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(qiáng)、抗沖擊能力較好、價(jià)格相對(duì)較低、工業(yè)制造過程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本文介紹了孕鑲金剛石鉆頭的碎巖機(jī)理、選擇依據(jù)和使用方法，并對(duì)鉆頭磨損形態(tài)進(jìn)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(jī)理；磨損形態(tài)。
　　
　　
　　孕鑲金剛石鉆頭就是把較細(xì)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(jìn)各種硬度的巖石，特別是鉆進(jìn)中等硬度以上的巖石，鉆進(jìn)效率高、成本低、巖芯采取率高、鉆孔彎曲度小，能鉆進(jìn)任何傾角的鉆孔。
　　1孕鑲金剛石鉆頭的碎巖機(jī)理
　　由于孕鑲金剛石鉆頭的金剛石顆粒較細(xì)，對(duì)于巖層的體積破碎效果很小，實(shí)際碎巖機(jī)理類似于砂輪磨削工件，即以唇面上多而小的硬質(zhì)點(diǎn)（金剛石）對(duì)加工件（孔底巖石）進(jìn)行刻劃、磨削，并隨著原有硬質(zhì)點(diǎn)的逐漸磨損和消失，胎體也在不斷磨耗，新的硬質(zhì)點(diǎn)又裸露出來繼續(xù)工作。實(shí)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(dòng)和變形加強(qiáng)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(dòng)的，更加劇了鉆具和鉆頭的振動(dòng)，所以不排除孔底存在微動(dòng)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(shí)應(yīng)根據(jù)所鉆巖層性質(zhì)考慮金剛石品級(jí)、胎體性能、保證胎體自銳、唇面形狀、內(nèi)外徑補(bǔ)強(qiáng)和水路設(shè)計(jì)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(jí)和粒度；兼顧胎體的包裹能力和鉆壓值的大小。
　　總之巖石堅(jiān)硬致密，金剛石質(zhì)量好、粒度細(xì)、濃度宜較低（若唇面的單位壓力較大時(shí)，可選較高的濃度），這樣對(duì)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(cè)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(guó)孕鑲金剛石鉆頭制造業(yè)采用的胎體硬度（耐磨性）指標(biāo)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(shí)出刃，在鉆進(jìn)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(jìn)新的金剛石出刃。
　　當(dāng)鉆進(jìn)的巖石變硬時(shí)，金剛石磨損的更快，這時(shí)產(chǎn)生的巖屑變得更薄，數(shù)量也少，因此巖屑對(duì)胎體的磨蝕作用也弱于稍軟的巖石。所以在堅(jiān)硬的巖石中鉆進(jìn)時(shí)，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(qiáng)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(jiǎn)單，在孔內(nèi)磨合一段時(shí)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(jìn)的操作要領(lǐng)
　　○1新鉆頭下入鉆孔內(nèi)，必須要進(jìn)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(jìn)時(shí)，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(dòng)而損壞）
　　○5鉆進(jìn)過程中，不要輕易提動(dòng)鉆具，不準(zhǔn)將鉆具提離孔底，不準(zhǔn)使用三通閥門調(diào)節(jié)泵量。
　　○6在復(fù)雜地層鉆進(jìn)時(shí)，升降鉆具不得過快并隨時(shí)回灌沖洗液，以防止因“抽吸作用”導(dǎo)致塌孔或因“壓力激動(dòng)”而壓裂孔壁巖石。
　　○7及時(shí)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(jìn)中發(fā)現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象，不準(zhǔn)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(jìn)
　　○10每次提鉆后，要仔細(xì)觀察鉆頭和巖芯，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
　　○11堅(jiān)守崗位、精心操作。
　　注意：當(dāng)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(xiǎn)
　　(3)擴(kuò)孔器外徑磨損嚴(yán)重（已小于鉆頭外徑尺寸）。
　　4對(duì)鉆頭磨損形態(tài)的分析
　　孕鑲鉆頭正常磨損的標(biāo)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(duì)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(biāo)志及原因分析：
　　○1鉆頭唇面光滑，進(jìn)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?jī)?nèi)外徑補(bǔ)強(qiáng)不足或鉆進(jìn)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(yán)重甚至成外錐形——表明鉆頭長(zhǎng)時(shí)間掃孔（或探頭石）或者是外徑補(bǔ)強(qiáng)不好。
　　○5鉆頭內(nèi)徑磨損嚴(yán)重甚至成喇叭形——表明鉆頭長(zhǎng)時(shí)間掃巖芯或巖芯堵塞或內(nèi)徑補(bǔ)強(qiáng)不良。
　　○6鉆頭內(nèi)、外徑同時(shí)磨損嚴(yán)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(bǔ)強(qiáng)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(dāng)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{(lán)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(qiáng)烈振動(dòng)。
　　○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(shì)，有助于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，也有助于解決鉆探過程中的疑難問題。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]鄢泰寧等，巖土鉆掘工程學(xué)[M]，武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)版，2000：69～72。