第1章 金刚石钻头基本知识汇总
第一章 钻头
2. 井底各种压力
（1）有效地应力越大，岩石强度越大，塑性越大。 （2）井内液柱压力与孔隙压力之差越大，岩石强度越大，塑性越大。
3. 载荷性质的影响
（1）抗压＞ 抗剪＞ 抗弯＞ 抗拉。 （2）岩石对动载的抗力要比静载大得多。随着冲击速度增大，硬度增大，塑性系数 减小。但在冲击速度小于10米/秒时，岩石硬度和塑性系数变化不大，接近于静载时的数 值。
上钻头体、下钻头体（分水帽）、刀翼、水眼。
刀翼
•三刀翼的称作三刮刀
钻头 •两刀翼的称作两刮刀 钻头或鱼尾刮刀钻头 •四刀翼的称作四刮刀 钻头
图2-1 刮刀钻头结构
第一章 钻 头 §1-1 刮刀钻头
1、刀翼结构：
（1）刀翼结构角 刃尖角β —刀翼尖端前后刃之间的夹角。 它 反映了刀翼的尖锐程度。 β 越小，刃部越尖锐， 越容易吃入地层，但强度越低。 一般地，软地层 β = 8°～ 10° 较硬地层 β = 12°～15° 切削角α — 刀翼前刃和水平面之间的夹角。 在相同钻压下， α 越大，刀刃越容易吃入地层， 但旋转扭矩大，剪切刃 前岩石困难。 一般地，松软地层 α ＝70°； 软地层 α ＝70～80°； 中硬地层 α ＝80～85°。 刃后角ψ ＝α －β ：刃后角必须大于井底角θ 。 刃前角φ：φ ＝90°－α 。
第一章 钻 头 §1-1 刮刀钻头
（二）刮刀钻头的工作原理
刮刀钻头主要以切削作用破碎地层。
1、破碎塑性岩石过程：
在钻压W作用下，刀翼容易吃入地层；刃前岩石在扭转力T 的作用 下不 断产生塑性流动。这和车刀切削软金属的过程类似。
第一章 钻进工具 §1-1 ——刮刀钻头
2、破碎脆性岩石过程：
刮刀钻头破碎脆性岩石的过程为：碰撞→
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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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+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。
金刚石钻头参考资料
由于热压烧结一般没有保护气氛，胎体 在烧结过程中容易氧化，影响胎体的致密化 及烧结强度。因此，在胎体材料中通常要加 入某些活泼金属元素，使其在烧结过程中起 到脱氧作用，例如锰和钛等。这样，在烧结 过程中，残存于胎体孔隙之中未及排除的氧 就会优先与这些活泼金属反应，生成氧化物， 从而促进其他粉末的烧结。大家知道，铜及 其合金容易浸润各种金属及其合金或化合物， 同样也容易浸润在烧结过程中所形成的活泼 金属的氧化物，活泼金属的氧化物对于胎体 的整体性能不仅无害，而且这些细小的氧化 物颗粒还可在胎体中起到弥散强化的作用。 其化学反应式为：
事实上胎体中的其他粉末由于已经存放了某些时间以及环境的影响其表面一点也不被氧化和在表面上一点吸附气体也没有是不可能的所添加的活泼金属除了有一部分与空隙中的氧发生反应外还有一部分将与粉末表面的这些氧化物或所吸附的气体发生反应其反应这些置换反应均为放热反应对于表面活化了的粘结金属以及中间相的烧结无疑是具有重要作用的
第三节 孕镶钻头
第三节 孕镶钻头
孕镶钻头是将金刚石与胎体粉末拌 合在一起所制成的钻头(图6-6)，胎体将 金刚石全部包镶在里面，在钻头工作时， 金刚石随胎体的磨损以接力的形式不断 出露、工作、脱落、再出露。这种钻头 是为弥补大颗粒天然金刚石稀缺和昂贵 的不足而出现的。实践证明，孕镶金刚 石钻头具有优异的钻进性能和耐用性能。
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• 石墨的线膨胀系数： 石 5.4 106 / C
• 钢体的线膨胀系数: 钢 15106 / C
中频炉
前已述及，对于孕镶钻头，其金刚石将随着
工作层胎体的磨损而逐渐出露，形成切削刃，胎 体工作面表层上切削刃的数量和出刃高度与金刚 石的浓度、粒度、品级以及胎体的耐磨性、对金 刚石的粘结性能密切相关。由于孕镶于胎体中的 金刚石是随机而又相对均匀地分布着，每粒金刚 石都经过初磨→初露→出刃工作→碎裂或脱落的 全过程。整个钻头胎体中的金刚石是以接力的形 式而进行工作的，如图6-7所示。与表镶钻头相比， 孕镶钻头对胎体性能有更复杂的要求。
金刚石钻头
现场使用
金刚石钻头在软-中硬地层中钻进时，有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优 点。金刚石钻头不但使用时间长，还可以重复利用，返厂修复的金刚石钻头使用起来和出厂的金刚石钻头使用效 果差不多，能大量的节约钻井成本。
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优势
1力平衡设计使钻头具有良好的导向性，适应配合井下马达应用于定向钻井，具有较小的径向震动； 2不同结构的专利PDC复合片在钻头不同位置的合理布置使钻头具有较强的攻击性和抗研磨性； 3强攻击性设计使钻头可获得高的机械钻速； 4动态流场模拟技术应用于水力设计，使井底流场最优化，有利于提高排屑速度和防泥包。
使用
一．金刚石钻头钻前准备 1、检查上一只金刚石钻头是否存在有钻头体损坏，掉齿等，确定井底清洁，无落物。 2、小心搬运金刚石钻头，将金刚石钻头放置在橡胶垫或木板上。禁止把金刚石钻头直接放置在铁板上。 3、检查金刚石钻头切削齿是否有损伤，金刚石钻头内是否有异物，喷嘴孔内是否有O型密封圈，根据需要安 装喷嘴。 二．金刚石钻头上扣 1、清理金刚石钻头公扣或母扣并涂抹丝扣油。 2、将卸扣器卡在金刚石钻头上，放下钻柱使之与公扣或母扣接触上扣。 3、把金刚石钻头和卸扣器一起放入转盘补心，然后按照推荐上扣扭矩值旋紧丝扣。 三．下钻 1、下放金刚石钻头要慢，通过转盘，防喷器，套管悬挂器尤其要缓慢，以保护好切削齿。2、注意上次起钻 时出现的遇阻井段，下钻过程中遇到缩径和狗腿时应使钻头缓慢通过。
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。
《钻头基本知识》PPT课件
尖卵形、圆锥形齿，既有凿击和压碎作用，也有刮削和挖 掘作用，其抗磨能力及强度都比楔形齿高，适用地层较广，在 中硬地层使用效果最好。
镶齿牙轮钻头
镶齿牙轮钻头
勺形齿齿形如勺子，切削地层时，靠向内凹的勺形面 挖掘、刮削作用破岩。这种齿形改善了牙齿的受力状况， 既提高了破岩效率，又增加了齿的强度，能在极软至中 软地层中高效率地破岩。
PDC钻头的选择
① 根据钻井方式选择钻头：直井应选择钻速快、寿 命长的钻头；定向井选择造斜或稳斜性能好、适合 于配井底马达的高转速钻头。
② 根据地层情况选择钻头：包括所钻地层的类型、 硬度、岩性等。
③ 根据钻井条件选
PDC钻头冠部轮廓形状有抛物线型、圆形和锥形三种， 其中：
⑷掉牙轮
转盘负荷增大，转盘链条严重跳动，停转盘打倒车； 蹩钻严重；指重表指针来回摆动；钻速明显下降或 无进尺；上提钻具变换方向下探方入有变化，高差 约为一牙轮高度。
⑸牙齿磨（脱）光
转盘负荷减轻；方钻杆无蹩跳；钻速明显下降或 无进尺；指重表指示平稳无摆动；泵压正常。
⑹钻头泥包
转盘负荷增大有蹩跳现象；钻速下降；上提钻具 有不同程度的挂卡；泵压上升，严重时蹩泵
滑动轴承结构图
滑动轴承
滑动轴承可用各种密封圈作径向或者端面密封。与滚动轴 承相比，滑动轴承的承压面积大，接触疲劳应力小，使用寿命 较长。在常规的转速条件下，滑动轴承能承受更高的钻压。但 除金属密封滑动轴承外，普通滑动轴承的转速范围一般在 60～140r／min，比滚动轴承低。
除了前面所谈的两种结构形式的滑动轴承外，瑞德工具 公司还研制出了一种新型的滑动轴承，即带浮动套的滑动轴承， 如图4－5所示。
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第一章金刚石钻头基本知识第一节概述1.1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。
1.2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227.31小时，进尺1790米，平均机械钻速7.9米的好指标。
现在，在该区块只要条件允许，几乎用的都是PDC钻头。
第二节金刚石钻头的结构简介2.1金刚石钻头的破碎机理金刚石钻头的破岩方式主要有四种，即：剪切、预破碎（开槽效应）、犁削及磨削。
2.1.1 剪切岩石破碎力学的研究表明，岩石的抗剪强度比其抗压强度要低得多，两者的比值在0.09～0.15左右。
显然，采用剪切方式破碎岩石比用压碎方式破碎岩石要容易而且有效得多。
PDC钻头的复合片正是利用了岩石的这一力学特性，采用高效的剪切方式来破碎岩石，从而达到快速钻井的目的。
当PDC钻头工作时，复合片在钻压和扭矩的作用下克服地层应力切入地层并向前滑动，岩石在切削齿的作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动，切削所产生的岩屑呈大块片状。
这一切削过程与刀具切削金属材料非常相似。
2.1.2 预破碎（开槽效应）预破碎（开槽效应）是采用特殊的“尖/圆”齿交替布置切削结构所具有的岩石破碎方式，主要用在以纯剪切方式不容易钻进的地层，如具有一定塑性的地层。
预破碎过程是通过开槽切削来完成的，具有这种切削结构的钻头在钻进过程中，尖形齿因与地层接触面积小受力集中而先行切入地层，岩石在接触应力的作用下产生破碎裂纹，随着钻头的不断旋转，尖形齿在岩石中切出一条条较小的环状“卸荷槽”，使地层应力预先释放，而紧随其后的圆形切削齿则以剪切方式切削其强度已大大减弱的大块岩石，达到快速钻进的目的。
这样大大提高了切削效率，降低了切削齿的磨损速度。
2.1.3犁削天然金刚石钻头和TSP钻头在钻进塑性地层时，常常以犁削方式来破碎岩石。
岩石在钻头钻进过程中，由于受到切削齿的作用，在其内部发生破碎并向表面传递。
堆积在切削齿前面的破碎岩屑由于切削齿的移动被推向两边，最后由泥浆带出井底，这一切削过程相似于犁地过程。
2.1.4磨削天然金刚石钻头和TSP钻头在钻进极硬的粗晶粒地层时，切削齿克服岩石的高抗压强度实现岩石的局部破碎。
即其切削结构常常以磨削方式破碎岩石。
由于硬地层岩石的高强度，使破碎的岩屑比较小，呈细粒状，因而钻头的机械钻速相应较低。
2.2金刚石钻头结构介绍金刚石钻头属一体式钻头，整个钻头没有活动零部件，结构比较简单。
主要由上体、钢图1心、胎体、切削齿、喷嘴及密封件组成。
见图1钻头上体是经过热处理的钢制件，其上端车有API标准连接螺纹，用以和其它井下钻具相连。
上体下端与钻头体上的钢心通过焊接而构成一个整体。
上体上部两个对称槽为钻头卸扣槽，用于和卸扣板相配合来装卸钻头。
钢心是位于钻头中心的空心钢体，是钻头体的骨架，它的一端与碳化钨胎体烧结在一起，另一端则与上体焊接相连。
胎体是碳化钨粉末经过烧结而形成的具有不同轮廓形状的钻头基体。
胎体粘附在钢心上，构成坚韧的、抗冲击、耐磨损的钻头体（冠部）。
切削齿可以采用天然金刚石、TSP齿及PDC齿。
天然金刚石和TSP齿通过烧结直接固结到钻头胎体上，PDC钻头的切削齿则通过低温钎焊固定到钻头胎体上。
钻头所采用的喷嘴为可换式硬质合金整体喷嘴，主要有标准喷嘴和内六方孔小喷嘴两种。
标准喷嘴的水孔出口截面为圆形，内六方小喷嘴水孔截面则为六边形，这种结构的水孔，既可作为泥浆流道，又可用于喷嘴安装。
喷嘴中心水孔有各种不同的尺寸以满足不同的钻井需要。
喷嘴与喷嘴座之间采用“O”形橡胶密封圈密封，以保证其使用安全可靠。
从设计和使用的角度，钻头又可分为上体和钻头体两大部分。
钻头体包括钻头冠部轮廓、切削结构、水力结构、保径结构等。
钻头轮廓指胎体表面形状，不同的钻头轮廓形状适应于不同的地层钻井。
切削结构即由不同类型的金刚石齿以一定的布齿密度和布齿方式布置在钻头表面用以切削地层的工作部分。
钻头水力结构是用以控制和分配钻井液，为钻头提供充分的冷却、清洗及排屑的部分。
它包括水孔、主流道、副流道、排屑槽和集屑槽等。
天然金刚石钻头和TSP钻头的水孔结构一般为鸦爪式中心水孔，PDC钻头的水孔则一般采用可换式喷嘴。
钻头保径结构为钻头提供良好的扶正和保径作用，以保证钻头的正常钻进和较长的工作寿命。
2.3金刚石钻头分类关于金刚石钻头的分类，按用途分，可分为全面钻进钻头和取心钻头；按钻头体材料及制造方式分，可分为钢体钻头和胎体钻头；按切削齿材料分，可分为PDC钻头、TSP钻头、天然金刚石钻头。
胎体金刚石钻头具有固齿牢靠、钻头体抗冲蚀能力强、耐磨性好、钻头寿命长、钻头结构设计灵活、产品制造周期短、非标尺寸钻头制造容易等优点，在金刚石钻头市场上占绝大多数，为目前各生产厂家广泛应用。
天然金刚石（ND）钻头以优质天然金刚石作为切削刃，以表镶方式将其直接烧结在抗冲蚀、耐磨性好的碳化钨胎体上。
切削结构选用不同粒度金刚石，采用不同的布齿密度和布齿方式，以满足在中至坚硬地层钻井的需要。
TSP钻头切削元件采用了各种不同形状并具有自锐作用的热稳定聚晶金刚石（TSP）齿。
与天然金刚石相比，这种TSP持具有良好的耐热性，可耐1200摄氏度的高温，抗破碎性及耐磨性俱佳。
TSP钻头与天然金刚石钻头一样，其切削齿直接烧结在碳化钨胎体上。
TSP钻头更适合于在带有研磨性的中等至硬地层快速钻井。
PDC钻头采用聚晶金刚石复合片（PDC片）作为切削刃，以钎焊方式将其固定到碳化钨胎体上的预留齿穴中。
钻头所采用的PDC切削齿具有高强度、高耐磨性和抗冲击能力，且切削刃口和刃面都具有良好的自锐性，在钻进过程中切削刃能始终保持锋利。
钻头在软到中等硬度地层中以剪切方式破碎岩石，采用较小钻压即可获得较高的机械钻速，是一种高效钻井钻头。
第三节金刚石钻头的设计与制造3.1金刚石钻头的设计理论在常规的PDC钻头切削结构设计中，遵循的基本原理有如下几条：①、每个切削齿的切削体积相等，即等体积原则；②、每个切削齿的磨损速度相等，即等磨损原则；③、每个切削齿的切削功率相等，即等功率原则；④、每个切削齿的切削面积相等，即等面积原则。
最常用的设计理论有：力平衡理论和抗回旋理论。
3.1.1、力平衡PDC钻头1）钻头的受力分析PDC钻头在正常钻进时，同时受到钻压和旋转设备施加的扭矩的作用。
在这两个力的作用下，每个切削齿都受到一个法向力Fn和一个切向力（周向力）Fc的作用。
其中法向力Fn 由钻压产生，它是使切削齿穿透岩石所需的力；切向力Fc是在法向力将切削齿压入岩石后沿切口向前推进切削齿所需的力，即将岩屑从岩石上剥离下来所需的力。
法向力Fn能分解成一个垂直分力Fv和一个径向分力Fr。
切向力Fc能分解为一个径向分力和一个绕着钻头中心的力矩。
作用在钻头上且位于垂直钻头旋转轴线的平面内的法向力和切向力能分解为一个作用于钻头中心上的力和一个力矩，它们均位于法向平面内。
该力矩是旋转钻头所需的力矩，而该力则是侧向不平衡力。
这个侧向不平衡力指向与钻头面相关的一个方向，在钻头旋转时，它趋向于把钻头推向井壁。
由于侧向不平衡力的大小、方向都不受控制，所以很难保证钻头的力学性能良好。
由于力学性能差，将会直接导致钻头的运动学性能变差。
由于其所受侧向不平衡力较大，当钻头在井底钻进时，钻头被推向井壁。
这时，钻头上的保径齿以及部分外排齿在侧向不平衡力的推动下会吃入井壁，与井壁的岩层产生“啮合效应”。
此时钻头不再平滑钻进，而开始产生侧向振动，PDC钻头上的切削齿会横向向后移动，并且比正常旋转的钻头上的切削齿运动快得多，伴随这种运动的冲击载荷会引起PDC切削齿的破碎，而这种破碎反过来会导致加速磨损，并且切削齿破碎后产生的碎片会对其它完好的PDC切削齿产生冲击碰撞，从而导致大面积的切削齿损坏。
对于力平衡钻头来说，由于侧向不平衡力被控制在一个极小的范围之内，它对PDC钻头的影响就比普通PDC钻头要小得多。
在经过调整之后，钻头上的各个力的大小及方向都发生了很大的变化。
侧向不平衡力Fimb由原来的9.2%降至了1.4%（这一百分比是侧向不平衡力与钻压的比值）。
径向力Fr与切向力Fc大小基本相等。
整个钻头的受力情况处于一个良好的状态。
3.1.2抗回旋PDC钻头通过对钻头的切削齿进行受力分析，运用调整齿位的办法，使得钻头的侧向合力指向较大面积的低摩阻保径垫，在钻头工作时该保径垫始终与井壁接触，最终使钻头的回旋程度降到最低，保证钻头工作平稳，延长钻头的使用寿命。
需要指出的是，力平衡技术、抗回旋技术只是PDC钻头设计制造技术的一个方面，要设计出性能优良的PDC钻头，光靠这一点是远远不够的。
在发展这项技术的同时，还需要合理的水力分布、先进的PDC切削齿、优选钻头轮廓等许多方面技术的运用。
3.2金刚石钻头冠部轮廓设计与选择依据研究及现场试验表明，钻头冠部形状对其使用性能具有较大影响。