具的内径相当时，岩心进入管内容易导 致卡管现象，致使钻进无法继续进行。
文章来源：金刚石钻头
金刚石钻头钻进刀头剖视图
文章来源：金刚石钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
在地质钻探中，常使用的钻头只要有三类，它们的保径方 式也不相同。
1，是使用最广的金钻钻头厂的电镀金刚石钻头，这类钻
头的保径方式是将高品级金刚石通过电镀的方式，将其埋