1.鑽頭按功用分有幾種?

答∶鑽頭按功用分為全面鑽進用鑽頭（全徑鑽頭）和環狀鑽進用鑽頭（取心鑽頭）兩種。

2.牙輪鑽頭的特點是什麼?

答∶牙輪鑽頭的特點是∶牙齒與井底的接觸面積小、比壓高、工作扭矩小、工作刃總長度大。

3.牙輪鑽頭有幾種類型?

答∶按牙輪數目分有單牙輪鑽頭、雙牙輪鑽頭、三牙輪鑽頭和多牙輪鑽頭。

按結構分有體式牙輪鑽頭和無體式牙輪鑽頭。按牙齒類型分有銑齒和鑲齒鑽頭。

按軸承類型分有滾動和滑動軸承鑽頭以及密封和不密封軸承鑽頭。

按水力能量的利用分有噴射和非噴射式鑽頭。

4.三牙輪鑽頭由幾部分構成？各部分作用是什麼?

答∶三牙輪鑽頭由鑽頭體、巴掌（牙爪）、牙輪、軸承和水眼、儲油密封補償系統等構成，如圖1所示。

圖1 三牙輪鑽頭 銑齒密封滾動軸承噴射式

（1）鑽頭體與巴掌：鑽頭體上部有螺紋與鑽具連接，下部帶有三個巴掌與牙輪軸頸相連，起支撐作用。

（2）牙輪：分單錐和複錐兩種結構。單錐牙輪由主錐和背錐組成；複錐牙輪由主錐、副錐和背錐組成，如圖2所示。一般單錐适用于硬及研磨性高的地層；複錐适用于軟及中硬地層。

圖2 單錐和複錐牙輪 1-主錐 2-副錐 3-背錐

（3）軸承：軸承的作用是固定牙輪，承受徑向和軸向載荷。軸承按結構不同分為滾動軸承和滑動軸承兩種。滾動軸承内裝有滾柱軸承和滾珠軸承。滑動軸承是将滾動軸承中的滾柱軸承換成滑套。軸承是決定牙輪鑽頭壽命長短的重要因素。

（4）水眼：鑽頭水眼是鑽井液的通道。普通鑽頭（非噴射式）水眼是在鑽頭體的适當位置開孔并裝上水眼套。噴射式鑽頭在水眼處裝有硬質合金噴嘴，噴嘴是可拆卸的，在鑽頭使用前按優選的水力參數選定具有一定内徑的噴嘴，并安裝到鑽頭上。

（5）儲油密封補償系統：作用是防止鑽井液進入軸承腔内，向軸承腔補充潤滑脂保證軸承得到潤滑，提高鑽頭軸承的使用壽命。

5.什麼是有體式鑽頭? 什麼是無體式鑽頭?

答 ∶有體式鑽頭是将鑽頭體與牙爪分别制造，然後再把牙爪焊到鑽頭體上。14号及14号以上鑽頭都是有體式鑽頭，有體式鑽頭均為内螺紋。

無體式鑽頭是将 1/3 鑽頭體和牙爪分别制造再互焊成一體。13 号以下鑽頭都是無體式，無體式鑽頭均為外螺紋。

6.什麼是銑齒鑽頭? 什麼是鑲齒鑽頭?

答∶銑齒牙輪鑽頭的牙齒是由牙輪毛坯經銑削加工而成的，牙齒均為楔形齒。鑲齒牙輪鑽頭是在牙輪上鑽出孔後，将硬質合金材料制成的齒鑲入孔中。硬質合金齒的形狀即齒形，對鑽頭的機械鑽速和進尺有很大影響。

7.如何确定銑齒牙輪鑽頭的牙齒形狀?

答∶銑齒牙輪鑽頭的形狀一般根據岩性來确定。在軟地層中，對牙齒的強度和耐磨性要求較低，所以為了提高鑽頭的破岩效率，牙齒一般做得高、大、尖、稀、薄；在硬地層中，對牙齒的強度和耐磨性要求高，因此鑽硬地層的鑽頭牙齒一般做得矮、小、鈍、密、厚。

8.銑齒鑽頭采取什麼措施保徑?有幾種類型?

答 ∶銑齒鑽頭為了防止鑽頭直徑磨小，把其外排齒一般做成保徑齒來保徑。其齒形常見的有四種類型，即L形齒、T形齒、∏形齒及在規徑齒尖處鑲裝硬質合金齒。如圖3所示。同時為了休整井壁和防止背錐磨損，一般在銑齒牙輪的背錐上堆焊碳化鎢粉或鑲裝平頂型齒。

圖3 保徑齒齒形

9.銑齒牙輪的齒圈有幾種排列形式?各有什麼優點?

答∶ 銑齒牙輪的齒圈有兩種排列形式。

（1）自洗式牙輪。它的特點是相鄰兩個牙輪的齒圈是互相交錯齧入的。牙輪旋轉時，可以靠相鄰兩個牙輪的牙齒互相"洗"去齒圈間的岩屑，有利于防止泥包鑽頭。另外，由于齒圈的相互交錯，可使牙輪的體積增大，有利于軸承的加強，适用于軟地層。

（2）非自洗式牙輪（也稱重疊式）。它的特點是兩個牙輪可以任意布置齒圈，不受相鄰牙輪的相互影響。因此，可以布置較密的齒圈，提高井底遮蓋系數。它适用于硬的及研磨性高的地層。

10.鑲齒有什麼優點?齒形有幾種類型?

答∶鑲齒的硬度和抗磨性都比銑齒高，壽命也比銑齒長。特别是在研磨性高的極硬地層中鑽進時，鑲齒比銑齒更能顯示其優越性。國内外常用的鑲齒的齒形，如圖4所示。

圖4 鑲齒的齒形

11.鑲齒牙輪是如何采取保徑措施的?

答∶鑲齒牙輪的保徑，目前國内外大多采用加強外徑齒保徑。這些齒比中間齒圈和牙輪尖處牙齒的碳化鎢含量高、硬度大、耐磨性強。一般保徑齒的齒刃高且較短，牙齒直徑較小，布齒較密，使其不易折斷和磨損。我國生産的有些鑲齒鑽頭外排齒采用邊楔形齒。這種齒是一種不對稱的楔形齒，齒刃部分一邊窄、一邊寬。寬的一邊耐磨性強，裝在鑽頭外緣，起保徑作用。為了修整井壁和防止背錐磨損，在鑲齒牙輪和背錐上鑲裝平頂形齒，當外排齒磨損後，它也起保徑作用。

12.牙輪鑽頭主要以什麼方式破碎岩石?

答 ：牙輪鑽頭主要是依靠牙齒對地層的沖擊、壓碎作用與滑動剪切作用來破碎岩石的。

13.牙輪鑽頭選型原則是什麼?

答：（1）軟地層應選擇有移軸、超頂、複錐三種結構的牙輪鑽頭，其齒應是高、寬、稀、齒尖角大的銑齒或鑲齒。随着岩石硬度增大，選擇鑽頭的上述三種結構值應相應減小，齒也應矮、窄、密，齒尖角也要相應減小。

（2）鑽研磨性地層，應該選用帶保徑齒的鑲齒鑽頭。當發現上一個鑽頭的外排齒磨圓而中間齒磨損較少時，則下一個鑽頭應該選用有保徑齒的鑲齒鑽頭。

（3）在易斜地層鑽進時，應選用不移軸或移軸量小、無保徑齒并且齒多而短的鑽頭；同時，在保證移軸量小的前提下，所選鑽頭适應的地層應比所鑽地層稍軟一些，這樣可以在較低的鑽壓下提高機械鑽速。

（4）選用鑲硬質合金齒鑽頭時要注意∶所鑽地層頁岩占多數時，用楔形齒鑽頭；鑽石灰岩地層時，使用抛物體形或雙錐形齒鑽頭；當用高密度鑽井液鑽井時，使用楔形齒鑽頭；當所選地層中頁岩成分增加或鑽井液密度增大時，用偏移值大的鑽頭；鑽石灰岩或砂岩地層，選用偏移值小的鑽頭;鑽硬的研磨性石灰岩、燧石、石英石時，用無移軸的球形齒鑽頭。

14.牙輪鑽頭使用時的注意事項主要有哪些?

答：（1）鑲齒鑽頭必須在井底幹淨、井下無落物時方能下井使用。

（2）井徑縮小或井下複雜，需要長井段劃眼時，不能下入鑲齒鑽頭。

（3）當地面設備有損壞、功率不足、管線刺漏、指重表不靈以及鑽井液性能不符合要求或淨化裝置達不到預期效果時，都不應下入鑲齒鑽頭，以免發生井下事故，造成經濟損失。

（4）禁止在鑽頭上加熱（如焊接、火烤等），以避免因高溫損壞密封圈，導緻密封早期失效或噴嘴落井。

（5）鑽井液性能必須滿足高壓噴射鑽井的要求，尤其要嚴格控制鑽井液含砂量，避免通過噴嘴的高速鑽井液中的硬顆粒刺壞鑽頭體。

（6）新鑽頭不能用油浸泡和強行活動牙輪。

15.三牙輪鑽頭的操作要點是什麼?

答：三牙輪鑽頭的操作要點是：

（1）牙輪鑽頭檢查∶鑽頭型号、直徑（要準确測量）、鋼印标記與鑽頭說明書和外包裝相符；連接螺紋應符合 API 标準;鑽頭體無損傷，焊接無裂縫，牙齒完好；新鑽頭牙輪一般用手不易轉動，轉動時牙輪無互咬或曠動，軸承間隙合适；儲油與密封系統密封完好;用遊标卡尺檢查噴嘴直徑，噴嘴内徑尺寸選擇合适，符合水力設計要求，流道暢通；舊鑽頭認真檢查牙齒、軸承磨損等級，精确測量直徑磨損程度，分析該鑽頭在将鑽地層中的使用壽命、機械鑽速、可鑽進尺，比較鑽井成本和承擔風險，确定該舊鑽頭是否可再次入井。

（2）安裝噴嘴時應保證噴嘴和殼體清潔，嚴禁用錘子敲打，安裝正确，固定牢靠。

（3）鑽頭上扣時要使用合适的裝卸器，避免損壞鑽頭體。

（4）下鑽前應校正指重表。下鑽操作要平穩，特别在使用鑲齒鑽頭時，應适當控制下鑽速度。在硬地層井段，井斜大和井徑不規則井段要特别小心，避免鑽頭碰擊井壁，引起鑲齒折斷和掌尖損壞，導緻密封早期失效。

（5）下鑽過程中，應根據井深、遇阻情況和所鑽地層岩性進行分段循環，調整好鑽井液性能。

（6）下鑽後期鑽頭接近井底時，或接單根後下放鑽具時，速度不應過快，更不允許突然刹車，以免井下鑽具由于慣性作用沖擊井底，損壞合金齒或牙輪。

（7）新鑽頭下到距井底2～ 3m 處（可視井底沉砂多少而定），要充分循環鑽井液，校準參數儀，并記下泵壓與懸重，以便出現異常情況時對比分析，距井底 1m 左右時将新鑽頭旋轉下放到井底。鑽頭剛接觸井底時要輕壓（20～50kN）慢轉一段時間，因為舊鑽頭形成的井底與新鑽頭底面形狀往往不相符合，新鑽頭的少數牙齒首先接觸井底，形成應力集中，很大的沖擊載荷會使牙齒折斷，折斷的牙齒在井下又會損壞其他牙齒，導緻鑽頭早期損壞。

鑽頭在修整井底的同時，軸承也進行了跑合。跑合時間主要由該井使用的上一隻鑽頭磨損情況決定，一般不應少于30min。

（8）鑽頭轉數應控制在廠家推薦範圍内，以免因相對線速度過大，摩擦副出現高溫咬合或O形橡膠密封圈先期損壞。應根據廠家推薦的鑽壓允許值，結合本井所鑽地層岩性特點，優選鑽壓;加鑽壓必須均勻，不允許間斷加壓，更要嚴防溜鑽。

（9）當鑽遇岩性軟硬交錯變化頻繁地層時，會出現持續長久的蹩跳，并使大繩擺動，吊環敲擊水龍頭。這時，可加大鑽壓，減小轉數;若是裂縫發育破碎地層，可減小鑽壓，并提高轉速。

（10）任何情況下都不允許加壓啟動轉盤。

（11）加壓鑽進中，鑽具需要停止轉動時，應待指重表恢複原懸重後，才能摘去轉盤離合器，以防止鑽具受壓突然停轉而恢複原長度，形成相當大的附加鑽壓而損傷鑽頭。

（12）為避免在軟硬交錯地層鑽進時産生過大的沖擊和振動，導緻鑽頭鑲齒碎裂，應安裝減振器。同時，為避免鑽進時因鑽柱擺動而使鑽壓加在一個或兩個牙輪上造成牙輪齒受力過大而折斷，應在鑽柱上加穩定器。

（13）鑽頭用到後期出現蹩跳、轉盤負荷增大、轉動不均、打倒車嚴重、鑽速明顯下降等現象時，應停鑽，循環好鑽井液，起鑽換鑽頭。

16.國産三牙輪鑽頭有哪幾個系列？各系列名稱代号是什麼？

答：國産三牙輪鑽頭根據鑽頭結構特征，鑽頭分為銑齒鑽頭及鑲齒鑽頭兩大類，共八個系列，其名稱代号見表1。

表1 國産三牙輪鑽頭系列名稱代号

17.國産三牙輪鑽頭有幾種類型?其代号是什麼? 各适用于什麼地層?

答：國産三牙輪鑽頭根據所鑽地層性質不同，各系列産品分别制成不同類型。共七種類型，其代号用數字表示，見表2。

表2 國産三牙輪鑽頭産品類型

18.國産三牙輪鑽頭型号如何表示?舉例說明。

答 ：國産三牙輪鑽頭型号表示方法如下∶

例：用于中硬地層，直徑為 8（1/2）in （215.9mm）的滑動密封軸承噴射式三牙輪鑽頭的型号為∶8（1/2）×HP5（或215.9×HP5)。

19.IADC 牙輪鑽頭是如何分類及編号的?

答：IADC 規定，每一類鑽頭用四位字碼進行分類及編号，各字碼的意義如下：

第一位字碼為系列代号，用數字1～8分别表示八個系列，表示鑽頭牙齒特征及所适用的地層：

1 表示銑齒，低抗壓強度高可鑽性的軟地層；

2 表示銑齒，高抗壓強度的中到中硬地層；

3 表示銑齒，中等研磨性或研磨性的硬地層；

4 表示鑲齒，低抗壓強度高可鑽性的軟地層；

5 表示鑲齒，低抗壓強度的軟到中硬地層；

6 表示鑲齒，高抗壓強度的中硬地層；

7 表示鑲齒，中等研磨性或研磨性的硬地層；

8 表示鑲齒，高研磨性的極硬地層。

第二位字碼為岩性級别代号，用數字1～4分别表示在第一位數碼表示的鑽頭所适用的地層中再依次從軟到硬分為四個等級。

第三位字碼為鑽頭結構特征代号，用數字1～9表示，其中1～7表示鑽頭軸承及保徑特征，8、9 留待未來的新結構特征鑽頭用。1～ 7表示的意義如下：

1 表示非密封滾動軸承；

2 表示空氣清洗、冷卻，滾動軸承；

3 表示滾動軸承，保徑；

4 表示滾動、密封軸承；

5 表示滾動、密封軸承，保徑；

6 表示滑動、密封軸承；

7 表示滑動、密封軸承，保徑。

第四位字碼為鑽頭附加結構特征代号，用以表示前面三位數字無法表達的特征，用英文字母表示。目前，IADC已定義了16 個特征，用下列字母表示：

A 表示空氣冷卻；

B 表示特殊密封軸承；

C 表示中心噴嘴；

D 表示定向鑽井；

E 表示加長噴嘴；

G 表示附加保徑和鑽頭體保護；

H 表示水平井和導向應用；

J 表示噴嘴偏射；

L 表示掌背扶正塊；

M 表示馬達應用；

S 表示标準銑齒；

T 表示雙牙輪；

W 表示加強切削結構；

X 表示楔形鑲齒；

Y 表示圓錐形鑲齒；

Z 表示其他形狀鑲齒。

有些鑽頭，其結構可能兼有多種附加結構特征，則應選擇一個主要的特征符号表示。

20.什麼是金剛石鑽頭?什麼是 PDC 鑽頭和 TSP 鑽頭?

答：用金剛石材料做工作刃的鑽頭稱為金剛石鑽頭。用聚晶金剛石複合片做切削刃的鑽頭簡稱 PDC 鑽頭。熱穩定性聚晶金剛石鑽頭簡稱 TSP鑽頭。

21.金剛石鑽頭由幾部分構成? 各部分的作用是什麼?

答：金剛石鑽頭屬于一體式鑽頭，整個鑽頭無活動部件，主要有鑽頭體、胎體、水力結構（包括水眼或噴嘴、水槽，也稱流道）、排屑槽、保徑齒（刃）和切削齒（刃）五部分。圖5 所示為金剛石鑽頭。

圖5 金剛石鑽頭

（1）鑽頭體由鋼質材料制成，上部是螺紋，與鑽柱相連接;碳化鎢材料制成的胎體與鑽頭體下部燒結在一起，鋼質胎體與鋼質鑽頭體是一個整體。

（2）鑽頭的胎體位于冠部，其表面（工作面）鑲裝有金剛石材料切削齒，并布置有水眼或噴嘴、水槽、排屑槽，其側面鑲裝保徑齒。

（3）金剛石鑽頭的水力結構分為兩類∶一類用于天然金剛石鑽頭和熱穩定性聚晶金剛石鑽頭，這類鑽頭的鑽井液從中心水孔流出，經鑽頭表面水槽分散到鑽頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒，最後攜帶岩屑從側面水槽與排屑槽流入環形空間；另一類用于PDC鑽頭，這類鑽頭的鑽井液從水眼中流出，經過各種分流元件分散到鑽頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒。PDC鑽頭的水眼位置和數量根據鑽頭結構而定。

（4）金剛石鑽頭的保徑齒在鑽進時起扶正鑽頭、保證井徑不縮小的作用。

（5）金剛石鑽頭切削齒材料分為天然金剛石和人造金剛石兩大類。

22.天然金剛石鑽頭和 TSP 鑽頭常用的冠部形狀有幾種? 各适用于什麼地層?

答∶天然金剛石鑽頭和 TSP鑽頭常用的冠部形狀有四種，如圖6所示。

圖6 金剛石鑽頭不同冠部形狀

（1）雙錐階梯形。這種形狀的鑽頭适用于鑽軟到中硬的地層，如硬石膏、泥岩、砂岩、石灰岩等。

（2）雙錐形。這種形狀的鑽頭适用于較硬和緻密的岩石，如較硬的砂岩、石灰岩、白雲岩等。這種鑽頭的工作面由内錐、外錐和頂部圓弧三部分組成，内錐角一般為 60°～70°，外錐角為 40°～60°

（3）B形。B形工作面由内錐和圓弧面組成，内錐角不小于 90°，其結構特點是頂部較寬也較平緩，适用于硬地層如硬砂岩及緻密的白雲岩等。

（4）帶波紋（或稱脊圈式）B形。外形和 B 形相同，不同的是内錐和圓弧面上帶有螺旋形波紋槽。金剛石就鑲在波紋的波峰上，這種鑽頭适用于石英岩、燧石、火山岩和硬砂岩等堅硬地層。

23.天然金剛石鑽頭和 TSP 鑽頭的水槽有幾種類型? 各适用于什麼 地層?

答：天然金剛石鑽頭和TSP鑽頭的水槽有四種類型，如圖7所示。

圖7 天然金剛石鑽頭和TSD鑽頭水力結構的水槽類型

1-高壓水槽；2-低壓水槽；3-排屑槽；4-金剛石；5-水眼

（1）逼壓式水槽。這種水力結構的水槽分布在金剛石鑽頭工作面上，包括高壓水槽及低壓水槽。這種水槽一般用于軟地層鑽頭。

（2）輻射形水槽。水槽為放射形且在鑽頭工作面上均勻分布，這種水槽一般用于軟到中硬地層中。

（3）輻射形逼壓式水槽。這是上述兩種水槽結構的組合，常用于中硬到硬地層。

（4）螺旋形水槽。水槽為反螺旋流道，在鑽頭高轉速條件下強迫鑽井液流過金剛石工作面，并且還應用了逼壓式水槽原理。這種水槽常用在高轉速條件下。

以上四種類型水槽結構中，輻射形逼壓式水槽效果最好。

24.金剛石在鑽頭工作面上排列的方式有幾種?各适用于什麼地層?

答：目前常見的有交錯排列法、圓周排列法、脊圈排列法三種，如圖8所示。

圖8 金剛石在鑽頭上的不同排列方式

（1）交錯排列法。這種排列方法适用于軟到中硬地層的鑽頭。

（2）圓周排列法。這種排列方法适用于硬地層，因為硬地層的金剛石粒度較小，出刃也低，這樣排列有利于清除所有岩屑。

（3）脊圈排列法。這種排列布齒方式有利于排屑和冷卻金剛石，适用于金剛石粒度較細、出刃小的堅硬地層鑽頭。

25.PDC 鑽頭按鑽頭體材料及切削齒結構劃分可分為幾類?

答：PDC鑽頭按鑽頭體材料及切削齒結構劃分，PDC鑽頭分為鋼體與胎體兩大類，如圖9所示。

圖9 剛體PDC鑽頭與胎體PDC鑽頭

26.PDC 鑽頭的切削齒布置有哪幾種方式?各有何特點?

答：PDC 鑽頭的切削齒布置有刮刀式、單齒式及組合式三種排列及分布方式。

刮刀式布齒方式的特點是将切削齒沿着從鑽頭中心附近到保徑部位的直線（或接近于直線的曲線）布置在胎體刮刀上，在适當的位置布置噴嘴（或水眼），每個噴嘴（或水眼）起到冷卻或清洗一個或兩個刮刀片上的切削齒的作用。采用這種方式布齒的 PDC鑽頭具有整體強度高、抗沖擊能力強、易于清洗和冷卻、排屑好、抗泥包能力強的特點，在粘性或軟地層中應使用這種布齒方式的 PDC 鑽頭。

單齒式布齒方式是将切削齒一個一個地單獨布置在鑽頭工作面上，在适當的地方布置噴嘴（或水眼），鑽井液從噴嘴流出後，切削齒受到清洗及冷卻，但同時也起到阻流與分配液流的作用。這種結構的布齒區域大、布齒密度高，可以提高鑽頭的使用壽命，但水力控制能力低，容易在粘性地層泥包。

組合式切削齒的布置采用刮刀式和單齒式相結合的方式，在适當的地方布置水眼或噴嘴，這種布齒方式具有較好的清洗、冷卻和排屑能力，布齒密度較高。這種布齒方式的鑽頭多用于中等硬度地層。

27.PDC 鑽頭是如何破岩的?

答：在極軟的高塑性地層中鑽進時，切削齒在鑽壓作用下吃入岩石，旋轉鑽頭便會使刃前岩石産生連續的塑性流動而呈片狀、層狀而被切削掉。這與用犁來犁地的過程和麻花鑽頭在金屬件上鑽眼過程相類似。

PDC 鑽頭在塑脆性地層中鑽進時，PDC 鑽頭的切削齒在鑽壓的作用下吃入岩石。在扭矩作用下先于刃前的岩石發生碰撞，随着鑽頭轉動，切削齒擠壓刃前岩石，并産生小剪切破壞。當扭矩增大時，切削齒繼續向前推進壓碎刃前岩石，并将部分岩石壓碎呈粉末。當扭力增大至岩石的強度極限時，岩石沿剪切面發生大塊的剪切破碎，此後切削齒的扭力突然降低，緊接着随着鑽頭轉動，切削齒便會又與岩石發生碰撞、擠壓、剪切三種破岩過程。這樣反複進行就是 PDC鑽頭在塑脆性地層中鑽進的規律。

28.簡述天然金剛石鑽頭和 TSP 鑽頭的工作原理。

答：（1）在硬地層中鑽進時，金剛石顆粒在鑽壓作用下壓入岩石，使之與金剛石顆粒接觸的岩石處于極高的應力狀态而使岩石呈現塑性。

（2）在塑性地層（或岩石在應力作用下呈塑性的地層）中，鑽頭在鑽壓作用下，金剛石顆粒吃入地層，在扭矩的作用下使金剛石顆粒前方的岩石發生破碎或被切削，脫離岩石基體，形成岩屑，這一切削過程相當于"犁地"過程，稱為犁削，如圖10所示。岩石破碎的體積大體等于金剛石吃入岩石後的位移體積。

圖10 天然金剛石鑽頭的犁削作用

（3）在脆性較大的岩石中，在鑽壓和扭矩作用下所産生的應力使岩石表現為脆性破碎，即屬于以剪力和張力破壞岩石。在這種情況下，金剛石鑽頭的破岩速度較高，岩石破碎的體積遠大于金剛石吃入後位移的體積。

（4）在堅硬地層（如燧石、矽質白雲岩、矽質石灰岩等）中，一般均采用細顆粒的金剛石制成孕鑲式金剛石鑽頭來鑽進，其特點是要靠金剛石的棱角實現微切削、刻劃等方式來破碎岩石。這時破碎下來的岩屑基本上是粒度很細的粉末。

29.與牙輪鑽頭相比，金剛石鑽頭有何特點?

答：與牙輪鑽頭相比，金剛石鑽頭具有以下特點。

（1）金剛石鑽頭是一體式鑽頭，它沒有牙輪鑽頭那樣的活動部件，也無結構薄弱環節，因而它可以使用高轉速，适合于井下動力鑽具配合使用，提高鑽井速度;在定向鑽井中，它可以承受較大的側向載荷而不發生井下事故，适合于定向井鑽探。

（2）金剛石鑽頭使用正确時，耐磨且壽命長，适合于深井及研磨性地層使用。

（3）在地溫較高的情況下，牙輪鑽頭的軸承密封易失效，使用金剛石材料鑽頭則不會出現此問題。

（4）在小于165.1mm（61/2in）的井眼鑽井中，牙輪鑽頭的軸承由于空間尺寸的限制，強度受到影響，性能不能保證，而金剛石鑽頭則不會出現此類問題，因此，金剛石材料鑽頭适用于小井眼鑽井。

（5）金剛石鑽頭結構設計、制造比較靈活，生産設備簡單，因而能滿足非标準的異形尺寸井眼的鑽井需要。

（6）金剛石鑽頭中的 PDC 鑽頭是一種切削型鑽頭，切削齒具有自銳優點，切削面積較大，是一種高效能鑽頭。

（7）金剛石鑽頭由于熱穩定性的限制，工作時必須保證充分的清洗與冷卻。

（8）金剛石鑽頭抗沖擊性能較差，使用時必須遵照嚴格的規程。

（9）金剛石鑽頭價格較高。

30.金剛石鑽頭的選擇原則是什麼?

答：（1）天然金剛石（ND）鑽頭适合于在硬地層和堅硬的地層鑽井。TSP 鑽頭适合于在具有研磨性的中等硬度至硬地層鑽井。

（2）PDC 鑽頭适合于在軟到中等硬度地層鑽井，但是PDC 鑽頭鑽進的地層應是均質地層，以避免沖擊載荷，含礫石的地層用 PDC 鑽頭必須采用輕鑽壓（5kN左右）。

（3）對于同一地層使用過的幾種類型的鑽頭，在保證井身質量的前提下，一般以"每米成本"最低的鑽頭作為選型标準。

（4）收集鄰近井相同地層鑽過的鑽頭資料及上一個鑽頭的磨損分析，結合本井的具體情況來選擇。

（5）按照鑽頭産品目錄中說明的鑽頭适用地層選擇鑽頭類型。

31.金剛石鑽頭下井前應做好哪些準備工作?

答:（1）井下情況正常，起下鑽暢通無阻。

（2）井底幹淨，無金屬落物。

（3）鑽井液符合鑽井設計要求，淨化設備運轉正常。

（4）用好鑽杆濾清器，其最大孔徑應小于鑽頭最小噴嘴的直徑。

32.金剛石鑽頭入井前應做哪些檢查?

答:（1）鑽頭型号、直徑、鋼印标記與鑽頭說明書和外包裝相符。

（2）内、外切削齒（複合片）完整，無斷齒、掉齒。

（3）流道暢通，用遊标卡尺檢查噴嘴直徑，噴嘴固定牢靠，符合水力設計要求。

（4）舊鑽頭認真檢查内、外齒區磨損級别、鑽頭直徑磨損程度、鑽頭磨損特征，分析該鑽頭在将鑽地層中的使用壽命、機械鑽速、欲鑽進尺，比較鑽井成本和承擔風險，确定是否再次入井。

33.金剛石鑽頭下鑽時的注意事項有哪些?

答:（1）鑽頭螺紋要塗好标準的潤滑脂，上卸鑽頭要用鑽頭裝卸器。

（2）鑽頭入井要扶正、慢放，至防噴器時更要找中，防止碰壞 PDC 切削齒。

（3）下鑽速度要緩慢，要平穩操作，嚴禁猛刹、猛頓。操作時，司鑽要密切注視指重表，遇阻不能超過 30kN，否則應接方鑽杆循環，采用一沖、二通、三劃眼的辦法通過。劃眼時，劃眼鑽壓應控制在 20kN 以下（鑽頭直徑小于215.5mm 時，要低于10kN），轉速低于50r/min。嚴禁大段劃眼和不循環鑽井液劃眼。

（4）下鑽接近井底時應提前開泵。鑽頭離井底0.5m 以上，應緩慢上下活動和轉動鑽具，充分循環鑽井液。待井底清潔後，校正指重表。待泵壓正常後方可井底造型。

确認鑽頭接觸井底後，采用 50r/min 左右的轉速和 5~20kN 的鑽壓磨合井底，進尺 0.5~1.0m。

34.金剛石鑽頭鑽進作業時的注意事項有哪些?

答:（1）鑽速試驗。井底造型後，可在鑽頭廠家推薦的鑽井參數範圍内，選用不同的鑽壓轉速進行鑽速試驗，直到找到一個最優鑽速為止。做鑽速試驗時要逐漸增加鑽壓或轉速，嚴禁猛增鑽壓或轉速，以防金剛石損壞。ND鑽頭與TSP鑽頭适用于适當鑽壓、高轉速。PDC鑽頭适用于小鑽壓、高轉速，可用于轉盤鑽井，也可用于井下動力鑽具鑽井。

（2）鑽速試驗完畢，即可按最優參數正常鑽進。鑽進中要确保排量、泵壓滿足要求，保證有效清洗井底、攜帶岩屑。送鑽要均勻，鑽遇泥岩井段時，鑽速會明顯下降，這時司鑽要耐心，并可适當提高鑽壓，降低轉速，但鑽壓也不宜過大，一般提高 10~30kN為宜。若鑽遇發生輕微蹩鑽現象時，可适當降低鑽壓，同時降低鑽速，等鑽穿硬夾層後再采用正常參數鑽進。嚴禁加壓啟動轉盤。

（3）接單根後緩慢轉動下放至井底，以防撞擊損壞切削齒。

（4）每鑽進 200~300m 或者每鑽24h要進行一次短起、下鑽，以防止起鑽拔活塞。

（5）鑽頭使用到後期，PDC切削齒的磨損平面加大，降低了PDC切削齒切入地層的深度，因此可适當提高鑽壓以維持較高的機械鑽速。

35.金剛石鑽頭在什麼情況下應起鑽?

答:遇到下列情況之一應考慮起鑽：

（1）地層岩性變化不大，而機械鑽速和轉盤扭矩卻明顯降低；

（2）有連續蹩鑽現象且沒有進尺；

（3）立管壓力明顯上升或降低；

（4）綜合經濟指标低于其他類型鑽頭。

36.全剛石鑽頭使用時應注意什麼?

答:（1）鑽頭搬動時要小心輕放，防止PDC切削齒損傷；

（2）鑽頭不允許采用堵噴嘴的辦法鑽進，以防止降低對PDC切削齒的冷卻效果；

（3）鑽較薄礫石層時，一定要小鑽壓，控制在 5kN左右，礫石層較厚時，不宜使用金剛石鑽頭；

（4）避免帶鑽壓啟動轉盤；

（5）正常鑽進時，鑽井液排量必須保持在推薦範圍内，以确保岩屑能及時排出，并保證PDC切削齒充分冷卻；

（6）當鑽遇大段疏松砂岩地層時，要适當降低機械鑽速；

（7）在定向井中，嚴禁使用金剛石鑽頭在井口進行動力鑽具試運轉，以防止損壞PDC切削齒。

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