摘要:干式钻进对环境的影响很小，在没有冷却介质的情况下，对于钻进一些遇水或钻井液发生反应或者产生新的污染等情况而言，可有效解决钻孔取心问题，因此，该方法是地外天体采样的重要手段之一。然而以往地外天体钻头多为硬质合金钻头，对于钻进坚硬岩层具有一定的局限性。金刚石钻进是一种比较先进的回转钻进技术，在油气勘探和地质勘查中应用广泛，是钻进坚硬岩层的利器。本文针对坚硬花岗岩开展了金刚石钻头的干式钻进试验研究，探讨了钻进参数及钻头种类等对钻进过程热特性的影响。研究结果显示：PDC钻头的升温速率较常规表、孕镶取心钻头更低，约为常规孕镶钻头的1/2；PDC取心钻头在适宜的工艺参数下，可实现花岗岩的干式钻进；干式钻进中转速对金刚石钻头升温的影响较大，且呈现非线性增长趋势；钻头在空气中的降温曲线整体呈现指数下降趋势。在300 ℃降温至100 ℃过程中，降温速率≥60 ℃/min。该研究成果可为科学设计与合理使用干式钻进钻头提供依据。

摘要:随着深部矿产资源的勘探开发与利用的不断发展，孔底环境更加复杂，孕镶金刚石钻头作为地质钻探的专用工具，复杂的深部硬岩地质环境对孕镶金刚石钻头性能也提出更高的要求。孕镶金刚石钻头的碎岩效率及寿命与其碎岩单元性能息息相关，本文对深部硬岩钻进中孕镶金刚石钻头的钻进磨损响应研究现状进行综述，目前研究还不够完善，仍需进一步开展微观深入分析，厘清响应机制。在此基础上，讨论了近年来碎岩单元的创新设计进展，重点从胎体内部结构强化及异形孕镶唇面结构等方面总结分析不同强化方式对切削单元强度、磨损量、钻进效率的影响，研究结果表明确实可以有效提高深部硬岩孕镶钻头的切削效率和工作寿命。从延寿增效的角度讨论了适用于深部硬岩钻进的孕镶金刚石钻头碎岩单元强化方向，为深部地质钻探用孕镶金刚石钻头的设计与制造提供参考。

摘要:深部钻探的复杂钻进条件对孕镶金刚石钻头的性能提出了更高的要求。为了提高电镀金刚石钻头的使用范围，研究了MnCl2和丁炔二醇乙氧基化合物（BEO）对镍基镀层表面形貌、显微硬度和热稳定性的影响，对比研究了300 ℃退火1 h后纯Ni金刚石钻头、Ni-Mn金刚石钻头和添加BEO的Ni-Mn金刚石钻头的钻进性能。结果表明，300 ℃退火1 h后的纯Ni镀层显微硬度下降到300 HV。以此镀层为胎体的金刚石钻头由于胎体耐磨性过低，导致金刚石过早脱落，钻头寿命只有2.94 m。Ni-Mn镀层和添加BEO的Ni-Mn镀层都具有良好的热稳定性，300 ℃退火1 h后硬度分别提高到640 HV和693 HV。Ni-Mn胎体电镀金刚石钻头在退火后兼有合适的钻进寿命和钻进效率，钻头寿命可以达到4.67 m。而添加BEO的Ni-Mn胎体金刚石钻头在本文试验中由于胎体硬度过高，导致金刚石无法正常出刃而失效。

摘要:针对水平定向钻进坚硬地层效率低的问题，通过利用FeCoCu预合金胎体的硬脆性以及硬质颗粒碳化硅弱化胎体的特点，提高钻头的自锐性。采用分层结构设计，将高、低耐磨性胎体层沿钻头径向方向交替排布，其中高、低耐磨性胎体层厚度分别为2.5~3.5 mm和1.0~1.5 mm，可实现高、低耐磨性胎体层同步磨损，提高钻进效率。将FeCoCu预合金胎体和分层式胎体结构相结合，研制的孕镶金刚石钻头成功应用于水平定向钻进勘察工程坚硬钾长花岗岩地层，平均机械钻速0.8~1.5 m/h，钻头使用寿命为30~40 m。与普通同心圆尖齿钻头相比，机械钻速提高约1倍，寿命提高30%以上。

摘要:高性能孕镶金刚石钻头的研制是钻探工程尤其是深部坚硬地层提高钻探效率、降低钻探成本的关键手段之一。本文从钻头胎体、结构和制造工艺三方面综述了孕镶金刚石钻头设计与制造的新技术,针对钻头胎体设计,介绍了胎体对金刚石把持力的调控研究,特别是胎体强化和胎体弱化这两大方向,并阐述了胎体自润滑钻头的设计机理；从唇面结构和水路系统的设计等方面论述了孕镶金刚石钻头结构设计的新思路；讨论了典型孕镶金刚石钻头设计技术,分析了钻头制造工艺现存的问题,并认为未来采用3D打印制造复杂结构孕镶金刚石钻头具有广阔的应用前景。对及时了解和掌握国内外孕镶金刚石钻头设计与制造技术和理论的最新进展,加快高性能孕镶金刚石钻头的研发具有重要意义。

摘要:本文介绍了有序排列金刚石工具与传统工具对比的优势，以及有序排列金刚石工具发展的国内外现状。通过介绍有序排列金刚石工具在工程上以及地质油气勘探方面的应用，揭示了实现有序排列金刚石设计的方法，包括真空法、粘胶法、真空吸附多工位法及包裹球法，对我国深部固体矿产及油气勘探用金刚石钻头的设计与制造具有一定借鉴意义。

摘要:孕镶金刚石钻头高速回转钻进是深地硬岩取心钻进的主要方法之一，虽然其广泛应用于各个领域，但仍存在钻进性能不稳定、钻头磨损异常等问题，原因在于对钻头-岩石界面规律及动态磨损过程的认知仍然不够清晰。本文综述了目前对孕镶金刚石钻头碎岩力学响应模型的研究现状，总结了钻头磨损机制在不同钻进规程参数下与碎岩方式和钻进速度间的关系，孕镶金刚石钻头磨损失效机制可以概括为钻头-岩石界面二体磨损和三体磨损的循环过程。介绍了国内外学者对超过常规转速区间下临界钻进规程的研究，新规程的探索对孕镶金刚石钻头高速钻进的发展具有重要意义。

摘要:随着钻进深度的加深，破碎硬岩地层愈发困难，提高转速成为硬岩地层快速有效破碎的可行方法之一。孕镶金刚石钻头在硬岩层中具有较好的应用效果，常规转速下孕镶钻头与岩石之间相互作用机理较为完善，超高转速下也有相应的应用和研究基础，但碎岩机理尚未完全清晰。为探究常规速度至超高速下单粒金刚石对岩石的切削力和硬岩的破碎变化情况，以孕镶钻头和岩石相互作用界面响应模型为基础，利用ABAQUS软件建立单粒金刚石切削岩石的二维模型，并提出一种近似分析方法，并进一步推导单粒金刚石受力表达式。结果表明：（1）单粒金刚石对岩石的切削作用主要集中在切削具与岩石接触界面的中上部，高速下比常规切削速度下单粒金刚石受切削力减小，且主要作用部位受到切削速度改变的影响。（2）金刚石颗粒作用岩石中存在塑性破坏和脆性破坏且两种破坏模式交替产生，超高速下岩石产生脆性破坏的比例相比于常规切削速度有所增加，且超高速下切削力波动范围更小，岩石破碎所需的能量更少。（3）提出一种孕镶金刚石钻头碎岩响应近似分析方法，将产生碎岩作用的金刚石颗粒等价为具有“刀尖”和“前、后刀面”的切削具进行分析，推导得到单粒金刚石受力表达式，其受力与切削速度、切削深度等因素有关。研究结果可以为提高转速切削硬岩地层的进一步研究及应用提供依据和参考。

摘要:随着资源勘探和地球科学探测不断向深部发展，钻探作为直接获取地下实物信息唯一的技术方法受到越来越多的关注，也促进了破碎岩石的金刚石钻头技术的进步。本文从科普的角度介绍了金刚石钻头，以及其分类、工作过程和应用。

摘要:地应力监测孔作为地应力测量与监测的基础场所，钻探施工的质量直接影响到地应力测量试验的效果，扩孔的质量更是决定地应力监测仪器能否顺利安装以及后期监测仪器能否正常工作的关键因素。本文以京津冀协同发展区地应力监测孔钻探施工为例，详细介绍了地应力监测孔的施工工艺，包括取心钻具组合、金刚石钻头选择、组装式扩孔钻头分级扩孔钻进等，对保证钻孔垂直度和同心度、降低钻孔孔径误差、保证岩心采取率，以及提高监测孔扩孔效率和质量等关键技术提出了一些具体措施，并取得了良好的钻探效果，对今后地应力监测孔的钻探施工具有重要的指导作用。