金剛石復合片取心鉆頭起草人

劉曉燕、李鎖智等。

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

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。為了使鉆頭旋轉平穩(wěn)，取心鉆頭的內孔與鉆頭外圓應力求同心，防止偏心，內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（大于鉆頭體內徑）的巖心。它不能立即進入鉆頭體或內巖心筒，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徑相等或略小的巖心柱而進人內巖心筒并受到保護的成形過程。

2．根據(jù)巖石性質選擇鉆頭

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構，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，可選用胎體結構、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)其結構及制造材料的不同，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，在結構上的差別也很大，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。