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我们把不采取岩心，对孔底岩石进行全面破碎的钻头称为全面钻头。使用全面钻头不受回次进尺的限制，可节约大量升降钻具和取心的辅助作业时间，因此在油气钻井、水井钻探和工程施工钻井中得到广泛应用。随着物探测井技术的完善，在地质钻探工作中也逐渐部分地取代取心钻进。全面钻头包括硬质合金全面钻头、金刚石全面钻头、钢粒全面钻头、牙轮钻头和螺旋钻头等。钻头的选择主要取决于岩石的可钻性，它们大致的适用范围是：Ⅰ～Ⅴ级以螺旋钻头和硬质合金翼片钻头为主；Ⅳ～Ⅸ级以金刚石和针状硬质合金全面钻头为主，也可用牙轮钻头；Ⅷ～Ⅻ级以牙轮钻头或钢粒全面钻头为主。由于牙轮钻头前已论述，钢粒全面钻头较少使用，故本节着重讨论硬质合金和金刚石全面钻头的结构。这两种钻头的破岩机理也与取心钻头类似，故不再重复。 1. 翼片式全面钻头 翼片式全面钻头主要包括刮刀钻头和翼片钻头，前者钻头刀翼锻制成曲面形，且有正斜镶的切削具和较小的刃尖角，多用于钻进松软、软岩层的工程钻、水井钻及石油钻；后者的翼片沿钻头母线方向焊接于钻头体上，切削具采用直镶，多用于钻进较软和部分中硬岩层的地质勘探孔。翼片式全面钻头以其刀翼数量命名，如三刀翼的称为三刮刀钻头或三翼钻头，两刀翼的常叫做鱼尾钻头。 |
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| 图4-34 刀翼的结构角 |
| 1.1 刀翼的结构角 刀翼的结构角（图4-34）包括刃尖角、切削角、刃前角和刃后角。 刃尖角β是刀翼{jd0}前后刃之间的夹角，它表示刀刃的尖锐程度。从切入岩石和提高钻速出发，β应该越小越好，但β角太小刀翼强度不能保证。一般岩石软时，β角可以稍小，可取为10°或8°～9°；岩石较硬时，β角应适当增大，平均为12°～15°；夹层多，孔较深时，β角也应适当增大。 切削角α是刀翼前刃与水平面之间的夹角，在其他条件一定时，α角越大，吃入深度越深，但α角过大时，刃前岩石的剪切破碎困难，钻进时蹩劲大。对于软地层α角应小一些，对硬地层α角大一些。一般规律是：松软地层α=70°；软地层α=70°～80°；中硬地层α=80°～85°。 刃后角ψ=α-β。刃后角必须大于孔底角γ（刀翼以螺旋面的运动轨迹吃入岩石，螺旋面与水平面的夹角为γ），以免刀翼背部直接与孔底接触而影响钻速。 1.2 刀翼背部几何形状 钻头工作时，刀翼的受力类似于悬臂梁，根据等强度要求，刀翼背部应成抛物线形状，即刀翼的厚度随距刃尖的距离增加而逐渐增厚。 1.3 刀翼底部几何形状 刀翼底部有平底、正阶梯、反阶梯和反锥形几种形状（图4-35）。底部形状不同，破碎岩石形成的孔底形状也不同。平底刀翼形成的孔底只有一个裸露自由面，而阶梯钻头可形成较多自由面。实验表明，在轴向压力一定的条件下，阶梯刮刀钻头的钻速比平底钻头快，而所需的扭矩和功率消耗比平底钻头低。 |
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| 图4-35 刀翼底部几何形状 (a)-平底； (b)-正阶梯； (c)-反阶梯； (d)-反锥形 |
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虽然多阶梯钻头破岩效率高，但正阶梯［如图4-35(b)］容易磨损成锥形，而使钻孔缩径。反阶梯刮刀钻头可在一定程度上解决缩径问题，但刀翼外侧底刃既起掏槽作用又起保径作用，蹩钻严重。大庆油田根据反阶梯钻头的特点，设计了反锥形刮刀钻头，刀翼的底刃可设计一个或两个斜面，使孔底形成一两个截锥体。 1.4 提高刀翼的耐磨性 为保证足够的强度，钻头的刀翼一般用高强度合金钢锻制而成。在刀翼表面平铺一层YG8硬质合金块以增强刀翼的耐磨性和防止泥浆对刀翼的冲刷。刀翼的侧部镶焊YG-8硬质合金以保径。 1.5 典型翼片钻头举例 (1) 常用的二翼、三翼钻头（图4-36）适用于可钻性Ⅰ～Ⅳ级的岩层。其中三翼钻头在大口径钻进中得到广泛的应用，它的钢体上装有可更换喷嘴的水眼［图4-36(c)］。 |
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| 图4-36 翼片钻头 (a)-二翼钻头; (b)-三翼钻头; (c)-带喷嘴的三翼钻头； 1-标记槽； 2-钻头钢体； 3-螺纹； 4-水眼；5-翼片； 6-硬质合金薄片； 7-刮刀； 8-喷嘴 |
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| 图4-37 三翼片阶梯钻头 |
| (2)
三翼片阶梯钻头（图4-37）可用于地勘孔钻进Ⅲ～Ⅳ级页岩，部分Ⅴ级砂页岩和灰岩。阶梯翼片直焊在钻头体上，根据不同岩性取不同的翼片偏离中心距，以保证在中心处能剪切碎岩不留下小岩心。 （3）针状自磨式全面钻头（图4-38）可做成三翼、四翼或六翼，耐磨性能好。随着翼片的磨损切削具与岩石的接触面积不变，使钻速保持均匀，一次钻程可达4～8h。适宜在Ⅴ～Ⅶ级的研磨性岩层中钻进小口径深孔。 |
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| 图4-38 六翼针状自磨式全面钻头 |
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| 图4-39 双腰带笼式钻头 1-心管; 2-斜支杆; 3-上导正圈; 4-肋骨; 5-支柱; 6-横支杆; 7-下导正圈; 8-肋骨; 9-翼板; 10-刀体; 11-接头; 12-小钻头 |
| 2. 笼式全面钻头 近年来，在大口径钻孔灌注桩的施工中大量使用笼式全面钻头，又称双腰带笼式钻头。它适用于粘土、粉砂、细砂、中粗砂和含少量砾石的土层。 2.1 笼式全面钻头的结构 该钻头由中心管、翼板、上下导正圈（俗称"腰带"）、 立柱、横支杆、斜支杆和超前小钻头等组成（图4-39）。上下导正圈的距离不小于钻头直径，在上下导正圈的外圆柱面上加焊带硬质合金的肋骨，以扩大孔径，修圆钻孔。翼板按一定的角度焊在下导正圈的内壁上，在翼板上直接镶焊硬质合金切削具，或者用螺栓将焊有切削具的刀头紧固在翼板上，成为可拆换式切削具。翼板的数量视钻头直径φ而定：φ800mm钻头用4片；φ1 000mm钻头用4～6片；φ1 200mm以上钻头用6片。 2.2 笼式钻头的特点 (1) 由双腰带和立柱、支柱组成的具有一定高度的圆笼，对钻头具有良好的导正作用，超前的四翼锥形小钻头主要起定向作用（并保护出浆口不被阻塞），使钻头工作平稳，扩孔率也小，钻孔的垂直精度较高。 (2) 钻头底部呈锥形、阶梯状，端部有小钻头超前钻进，故孔底破岩自由面大，钻效高。 (3) 小钻头可对砂砾层起松动作用，少量不易破碎的卵砾石可挤进圆笼内，不妨碍继续钻进。 3. 螺旋钻头 干式螺旋钻分为长螺旋钻和短螺旋钻两种形式，它们在土层中成孔速度快，无冲洗液，不污染环境，在工程施工中应用广泛。其中，长螺旋钻进靠分布在整个钻杆长度上的螺旋面把岩屑输送至地表，短螺旋只是在靠近钻头部分有螺旋叶片，每次把岩屑积聚在有限几个螺旋面上，然后与钻头一起提至地表，所以短螺旋钻对地层的适应性比长螺旋广。 3.1 平底螺旋钻头 平底螺旋钻头（图4-40）由心管、螺旋带（双头螺旋）、平刀与中心刃刀等组成，钻头的平刀长度比螺旋叶片的外径大10～20mm。该钻头适用于一般的土层。 3.2 耙式螺旋钻头 耙式螺旋钻头（图4-41）由心管、螺旋带（双头螺旋）、中心刃刀、切削刀齿等组成。该钻头在切削刀齿上镶焊硬质合金，适用于含有大量砖头、瓦块的杂填土层及松软岩层钻进。 |
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| 图4-40 平底螺旋钻头 |
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| 图4-41 耙式螺旋钻头 |
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