摘要：孕鑲金剛石鉆頭現在普遍應用于鉆探生產中，具有抗壓能力大、抗磨能力強、抗沖擊能力較好、價格相對較低、工業制造過程簡單等特點。本文介紹了孕鑲金剛石鉆頭的碎巖機理、選擇依據和使用方法，并對鉆頭磨損形態進行了分析，為以后選擇和使用孕鑲金剛石鉆頭提供了一些參考。
　　關鍵詞：孕鑲金剛石鉆頭；碎巖機理；磨損形態。
　　
　　
　　孕鑲金剛石鉆頭就是把較細的金剛石均勻的分布到鉆頭胎體中，這種鉆頭配有不同硬度的胎體，可以鉆進各種硬度的巖石，特別是鉆進中等硬度以上的巖石，鉆進效率高、成本低、巖芯采取率高、鉆孔彎曲度小，能鉆進任何傾角的鉆孔。
　　1孕鑲金剛石鉆頭的碎巖機理
　　由于孕鑲金剛石鉆頭的金剛石顆粒較細，對于巖層的體積破碎效果很小，實際碎巖機理類似于砂輪磨削工件，即以唇面上多而小的硬質點（金剛石）對加工件（孔底巖石）進行刻劃、磨削，并隨著原有硬質點的逐漸磨損和消失，胎體也在不斷磨耗，新的硬質點又裸露出來繼續工作。實際上，孕鑲鉆頭在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的“自磨出刃作用”而常處于銳利狀態。
　　孕鑲鉆頭在孔底的工作過程是非常復雜的，鉆頭被鉆具緊壓在孔底巖石表面，鉆具的振動和變形加強或減弱了加在孔底的鉆壓，而往復泵送出的沖洗液又是脈動的，更加劇了鉆具和鉆頭的振動，所以不排除孔底存在微動載的破巖過程。
　　2孕鑲金剛石鉆頭的選擇依據
　　孕鑲金剛石鉆頭的結構參數較為復雜，選擇時應根據所鉆巖層性質考慮金剛石品級、胎體性能、保證胎體自銳、唇面形狀、內外徑補強和水路設計等因素。
　　2.1選擇金剛石參數
　　孕鑲鉆頭使用的天然和人造金剛石粒度取決于所鉆巖石的巖性（表1）。
　　表1孕鑲鉆頭用的金剛石粒度表

                          
　　選擇金剛石濃度的依據包括：所鉆巖石的硬度、研磨性、完整程度；金剛石的品級和粒度；兼顧胎體的包裹能力和鉆壓值的大小。
　　總之巖石堅硬致密，金剛石質量好、粒度細、濃度宜較低（若唇面的單位壓力較大時，可選較高的濃度），這樣對提高胎體耐磨性有好處。合適的濃度為70％～120％，過高了將影響胎體的包鑲能力和鉆速。
　　2.2合理選擇鉆頭胎體
　　由于常規的胎體配方可以滿足抗彎和抗沖擊的要求，所以選擇胎體主要考慮其硬度和耐磨性兩方面。
　　由于胎體硬度容易測得，雖然不能完全代表其耐磨性，但目前仍習慣于用胎體的硬度來表示其耐磨性。我國孕鑲金剛石鉆頭制造業采用的胎體硬度（耐磨性）指標如下表。
　　表2孕鑲金剛石鉆頭的胎體硬度和研磨性

                       
　　總之為了保證孕鑲金剛石鉆頭及時出刃，在鉆進過程中孕鑲鉆頭胎體的磨損應稍前于金剛石。
　　合適的胎體耐磨性應能使唇面的金剛石正常出刃，并且在每粒金剛石的后面形成蝌蚪狀支撐，隨著工作金剛石的磨鈍，胎體應在巖粉的磨蝕下促進新的金剛石出刃。
　　當鉆進的巖石變硬時，金剛石磨損的更快，這時產生的巖屑變得更薄，數量也少，因此巖屑對胎體的磨蝕作用也弱于稍軟的巖石。所以在堅硬的巖石中鉆進時，必須選擇低耐磨性（硬度較小）的胎體。
　　2.3底唇面形狀的作用
　　孕鑲金剛石鉆頭的底唇面形狀適應巖層如下：
　　○1平底形—適用于中硬和中研磨性巖層。
　　○2圓弧形—適用于硬和強研磨性巖層。
　　○3階梯形—適用于中硬至硬地層。
　　○4尖齒形—適用于易孔斜、打滑地層。
　　注意：孕鑲金剛石鉆頭的底唇面形狀比較簡單，在孔內磨合一段時間后便自然形成圓弧形，有利于形成破碎自由面。
　　3金剛石鉆進的操作要領
　　○1新鉆頭下入鉆孔內，必須要進行“初磨”（輕壓慢轉，選平常的1／2～1／4）。
　　○2“五不掃”：不用金剛石鉆頭掃孔、殘留巖芯、脫落巖芯、掉快、探頭石。
　　○3“三必提”：下鉆遇阻，輕鉆無效必提；巖芯堵塞必提；鉆速驟降必提。
　　○4減壓鉆進時，要用鋼絲繩拉緊立軸后再倒桿，倒桿后，用油缸將鉆具提直后再開車。（防止鉆頭在承壓過大的情況下，突然轉動而損壞）
　　○5鉆進過程中，不要輕易提動鉆具，不準將鉆具提離孔底，不準使用三通閥門調節泵量。
　　○6在復雜地層鉆進時，升降鉆具不得過快并隨時回灌沖洗液，以防止因“抽吸作用”導致塌孔或因“壓力激動”而壓裂孔壁巖石。
　　○7及時清除孔底巖粉，保證孔底清潔。
　　○8注意鉆具工作的穩定性，采取措施防振減振。
　　○9鉆進中發現“打滑”現象，不準盲目加壓，應選擇底唇面積較小的鉆頭或向孔內投石英塊，卵礫石層中沖擊回轉鉆進
　　○10每次提鉆后，要仔細觀察鉆頭和巖芯，發現問題及時解決。
　　○11堅守崗位、精心操作。
　　注意：當發現孕鑲金剛石鉆頭出現下述情況應停止使用。
　　(1)鉆頭內外徑消耗0.3～0.4mm，孕鑲工作層已磨耗殆盡。
　　(2)胎體被沖蝕，水口金剛石又掉落的危險
　　(3)擴孔器外徑磨損嚴重（已小于鉆頭外徑尺寸）。
　　4對鉆頭磨損形態的分析
　　孕鑲鉆頭正常磨損的標志是：內外徑和工作層磨耗均勻，胎體內外徑磨耗不超過0.02mm／m，工作層的磨耗不超過0.1mm／m；底唇面由平面變成圓弧形并磨成輕微的“蝌蚪狀”。
　　孕鑲鉆頭非正常磨損的原因有(1)鉆頭參數不對應。(2)規程參數不合理。(3)操作有誤。
　　孕鑲鉆頭非正常磨損的標志及原因分析：
　　○1鉆頭唇面光滑，進尺緩慢——表明胎體過硬
　　○2胎體底部成內外錐形——表明鉆頭內部內外徑補強不足或鉆進了破碎地層。
　　○3鉆頭出現了偏磨現象——表明鉆頭與鉆具同心度差或者水口與水槽規格不一致。
　　○4鉆頭外徑磨損嚴重甚至成外錐形——表明鉆頭長時間掃孔（或探頭石）或者是外徑補強不好。
　　○5鉆頭內徑磨損嚴重甚至成喇叭形——表明鉆頭長時間掃巖芯或巖芯堵塞或內徑補強不良。
　　○6鉆頭內、外徑同時磨損嚴重，甚至出現階狀——表明孔底有金屬碎屑（或巖石硬粒）或金剛石分布不均勻或者是內外徑補強不良。
　　○7鉆頭胎體磨損過快，金剛石出露過多——說明胎體軟或孔底積存巖屑過多。
　　○8鉆頭水口或底唇面出現沖蝕的溝槽——說明泵量過大或沖洗液含砂量過多或胎體軟。
　　○9鉆頭唇部出現溝槽——說明沖洗液冷卻鉆頭不良或轉速鉆壓配合不當或金剛石分布不均或孔內有異物（或硬巖唇）。
　　○10胎體或鋼體變為藍色——說明冷卻不良已發生一定程度的燒鉆。
　　○11胎體出現裂紋——說明內外水槽過深鉆具強烈振動。
　　○12鉆頭鋼體上出現刻痕拉槽——說明孔內有硬碎異物。
　　5小結
　　從孕鑲金剛石鉆頭的結構特征入手，全面掌握該鉆頭的工作特性，可充分發揮金剛石鉆探工藝的優勢，有助于總結經驗，也有助于解決鉆探過程中的疑難問題。
　　參考文獻
　　[1]鄢泰寧等，巖土鉆掘工程學[M]，武漢：中國地質大學版，2000：69～72。