金刚石钻头的选择和应用
金刚石钻头系指用天然金刚石、人造金刚石、复合片、烧结体、聚晶等作为切削具制成的表、孕镶钻头。钻头本身是一种碎岩工具，其工作对象是岩石。为了获得地质效果和技术经济指标，必须根据岩石的物理力学性质合理选择钻头。
一、选择金刚石钻头的原则
1、软至中硬(指金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表1-6级〉和完整均质岩层，一般宜用天然表镶钻头、复合片钻头、聚晶钻头，部分可用烧结体钻头。
2、硬至坚硬致密的岩层(分级表中7-12级) ，一般宜用孕镶钻头，尖环槽同心圆或交错尖环槽钻头，或细粒表镶金刚石钻头。
3、在破碎、软硬互层、裂隙发育或强研磨性岩层，如煤系地层，宜用尖齿型钻头或耐磨性好的、补强的电镀孕镶钻头。
4、根据岩石的研磨性、风化程度和破碎程度选择胎体耐磨性的原则是:
（1）强研磨性岩层，选用高耐磨性的胎体。
（2）中等研磨性岩层，选用中等耐磨性的胎体。弱研磨性岩层，选用低耐磨性的胎体。
（3）复杂岩层，研磨性越强、越硬，选用金刚石品级好、粒度相对细一些的金刚石钻头。
（4）强研磨性、较破碎的岩层，在保证金刚石包镶良好的条件下，选用金刚石浓度较高的金刚石钻头。反之，均质致密、弱研磨性的岩层，选用金刚石浓度较低的金刚石钻头。
（5）岩层软(1-4级) ，排粉多，选用复合片钻头或聚晶钻头。易冲蚀的岩矿层取心，应采用底喷式钻头。
二 合理使用金刚石钻头
根据岩石的物理力学性质正确选择钻头类型之后，还须取以下八项技术措施，方能取得技术经济指标。
（1）根据岩层、设计孔深等情况，钻头、扩孔器应排队轮换使用.。先用外径大的，后用外径小的。同时亦应先用内径小的，后用内径大的。在轮换过程中，应保证使排队的钻头、扩孔器都能正常下到孔底，以避免扫孔、扫残留岩心。
（2）提钻确后必须用游标卡尺，精测量钻头和扩孔器的外、内径，以及孕镶钻头的高度，并做好记录，以作为下个回次选择钻头只寸的依据。
2、钻头与扩孔器必须合理配合
（1）扩孔器外径应比钻头外径大O.3mm--O.5mm，坚硬岩层不得大于O.3mm。如扩孔器外径过大，将使扩孔量增加，磨损加剧，钻进效率低。扩孔器外径过小，则起不到扩孔保径的作用。
（2）金刚石钻头内径与卡簧的自由内径必须合理配合。卡簧自由内径过大，则取不上或卡不牢岩心，造成中途脱落或残留岩心过多；卡簧自由内径过小，易造成岩心堵塞。因此，每次下钻前，要注意检验钻头尺寸与卡簧的配合尺寸。机场应备2至3种只寸的卡簧以供选配。
3、为金刚石钻头创造良好的工作条件
（1）金刚石性脆，遇冲击载荷易碎裂，因此要求孔内清洁，孔底平整，孔径规矩。
（2）发现孔底有硬质合金碎屑、胎块碎屑、脱落的金刚石颗粒、金属碎屑、脱落岩心、掉块等，要立即采用冲、捞、捣、抓、粘、套、磨、吸等方法清除。
（3）凡用金刚石钻进的钻孔，禁止采用钢粒钻进。当新金刚石钻头下孔前，要进行磨孔处理。
（4) 换径和下套管前，必须做好孔底的清理和修整工作。换径和下套管后，用锥形金刚石钻头将换径台阶修成锥形，并取净孔底异物，方可钻进。
4、改善钻具稳定性钻进过程中，因受钻进技术参数选择不当、孔斜严重、钻具级配不合理、钻孔超径等因素的影响，钻具会产生不同程度的振动。虽不能全部消除振动，但采取相应的下列预防措施，是可得到改善的。
（1）采用圆断面、直的、与钻杆同级的机上钻杆和高速轻便水龙头、轻型高压胶管，以消除偏重现象，保持机上钻抨运转平稳，防止晃动。不使用弯曲度超过规定的钻杆和粗径钻具。
（2）采用级配合理的钻具，以减少钻具与孔壁或套管内壁的环状间隙，从而减少钻具的"径向"振动.
（3）不得采用过大钻压和泵量钻进。
（4）可采用减据器、扶正器或稳定接头。
（5）在强研磨性、破碎、软硬互层的岩层中，禁止盲目开高转速。
（6）使用乳化冲洗液、润滑膏，以减少钻具回转时的摩擦阻力和振动。
（7）钻机与柴油机的传动轴中心线要对准，机身要周正水平，基础要牢固。
5、防止岩心堵塞
（1）应采用单动双管钻进在节理发育、破碎、倾角大的岩矿层，应设计专用取心工具。
（2）吸水膨胀、节理发育等易堵岩层应采用内径较小、补强较好的钻头，使岩心较顺利地进入内管。
（3）为保证较破碎岩心能平滑顺利地进入内管，内管壁可以涂适宜的润滑脂或喷涂塑料、镀铭。
（4）采取相应的减振措施，减少由于振动造成岩、矿心破碎引起的堵塞。
（5）钻进过程中，不允许任意提动钻具，开、关车要平稳，钻压、泵量要均匀。
6、防止烧钻烧钻指金刚石钻头在钻进过程中，因操作不当或孔内情况复杂，造成金刚石钻头被烧毁，无法再用的简称。烧钻轩者使金刚石钻头报废，钻头费用剧增;重者，钻头胎体熔化，且和岩粉、残留岩心烧结在一起，甚至发生连同岩心管一起烧毁达1m多的恶性事故，造成被迫终孔或报废。恶性烧钻将引起卡钻事故，往往伴随有钻孔弯曲。因此，烧钻是金刚石钻进易发生的事故之一，应严格采取预防措施.
（1）保证冲洗液循环畅通金刚石钻进采用高转速。由于钻头、钻具与孔壁间隙小，一且孔底冲洗液补给不足或循环中断，致使钻头冷却不良，排粉不及时，瞬间即可把钻头烧毁。因此，在钻进过程中，始终要保持循环畅通，即:①保证泥浆泵处于良好的工作状态。有条件尽量使用变量泵，取消用调水三通阀门，并配备抗振泵压表、流量计和泵量报警器。无报警器时，要设专人测水量.②保持钻柱良好的密封性能切实防止中途泄漏冲洗液，钻杆、粗径钻具的拧卸端必须涂丝扣油，缠棉丝或垫尼龙圈，杜绝掺漏现象发生。
图片 在钻进过程中，惨漏、泄漏难观察到。这是因为冲洗被未经孔底返回，仍能维持“短路循环”但细心的、有经验的操作者仍可从泵压的微弱降低和返水是否变清(不带岩粉〉观察出来。应定期进行钻杆地面水压试验.接头丝扣密封不好的，应及时替换或修复。③每次起钻后，在下钻之前都应清洗检查双层岩心管的温水孔、通水间隙、卡簧座与钻头内台肩的间隙。检查钻头水口的高度和内外水槽的宽度和深度，不合格者要修磨〈内外水深度不小于1.5mm，水口高度不小于3mm)，保证良好的过水断面，减轻水压力损耗。④孔底残留岩粉不得超过0.5m。超过时，应专门冲孔排粉，或专程捞取。钻强研磨性岩层，要加大泵量，预防烧钻。
（2）控制合理的钻进速度在金刚石钻进过程中，切忌盲目加压，追求进尺。钻速过快，造成孔内岩粉淤积，排粉不及时，会产生烧钻，甚至钻孔弯曲。要力求避免这种"恶性连锁反应"。还应再次强调金刚石钻进工艺三要素的有机配合。在钻进硬至硬岩层时，转速是提高孕镶钻头钻速的主要因素;钻坚硬岩层，则应以提高钻压为主。随钻速增长，泵量亦应相应增加。然而，切忌单纯靠盲目加压取得高钻速。一般在6级左右的均质岩层中，钻速严格控制在2-3m/h之间，并配以适当泵量。
（3）集中精力，精心操作。①钻进过程中要精心操作，观察各种仪表显示的数据，以及机械、传动皮带、胶管等的运转和动态变化。一般钻头由硬岩钻入软岩层，钻速突然变快，泵压增高、钻机回转吃力，都是烧钻的预先。此刻，应立即限制钻速，降低钻压和转速，增大泵量或停止钻进; 提动钻具并冲孔；待水路畅通，判断无误时，方可继续钻进。处理无效时，应立即提钻。泵压下降，胶管会由突然跳动趋于平稳；钻具回转吃力，是泥浆泵汲水不良，钻柱中途或孔底严重失水的征兆，有发生卡钻的危险，应及时处理。②金刚石钻头外径小于规定尺寸，不得下孔使用，磨孔钻头磨孔时，一次进尺不宜过多，要大泵量冲洗。③要严格按规程配置卡簧座与钻头内径尺寸，防止岩心堵塞。一旦遇到岩心堵塞，应立即提钻，进行妥善处理。④下钻离孔底0.2m左右，要开泵冲孔，待循环畅通后，用慢转速下到孔底，开始小压力、低转速、初磨钻进。待正常后，再快速钻进。切忌用金刚石钻头扫孔。⑤发现烧钻预兆时，严禁关车，应迅速上下活动钻具。待隐患清除后，应立即提钻检查，弄清烧钻起因，采取相应的技术措施。
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7、孕镶钻头的初磨与修磨
（1）新的孕镶钻头下孔后，采用轻压慢转，大致钻进0.2-O-0.3m后，使金刚石刃出露，并与孔底磨合，再进行正常钻进。
（2）采用喷砂方法，促使金刚石出刃喷砂方法是利用携带硬质粒子的高速流体束，对旋转中的钻头唇面进行喷射，使钻头唇面的金刚石刃出露并锐化，以实现钻头有效钻进。当孕镶钻头出现"打滑"时，均可采用此方法。
（3）孕镶钻头水口小于3mm，要用砂轮或铿刀修磨加深， 并尽量保持一致，以免冲蚀不均，造成金刚石钻头偏磨。
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