9.3.1　液动冲击回转钻进用钻头

9.3.1　液动冲击回转钻进用钻头

液动冲击回转钻进常与硬质合金钻头、金刚石钻头配合使用。在油气钻井和大口径孔施工中，液动冲击器也可使用牙轮钻头。

1）硬质合金钻头

液动冲击回转钻进用的硬质合金取心钻头或全面钻头均采用钨钴类硬质合金。应根据岩石特性、冲击器单次冲击功大小来选择钻头结构和硬质合金牌号。要求硬质合金除了具有较高的硬度和抗弯强度外，还应有较高的抗冲击强度，一般硬度不低于HRA86，抗弯强度不低于140kg/mm2。用于中硬岩石或小冲击功的冲击器，应选硬度较高的硬质合金；用于坚硬岩石或大冲击功的冲击器，则应选用硬度较低而抗弯强度较高的硬质合金，以防止合金片碎裂。冲击回转钻头最好用柱状或用厚度大的片状合金，并使合金切削刃具有负前角形状。一般认为γ=10°～15°，α=70°～105°为宜（图9-11）。

硬质合金取心钻头的钻头体一般较长，以安装岩心卡簧；同时具有较大的液流通道，以适应冲击器要求的大泵量，此外硬质合金镶焊的牢固性要比回转钻头高。

我国常用的取心式硬质合金钻头有HCT型、大八角型、大八角肋骨型、长方片状肋骨型、异型钻头等。HCT型硬质合金钻头示于图9-12，主要参数见表9-4。该型钻头把柱状合金垂直镶焊于钻头体上，双面刃不对称，液路通道断面较大，有利于钻头冷却和减少背压，常用于高频低冲击功的冲击器钻进可钻性V～Ⅶ的岩石。

俄罗斯用液动冲击回转钻进的КГ1型硬质合金钻头（图9-13）镶焊了4个底出刃相等的硬质合金。硬质合金片的刃尖被磨成不对称形状，以便在钻进过程中实现冲击碎岩的同时，还能有效地用切削刃切削破碎岩石。该钻头设计了三角形水口，使钻头端部具有更高的抗弯强度，并保证了足够的冲洗液通道面积。合金片的底座部分为圆柱形，可明显降低焊接时的接触应力，在任何方向上作用于切削具的总载荷都在合金片的宽度范围内。

2）金刚石钻头

液动冲击回转钻进用金刚石钻头主要是取心式孕镶钻头，常用在坚硬、“打滑”地层中，但一般要用高频低冲击功的液动冲击器。与常规金刚石钻头相比，冲击回转金刚石钻头在结构上应具有以下特点：

（1）金刚石冲击回转钻进仍以回转作用为主，冲击为辅，钻头首选人造孕镶金刚石钻头或聚晶体钻头。

（2）一般选用高强度的或经过浑圆化和金属镀层处理的金刚石。

（3）因为金刚石单晶的抗冲击韧性与粒度成反比，故粒度不要太大，最好选用JR4级、70～80目左右的金刚石，金刚石浓度75%左右。

（4）钻头胎体要有足够的强度和硬度，避免受冲击作用而破裂。考虑到液动冲击回转钻进过程中，钻头出刃条件较好，为提高钻头使用寿命，可将钻头胎体硬度适当提高3～5“HRC”。一般选用中硬—硬胎体，唇面形状以平底形、圆弧形和同心圆尖齿形为好。

（5）由于泵量大，为减少钻头处的水流阻力，钻头的过水面积应增大，除主水口外，可增设副水口（图9-14），加长加深钻头钢体内壁水槽，适当增大胎体外径。

（6）为适应冲击回转钻进工况，钻头底唇形状可采用环槽形或交叉形。槽的顶端做成弧形，不仅可发挥体积破碎作用提高碎岩效率，而且具有较好的防斜作用。

3）全面钻头

由于液动冲击器的冲击功小于气动潜孔锤，目前在坚硬岩层中一般推荐牙轮钻头与硬质合金球齿全面钻头配合使用（图9-15）。使用冲击回转牙轮钻头可增大冲击碎岩的效果，但由于钻头将承受更大的冲击载荷，应注意选用滑动轴承和金属密封，喷嘴应尽可能选用大直径并采用不等径组合。

使用冲击回转球齿全面钻头时，为适应液动冲击功较小的特点，在满足覆盖孔底的前提下应适当减少钻头上的球齿数量，切削齿以锥球齿为宜。由于液体的过流阻力较大，通常钻头水口通流面积需要增加30%。推荐钻头底面形状：平底形、球弧形、中心凹形。