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。
P
R
Y
P
3
3
钻 进 方 法
金 刚 石 种 类
镶 嵌 方 法
唇 面 结 构
胎 体 耐 磨 性
金 刚 石 浓 度
第二节 金刚石钻头和扩孔器
一、金刚石钻头的种类和代号 （1）、第一个字母表示钻进方法： P——普双钻头、S——绳索钻头、F——反循环钻头、G—底喷钻头 （2）、第二个字母表示金刚石类型： R——人造金刚石、T——天然金刚石、F——复合片钻头。 （3）、第三个字母表示金刚石镶嵌类型： B——表镶钻头、Y——孕镶钻头 （4）、第四个字母表示钻头唇面类型： （5）、第五个字母表示胎体的耐磨性： （6）、第六个字母表示金刚石的浓度：
1、金刚石聚晶烧结体 聚晶烧结体是由90%的金刚石微粒与10%的粘结剂在高温、高压下烧 结而成。具有如下特点： （1）、耐热性好，可达1200℃以上，甚至超过天然金刚石。 （2）、抗压强度高达3000MPa。 （3）、可烧结为片、块、圆柱等形状。 （4）、坚硬致密、无裂隙，耐磨性好。 （5）、缺点是硬度较低，用于中硬地层钻进。
第二节 金刚石钻头和扩孔器
四、金刚石钻头的胎体和胎体中金刚石的参数
（一）、金刚石钻ห้องสมุดไป่ตู้胎体
金刚石钻头胎体用于包镶金刚石并与钢件牢固连接。由 于钻头的工作性质和所钻岩石的性质不同，对胎体性能要求如 下： （1）、胎体要牢固包裹金刚石，并与钢体牢固连接。 （2）、胎体要有足够的强度，并具有一定的抗冲击性。 （3）、胎体的硬度、耐磨性要与所钻岩性相适应。
第一节 钻探用金刚石
三、金刚石的品级和粒度
国际上通用的金刚石计量单位是克拉 （carat）。钻探用金刚石常 用一克拉多少粒或用过筛网目数（每英寸长度内的网格数）“目”来 衡量。目数越大，粒度越小。孕镶钻头常用金刚石粒度为40-120目。岩 石越软颗粒应越大。钻探用的金刚石粒度： 粗粒--5～20粒/克拉； 细粒--40～100粒/克拉； 关于金刚石的品级，尚无明确的国际统一标准，我国地矿系统的天 然、人造金刚石品级标准列于表1-1、表1-2、表1-3中。
第二节 金刚石钻头和扩孔器
一、金刚石钻头的种类和代号
金刚石钻头的种类有很多种分法，如天然的、人造的；单管的、双管的； 绳索取心的、定向钻进的；取心的、全面钻进的；矿山的、油井的。 根据钻进和碎岩特点，可分为表镶金刚石钻头、孕镶金刚石钻头和聚晶烧结体钻 头。
第二节 金刚石钻头和扩孔器
一、金刚石钻头的种类和代号 我国采用6个字母和数字表示钻头的品种特征，其含义如下： （PRYP33为例）
第二节 金刚石钻头和扩孔器
二、金刚石钻头的结构
金刚石钻头的规格和结构是很严格的，各国都有各国的标准，钻头 规格都由钻头外径来表示。我国的钻头结构如下：
图2-1 金刚石 钻头的结构 (a)-表镶钻头; (b)-孕镶钻头; 1-金刚石; 2胎体;3-钻头体; 4-水口
第二节 金刚石钻头和扩孔器
二、金刚石钻头的结构
第一节 钻探用金刚石
二、金刚石性质
金刚石的性质直接影响钻头的寿命、钻进效率、金刚石的消耗量和钻探成本， 因此，对钻探用的金刚石性质有一定要求。
（一）、钻探对金刚石的要求
1、天然金刚石 （1）、硬度好、耐磨性好；（2）、强度好、抗冲击性好、脆性小； （3）、热稳定性好；（4）、晶形完整、表面光滑、内部无裂纹。
第一节 钻探用金刚石
（二）、人造单晶金刚石
单晶金刚石主要采用静 压触媒合成法。其原理是石 墨在高温和高压条件下，在 合金触媒的作用下转化为金 刚石，高温是通过电流产生， 高压是通过液压机产生。根 据液压机产生高压的方式不 同，有两面顶或六面顶。最 大压力可达5万吨，温度为 1500℃，我国常用的是800吨。
第一节 钻探用金刚石
三、金刚石的品级和粒度
我国钻探用天然金刚石粒度范围： 1、石油钻探用表镶金刚石， 其粒度范围一般在2 ～15粒/克拉； 而更多的是 2 ～12粒/克拉。 2、地质钻探用表镶金刚石 的粒度一般用80 ～100粒/克拉。 3、孕镶钻头常用的天然金刚 石粒度为150 ～400粒/克拉。 4、表镶扩孔器常用15 ～30 粒/克拉；孕镶扩孔器一般与钻头 所 用粒度相同。
第一节 钻探用金刚石
（一）、天然金刚石
金刚石属于碳的结晶变体之一，在金刚石晶体晶格中，碳原子呈对称排列， 属于等轴晶系矿物。因此，金刚石具有高硬度、高熔点、不导电和化学性质稳定的 特性。 由于金刚石在生长过程中的物理化学环境不同，其晶体形态也是多样化的，常 见的是八面体、菱形十二面体，另外还有下面的形状，以及这些单晶体构成的聚晶 或双晶。
2、人造金刚石 除了按天然金刚石的要求外，还要有以下要求： （1）、单晶要进行磁选，剔除磁性强的部分；（2）、聚晶磨耗量要小。
第一节 钻探用金刚石
（二）、金刚石的物理力学性质
(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。
金刚石钻头的规格和结构是很严格的，各国都有各国的标准，钻头 规格都由钻头外径来表示。我国的钻头结构如下：
图2-2金刚石钻 头刃部结构 (a)-表镶钻头： 1-底刃金刚石; 2-规径金刚石; 3-侧刃金刚石; 4-胎体; 5-钻头 体; (b)-孕镶钻头： 1-金刚石; 2-工 作部分胎体; 3非工作部分胎体; 4-钻头体;h-孕 镶层高度
第一节 钻探用金刚石
一、金刚石的分类
金刚石按成因分为天然金刚石和人造金刚石两类。
第一节 钻探用金刚石
（一）、天然金刚石
在国际上，天然金刚石按产地和结晶形 态可分为以下几种。 1、结晶体金刚石。除了少量宝石级的金刚石 外，大部分结晶体的金刚石都用于工业生产， 钻探上常用的有： （1）、包尔兹：呈不规则或放射状的亚显微 晶体结构，一般为无色、黄色、灰色或黑色， 从透明到不透明。外形常为浑圆粒状，具有 高的硬度，价格比较便宜。目前，绝大多数 表镶钻头均采用此金刚石。 （2）、刚果：产于扎伊尔，颜色有白色、灰 色、黄色、绿色等。细晶结构，硬度略低于 包尔兹，作孕镶金刚石钻头用。 （3）、雅库特；产于俄罗斯，与刚果相似， 主要用于孕镶钻头用。
特级
优质级 标准级
RJT
RJY RJB
＞1∶30 000
1∶20 000～1∶30 000 1∶15 000～1∶20 000
表1-3人造金刚石聚晶品级分类表
金刚石品级 特级 优质级 标准级 代号 RT RY1 RB1 单晶强度(MPa) ＞2 200 800～2 200 500～1 800 单晶强度(N/ 粒) ＞50 40～50 34～40 应用地层 坚硬 硬 中硬-硬
第一节 钻探用金刚石
（三）、金刚石聚晶烧结体和金刚石复合片
金刚石复合片是将聚晶金刚石层（约0.5 ～ 1厚）附着在硬质合金衬 底上的复合材料。由于它具有了金刚石聚晶层极高的耐磨性和硬质合金高的抗
冲击性，并且金刚石层始终保持锐利的切削刃，因而在软——中硬地层得到了广 泛应用。
金刚石复合片的结构如图，其金刚石层 一般是由较细的金刚石组成。钻探用 复合片的金刚石粒度一般由几个μm到几十个 μm不同粒度混合组成。复合片的特点 是：（1）、金刚石层硬度高、耐磨性好； （2）、金刚石层薄，刃口锋利且始终 保持自锐；（3）、硬质合金强度高、抗冲击 性强；（4）、金刚石层和硬质合金的 热膨胀系数相差大，故复合片的耐热性差。