金剛石復合片取心鉆頭

煤炭科學研究總院西安研究院、陽泉煤業(yè)集團有限公司。2100433B

劉曉燕、李鎖智等。

常用的有四牙輪和六牙輪取心鉆頭兩種。四牙輪取心鉆頭的牙輪有圓錐狀與圓柱狀兩種型式； 六牙輪取心鉆頭的牙輪都是柱狀。為了使鉆頭旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，取心鉆頭的內(nèi)孔與鉆頭外圓應力求同心，防止偏心，內(nèi)孔切出的巖心應是一個正圓，不得呈橢圓。牙輪的排列要對稱，且各牙輪底必須在與鉆頭軸線相垂直的同一平面上。牙輪上齒的大小、多少及排列應隨所鉆巖性不同而異。

當取心方式、工具確定之后，通常根據(jù)取心鉆頭型號與技術(shù)規(guī)范及所對應的地層類別確定取心鉆頭類型，然后參考地層可鉆性級值與鉆頭類型的對應關(guān)系，進一步確定具體的取心鉆頭型號。

1．從巖心成形出發(fā)選擇鉆頭

從巖心成形來看，在軟而松散的非膠結(jié)地層取心，不宜選用多次成形的取心鉆頭。多次成形的取心鉆頭，當鉆頭接觸井底平面，開始鉆進的時候，會在井底先形成直徑較大（大于鉆頭體內(nèi)徑）的巖心。它不能立即進入鉆頭體或內(nèi)巖心筒，只是在鉆壓的繼續(xù)作用下，連續(xù)切削較大直徑的巖心，最終形成所需直徑的巖心柱并進入鉆頭體或內(nèi)巖心筒。如果選用這類鉆頭，在多次成形的過程中，巖心必然受到鉆壓、鉆具擺動等外力的多次作用，極易發(fā)生巖心破碎，阻礙巖心入筒或造成巖心入口堵塞卡死。但是，在充分扶正鉆頭和取心工具以后，由于這類鉆頭的切削部分可以產(chǎn)生錐形井底，有助于保持井眼垂直；同時，在需要更大鉆壓的較硬地層中鉆進，鉆頭工作面逐漸過渡成圓形（或者有一個較大的頂部半徑），能保證有足夠的切削刃分擔負荷，以防止不正常的磨損和過熱。

近似于一次成形的取心鉆頭，由于其頂部圓半徑較大，可以將鉆進硬透鏡體夾層的影響減弱到最低限度。一次成形就是當取心鉆頭接觸井底平面，開始鉆進的時候，巖心立即形成與鉆頭體內(nèi)徑相等或略小的巖心柱而進人內(nèi)巖心筒并受到保護的成形過程。

2．根據(jù)巖石性質(zhì)選擇鉆頭

松軟地層，由于巖石可鉆性好，機械鉆速高，一般可選用切削型取心鉆頭，包括切削刃較長、較稀的PDC取心鉆頭。中硬地層，由于巖心成柱性好，鉆速中等，是進行中長筒取心的有利地層，一般選用微切削型取心鉆頭，包括布齒較密的PDC取心鉆頭，圓柱形、三角形及片狀等熱穩(wěn)定聚晶人造金剛石取心鉆頭以及各種天然金剛石取心鉆頭。這類鉆頭多為胎體結(jié)構(gòu)，工作面呈單錐曲面、雙錐曲面，還有平頂、圓弧形、淺拋物面等形狀。硬地層取心，由于地層巖石硬度高，研磨性強，可選用胎體結(jié)構(gòu)、工作面多為半圓曲面、低出刃或孕鑲的研磨型取心鉆頭。根據(jù)地層硬度，布齒方式有格狀布齒、同心圓布齒及背鑲布齒三種方式，高低壓水道、輻射狀水道以及內(nèi)規(guī)徑處的水道均有利于鉆頭的清洗和冷卻。

專用于鉆取巖心的鉆頭。根據(jù)其結(jié)構(gòu)及制造材料的不同，一般可分為牙輪取心鉆頭、金剛石取心鉆頭和硬質(zhì)合金取心鉆頭三類。由于地層的軟硬和可鉆性及研磨性的不同，取心鉆頭的種類也很多，在結(jié)構(gòu)上的差別也很大，設計的正確與否直接影響鉆進速度和巖心收獲率。為了提高巖心收獲率，要求鉆頭工作平穩(wěn)，因此鉆頭的切削刃應該對稱分布，底刃面應與鉆頭中心線相垂直，切削刃的耐磨性應該一致，避免由于鉆頭的歪斜和偏磨而破壞或折斷巖心。此外，取心鉆頭水眼的位置應盡可能避免使鉆井液直接沖擊到巖心上。