鉆頭

鉆頭是鉆井設(shè)備的主要組成部分，其主要作用是破粹巖石、形成井眼。旋轉(zhuǎn)鉆頭是目前石油行業(yè)普遍使用的鉆頭，在機(jī)械的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)鉆頭會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)整個(gè)鉆頭產(chǎn)生向心運(yùn)動(dòng)，并通過侵削、研磨使巖石發(fā)生裂痕并破碎，起到向下鉆探的作用。鉆頭是主要的鉆井設(shè)備之一，根據(jù)工作環(huán)境、地域環(huán)境的不同，鉆頭的規(guī)格、形狀也應(yīng)當(dāng)有所不同，在進(jìn)行石油鉆井工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)以具體需要、具體設(shè)計(jì)方案為根據(jù)，合理地、科學(xué)地選擇鉆頭 。在具體的鉆井工作中科學(xué)選擇鉆頭、合理確定鉆井液，從而提高石油鉆井的工作效率、工作質(zhì)量，才能使石油鉆井更好地發(fā)揮自身的價(jià)值，為促進(jìn)石油事業(yè)的發(fā)展作出一定的貢獻(xiàn)。

目前石油行業(yè)使用的鉆頭有很多種類，以不同的鉆進(jìn)方式為根據(jù)對(duì)鉆頭進(jìn)行分類，可以將其分為金剛石鉆頭、牙輪鉆頭與刮刀鉆頭，這三種鉆頭是最基本的鉆頭形式。在這三種鉆頭中，在石油鉆探工作中應(yīng)用最為普遍、最為廣泛的一種是牙輪鉆頭，其應(yīng)用程度也比較深。將這三種鉆頭進(jìn)行對(duì)比，使用范圍最小的一種鉆頭是刮刀鉆頭。本文主要介紹的是金剛石鉆頭與牙輪鉆頭 。

鉆頭金剛石

切削刃使用的是金剛石材料的鉆進(jìn)刀具就是金剛石鉆頭，金剛石鉆頭的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠適應(yīng)研磨性較高、地質(zhì)較硬的地層，切割性能也比較優(yōu)良。在高速鉆探方面具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。

以所適應(yīng)地層的差異為根據(jù)，可以將金剛石鉆頭分為普通金剛石鉆頭、聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭兩大類。在這兩大類之中，普通金剛石鉆頭適用于研磨性較高、地質(zhì)較硬、地質(zhì)復(fù)雜的地層；聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭能夠被廣泛的應(yīng)用于硬質(zhì)地層、軟質(zhì)地層、軟硬適中的地層，其應(yīng)用范圍十分廣泛。刀片的不同是這兩種金剛石鉆頭的主要差別所在。

聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭主要有四個(gè)組成部分，即金剛石復(fù)合片、噴嘴、胎體以及鉆頭體；普通金剛石鉆頭主要有四個(gè)組成部分，即金剛石顆粒、噴嘴、胎體以及鉆頭體。因?yàn)榻饎偸@頭的切割性能比較優(yōu)良，因此在選擇金剛石鉆頭當(dāng)做石油鉆井工具時(shí)，能夠高速鉆探，也能夠在一定程度上擴(kuò)大鉆深。在使用金剛石鉆頭進(jìn)行石油鉆井作業(yè)的過程中，需要高度注意的有以下幾個(gè)方面：

第一，金剛石鉆頭的價(jià)格比較高，因此在使用時(shí)應(yīng)小心操作，降低損壞程度；

第二，金剛石鉆頭在熱穩(wěn)定性方面具有一定的缺陷，因此在使用時(shí)要保證鉆頭的冷卻性能、清洗情況；

第三，其質(zhì)地比較脆，因此金剛石鉆頭的抗沖擊性能會(huì)比較差，應(yīng)該嚴(yán)格按照金剛石鉆頭的相關(guān)規(guī)程來進(jìn)行嚴(yán)格的、規(guī)范的操作 。

鉆頭牙輪

以牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)為依據(jù)，可以將其分為水眼、軸承、巴掌、牙輪以及鉆頭體這五個(gè)部分。如果是密封噴射式的牙輪鉆頭，在一般情況下還包括儲(chǔ)油補(bǔ)償系統(tǒng)這一部分。螺紋一般會(huì)在牙輪鉆頭的上部，鉆柱與螺紋進(jìn)行相互連接，鉆頭下部會(huì)存在牙輪，其上帶有三個(gè)巴掌，牙輪軸上裝上牙輪，牙輪軸與各個(gè)牙輪之間裝有軸承，牙輪會(huì)通過其自身所帶的切削齒進(jìn)行破碎巖石工作。鉆井液的通道就是鉆頭的水眼。在進(jìn)行石油鉆井工作的過程中，通過鉆進(jìn)過程中的橫向剪切作用、縱向振動(dòng)作用，牙輪鉆頭會(huì)實(shí)現(xiàn)破碎巖石的目的，從而能夠提升鉆井速度。

在選擇牙輪鉆頭當(dāng)做石油鉆井工具時(shí)，需要按照鉆井設(shè)備的實(shí)際情況、地層的實(shí)際條件以及相鄰油井的地質(zhì)資料、地層資料來進(jìn)行牙輪鉆頭的選型。在進(jìn)行選擇時(shí)，需要考慮的問題主要有以下幾點(diǎn)：

首先，應(yīng)考慮鉆井地層中的軟硬交錯(cuò)情況是否存在；

其次，應(yīng)考慮在石油鉆井工作中是否需要防斜鉆進(jìn)、曲線作業(yè)；

再次，應(yīng)考慮同一油井中的不同鉆進(jìn)井段的實(shí)際深淺情況；

最后，應(yīng)考慮鉆井地質(zhì)、地層的可研磨性以及軟硬程度 。

PDC鉆頭是當(dāng)今石油和天然氣勘探開發(fā)行業(yè)廣泛使用的一種破巖工具，它有效地提高了機(jī)械鉆具，縮短了鉆井周期 。

金剛石復(fù)合片（PDC—Polycrystalline DiamondCompact）是采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金襯底為原料，在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成的復(fù)合超硬材料，它既具有金剛石的硬度與耐磨性，又具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌性，是一種卓越的切削工具與耐磨工具材料，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于金屬與非金屬切削刀具、木材加工刀具、石油與天然氣鉆頭等許多領(lǐng)域。PDC研發(fā)及其在石油、天然氣鉆頭方面的應(yīng)用歷史已過去了35年，在這漫長(zhǎng)的旅程中許多科學(xué)研究者為此作出了杰出的貢獻(xiàn)。

在PDC研發(fā)方面，GE公司1970年公布，1972～1973年正式進(jìn)行商品化生產(chǎn)的Compax具有劃時(shí)代意義，而該公司1976年叉推出了專用于石油、天然氣的PDC系列產(chǎn)品——Stratapax鉆井鉆頭用PDC，為鉆頭的研制提供了良好的基礎(chǔ)。自此以后許多PDC制造公司在技術(shù)創(chuàng)新上也取得了重大進(jìn)展，其中美國(guó)合成公司（US Synthetic）制造的金剛石層更厚、更耐沖擊的PDC于20世紀(jì)90年代中期進(jìn)入鉆井市場(chǎng)后，使PDC鉆頭的鉆井效果顯著提高。1997年該公司即成為了市場(chǎng)份額的領(lǐng)頭羊。

我國(guó)鄭州三磨所于1987年研制成功PDC并逐步進(jìn)入鉆井市場(chǎng)，雖然產(chǎn)品性能還不完美，但其卻以極低廉的價(jià)格贏得了我國(guó)剛起步的鉆頭制造業(yè)的青睞。

1992年鄭州新亞復(fù)合超硬材料有限公司建成投產(chǎn)后，對(duì)PDC的制造技術(shù)作了持續(xù)不斷的改進(jìn)，使PDC的性能有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

PDC石油、天然氣鉆頭的開發(fā)與應(yīng)用也可追溯到30多年前，1973年Tulsa大學(xué)鉆井研究中心與GE公司所進(jìn)行的最初的平面PDC鉆頭設(shè)計(jì)以及在美國(guó)幾大油田進(jìn)行的幾次現(xiàn)場(chǎng)鉆井試驗(yàn)具有開創(chuàng)性、里程碑性的重大意義。自此以后，鉆頭制造商也不斷在鉆頭設(shè)計(jì)、制造與使用諸多方面作了不懈的努力和持續(xù)的改進(jìn)，才得以使PDC鉆頭在石油、天然氣鉆井中廣泛推廣，并給PDC及其鉆頭制造業(yè)、石油與天然氣開采業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

1985年我國(guó)四川石油管理局與美國(guó)克里斯坦森（Eastman Christensen）公司合資建立了川石一克里斯坦森金剛石鉆頭公司。

1994年新疆石油管理局與Halliburtos的secarity DBS公司合資建立了新疆一帝陛艾斯鉆頭工具公司，這兩家企業(yè)都利用了國(guó)外成熟的PDC鉆頭制造技術(shù)，有力地促進(jìn)了我國(guó)PDC鉆頭的制造與應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步、促進(jìn)了PDC鉆頭在我國(guó)各大油田的推廣和普及 。

在PDC的生產(chǎn)技術(shù)尚未成熟，或者說PDC鉆頭剛開始開發(fā)之前的一段時(shí)間，就有廠家用無(wú)硬質(zhì)合金襯底的聚晶人造金剛石取代天然大顆粒金剛石來制造表鑲鉆頭。聚晶體的形狀有一端為圓錐的圓柱形、三角塊形、圓片形及矩形、塊形等多種，如GE公司的Geoset、Fomset，De Beers公司的Syndax3以及鄭州三磨所的TSP，它們的共同特點(diǎn)是具有高熱穩(wěn)定性，即耐1000℃～1100℃的高溫，可直接燒結(jié)到由碳化鎢粉未及粘結(jié)金屬組成的鉆頭胎體的冠部作為鉆齒，破碎與切削地層。

1969～1975年鄭州三磨所分別生產(chǎn)了幾種不同直徑的JR20SN-2聚晶體，首先用于保徑的孕鑲鉆頭和擴(kuò)孔器的制造，鉆進(jìn)礦山7級(jí)以下的地層，而后用6×6mm聚晶體制造石油刮刀鉆頭，在勝利油田進(jìn)行試驗(yàn)，以鉆進(jìn)同一井深2400m為例，聚晶刮刀鉆頭與硬質(zhì)合金刮刀鉆頭相比，每口井可節(jié)約1.1～1.2萬(wàn)元，并節(jié)省78%的時(shí)間；聚晶刮刀鉆頭與牙輪鉆頭相比，節(jié)省成本50%以上，鉆井時(shí)間減少5～8天。另外1.8×5mm聚晶體制造的地質(zhì)取芯鉆頭、擴(kuò)孔器以及2.5×5mm聚晶體用于冶金、煤田及地質(zhì)孕鑲鉆頭的保徑，其效果也與天然金剛石相近。

在20世紀(jì)80年代初期我國(guó)自主研發(fā)的PDC尚未成功之前，6×6mm聚晶體曾大量用于石油、天然氣鉆井的取芯鉆頭和西瓜皮式的全面鉆進(jìn)鉆頭。三角塊形聚晶也曾大量用于制造中硬至硬地層（如石灰?guī)r、白云巖）、輕微研磨性地層的取芯或全面鉆進(jìn)鉆頭。自90年代國(guó)產(chǎn)PDC大規(guī)模生產(chǎn)之后，聚晶人造金剛石逐漸退出了鉆井市場(chǎng)，被PDC全面取代。

石油、天然氣鉆井用PDC鉆頭的研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)歷了一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，早期PDC的抗沖擊性不高、存在分層現(xiàn)象，加上鉆頭設(shè)計(jì)制造方面存在問題及石油、天然氣鉆井具有風(fēng)險(xiǎn)性，占據(jù)鉆井市場(chǎng)較大份額的牙輪鉆頭制造廠商表現(xiàn)不是那么積極，因此PDC鉆頭的研發(fā)和應(yīng)用遇到了較大的困難與阻力。

美國(guó)在1973～1975年間采用GE公司生產(chǎn)的8.38×2.8mm、金剛石層為0.5mm厚的PDC（Compax）焊接到硬質(zhì)合金齒柱上再安裝到鋼體鉆頭上進(jìn)行試驗(yàn)，大量的原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：PDC可取代用于鉆進(jìn)最硬和磨蝕性很高的巖石的表鑲鉆頭上的天然金剛石。但考慮到PDC的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)以及石油、天然氣地層大都為軟一中硬地層，于是鉆頭制造廠商把PDC應(yīng)用重點(diǎn)放到了具有重大市場(chǎng)前景的石油鉆井市場(chǎng)。美國(guó)Tulsa大學(xué)鉆井研究中心參與了最初的平面PDC鉆頭設(shè)計(jì)，并對(duì)PDc本身進(jìn)行了關(guān)鍵性試驗(yàn)。在此期間GE公司在南得克薩斯州、科羅拉多州、猶他州、上密歇根州進(jìn)行了4只PDC鉆頭的試驗(yàn)，暴露了PDC柱齒、鉆頭設(shè)計(jì)與制造方面的一些問題。

初期試驗(yàn)存在的問題解決后，1976年12月GE公司推出了鉆頭專用PDC系列產(chǎn)品Stratapax，其性能有所改進(jìn)，更耐沖擊，也更有利于固定到鉆頭體上。與此同時(shí)Diamant B0art公司在波斯灣和北海鹽巖中、East.man Christensen公司在北海也進(jìn)行了一些較為成功的PDC鉆頭試驗(yàn)。

通過上述初步探索性試驗(yàn)之后，80年代末一直到現(xiàn)在，PDC制造廠對(duì)PDC進(jìn)行了一系列的改進(jìn)與創(chuàng)新，使PDC的各項(xiàng)性能得到了很大提高，而各大鉆頭公司隨著能源市場(chǎng)的景氣、原油價(jià)格的不斷創(chuàng)新高，他們與石油公司一起積極開發(fā)了一系列新型PDC鉆頭，改善了使用效果與擴(kuò)大了使用領(lǐng)域。

90年代起，從鉆頭水力學(xué)角度出發(fā)，通過完善鉆井泥漿以控制頁(yè)巖中鉆頭泥包現(xiàn)象獲得了成功，使解決鉆進(jìn)頁(yè)巖夾層存在的問題獲得了突破性進(jìn)展。PDC鉆頭的最大發(fā)展是Amoco公司發(fā)現(xiàn)了鉆頭損壞的最主要原因是鉆頭旋轉(zhuǎn)偏擺（回旋）造成的，隨之發(fā)展了防鉆頭偏擺設(shè)計(jì)技術(shù)，各鉆頭制造廠從鉆頭設(shè)計(jì)角度出發(fā)對(duì)布齒結(jié)構(gòu)、刀翼結(jié)構(gòu)、鉆頭剖面形狀等采用了一系列防偏擺設(shè)計(jì)技術(shù)，將旋轉(zhuǎn)偏擺程度降低到最小。此外，Eastman Christensen公司將Amoco的防偏擺產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了商品化，采用了穩(wěn)定鉆頭工作裝置，使PDC在鉆進(jìn)時(shí)降低導(dǎo)致其破壞的劇烈偏擺載荷，正式推出了防旋轉(zhuǎn)偏擺鉆頭，這種鉆頭在多層（非均質(zhì)夾層）巖層鉆進(jìn)中更為有利。此外，鉆頭冠部形狀也由平面狀變?yōu)?～8刀翼甚至更多刀翼（螺旋形）的西瓜皮狀。

PDC鉆頭不斷提高與創(chuàng)新的另一原因是開發(fā)與應(yīng)用了更為現(xiàn)代、更為復(fù)雜的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)（CAD/CAM），并與實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證相結(jié)合，增加了鉆頭成功應(yīng)用的把握。在我國(guó)，PDC鉆頭的開發(fā)因?yàn)槭艿絇DC國(guó)產(chǎn)化的影響，相對(duì)美國(guó)要晚15年左右，在20世紀(jì)80年代中期，江漢鉆頭廠、大港總機(jī)廠鉆井研究所及北京石油大學(xué)等單位開始著手研發(fā)PDC鉆頭，1985年川石一克里斯坦森金剛石鉆頭公司與1990年新疆一帝陛艾斯鉆頭工具公司成立后分別引進(jìn)了國(guó)外成熟的PDC鉆頭技術(shù)及后續(xù)新技術(shù)，并采用GE、DeBeers、USS公司生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定可靠的PDC，它們制造的鉆頭在鉆井中均有卓越的表現(xiàn)，為我國(guó)PDC鉆頭的開發(fā)與應(yīng)用迅速鋪平了道路，展現(xiàn)了PDC鉆頭在石油、天然氣鉆井市場(chǎng)的光明前景。但因鉆頭成本過高及售價(jià)昂貴，其應(yīng)用主要在新疆地區(qū)油田及海洋油田鉆井中推廣。

1988年鄭州三磨所自主研制的價(jià)格十分低廉的PDC投放市場(chǎng)后，加速了我國(guó)PDC鉆頭國(guó)產(chǎn)化的步伐，先后出現(xiàn)了江漢鉆頭廠鉆井研究所、大港石油總機(jī)廠、勝利油田鉆井院、大慶石油管理局鉆頭廠等一批PDC鉆頭制造廠，完全國(guó)產(chǎn)化的PDC鉆頭在大慶油田、中原油田、大港油田、勝利油田、遼河油田、吉林油田等地區(qū)得到了推廣和普及。

由于20世紀(jì)90年代初國(guó)產(chǎn)PDC的性能還不令人滿意以及部分鉆頭廠家鉆頭設(shè)計(jì)與制造水平相對(duì)較低，鉆井效果尚不太理想，直到鄭州新亞復(fù)合超硬材料有限公司投產(chǎn)后，在PDC制造技術(shù)上堅(jiān)持不懈地進(jìn)行研究和創(chuàng)新，產(chǎn)品的規(guī)格與國(guó)外產(chǎn)品一致，產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性提高，才基本上滿足國(guó)內(nèi)外鉆頭客戶用于鉆進(jìn)軟一中硬地層鉆頭的技術(shù)要求，目前該公司主要致力于開發(fā)適合于硬地層、夾層、深井等難攻地層鉆頭用的PDC。另外，在鉆頭制造方面，除川石一克里斯坦森金剛石鉆頭公司、新疆帝陛艾斯鉆頭工具公司外，又涌現(xiàn)了一批具有高質(zhì)量水平的鉆頭制造公司：如成都百施特金剛石鉆頭公司、武漢億斯達(dá)工具公司、成都迪普金剛石鉆頭公司及四川川石金剛石鉆頭公司等?？梢韵嘈?，不久的將來，國(guó)產(chǎn)PDC鉆頭的使用效果及應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)隨著PDC品質(zhì)的改善以及鉆頭設(shè)計(jì)、制造水平的提高而迅速進(jìn)步。

當(dāng)今，在世界鉆井市場(chǎng)上，在鉆頭制造技術(shù)與生產(chǎn)數(shù)量上占主導(dǎo)地位的知名公司有休斯（Baker Hughes）公司、DBS（HaIliburton的Secarity DBS）公司、史密斯（Smith International）公司以及瑞特（Hycalog Tool—Reed）公司四家 。

1）地層沉積年代遠(yuǎn)，地層硬度高、不均質(zhì)，部分層段研磨性高。

厚度在500m以上的自流井組，泥頁(yè)巖，砂巖互層，砂泥巖致密，硬度高，須家河段為泥巖夾石英砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)，巖石硬度達(dá)7級(jí)；二疊系陽(yáng)新統(tǒng)地層巖石可鉆性級(jí)值為4.7～7.5，巖石軟硬變化大，因高圍壓作用，二疊系灰?guī)r硬度高出三疊系3倍以上，且央帶燧石結(jié)核，煤及黃鐵礦 。

2）井眼不穩(wěn)定。

川東高陡構(gòu)造井的上部沙溪廟組一珍珠沖組地層（井深0～2500m），巖性主要是砂，泥、頁(yè)巖互層。由于巖石水敏性強(qiáng)以及高陡構(gòu)造的地應(yīng)力聯(lián)合作用，使井眼很容易失穩(wěn)，井壁嚴(yán)重坍塌。為了平衡垮塌而提高鉆井液密度，導(dǎo)致機(jī)械鉆速大幅降低，如天東26井在沙溪廟組、自流井組地層鉆井中鉆井液密度提至1.35～1.63g/cm³，由高液柱壓力產(chǎn)生的“壓持效應(yīng)”使機(jī)械鉆速降至0.96m/h；二疊系的龍?zhí)督M、梁山組也極易垮塌。

3）地層傾角大，地層傾角8～55°，最高達(dá)85°，容易發(fā)生地層自然造斜。

為了控制井斜往往采取輕壓吊打的措施，從而大大降低了鉆井速度。

4）地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，從負(fù)壓到異常高壓相互交錯(cuò)，具有縱向上壓力系統(tǒng)的多樣性和橫向上壓力系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立性。

碳酸鹽巖氣藏有裂縫性、孔隙性和裂縫一孔隙性3類產(chǎn)層?？紫缎詺獠貕毫σ?guī)律性較清楚，基本表現(xiàn)為常壓，能實(shí)現(xiàn)平衡鉆井，如川東石炭系、長(zhǎng)興生物礁等。而裂縫性氣層壓力依賴于地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱及巖石本身的強(qiáng)度·規(guī)律性差，很難預(yù)測(cè)。鉆井時(shí)按有裂縫存在而采用高密度鉆井液鉆進(jìn)。導(dǎo)致過平衡影響機(jī)械鉆速，但采用低密度鉆井液快速?gòu)?qiáng)鉆，突遇裂縫井噴的風(fēng)險(xiǎn)很大。陽(yáng)新組、長(zhǎng)興組兩個(gè)高壓產(chǎn)層，由于壓力梯度高，巖石硬度大，并且地層深度深，鉆井液密度通常為1.50g/cm³；（云安6井最高壓力梯度達(dá)2.45MPa/hm，鉆井液密度2.41g/cm³），致使鉆速長(zhǎng)期徘徊在1.00m/h左右。

5）大尺寸井眼長(zhǎng)。

川東地區(qū)大于

當(dāng)取心方式、工具確定之后，通常根據(jù)取心鉆頭型號(hào)與技術(shù)規(guī)范及所對(duì)應(yīng)的地層類別確定取心鉆頭類型，然后參考地層可鉆性級(jí)值與鉆頭類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步確定具體的取心鉆頭型號(hào)。

1．從巖心成形出發(fā)選擇鉆頭

從巖心成形來看，在軟而松散的非膠結(jié)地層取心，不宜選用多次成形的取心鉆頭。多次成形的取心鉆頭，當(dāng)鉆頭接觸井底平面，開始鉆進(jìn)的時(shí)候，會(huì)在井底先形成直徑較大（大于鉆頭體內(nèi)徑）的巖心。它不能立即進(jìn)入鉆頭體或內(nèi)巖心筒，只是在鉆壓的繼續(xù)作用下，連續(xù)切削較大直徑的巖心，最終形成所需直徑的巖心柱并進(jìn)入鉆頭體或內(nèi)巖心筒。如果選用這類鉆頭，在多次成形的過程中，巖心必然受到鉆壓、鉆具擺動(dòng)等外力的多次作用，極易發(fā)生巖心破碎，阻礙巖心入筒或造成巖心入口堵塞卡死。但是，在充分扶正鉆頭和取心工具以后，由于這類鉆頭的切削部分可以產(chǎn)生錐形井底，有助于保持井眼垂直；同時(shí)，在需要更大鉆壓的較硬地層中鉆進(jìn)，鉆頭工作面逐漸過渡成圓形（或者有一個(gè)較大的頂部半徑），能保證有足夠的切削刃分擔(dān)負(fù)荷，以防止不正常的磨損和過熱。

近似于一次成形的取心鉆頭，由于其頂部圓半徑較大，可以將鉆進(jìn)硬透鏡體夾層的影響減弱到最低限度。一次成形就是當(dāng)取心鉆頭接觸井底平面，開始鉆進(jìn)的時(shí)候，巖心立即形成與鉆頭體內(nèi)徑相等或略小的巖心柱而進(jìn)人內(nèi)巖心筒并受到保護(hù)的成形過程。

2．根據(jù)巖石性質(zhì)選擇鉆頭

松軟地層，由于巖石可鉆性好，機(jī)械鉆速高，一般可選用切削型取心鉆頭，包括切削刃較長(zhǎng)、較稀的PDC取心鉆頭。中硬地層，由于巖心成柱性好，鉆速中等，是進(jìn)行中長(zhǎng)筒取心的有利地層，一般選用微切削型取心鉆頭，包括布齒較密的PDC取心鉆頭，圓柱形、三角形及片狀等熱穩(wěn)定聚晶人造金剛石取心鉆頭以及各種天然金剛石取心鉆頭。這類鉆頭多為胎體結(jié)構(gòu)，工作面呈單錐曲面、雙錐曲面，還有平頂、圓弧形、淺拋物面等形狀。硬地層取心，由于地層巖石硬度高，研磨性強(qiáng)，可選用胎體結(jié)構(gòu)、工作面多為半圓曲面、低出刃或孕鑲的研磨型取心鉆頭。根據(jù)地層硬度，布齒方式有格狀布齒、同心圓布齒及背鑲布齒三種方式，高低壓水道、輻射狀水道以及內(nèi)規(guī)徑處的水道均有利于鉆頭的清洗和冷卻。