《回转钻进用钻头》PPT课件

一 、 硬 质 合 金 钻 头 及 其 孔 底 的 碎 岩 过 程 二 、 金 刚 石 钻 头 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 三 、 钢 粒 钻 头 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 四 、 牙 轮 钻 头 及 其 孔 底 碎 岩 过 程 五 、 全 面 钻 进 与 钻 头 u岩 土 钻 进 （ 井 ） 方 法 绝 大 多 数 是 机 械 方 式 ， 主 要 有 ： 伴 有 循 环 冲 洗 介 质 的 硬 质 合 金 、 金 刚 石 、 钢 粒 、 牙 轮 钻 头 回 转 钻 进 和 长 螺 旋 干 式 回 转 钻 进 ； 采 用 液 动 、 气 动 孔 底 冲 击 器 的 冲 击 回 转 钻 进 ； 钢 丝 绳 冲 击 钻 进 ； 振 动 钻 进 。 上 述 方 法 中 ， 使 用 最 广 泛 的 是 回 转 钻 进 。 冲 击 回 转 钻 进 是 在回 转 的 基 础 上 增 加 孔 底 冲 击 载 荷 ； 钢 丝 绳 冲 击 钻 进 主 要 用 于 水井 施 工 ； 振 动 钻 进 、 长 螺 旋 干 式 回 转 钻 进 主 要 用 于 在 土 壤 和 软岩 中 打 浅 孔 （ 工 程 施 工 ） 。 一 、 硬 质 合 金 钻 进 的 基 本 概 念 与 特点 1、 硬 质 合 金 钻 进 的 基 本 概 念 利 用 镶 焊 在 钻 头 钢 体 上 的 硬 质 合 金 切削 具 作 为 碎 岩 的 工 具 ， 这 种 钻 进 方 法 称 为 硬合 金 钻 进 。 硬 合 金 钻 进 是 岩 土 钻 掘 工 程 中 的 一 种 主要 钻 进 方 法 ， 它 用 于 软 岩 层 及 中 硬 岩 层 的 钻 进（ 14级 软 的 沉 积 岩 、 中 硬 的 57级 及 部 分 8级 岩 浆 岩 和 变 质 岩 ） 。 二 、 钻 探 用 硬 质 合 金 2、 选 用 硬 质 合 金 切 削 具 的 基 本 原 则合 金 切 削 具 形 状 主 要 有 ： 薄 片 状 、 方 柱 状 、八 角 柱 状 和 针 状 等 。 tg0 y ybHPh 三 、 硬 合 金 钻 进 的 孔 底 碎 岩 过 程 （ 二 ） 弹 塑 性 岩 石 的 孔 底 破 碎 过 程 弹 塑 性 岩 石 是 硬 质 合 金 钻 头 的 主 要 钻 进 对 象 。理 论 上 ， 按 切 削 具 的 切 入 条 件 ， 需 要 很 大 的 轴 向 力 ，而 实 际 的 Py力 要 小 得 多 （ 1/61/3） ， 究 其 原 因 ，主 要 是 切 削 具 并 非 以 静 压 入 的 方 式 破 岩 ， 而 是 在 双向 力 的 同 时 作 用 下 破 碎 岩 石 。 其 碎 岩 的 显 著 特点 则 是 在 切 削 具 的 作 用 下 以 跳 跃 式 的 剪 切 破 碎 为 主 。岩 石 破 碎 大 体 分 三 个 阶 段 ： 20 )( tS Avm (下 页 ） 20022020 200 )1(2 tkvttSS Svvm t mdtvH 0 )1( 00 tktvH )1( 00 tkvvm Hkvvm 00 作 用 ： 保 证 切 削 具 能 顺 利 地 切 入 岩石 ， 并 为 冲 洗 液 冷 却 切 削 具 和排 除 孔 底 岩 粉 提 供 通 道 。 底 出 刃 大 小 ： 由 切 入 深 度 和 过 水 间隙 两 部 分 组 成 。 H值 过 大 ， 在 硬 岩 和 裂 隙性 岩 层 中 容 易 造 成 崩 刃 ， 应 增 加 补 强 。 一般 为 25 mm。 底 出 刃 有 平 底 式 、 阶 梯 式 。阶 梯 式 可 增 加 切 削 具 破 碎 岩 石 的 自 由 面 ，容 易 产 生 体 积 破 碎 。 3、 切 削 具 的 镶 焊 角 度 具 有 一 定 刃 角 的 切 削 具 以 不 同 的 前 角 （ 亦 称 镶 焊 角 ） 镶焊 在 钻 头 体 上 ， 形 成 不 同 的 切 削 角 ， 从 而 获 得 不 同 的 钻 进 效 果 。 切 削 具 在 钻 头 唇 面 上 有 三 种 镶 焊 方 式 ： 正 斜 镶 ， 直 镶 ， 负 斜 镶 。 （ 1） 刃 角 的 选 择 ： =45 50 ， 用 于 级 非 裂 隙 性 岩 石 ； =65 ， 用 于 级 岩 石 ； =90 的 小 切 削 具 ， 用 于 自 磨 式 钻 头 。 （ 2） 切 削 角 的 选 择 ： 根 据 所 钻 岩 性 来 选 择 。 钻 进 软 岩 ， 应 选 择 切 削 性 能 较 好 的 正 斜 镶 ， =70 80 ； 脆 性 和 较 硬 的 岩 石 ， 切 削 具 主 要 按 压 碎 和 剪 切作 用 碎 岩 ， 切 削 具 易 被 磨 钝 ， 应 选 择 入 岩 较 锋 利 的 直 镶 、负 斜 镶 ， =90 105 。 切 削 具 的 排 列 方 式 有 ： 单 环 排 列 、 多 环 排 列 、 密 集 排 列 等 。 （ 1） 确 定 切 削 具 布 置 方 式 的 原 则 ： 能 保 证 钻 头 在 孔 底 工 作 平 稳 ； 多 环 排 列 时 ， 每 个 切 削 具 只 破 碎 孔 底 的 一 部 分 ， 叠 加起 来 完 成 整 个 唇 面 的 切 削 ， 若 各 环 之 间 能 相 互 造 成 自 由 面 ， 则破 岩 效 果 更 佳 ； 尽 量 使 每 个 切 削 具 负 担 的 破 岩 量 接 近 ， 避 免 局 部 磨 损过 甚 ； 切 削 具 之 间 应 保 持 一 定 的 距 离 ， 以 利 于 排 粉 ； 对 切 削 具 的 镶 焊 和 修 磨 方 便 。 （ 2） 切 削 具 布 置 方 式 单 环 排 列 ： 一 个 或 二 个 切 削 具 并 联 覆 盖 唇 面 ， 加 工 简 单 ； 多 环 排 列 ： 多 个 切 削 具 分 环 覆 盖 唇 面 ， 造 成 多 的 碎 岩 自 由 面 ； 密 集 排 列 ： 多 个 切 削 具 集 中 为 一 组 排 列 ， 前 刃 掏 槽 ， 后 刃 扩 槽 ， 相互 支 撑 ， 承 载 大 ， 抗 弯 、 抗 磨 损 好 。 （ 1） 肋 骨 式 钻 头 ： 主 要 用 于 钻 进 遇 水 膨 胀 、 粘 性 较 大 的 软 岩 。依 钻 头 结 构 不 同 ， 分 为 螺 旋 肋 骨 钻 头 和 阶 梯 式 肋 骨 钻 头 。 螺 旋 肋 骨 钻 头 特 点 ： 流 通 载 面 大 ， 孔 底 干 净 ， 钻 进 效 率 较 高 。 阶 梯 式 肋 骨 钻 头 的 特 点 ： 肋 骨 片 较 厚 ， 水 口 宽 ， 孔 底 呈 阶 梯状 。 可 钻 进 35级 岩 石 。 钻 探 用 金 刚 石 按 成 因 分 为 天 然 的 、 人 造 的 两 大 类 。 （ 1） 制 造 钻 头 的 天 然 金 刚 石 可 分 为 “ 包 布 兹 ” （ Bortz） ，“ 刚 果 ” （ Congo） ， “ 卡 邦 纳 多 ” （ Carbonado） ， “ 巴 拉斯 ”（ Ballas） 和 “ 雅 库 特 ” （ ） 五 类 。 其 中 ， “ 包 布兹 ”主 要 用 于 制 造 表 镶 钻 头 ， “ 刚 果 ” 主 要 用 于 孕 镶 钻 头 ，“ 卡 邦纳 多 ” 和 “ 巴 拉 斯 ” 现 已 很 少 用 于 做 钻 头 ， “ 雅 库 特 ” 产于 俄 罗 斯 ， 主 要 在 前 苏 联 境 内 使 用 。 （ 2） 人 造 金 刚 石 包 括 单 晶 、 聚 晶 和 金 刚 石复 合 片 等 品 种 。 其 中 ， 聚 晶 是 由 细 小 的 金 刚 石颗 粒 、 粘 合 剂 烧 结 成 较 大 颗 粒 的 多 晶 金 刚 石 ；金 刚 石 复 合 片 （ PDC） 是 由 一 层 金 刚 石 多 晶 薄层 、 一 层 较 厚 的 硬 质 合 金 层 复 合 而 成 。 强 度 高 、 耐 磨 性 好 ， 在 硬 -坚 硬 地 层 中 钻进 能 取 得 良 好 的 效 果 ； 但 由 于 其 粒 度 小 ， 在 软 -中 硬 地 层 中难 以 取 得 较 高 的 钻 速 ， 且 由 于 出 刃 量 小 ， 容 易 发 生 糊 钻 事 故 。 高 温 稳 定 性 好 ， 强 度 较 高 ， 耐 磨 性 好 ，能 直 接 合 成 所 需 的 形 状 ， 所 以 ， 在 中 硬 地 层 中 能 取 得 较 好 的钻 进 效 果 ， 但 由 于 其 强 度 较 单 晶 小 ， 所 以 不 适 用 于 大 部 分 硬-坚 硬 的 岩 层 钻 进 。 综 合 了 金 刚 石 的 耐 磨 性 和 硬 质 合 金 的抗 冲 击 韧 性 ， 且 在 钻 进 中 金 刚 石 层 保 持 了 锐 利 的 切 削 角 ， 所以 ， 在 软 -中 硬 地 层 能 取 得 较 好 的 效 果 。 （ 1） 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 。 （ 2） 典 型 的 晶 形 有 立 方 体 、 八 面 体 和 十 二 面 体 等 。 （ 3） 金 刚 石 是 世 界 上 最 硬 、 抗 压 强 度 最 大 、 抗 磨 损 能 力最 强 的 材 料 。 其 莫 氏 硬 度 为 10级 ， 是 石 英 的 1000倍 ； 天 然金 刚 石 的 抗 压 强 度 约 为 8 600MPa， 是 钢 的 9倍 。 耐 磨 性 是 钢的 20005000倍 。 （ 4） 它 的 脆 性 较 大 ， 遇 到 冲 击 载 荷 会 出 现 碎 裂 ； （ 5） 热 稳 定 性 较 差 ， 在 高 温 下 遇 氧 便 氧 化 并 被 转 化 为 石墨 （ “ 石 墨 化 ” ） 。 因 此 ， 在 金 刚 石 工 具 的 制 造 过 程 中 ，须 隔 氧 ， 避 免 长 时 间 受 高 温 ； 在 使 用 中 ， 须 及 时 冷 却 切 削刃 。 国 际 上 通 用 的 计 量 单 位 是 克 拉 （ carat） 。 钻 探 用 金刚 石 常 用 一 克 拉 （ 0.2g） 多 少 粒 或 过 筛 网 目 数 （ 每 平 方 英 寸的 网 格 数 ） 来 衡 量 。 粗 粒 5 20粒 /克 拉 ； 中 粒 20 40粒 /克 拉 ； 细 粒 40 100粒 /克 拉 ； 粉 粒 100 400粒 /克 拉 。 其 中 ， 粗 、 中 粒 多 用 于 表 镶 钻 头 和 表 镶 扩 孔 器 ， 细 、粉 粒 多 用 于 孕 镶 钻 头 和 孕 镶 扩 孔 器 。 主 要 根 据 晶 形 和 强 度 来 判 定 。 人 造 单 晶 晶 形 分 为 5种 ： 晶 形 好 、 强 度 高 、 耐 冲 击 ， 是 理 想 的 切 磨 耗 材 。 等 积 形 ： 晶 体 长 轴 与 短 轴 之 比 不 超 过 1.5 1的 称 为 等 积 形 。 强度 较 高 ， 但 形 状 尚 好 ， 在 钻 探 中 的 应 用 占 有 一 定 比 例 。 晶 体 长 轴 与 短 轴 之 比 超 过 1.5 1者 为 非 等 积 形 。 质量 差 ， 形 状 不 好 ， 强 度 很 低 ， 在 钻 探 中 不 宜 采 用 。共 晶 面 或 晶 棱 的 晶 体 、 非 完 整 晶 体 的 连 生 体 。 将 连 晶 破碎 为 单 晶 ， 经 整 形 、 分 选 ， 得 到 质 量 较 好 的 金 刚 石 在 钻 探 上 使用 。 许 多 小 的 晶 体 无 规 则 地 聚 合 丛 生 称 为 聚 晶 体 。 质 量差 ， 强 度 很 低 ， 钻 探 中 不 能 采 用 。 （ 2） 金 刚 石 的 品 级 ： 主 要 根 据 晶 形 和 强 度 来 判定 。 按 强 度 区 分 是 金 刚 石 的 品 级 ： 工 业 上 衡 量人 造 单 晶 金 刚 石 质 量 的 可 计 量 指 标 是 单 轴 抗 压强 度 。 用 于 钻 探 的 人 造 金 刚 石 强 度 一 般 在2500Mpa以 上 ， 即 ： 60#（ 60目 ） 单 晶 单 粒 的 抗压 值 在 85N以 上 。 表 镶 钻 头 （ 钻 头 胎 体 上 的 金 刚 石 颗 粒 较 大 ） 与孕 镶 钻 头 （ 胎 体 上 的 金 刚 石 颗 粒 较 小 ） 的 碎 岩 机 理有 着 显 著 的 不 同 。 国 内 外 研 究 表 明 ， 金 刚 石 钻 进 的孔 底 碎 岩 过 程 存 在 有 以 下 几 种 机 理 1、 压 碎 剪 切 与 疲 劳 破 碎 2、 犁 掘 作 用 原 理 3、 多 刃 研 磨 切 削 4、 微 动 载 碎 岩 钻 进 时 ， 孔 底 岩 石 是 在 三 向 应 力 状 态 下 （ 围 岩压 力 、 液 柱 压 力 和 轴 向 载 荷 ） ， 随 围 压 的 增 加 ， 岩石 的 塑 性 增 大 。 当 以 塑 性 破 碎 为 主 时 ， 将 发 生 明 显的 犁 掘 作 用 过 程 ， 即 ： 钻 头 唇 面 上 出 露 的 金 刚 石 ，在 轴 向 压 力 作 用 下 侵 入 岩 石 表 面 ， 在 切 向 力 作 用 下沿 横 向 滑 移 时 ， 滑 移 前 方 的 压 缩 应 力 区 产 生 张 应 力滑 移 区 ， 在 滑 移 区 内 产 生 向 前 、 向 左 、 向 右 、 向 下的 裂 纹 ， 当 应 力 增 加 时 ， 裂 纹 扩 展 。 应 力 超 过 岩 石强 度 时 ， 首 先 在 金 刚 石 的 正 前 方 出 现 沟 槽 形 的 破 碎 ，在 其 两 侧 也 将 沿 薄 弱 面 产 生 破 碎 。 金 刚 石 钻 头 胎 体 用 于 包 裹 金 刚 石 ， 并 与 钻 头 钢 体 牢 固 连 接 。 1、 胎 体 能 牢 固 地 包 镶 金 刚 石 ， 表 镶 金 刚 石 钻 头 更 是 如 此 ； 2、 应 有 足 够 的 强 度 ， 具 有 一 定 的 抗 冲 击 性 能 ， 胎 体 与 刚 体 之间 的 连 接 要 牢 固 ； 3、 胎 体 的 硬 度 、 抗 冲 蚀 性 能 、 耐 磨 性 要 与 所 钻 岩 石 的 压 入 硬度 、 抗 压 强 度 、 研 磨 性 相 适 应 。 孕 镶 钻 头 对 这 些 性 能 要 求 更 加 严格 。 孕 镶 钻 头 钻 进 时 ， 胎 体 的 磨 损 速 度 应 适 当 超 前 于 金 刚 石的 磨 损 速 度 ， 使 金 刚 石 不 断 出 刃 。如 果 胎 体 不 磨 损 或 磨 损 极 慢 ， 则金 刚 石 出 刃 甚 小 ， 发 挥 不 了 多 刃微 切 削 作 用 ， 钻 速 很 低 。 反 之 ，如 果 胎 体 磨 损 太 快 ， 则 造 成 金 刚石 过 早 的 崩 刃 或 脱 粒 ， 从 而 失 去钻 进 能 力 、 钻 头 寿 命 缩 短 。 合 适的 胎 体 耐 磨 性 应 能 使 唇 面 金 刚 石正 常 出 刃 ， 且 在 每 粒 金 刚 石 的 后面 形 成 蝌 蚪 状 支 撑 。 金 刚 石 在 钻 头 唇 面 上 的 排 列 方 式 有 放 射 排 列 ，螺 旋 排 列 和 等 距 离 排 列 等 。 螺 旋 排 列 一 般 用 于 软岩 钻 ， 其 排 粉 效 果 最 好 。 孕 镶 金 刚 石 钻 头 的 唇 面 形 状 比 较 简 单 ， 多 为 平底 形 ， 在 孔 内 磨 合 一 段 时 间 后 便 自 然 形 成 圆 弧 形 。 如 果 坚 硬 、 弱 研 磨 性 的 岩 石 或 钻 头 壁 较 厚 ， 可把 钻 头 唇 面 做 成 同 心 环 槽 、 锯 齿 状 或 阶 梯 形 ， 以 形 成较 多 的 破 岩 自 由 面 。 表 镶 钻 头 的 主 水 路 是 唇 面 与 孔 底 之 间 的 间 隙 ，强 制 冲 洗 液 从 主 水 路 通 过 ， 有 效 地 冷 却 唇 面 金 刚 石 和及 时 排 除 孔 底 岩 粉 ， 唇 面 上 的 水 口 和 水 槽 的 数 目 不 能太 多 ， 常 用 的 水 口 形 状 见 图 4-23。 由 于 表 镶 钻 头 的 金 刚 石 粒 径 与 布 排 与 孕 镶 钻 头不 同 ， 其 水 口 与 水 槽 也 有 所 不 同 。 孕 镶 金 刚 石 钻 头 的 金 刚 石 出 刃 非 常 小 ， 它 的 主水 路 不 是 钻 头 唇 面 与 孔 底 的 间 隙 ， 而 是 水 口 。 在 唇 面扇 形 块 的 下 面 只 存 在 漫 流 （ 或 湿 润 ） 区 ， 用 于 冷 却 和排 粉 的 水 流 主 要 通 过 水 口 和 水 槽 。 因 此 ， 孕 镶 钻 头 往 往 设 计 成 多 水 口 、 小 水 口 ，这 样 对 防 止 烧 钻 有 利 。 示 意 图 名 称 实 物 图 特 点平 底 型 平 面 呈 矩 形 ， 加 工 制 作 简 单 ， 适 用 于 地 层 广 ， 工 作 一 段 时 间 后自 动 变 为 圆 弧 形 ； 但 导 向 性 差 ， 容 易 出 现 非 正 常 磨 损 和 破 坏 。圆 弧 型 圆 弧 直 径 大 于 胎 体 厚 度 ， 金 刚 石 分 布 及 受 力 合 理 ， 适 用 中 硬 硬 地 层 。同 心 圆 尖 齿型 端 面 呈 锯 齿 状 ， 切 削 自 由 面 多 ， 剪 切 破 碎 岩 石 ， 钻 速 高 ， 防 斜效 果 好 ， 适 用 坚 硬 弱 研 磨 性 地 层 。外 锥 型 稳 定 性 好 ， 适 用 扩 孔 钻 进 ， 易 孔 斜 地 层多 阶 梯 型 钻 进 效 率 高 ， 垂 直 孔 中 稳 定 性 好 ， 防 止 孔 斜 ， 适 用 软 中 硬 岩层 以 及 破 碎 地 层 。 梯 齿 型 综 合 了 梯 形 和 尖 齿 形 钻 头 的 优 点 ， 钻 进 稳 定 性 好 ， 钻 进 效 率 高 ，唇 面 冷 却 效 果 好 ， 适 用 硬 岩 层 。高 低 齿 型 胎 块 一 个 高 一 个 低 ， 交 替 排 列 ， 钻 进 效 率 高 ， 钻 头 寿 命 长 。底 喷 型 排 粉 能 力 强 ， 钻 头 冷 却 效 果 好 ， 对 岩 矿 心 保 护 好 ， 适 用 于 松 散破 碎 及 岩 粉 较 多 地 层 。 金 刚 石 扩 孔 器 安 装 于 钻 头 和 岩 心 管 之 间 ， 是 金 刚石 钻 进 不 可 缺 少 的 组 成 部 分 。 1、 修 扩 孔 壁 ， 保 证 钻 孔 直 径 符 合 要 求 ； 2、 保 持 孔 内 钻 具 的 稳 定 性 ， 使 钻 具 在 高 转 速 回转 条 件 下 保 持 良 好 的 动 平 衡 状 态 ； 3、 延 长 钻 头 寿 命 。 减 少 新 钻 头 下 孔 的 扩 孔 量 ，防 止 钻 头 早 期 磨 损 。 扩 孔 器 由 钢 体 和 含 金 刚 石的 凸 起 胎 体 组 成 （ 形 成 水 槽 ） 现 用 扩 孔 器 的 样 式 很 多 ，有 单 管 的 、 双 管 的 、 绳 索 取心 的 ； 有 天 然 金 刚 石 、 人 造单 晶 金 刚 石 、 人 造 聚 晶 金 刚石 的 ； 有 直 棱 、 直 条 、 螺 旋棱 、 螺 旋 条 的 等 等 。 用 未 镶 焊 切 削 具 的 钻 头 压 住 不 与 钻头 钢 体 镶 在 一 起 、 呈 自 由 状 态 的 钢 粒 ，并 带 动 它 们 在 孔 底 滚 动 而 破 碎 岩 石 的 钻进 方 法 称 为 钢 粒 钻 进 。 岩 心 管 的 下 端 接 有 钢 粒 钻 头 （ 钻头 钢 体 ） ， 钻 头 上 开 有 口 。 孔 底 投 有 一定 量 的 “ 自 由 ” 的 钢 粒 ， 受 周 围 岩 石 的限 制 ， 钢 粒 压 在 钻 头 的 底 唇 之 下 和 两 侧 。钻 进 中 ， 钻 头 向 下 施 加 一 定 的 轴 向 压 力 ，并 作 回 转 运 动 。 随 着 钻 头 的 转 动 ， 钢 粒在 钻 头 与 岩 石 之 间 不 断 滚 动 ， 对 孔 底 岩石 进 行 碾 压 ， 达 到 破 碎 岩 石 的 目 的 。 同时 ， 泵 送 的 冲 洗 液 由 钻 头 内 间 隙 流 经 孔底 ， 再 由 钻 头 外 间 隙 上 返 流 出 ， 冲 排 岩屑 和 磨 损 失 去 工 作 能 力 的 钢 粒 屑 。 （ 1） 作 为 碎 岩 磨 料 的 钢 粒 ， 并 不 固 定 在 钻 头 体 上 ，而 是 自 由 地 压 在 钻 头 底 面 和 两 侧 ； （ 2） 钢 粒 碎 岩 的 过 程 是 一 个 对 孔 底 岩 石 碾 压 的 过 程 ； （ 3） 回 转 的 离 心 力 和 冲 洗 液 的 冲 刷 力 使 钢 粒 在 孔 底的 分 布 ： 钻 头 外 侧 多 于 内 侧 ； （ 4） 冲 洗 液 的 循 环 对 孔 底 的 钢 粒 能 起 到 分 选 作 用 ，磨 损 变 小 的 和 失 去 工 作 能 力 的 钢 粒 悬 浮 于 外 侧 间 隙 中 ，未 被 磨 损 的 或 磨 损 少 的 在 孔 底 工 作 。 改 变 冲 洗 液 量 可 改变 分 选 状 态 ； （ 1） 钢 粒 的 形 状 ： 是 直 径 为 2.54mm的 圆 柱 体 ，圆 柱 体 的 高 等 于 其 直 径 ， 有 利 于 钢 粒 在 孔 底 的 滚动 。 （ 2） 钢 粒 的 材 质 与 性 能 ： 一 般 是 60号 、 70号 高碳 钢 ， 经 调 质 、 淬 火 可 达 到 较 高 硬 度 。 其 抗 压 强度 可 达 到 1000 kg/粒 ， 硬 度 HRC（ 洛 氏 硬 度 ） 50。 通 常 ， 钢 粒 的 粒 度 按 2.5、3、 3.5、 4mm分 成 四 个 粒 度级 别 。（ 1） 粒 度 与 钻 进 速 度 的 关系 根 据 实 验 ， 随 着 钢 粒粒 度 的 增 大 ， 钻 速 与 功 耗增 大 ； 钢 粒 和 钻 头 磨 耗 减小 。 从 这 种 意 义 上 讲 ， 增大 钢 粒 的 粒 度 是 有 益 的 。 （ 2） 钢 粒 的 粒 度 与 钻 进 质 量 的 关 系 钻 粒 粒 度 还 直 接 影 响 到 钻 进 质 量 ， 过 大 的 钢 粒会 产 生 下 列 危 害 ： 内 环 状 间 隙 增 大 ， 使 岩 心 变 细 ， 容 易 发 生岩 心 堵 塞 、 岩 心 脱 落 、 残 留 岩 心 等 问 题 ， 岩 心 采取 率 低 。 外 环 间 隙 增 大 ， 孔 径 被 扩 大 ， 钻 杆 和 粗 径钻 具 转 动 不 稳 ， 会 造 成 过 大 的 钻 孔 弯 曲 。 （ 3） 钢 粒 的 粒 度 与 钻 头 壁 厚 的 配 合 关 系 在 钻 头 壁 厚 一 定 时 ， 如 果 钢 粒 直 径 超 过 一 定 限度 ， 钻 头 唇 底 不 能 稳 定 压 砂 ， 就 不 能 有 效 地 破 碎岩 石 。 一 般 ， 钢 粒 直 径 与 钻 头 壁 厚 的 配 合 关 系 为 ： 式 中 ： t钻 头 壁 厚 ， 毫 米 ； d钢 粒 直 径 ， 毫 米 。 （ 1） 钢 粒 钻 头 的 功 用 与 性 能 ： 钢 粒 钻 头 的 功 用 是 将钻 杆 传 来 的 轴 向 压 力 及 回 转 力 传 递 给 钢 粒 。 钻 头 唇 面 把钻 粒 压 在 孔 底 岩 面 上 ， 并 依 靠 其 本 身 的 弹 塑 性 变 形 及 摩擦 力 带 动 钢 粒 在 孔 底 岩 石 上 滚 动 ， 破 碎 岩 石 ， 钻 头 本 身不 直 接 破 碎 岩 石 ， 但 受 钢 粒 及 岩 屑 的 作 用 ， 不 断 被 磨 损 。良 好 的 钢 粒 钻 头 应 具 有 以 下 的 性 能 ： 能 很 好 地 压 住 钢 粒 ， 并 能 带 动 钢 粒 沿 孔 底 滚 动 ； 能 顺 利 地 流 通 冲 洗 液 ， 排 除 钻 粉 ； 钻 头 应 耐 磨 ， 并 能 保 持 良 好 的 导 砂 性 能 和 补 砂性 能 。 （ 2） 钢 粒 钻 头 的 结 构 钢 粒 钻 头 的 结 构 呈 圆 筒 状 。材 料 一 般 为 45号 中 炭 钢 ， 硬 度 低于 钢 粒 ， 以 保 证 与 钢 粒 间 有 一 定的 连 系 力 ， 牵 动 钢 粒 滚 动 。 外 径 上 下 一 致 ， 内 壁 上 部有 1 100的 锥 度 ， 以 便 卡 取 岩 心 。 钻 头 外 径 有 ： 75， 91、 110、130、 150毫 米 等 级 别 ， 壁 厚 911毫 米 。 钻 头 底 部 开 有 水 口 ， 用于 流 通 冲 洗 液 和 向 钻 头 唇 面 下 补给 钢 粒 。 提 供 比 较 稳 定 的 过 水 断 面 ， 保 证冲 洗 液 流 通 ； 良 好 的 导 砂 作 用 ， 把 钢 粒 导 入 钻 头底 唇 之 下 ， 保 证 在 钻 头 唇 部 足 够 的 钢 粒 在井 底 工 作 。 钢 粒 钻 进 破 碎 孔 底 岩 石 主 要 有 以 下 机 理 ： （ 1） 尖 楔 压 入 破 碎 岩 石 钻 进 开 始 阶 段 ； （ 2） 球 形 压 模 压 入 碎 岩 钻 进 中 后 期 ； 2、 疲 劳 破 碎 钢 粒 钻 进 的 主 要 碎 岩 方 式 ； 3、 脉 动 冲 击 碎 岩 钢 粒 钻 进 全 过 程 ； （ 1） 尖 楔 压 入 破 碎 岩 石 ： 开 始 时 ，钢 粒 呈 柱 状 ， 当 边 棱 与 岩 石 接 触 时 ，接 触 面 积 小 ， 压 力 集 中 ， 接 触 面 上的 压 强 较 大 ， 达 到 岩 石 的 压 入 硬 度 ，钢 粒 压 入 岩 石 ， 岩 石 呈 体 积 破 碎 方式 破 裂 。 （ 2） 球 形 压 模 压 入 碎 岩 ： 当 钢 粒磨 成 球 形 ， 接 触 面 积 虽 有 所 增 加 ，但 钢 粒 大 小 不 均 ， 仍 存 在 压 力 集 中 ，如 果 钻 压 足 够 大 ， 压 强 达 到 了 岩 石压 入 硬 度 ， 同 样 发 生 压 入 压 碎 岩 石（ 类 似 球 模 压 入 碎 岩 ） 。 压 碎 碎 岩 方 式 虽 属 于 体 积 式 碎 岩 ， 但在 钢 粒 钻 进 中 ， 它 所 占 的 碎 岩 比 率 不 大 ， 因为 这 种 碎 岩 方 式 主 要 是 靠 接 触 面 积 小 而 造 成大 的 压 强 来 实 现 的 。 由 于 接 触 面 本 身 甚 小 ，所 以 每 次 碎 岩 的 量 也 不 大 。 同 时 在 钻 进 中 以棱 角 压 岩 石 的 机 会 也 比 较 少 。 还 有 钢 粒 上 的这 些 棱 角 在 发 生 压 碎 岩 石 的 同 时 ， 钢 粒 本 身不 断 地 被 磨 损 。 至 于 靠 分 布 不 匀 压 力 集 中 以达 到 压 碎 岩 石 的 情 况 ， 产 生 的 机 会 也 较 少 。 疲 劳 破 碎 是 由 钢 粒 的 碾 压 作 用 而 产 生 的 碎 岩 方式 ， 钻 进 中 被 成 球 形 或 椭 球 形 的 钢 粒 ， 以 一 定 的 压 力压 于 岩 石 表 面 ， 当 压 力 未 达 到 岩 石 压 入 硬 度 时 ， 不 会压 入 岩 石 ， 但 其 下 部 岩 石 中 存 在 着 两 个 危 险 极 值 带 ，压 力 边 缘 处 存 在 拉 伸 应 力 ， 这 种 压 应 力 和 拉 伸 应 力 的作 用 ， 加 上 钻 粒 的 变 形 、 与 岩 石 的 摩 擦 力 ， 将 岩 石 压裂 和 撕 裂 成 一 定 深 度 的 许 多 裂 纹 ， 称 之 为 碾 压 作 用 。随 着 众 多 钢 粒 的 重 复 碾 压 ， 裂 纹 加 深 加 密 ， 使 交 叉 发育 的 裂 纹 以 岩 屑 的 形 式 被 剥 离 下 来 离 开 母 体 。 钢 粒 钻 进 中 ， 由 于 钢 粒 本 身 和 每 个 钢 粒 存 在尺 寸 不 均 匀 、 井 底 的 不 平 、 钻 杆 柱 本 身 产 生 的 弯 曲和 扭 转 振 动 ， 回 转 时 ， 对 井 底 岩 石 产 生 脉 动 冲 击 破碎 岩 石 。 由 于 钢 粒 钻 进 中 ， 这 种 脉 动 冲 击 比 较 强 烈 。会 产 生 较 大 的 体 积 破 碎 ， 同 时 ， 也 会 促 进 碾 压 裂 隙的 发 展 。 正 是 由 于 碾 压 疲 劳 碎 岩 和 脉 动 冲 击 碎 岩 ， 所以 ， 钢 粒 钻 进 可 以 破 碎 比 钢 粒 和 钻 头 体 本 身 还 要 硬的 岩 石 。 牙 轮 钻 头 由 钻 头 体 、 牙 轮爪 （ 巴 掌 ） 、 牙 轮 、 轴 承 、 水 眼 和 储 油 密 封补 偿 系 统 等 部 分 组 成（ 图 11-1） 。 钻 头 体 是 牙 轮 钻 头 的 本 体 ， 上 部 有 螺 纹 与 钻 杆 柱连 接 ， 下 部 有 牙 轮 爪 。 牙 轮 爪 与 牙 轮 相 连 ， 用 以 支 承牙 轮 。 钻 头 体 上 装 有 水 眼 或 喷 嘴 。 有 体 式 钻 头 是 钻 头 体 与 牙 轮 爪 分 别 制 造 ， 然 后 牙 轮爪 焊 接 在 钻 头 体 的 侧 面 ， 螺 纹 多 为 内 螺 纹 。 一 般 应 用于 大 直 径 的 钻 头 。 无 体 式 钻 头 是 由 3个 牙 轮 爪 直 接 焊 接 成 一 体 ， 上 端 直接 车 有 外 螺 纹 ， 一 般 应 用 于 小 直 径 的 钻 头 。 牙 轮 爪 上 接 钻 头 体 ，下 带 牙 轮 轴 ， 掌 背 钻 有 一斜 孔 ， 直 通 滚 珠 跑 道 ， 牙轮 与 轴 颈 组 装 好 后 ， 由 该孔 装 入 滚 珠 ， 用 销 子 插 入 ，然 后 焊 死 。 每 个 牙 轮 内 有 3副 径 向 轴 承 和12副 止 推 轴 承 。 径 向 轴 承 承 受 径向 载 荷 ， 有 滚 柱 、 滚 珠 和 滑 动 几种 形 式 ； 止 推 轴 承 承 受 轴 向 载 荷 ，一 般 是 滑 动 轴 承 。 是 清 洗 孔 底 的 通道 。 为 防 止 水 眼 冲 蚀 ， 镶 焊 经 渗碳 淬 火 的 钢 质 水 眼 套 。 喷 射 式 钻头 则 镶 装 有 硬 质 合 金 的 喷 嘴 。 钻 头 绕 钻 柱 轴 线 顺 时 针 方 向 旋 转 时 ， 带 动 牙轮 也 绕 钻 头 轴 线 作 旋 转 运 动 ， 这 种 运 动 称 为 “ 公转 ” 。 在 牙 轮 随 钻 柱 公 转 的 同 时 ， 由 于 与 地 层 间 的相 互 作 用 ， 牙 轮 还 绕 自 身 轴 线 作 反 时 针 方 向 旋 转 ，这 种 旋 转 称 为 “ 自 转 ” 。 在 孔 底 无 滑 动 的 情 况 下 ， 牙 轮 自 转 速 度 与 钻头 旋 转 速 度 之 比 等 于 钻 头 直 径 与 牙 轮 直 径 之 比 。 剪 切 作 用 主 要 是 由 于 牙 轮 在 滚 动 的 同 时 还 伴 有 牙 齿对 孔 底 的 滑 动 而 产 生 的 ， 产 生 滑 动 的 原 因 在 于 牙 轮 的超 顶 、 复 锥 和 移 轴三 种 结 构 。 如 图 ， 牙 轮 锥 顶 超 过 钻 头 轴 心 的结 构 称 为 超 顶 ， 超 过 的 距 离 ob为 超顶 距 c。 设 工 作 时 牙 轮 上 每 一 点 的公 转 为 b， 自 转 转 速 为 c。 （ 1） 在 牙 轮 与 地 层 接 触 母 线 上 任 一点 x， 由 b引 起 的 的 速 度 Vbx是 呈 直 线分 布 的 ， 在 oa段 方 向 向 前 ， 在 ob段 向 后 ，在 钻 头 中 心 o处 速 度 vbO=0。 （ 2） 由 c引 起 的 速 度 vcx也 是 呈 直线 分 布 的 ， 方 向 向 后 ， 在 b点 vcb=0。 （ 3） 速 度 合 成 后 ， 在 ob段 形 成 一 个向 后 的 滑 动 速 度 vsx， 此 时 牙 轮 受 到 一滑 动 阻 力 Ps（ 与 滑 动 方 向 相 反 ） ， 因 而有 滑 动 阻 力 矩 Ms（ -） =PsR。 使 牙 轮 的角 速 度 c降 低 。 （ 5） Ms（ -） 、 M s（ -） 及 Ms（ +）达 到 平 衡 ， 使 Ms=0。 于 是 牙 轮 的 角速 度 便 稳 定 在 一 个 新 数 值 下 ， 不 再 减慢 。 （ 6） vsx=vbx+vcx即 牙 轮 相 对 于 岩石 的 滑 动 速 度 ， 呈 直 线 分 布 ， 它 与 ab线 交 于 M点 ， vsM=0为 纯 滚 动 点 ， bM段向 后 滑 动 ， aM段 向 前 滑 动 。 滑 动 速 度随 超 顶 距 c的 增 大 而 增 大 。 在 钻 头 的 水 平 投 影 面 上 ， 让 牙 轮 轴 线 相 对 于 钻 头 径向 平 移 一 段 距 离 ， 这 种 结 构 称 为 牙 轮 的 移 轴 。 牙 轮 移 轴后 产 生 的 滑 动 是 轴 向 滑 动 。 综 上 所 述 ， 超 顶 和 复 锥 引 起 的 切 线 方 向 滑 动 ， 可 以剪 切 掉 同 一 齿 圈 相 邻 牙 齿 破 碎 坑 之 间 的 岩 脊 ； 移 轴 产 生的 轴 向 滑 动 ， 可 以 剪 切 掉 齿 圈 之 间 的 岩 脊 。 牙 齿 的 滑 动 虽 然 可 以 提 高 破 岩 效 率 ， 但 也 造 成 牙 齿 的剧 烈 磨 损 。 软 -中 硬 地 层 的 钻 头 一 般 兼 有 移 轴 、 超 顶 和复 锥 ； 部 分 中 硬 或 硬 地 层 的 钻 头 有 超 顶 和 复 锥 ； 用 于 坚硬 和 强 研 磨 性 地 层 的 牙 轮 钻 头 是 纯 滚 动 的 （ 单 锥 ， 不 超顶 ， 也 不 移 轴 ） 。 翼 片 式 全 面 钻 头 主 要 包 括 刮 刀 钻 头 和 翼 片 钻 头 。 刮 刀 钻 头 刀 翼 呈 曲 面 形 ， 切 削 具 正 斜 镶 ， 刃 尖角 较 小 ， 多 用 于 钻 进 松 软 岩 层 钻 进 ； 翼 片 钻 头 的 翼 片 切 削 具 采 用 直 镶 ， 多 用 于 钻 进软 中 硬 岩 层 。 一 般 按 翼 片 数 量 命 名 。 如 三 刀 翼 的 称 为 三 刮 刀钻 头 或 三 翼 钻 头 ， 两 刀 翼 的 常 叫 做 鱼 尾 钻 头 。 1、 刀 翼 的 结 构 角 （ 1） 刃 尖 角 ： 刀 翼 尖 端 前 后 刃 之 间 的 夹 角 ，表 示 刀 刃 的 尖 锐 程 度 。 越 小 ， 切 入 岩 石 的 能 力越 强 ， 但 强 度 减 小 。 钻 软 岩 层 时 ， 取 8 10 ；岩 石 较 硬 时 ， 取 12 15 ； 夹 层 多 ， 孔 较 深 时 ， 角 也 应 适 当 增 大 。 （ 2） 切 削 角 ： 刀 翼 前 刃 与 水 平 面 之 间 的 夹 角 。 角 越 大 ， 吃入 深 度 越 深 ， 但 角 过 大 时 ， 剪 切 破 碎 困 难 ， 钻 进 阻 力 大 。 一 般 = 70 85 ， 软 地 层 角 应 小 一 些 ， 硬 地 层 角 大 一 些 。（ 3） 刃 后 角 ： = - 。 必 须 大 于 孔 底 碎 岩 倾 角 。 刀 翼 底 部 有 平 底 、 正 阶 梯 、 反 阶 梯 和 反 锥 形 几 种 形 状 。 平 底 刀 翼 形 成 的 孔 底 只 有 一 个 裸 露 自 由 面 ， 阶 梯 钻 头 可 形 成 较多自 由 面 ， 碎 岩 速 度 较 快 ， 扭 矩 和 功 率 消 耗 也 较 小 ， 但 正 阶 梯 容 易 磨损 成 锥 形 ， 使 钻 孔 缩 径 。 反 阶 梯 钻 头 可 在 一 定 程 度 上 解 决 缩 径 问 题 ，但 刀 翼 外 侧 底 刃 既 起 掏 槽 作 用 又 起 保 径 作 用 ， 蹩 钻 严 重 。 钻 进 时 ， 刀 翼 的 受 力 类 似 于 悬 臂 梁 ， 根 据 等强 度 要 求 ， 刀 翼 背 部 应 成 抛 物 线 形 状 ， 且 刀 翼的 厚 度 随 距 刃 尖 的 距 离 增 加 而 逐 渐 增 厚 。 4、 提 高 刀 翼 的 耐 磨 性 （ 1） 为 保 证 足 够 的 强 度 ， 刀 翼 一 般 用 高 强度 合 金 钢 锻 制 而 成 。 （ 2） 刀 翼 表 面 平 铺 一 层 YG8硬 质 合 金 块 ， 以 增 强 刀 翼 的 耐 磨性 和 防 止 泥 浆 对 刀 翼 的 冲 刷 。 刀 翼 的 侧 部 镶 焊 YG-8硬 质 合 金以 保 径 。 （ 1） 常 用 二 翼 、 三 翼钻 头 适 用 于 级的 岩 层 。 三 翼 钻 头 在大 口 径 钻 进 中 应 用广 泛 ， 它 的 钢 体 上 装有 可 更 换 喷 嘴 的 水眼 ， 使 水 流 加 速 ， 提高 机 械 钻 速 。 （ 2） 三 翼 片 阶 梯 钻 头 ： 可 钻 进 级 岩 层 。 阶 梯翼 片 直 焊 。 根 据 不 同 岩 性 取 不 同 的 翼 片 偏 心 距 ， 保 证中 心 处 能 剪 切 碎 岩 。 （ 3） 针 状 自 磨 式 全 面 钻 头 ： 可 做 成 三 翼 、 四 翼 或六 翼 。 耐 磨 性 能 好 ， 钻 速 均 匀 。 适 宜 在 级 的 研磨 性 岩 层 中 钻 进 。 适 用 于 粘 土 、 砂 层 和 含 少 量 砾 石 的 土 层 。双 腰 钻 头 又 称 笼 式 钻 头 。 中 心 管 、 导 正 圈 （ 12个 “ 腰 带 ” ） 、 立 柱 、横支 杆 、 斜 支 杆 、 翼 板 和 超 前 小 钻 头 等 组 成 。 上 下导 正 圈 间 距 钻 头 直 径 ， 外 侧 面 加 焊 合 金 肋 骨 修扩 钻 孔 。 翼 板 按 一 定 的 角 度 焊 在 下 导 正 圈 的 内 壁上 ， 合 金 切 削 具 镶 焊 在 翼 板 上 （ 或 螺 栓 固 定 ） 。一 般 为 正 斜 镶 ， 近 年 来 ， 在 钻 进 基 岩 和 卵 砾 石 层时 ， 采 用 一 字 形 钎 头 直 立 焊 的 形 式 。 翼 板 的 数 量视 钻 头 直 径 而 定 ： 0.8m 4片 ； 1.0m 4 6片 。 （ 1） 单 腰 带 钻 头 的 腰 带 、 支 柱 较 少 ， 钻 进 阻 力 小 ， 钻 速比 双 腰 钻 头 要 高 ； （ 2） 双 腰 带 钻 头 具 有 良 好 的 导 正 作 用 ， 超 前 的 四 翼 锥 形小 钻 头 主 要 起 定 向 作 用 （ 并 保 护 出 浆 口 不 被 阻 塞 ） ， 使 钻 头工 作 平 稳 ， 扩 孔 率 也 小 ， 钻 孔 的 垂 直 精 度 较 高 。 （ 3） 钻 头 底 部 呈 锥 形 、 阶 梯 状 ， 端 部 有 小 钻 头 超 前 钻 进 ，故 孔 底 破 岩 自 由 面 大 ， 钻 效 高 。 （ 4） 小 钻 头 可 对 砂 砾 层 起 松 动 作 用 ， 少 量 不 易 破 碎 的 卵 砾石 可 挤 进 圆 笼 内 ， 不 妨 碍 继 续 钻 进 。 螺 旋 钻 有 长 螺 旋 钻 和 短 螺 旋 钻 两种 形 式 。 土 层 中 成 孔 速 度 快 ， 无 冲 洗 液 ，不 污 染 环 境 ， 在 工 程 施 工 中 应 用 广 泛 。长 螺 旋 钻 进 靠 整 个 钻 杆 柱 上 的 螺 旋 面 把岩 屑 输 送 至 地 表 ， 短 螺 旋 只 是 在 靠 近 钻头 部 分 有 螺 旋 叶 片 ， 每 次 把 岩 屑 积 聚 在有 限 几 个 螺 旋 面 上 ， 然 后 提 至 地 表 清 除 ，所 以 短 螺 旋 钻 对 地 层 的 适 应 性 比 长 螺 旋广 。 （ 1） 双 锥 阶 梯 形 剖 面 ： 两 个 锥 面 ， 锥 面 上 有 阶 梯 ， 增 加 碎 岩 自由 面 ， 提 高 钻 进 效 率 ， 但 锥 顶 面 小 ， 顶 部 金 刚 石 受 力 很 大 。 适 用于 软 中 硬 的 地 层 。 （ 2） 双 锥 形 剖 面 ： 工 作 面 由 内 锥 、 外 锥 和 顶 部 圆 弧 三 部 分 组 成 。内 锥 60 70 ， 外 锥 40 60 。 锥 顶 面 较 大 ， 无 阶 梯 （ 阶 梯上 的 金 刚 石 易 碰 碎 ） ， 适 应 于 在 较 硬 和 致 密 的 岩 石 中 钻 进 时 。 （ 3） B型 剖 面 ： 由 内 锥 与 圆 弧 面 组 成 ， 内 锥 角 不 小 于 90 。其 结 构 特 点 是 顶 部 较 宽 也 较 平 缓 ， 可 均 匀 布 置 较 多 金 刚 石 ， 防止 局 部 金 刚 石 早 期 损 坏 。 适 用 于 适 用 于 硬 地 层 。 （ 4） 带 波 纹 的 B型 剖 面 ： 与 B型 剖 面 不 同 的 是 ： 内 锥 和 圆 弧 面上 带 有 螺 旋 形 波 纹 槽 。 金 刚 石 就 镶 在 波 纹 的 波 峰 上 ， 适 用 于 坚硬 地 层 。 金 刚 石 全 面 钻 头 采 用 水 孔 、 水 槽 式 的 水 力 结 构 ， 保 证 金 刚 石的 冷 却 、 润 滑 和 清 洗 。 常 用 的 水 力 结 构 有 下 述 四 种 ： （ 1） 逼 压 式 水 槽 ： 唇 面 上 水 槽 分 为 高 压 水 槽 和 低 压 水 槽 ， 高压 水 槽 入 口 小 ， 出 口 大 ， 而 低 压 水 槽 正 好相 反 。 高 、 低 压 水 槽 间 形 成 一 定 的 压 差 。在 压 差 作 用 下 ， 部 分 冲 洗 液 从 高 压 水 槽 漫过 金 刚 石 表 面 进 入 低 压 水 槽 ， 能 有 效 地 清洗 、 冷 却 和 润 滑 唇 面 上 的 金 刚 石 。 这 种 水槽 用 于 软 地 层 。 （ 3） 辐 射 型 逼 压 式 水 槽 ： 是 上 述 两 种 水 槽 结 构 的 组合 ， 适 用 于 中 硬 硬 地 层 钻 头 和 涡 轮 钻 金 刚 石 钻 头 。 （ 4） 螺 旋 形 水 槽 ： 水 槽 为 反 螺 旋 流 道 ， 在 高 转 速 条件 下 强 迫 冲 洗 液 流 过 金 刚 石 工 作 表 面 。 适 用 于 高 转 速金 刚 石 钻 头 。 金 刚 石 的 粒 度 据 地 层 而 定 。 较 软 地 层 ， 粒 度 较 大 ；较 硬 地 层 ， 粒 度 较 小 。 钻 头 唇 面 金 刚 石 颗 粒 的 排 列 方 式 与 取 心 式 钻 头 类似 ， 必 须 注 意 钻 头 唇 面 的 金 刚 石 充 满 度 、 覆 盖 均 匀和 等 强 度 磨 损 等 问 题 。 胎 体 钻 头 的 钻 头 体 用 铸 造 碳 化 钨 粉 烧 结 而 成 ，烧 结 时 在 钻 头 唇 面 上 留 有 窝 槽 ， 然 后 将 复 合 片 直 接 焊接 在 窝 槽 上 。 钢 体 钻 头 的 钻 头 体 用 合 金 钢 加 工 而 成 ，复 合 片 镶 焊 在 钢 体 上 。 工 作 面 形 状 有 内 锥 、 顶 部 、 侧 面 、 肩 部 及 保 径五 个 基 本 要 素 。 内 锥 对 钻 头 起 导 向 和 稳 定 作 用 ， 如 果需 要 较 高 转 速 、 较 好 的 冲 洗 液 流 动 控 制 能 力 ， 取 浅 内锥 、 大 锥 角 （ 110 160 ） ； 如 果 要 突 出 钻 头 稳 定性 ， 提 高 孔 斜 控 制 能 力 ， 则 为 深 内 锥 ， 小 锥 角 较（ 60 100 ） 。 顶 部 最 先 吃 入 地 层 ， 如 果 地 层 较硬 ， 应 选 大 半 径 的 顶 部 结 构 ； 为 了 提 高 钻 头 吃 入 地 层的 能 力 ， 应 选 较 小 半 径 的 顶 部 结 构 。 保 径 部 位 除 保 证钻 孔 直 径 外 ， 还 有 保 持 钻 头 工 作 稳 定 的 作 用 ， 防 斜 钻头 应 取 长 保 径 ， 而 造 斜 钻 头 应 取 短 保 径 。 采 用 水 眼 或 喷 嘴 供 给 钻 井 液 ， 钻 头 有 刮 刀 、 单 齿 、组 合 式 三 种 。 （ 1） 刮 刀 式 的 布 齿 方 式 ： 1个 水 眼 或 喷 嘴 清 洗 、 冷 却12个 刮 刀 片 上 的 切 削 齿 ， 清 洗 冷 却 效 果 好 。 用 于 粘 性 的或 软 地 层 钻 进 。 （ 2） 单 齿 式 的 布 齿 方 式 ： 切 削 齿 单 独 布 置 在 钻 头 唇 面上 ， 适 当 位 置 布 置 水 眼 或 喷 嘴 。 这 种 方 式 布 齿 区 域 大 ，密 度 高 ， 可 提 高 钻 头 寿 命 ， 但 容 易 形 成 泥 包 钻 头 。 （ 3） 组 合 式 布 齿 方 式 ： 直 线 刮 刀 式 和 成 组 排 列 相 结 合的 方 式 ， 适 当 位 置 布 置 喷 嘴 。 具 有 上 述 两 种 方 式 的 优 点 ，可 用 于 中 硬 地 层 。