二、钻探用金刚石
1、金刚石的分类：金刚石按成因分为天然金刚石和人造金刚石两大类，人造金刚石分为单晶、聚晶和孕镶块三种。
2、人造金刚石聚晶：由十分细小的金刚石微粒组成的多晶金刚石，可根据需要加工成各种形状。
3、人造金刚孕镶块：人造金刚石粉末和胎块金属粉末一起经压制烧制而成。 4、人造金刚石聚晶复合片：是在高温高压条件下将金刚石聚晶层和硬质合金机体烧结一起的，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性，又具有硬质合金的抗冲击韧性和可焊性的复合材料，简称PDC。适应于钻进软~中硬地层。
5、金刚石的特性：
①硬度大、强度高，耐磨性好；
②化学稳定性好。不与酸反应，与碱反应缓慢； ③亲油疏水性，适合于用乳化冲洗液冲洗钻孔；
④热稳定性差。在空气中，300℃开始氧化，800℃开始石墨化，900℃质量变化，1000℃完全消失。
⑤性脆，抗冲击韧性差。 三、金刚石钻头
（一）、钻头组成：钻头由金刚石、胎体、钻头体（钢体）三部分组成。 1、金刚石：切削岩石的切削具。
①表镶钻头用大颗粒金刚石镶嵌于胎体表面，按镶嵌位置及作用不同分为底刃、边刃和侧刃。
②孕镶钻头：细粒金刚石均匀分布于胎体工作层内。 ③金刚石复合片：PDC复合片按要求均匀镶嵌钻头体上。 2、胎体：
①作用：包镶金刚石。
②成份：骨架材料WC，粘结剂Cu、Ni等。
③要求：能调整性能以适应不同岩性，既保证本身完整又能保证自磨出刃。 3、钻头体（钢体）
①单管钻头钢体长75mm，端部车外扣。 ②双管钻头钢体长115mm，端部车内扣。
③下端形状：三棱、方形、阶梯形、螺纹等，目的是加强与胎体的连接，便
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于胎体压实和传递较大扭矩。
（二）、钻头类型及规格
1、钻头类型：表镶金刚石钻头、孕镶金刚石钻头、金刚石复合片钻头。 3、我国地质用金刚石钻头品种代号 3、钻头规格 （三）、金刚石扩孔器 1、金刚石扩孔器的作用
修整孔壁、保持孔径；扶正钻头及钻具；减轻钻头负担、延长钻头寿命；单管钻进中起卡簧座和卡簧限制器的作用。
2、扩孔器的结构
扩孔器由金刚石、胎体和钢体组成。两端有螺纹连接岩心管和钻头。胎体高28mm，镶有金刚石的部分叫工作带，宽20~30mm，并开有条带槽以流通冲洗液。钢体长140mm。
（四）、金刚石钻头品种及适用条件
1、单管金刚石钻头适合于下列条件：A、钻进各种硬度和研磨性完整地层；B、在裂隙发育而采用双管易出现岩心堵塞严重的地层；C、在上述情况下岩心不易被冲洗液冲蚀的岩层；D、在坑道钻探水平孔和垂直孔；E、用于取样钻机钻探；F、小直径工程中浅钻孔。
2、天然金刚石表镶单管钻头：按岩层硬度，分别选用粒度15~100粒/克拉的表镶钻头，适用于中硬（4~6级）、硬（7~9级）的弱至强研磨性的完整岩层。
3、人造金刚石孕镶单管钻头：适用于中硬、硬和坚硬的弱至强研磨性岩层。 4、加固型单硬质合金管钻头：钢体表面镶有长条硬质合金，保护钢体免遭磨损。胎体后方有硬质合金补强，防止水口冲蚀，保护胎体。唇面天然金刚石密布，钻头耐磨性高。适用强研磨性中硬~硬地层。
5、天然金刚石表镶普通双管钻头适合于下列条件：A、可用于中硬（4~6级）、硬（7~9级）并具有各种研磨性的完整岩层；B、适应于高、低转速，在深孔中钻进具有明显优势；C、采用优质细粒天然金刚石双管钻头钻进坚硬（10~12级）地层和深孔“打滑”地层。
6、孕镶普通双管钻头：A、广泛用于钻进各种硬度和研磨性岩层，特别是钻进中硬、中硬－硬岩层具有良好钻进效果，在钻进破碎岩层时是一种主要的钻头品种；B、在钻进坚硬岩层时，改用唇面结构具有掏槽和挤压碎岩作用的钻头。
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7、人造金刚石尖齿孕镶双管钻头：A、适用于中硬、硬和坚硬的弱至中等研磨性岩层，特别在硬、坚硬的弱研磨性岩层－中等研磨性互层及塑性岩层有很好的适应性。不适应于强研磨性、裂隙和硬脆碎地层；B、对钻孔易弯曲的地层，有较好的防斜作用，可用作防斜钻头。
8、人造金刚石电镀普通双管钻头：可用于钻时弱至中等研磨性的中硬，在钻进坚硬“打滑”岩层效果不错。
9、人造金刚石聚晶表镶双管钻头：适应于钻进中硬、弱和中等研磨性岩层。 10绳索取心金刚石钻头：A、天然金刚石表镶钻头适用于钻进较完整的软~硬的各种研磨性岩层和互层，但不宜钻进破碎地层；B、天然金刚石表镶多阶梯钻头适用于钻进完整的中硬、中硬~硬的岩层，但不能在破碎地层中使用；C孕镶平底人造金刚石钻头适应于中硬、硬岩层，完整的或破碎的岩层，强研磨性或中等研磨性岩层，特别适应于硬脆碎岩层钻进，但在坚硬的弱研磨性岩层不宜选用，在深孔低转速条件下效果不好；D、人造孕镶金刚石单阶梯钻头适用于各种弱至中等研磨性的中硬、硬岩层，并具有较好的工作稳定性；由于钻头超前唇面的掏槽作用并增加碎岩的自由面，钻头既有磨削，又有挤压碎岩作用，具有较粗的岩粉，有利于保持钻头的出刃状态。对于钻进打滑岩层有一定效果；并对裂隙性岩层有较好的适应性；E、电镀人造金刚石钻头适用于弱至中等研磨性的中硬、硬地层，但不太适用于强研磨性地层；F、尖齿孕镶金刚石钻头适用于完整的弱至中等研磨性的中硬、硬和坚硬岩层；具有低钻压特性，特别对胎体壁厚的绳索取心钻探效果更好；具有防止钻孔弯曲的作用；该类钻头不宜用于强研磨性地层、裂隙发育地层和硬脆碎地层，因为容易使尖齿剧烈磨耗和损坏，导致钻头寿命太短；G、唇面交错孕镶钻头主要应用于绳索取心硬岩钻进，但不能用于钻进破碎岩层，是一种低钻压特性钻头（比平底孕镶钻头低1/3~1/4）。
11、底喷式金刚石钻头：主要用于解决粉状岩矿层、遇水粉化或膨胀地层、软硬互层、煤层、容易受冲洗液扰动的硬脆碎等地层的取心问题。钻头切削磨料有单晶人造金刚石、天然金刚石、人造金刚石复合材料等；其镶焊方法有表镶、孕镶和镶嵌式等。适用的地层有：
①当煤层、软硬互层取心时可采用表镶或孕镶尖齿底喷式钻头；②当钻进粉状岩矿层，遇水粉化和遇水膨胀地层取心时，可采用表镶圆弧底喷钻头、表镶底喷钻头、尖齿孕镶底喷式钻头等；③当钻进硬脆碎地层取心时，可采用平底孕镶底喷式钻头；④当钻进易糊钻的岩矿层时，可采用超前底唇的阶梯底喷钻头，可
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避免水眼被堵；⑤当钻进煤层及粉状矿层取心时，还可采用复合片或聚晶底喷式钻头。
12、金刚石全面钻头：①天然金刚石表镶双锥形全面钻头适用于较完整、弱至中等研磨性的软~中硬岩层；②聚晶或复合片双锥形全面钻头适用于较完整中等研磨性的软~中硬岩层。
13、水力反循环金刚石钻头：①天然金刚石表镶钻头适用于不同研磨性的中硬、中硬~硬地层，钻速较快，钻头寿命较长；②人造金刚石孕镶尖齿钻头适用于钻进完整的弱至中等研磨性硬岩层和塑性岩层，可以取得较高的钻速；③复合片反循环钻头适用于弱至中等研磨性，软~中硬岩层、塑性岩层，具有较高的钻速；④聚晶反循环钻头在中等以上研磨性的中硬岩层中，具有较高钻还速。
14、新型金刚石切磨材料钻头：①金刚石复合片钻头适用于较完整的弱至中等研磨性的软~中硬岩层和塑性岩层，钻速高，钻头寿命长；②人造金刚石柱状聚晶钻头适用于中等至强研磨性的软~中硬岩层；孕镶聚晶钻头也可用于裂隙较发育的软~中硬岩层；③人造金刚石三角形聚晶钻头适用于弱至中等研磨性的软、软~中硬岩层，但不宜用于裂隙发育岩层；④勘探奈特钻头，适用于弱至中等研磨性的中硬、硬和坚硬岩层，特别在坚硬弱研磨性岩层可以克服钻头“打滑”，并具有均衡的较高钻速。但不宜钻进强研磨性和破碎岩层。
（五）、金刚石钻头的选择 1、钻头选择原则：
①软的、中硬和完整均质较硬的岩层一般宜选用表镶钻头（包括聚晶、复合片和孕镶块钻头）；硬的、坚硬的和破碎的、软硬不均的、节理发育和裂隙岩层，宜选用孕镶钻头；
②岩层研磨性强或硬度低、颗粒粗、破碎程度厉害的选用偏硬胎体；反之，岩层研磨性弱，均质完整、硬度大、颗粒细的（如“打滑”岩层）选用偏软的胎体；如遇研磨性强和硬度大的岩层时，应选用特硬胎体的钻头；
③岩层研磨性越强、硬度越高，选用的金刚石品级应越好、金刚石的颗粒应越细，最好用孕镶钻头；
④岩层硬度越高或研磨性弱，则钻头金刚石深度应越低；岩石研磨性越强，硬度低，则钻头金刚石深度应越高；
⑤一般中硬中研磨性岩层，宜选用平底唇面或弧边形唇面；坚硬且研磨性高岩层，可用半圆形唇面；复杂、破碎不易取得岩心的地层，可选用阶梯底喷式唇
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面；坚硬、致密易出现打滑岩层，可选用锯齿形或单双块形唇面。
2、钻头的具体选择：
①1~4级软岩层，排粉多，选用复合片钻头或聚晶钻头；
②6~7级完整均质的岩层选用有造聚晶和粗粒表镶金刚石钻头，粒度为10~20粒/克拉，胎体硬度应在HRC45左右；
③7~8级上等研磨性、较完整岩层，选用粒度20~40粒/克拉的中粒表镶钻头或60目以粗的孕镶钻头，胎体硬度为HRC40左右；
④9级以上中等研磨性、较完整的岩层选用80目以细的孕镶钻头，或者品级好、粒度为40~60粒/克拉的细粒表镶钻头，胎体硬度应在HRC35~40左右；
⑤研磨性强的岩层应选用胎体硬度大，金刚石浓度高，粒度细的孕镶钻头； ⑥钻进节理发育、构造复杂的裂隙破碎岩层，应选用胎体硬度大的双管孕镶钻头；
（六）金刚石钻头及扩孔器的合理使用 1、金刚石钻头使用注意事项：
使用金刚石钻进，必须精心操作，精心管理。操作时必须提高钻具工作的稳定性，尽量采用乳化冲洗液和润滑冲洗液，并防止冲洗不足或间断。
2、金刚石钻头的合理使用
①钻头与扩孔器及卡簧之间要合理配合。A、扩孔器外径应比钻头外径大0.3~0.5mm，岩层坚硬时应采用下限数值；B、卡簧的自由内径应比钻头内径小0.3~0.4mm。
②钻进时，应按钻头和扩孔器外径的大小，排好顺序轮换使用，即先使用外径大的，后使用外径小的；对于钻头，还应考虑先用内径小的，后用内径大的。
③新钻头到达孔底后，必须进行“初磨”，即轻压（正常压力的1/3左右）、慢转（100转/分左右）钻进10 分钟左右，然后再采用正常参数继续钻进。新钻头钻进的第一个回次进尺不宜过长，应及时提钻检查钻头的磨耗情况。
④减压钻进倒杆时，必须先用升降机将孔内钻具拉紧（但不得孔底），倒杆后用油缸减压并在小于正常钻压的情况下平稳开车。
⑤掌握“五不扫”，即不用金刚石钻头扫孔、扫残留岩心、扫脱落岩心、扫掉块和探头石。
⑥掌握“三必提”，即下钻遇阻轻转无效、岩心堵塞、钻速骤降时必须提钻。 ⑦钻头出现下列情况不能再下孔使用：A、表镶钻头内外径磨耗超过标准尺
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