工程钻探及取样技术中的取心式硬质合金钻头

按切削具的磨损形态，可把硬质合金钻头分成磨锐式和自磨式两大类。

1）磨锐式硬质合金钻头

磨锐式硬质合金钻头的切削具被磨钝后，可重新用砂轮修磨成具有锐角的单斜面切削刃，以利切入岩石。当然，修磨后的切削具下孔钻进时又会被磨损，随着切削具的磨损，机械钻速将逐渐下降，如图6-5的曲线Ⅰ所示。

按钻头体的外形可把磨锐式钻头分成肋骨钻头和普通环状钻头。肋骨钻头是在钻头体外侧均匀分布地焊上数块肋骨片，并在肋骨上镶焊小刃角的切削具，从而保证很大的外出刃和外环通水面积，可用于水敏性地层和松软岩层。普通环状钻头使用最为广泛，可钻进中硬或中硬以上的弱研磨性地层，其主要矛盾是如何提高钻头破岩效率和耐磨性。

2）自磨式硬质合金钻头

钻进坚硬岩石时，除了采用金刚石钻头、钢粒钻头外，常用的是自磨式硬质合金钻头。自磨式钻头的切削具断面小，被磨损后其接触面积保持不变，不存在磨锐式钻头切削具逐渐变钝的弱点，故它的机械钻速基本平稳，如图6-5的曲线Ⅱ所示。由于小断面切削具的抗折断能力很差，所以必须用齿状软钢支撑切削具。如图6-6所示，在软钢支撑体上贴焊了薄片式硬质合金。在钻进过程中软钢的磨损超前于硬质合金，使切削具能永远保持一定的出刃。为了加强这种自磨出刃的效果，有时在软钢支撑体上钻两个小孔。如果把粗颗粒的铸造碳化钨焊在钻头唇面上，这种自磨式钻头可在高转速、大钻压、较小泵量的规程下钻进强研磨性岩石。

图6-5　两种钻头的钻速曲线

Ⅰ—磨锐式；Ⅱ—自磨式

图6-6　自磨式切削具示意图

（a）—薄片式；（b）—铸造碳化钨自磨式切削具
1—硬质合金薄片；2—软钢支撑体；3—小孔

3）典型钻头结构举例

（1）螺旋肋骨钻头。钻头体外侧焊有3块与底唇面呈45°的螺旋肋骨（图6-7）。回转钻进时，它可帮助液流上返，提高了排除孔底岩粉能力。切削具正斜镶，利于切削软岩石。由于通水截面面积大，循环阻力小，使孔底比较干净，避免了重复破碎，从而提高钻进效率。该钻头适用于钻进Ⅱ～Ⅳ级（部分Ⅴ级）松软岩层、黏土层、风化砂岩及铝土页岩等。

图6-7　螺旋肋骨钻头(www.xing528.com)

1—钻头体；2—肋骨；3—切削具

（2）薄片式硬质合金钻头。该钻头切削具锋利，采用掏槽刃的结构（图6-8），容易切入岩石，而且出刃较大，保证有较大的间隙来冲洗岩粉，主要用于钻进黏结性较小的软岩。

图6-8　薄片式硬质合金钻头

（3）品字形硬质合金钻头。该钻头把三颗硬质合金切削具焊成一组，呈品字形（图6-9）。中间的切削具出刃较大，一般用小八角柱状合金，起掏槽作用；两边的切削具一般用四方柱状或大八角柱状合金，底出刃较小，起扩槽破碎作用。该钻头在软硬互层的条件下应用很普遍，主要用于钻进Ⅳ～Ⅵ级岩石。切削具可以直镶也可以正斜镶。

（4）CM6切削型硬质合金钻头。俄罗斯常用的CM6切削型钻头（图6-10）切削部分用截面3mm×3mm，高8mm，顶角18°的硬质合金补强。切削具以负斜镶15°，扭角15°和10°的方式布置。由于钻头增加了辅助保径切削具，从而可延长钻头的使用寿命，用于钻进可钻性Ⅵ～Ⅶ级和部分Ⅷ级的弱—中等研磨性、完整的或裂隙性岩石（石灰岩、蛇纹岩、橄榄石等）。

图6-9　品字形硬质合金钻头

（5）针状自磨式钻头。该钻头把预制好的胎块焊在钻头体上（图6-11）。作为硬支点的针状硬质合金在胎块中的摆放原则是：保证切削具能均匀对孔底环状断面进行破碎，不留下空隙；内、外保径处的针状合金数应适当增加。作为支撑体的胎体硬度要合适，以保证超前磨耗利于自磨出刃。这种钻头可用于钻进Ⅵ～Ⅶ（部分Ⅷ）级的中等研磨性岩石。

图6-10　俄罗斯切削型钻头

1—钢体；2—中环切削具；
3、4—外环和内环切削具

图6-11　针状自磨式钻头

1—针状硬质合金；2—胎体；
3—钻头体；4—水槽