取心钻头
取心钻头
核心概念
取心钻头是一种专门设计的钻探工具，其核心目的不是破碎和移除所有孔底岩石，而是为了获取地下的、保持原始结构和层序的圆柱状岩石样品——岩心。这是它与普通全面钻进钻头（将孔底岩石全部破碎成碎屑排出）最本质的区别。
核心作用与重要性
获取地质信息： 岩心是地下地质情况最直接、最真实、最完整的记录。它提供了无法通过其他方法（如测井、物探）获得的详细信息，包括：岩石类型、矿物组成、结构构造
地层产状、接触关系、断层、节理、矿体品位等
地下水信息：（裂隙、含水层）
工程地质性质：（强度、完整性、RQD）
资源评估： 矿产勘探中，岩心是计算储量和评估资源品位的关键依据。
油气勘探与开发： 获取储层岩石物性（孔隙度、渗透率）、含油气饱和度、生油层特征等关键参数。
工作原理与结构特点
取心钻头的工作是与其配套的取心钻具（通常包括取心钻头、岩心管、扩孔器/稳定器、卡心装置等）协同完成的。
（1）环状破碎： 取心钻头只破碎孔底外环部分的岩石，形成一个环状孔槽。
（2）中心保柱： 钻头中心部位（内径以内）的岩石不被破碎，而是被保护起来，形成圆柱状的岩心。
（3）岩心进入： 随着钻进进行，形成的岩心柱被推入或吸入钻头后方的岩心管内。
（4）保护与储存： 岩心管的主要作用就是容纳和保护进入其中的岩心，使其免受钻井液冲刷和机械碰撞破坏。
（5）卡取与提钻： 当岩心管装满或需要回次结束时，通过专门的卡心装置（如卡簧、卡箍、抓爪等）将岩心卡断并牢固地保持在岩心管内，然后提出整套钻具至地表获取岩心。
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取心钻头的关键结构特征
内径： 决定了获取岩心的直径。
外径： 决定了钻孔的直径。
环状唇面： 钻头的工作面是一个环状区域，布设有切削或研磨元件。
水槽/水口： 用于钻井液（泥浆、空气、泡沫等）流通，冷却钻头、清除岩屑、润滑轴承（如果有的话）。
内台阶或内锥面： 引导和保护岩心顺利进入岩心管，并作为卡心装置工作的依托。
切削/研磨元件： 根据钻头类型不同，可以是金刚石（天然或人造）、硬质合金齿、PDC复合片等。
主要类型（根据切削元件和适用地层）
金刚石取心钻头：
切削元件： 天然金刚石、人造聚晶金刚石、表镶或孕镶金刚石。
特点： 耐磨性极佳，寿命长，钻进平稳，岩心质量好。
适用地层： 坚硬、致密、研磨性强的岩石（如花岗岩、石英岩、燧石、硬砂岩等）。是地质勘探中应用最广泛的取心钻头。
亚型： 表镶金刚石钻头、孕镶金刚石钻头（更常用）、PDC钻头（严格说也属于金刚石类，见下）。
PDC取心钻头：
切削元件： 聚晶金刚石复合片（PDC齿）。
特点： 在软到中硬地层中机械钻速高，耐磨性好，性价比高。
适用地层： 软页岩、泥岩、砂岩、石灰岩、盐岩、煤等非研磨性或弱研磨性地层。在石油钻井和部分地质勘探中应用广泛。
硬质合金取心钻头：
切削元件： 各种形状（片状、柱状、针状）的硬质合金（钨钴合金）齿。
特点： 成本较低，抗冲击性好。
适用地层： 软到中硬、非研磨性或弱研磨性的均质地层（如粘土、泥岩、页岩、煤层、软石灰岩等）。在地质勘探浅孔、工程勘察和水井钻探中常见。
牙轮取心钻头：
结构： 通常由多个带有硬质合金齿或钢齿的牙轮组成，牙轮安装在钻头体下部的轴承上。
特点： 适用于较硬、破碎或研磨性地层，抗冲击能力强。
适用地层： 中硬到坚硬、破碎、研磨性强的复杂地层。主要在石油钻井的大直径取心中使用，地质勘探中较少见。
