摘要：孕鑲金剛石鉆頭現(xiàn)在普遍應(yīng)用于鉆探生產(chǎn)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(yè)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(jù)和使用方法，并對鉆頭磨損形態(tài)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(guān)鍵詞：孕鑲金剛石鉆頭；碎巖機理；磨損形態(tài)。
　　
　　
　　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(zhì)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(zhì)點的逐漸磨損和消失，胎體也在不斷磨耗，新的硬質(zhì)點又裸露出來繼續(xù)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(tài)。
　　孕鑲鉆頭在孔底的工作過程是非常復(fù)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(fù)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(jù)
　　孕鑲金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)較為復(fù)雜，選擇時應(yīng)根據(jù)所鉆巖層性質(zhì)考慮金剛石品級、胎體性能、保證胎體自銳、唇面形狀、內(nèi)外徑補強和水路設(shè)計等因素。
　　2.1選擇金剛石參數(shù)
　　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(jù)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(zhì)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(guī)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(xí)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(yè)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(yīng)稍前于金剛石。
　　合適的胎體耐磨性應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生的巖屑變得更薄，數(shù)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(yīng)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(nèi)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(lǐng)
　　○1新鉆頭下入鉆孔內(nèi)，必須要進行“初磨”（輕壓慢轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(diào)節(jié)泵量。
　　○6在復(fù)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(dǎo)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(wěn)定性，采取措施防振減振。
　　○9鉆進中發(fā)現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象，不準盲目加壓，應(yīng)選擇底唇面積較小的鉆頭或向孔內(nèi)投石英塊，卵礫石層中沖擊回轉(zhuǎn)鉆進
　　○10每次提鉆后，要仔細觀察鉆頭和巖芯，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。
　　○11堅守崗位、精心操作。
　　注意：當發(fā)現(xiàn)孕鑲金剛石鉆頭出現(xiàn)下述情況應(yīng)停止使用。
　　(1)鉆頭內(nèi)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(tài)的分析
　　孕鑲鉆頭正常磨損的標志是：內(nèi)外徑和工作層磨耗均勻，胎體內(nèi)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(shù)不對應(yīng)。(2)規(guī)程參數(shù)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(nèi)外錐形——表明鉆頭內(nèi)部內(nèi)外徑補強不足或鉆進了破碎地層。
　　○3鉆頭出現(xiàn)了偏磨現(xiàn)象——表明鉆頭與鉆具同心度差或者水口與水槽規(guī)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(nèi)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(nèi)徑補強不良。
　　○6鉆頭內(nèi)、外徑同時磨損嚴重，甚至出現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)溝槽——說明沖洗液冷卻鉆頭不良或轉(zhuǎn)速鉆壓配合不當或金剛石分布不均或孔內(nèi)有異物（或硬巖唇）。
　　○10胎體或鋼體變?yōu)樗{色——說明冷卻不良已發(fā)生一定程度的燒鉆。
　　○11胎體出現(xiàn)裂紋——說明內(nèi)外水槽過深鉆具強烈振動。
　　○12鉆頭鋼體上出現(xiàn)刻痕拉槽——說明孔內(nèi)有硬碎異物。
　　5小結(jié)
　　從孕鑲金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)特征入手，全面掌握該鉆頭的工作特性，可充分發(fā)揮金剛石鉆探工藝的優(yōu)勢，有助于總結(jié)經(jīng)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(xué)[M]，武漢：中國地質(zhì)大學(xué)版，2000：69～72。