用金剛石及其制品作為碎巖材料制成的鉆頭。金剛石鉆頭適用范圍很廣，可鉆進巖石可鉆性為1～12級的各類地層，且鉆進效率高、鉆孔質量好，但鉆頭制造工藝復雜、成本較高、操作技術要求高。金剛石鉆頭由金剛石、胎體和鉆頭體三部分組成。金剛石是鉆頭的刃部，天然金剛石由于價格昂貴很少采用，一般多采用人造金剛石。胎體是鉆頭底部包鑲金剛石的一圈合金，其主要功用是牢固地包鑲金剛石顆粒并與鉆頭鋼體焊接在一起。胎體一般用碳化鎢粉末作為骨架材料，用銅鎳等金屬作為粘結材料，以粉末冶金方式制造，改變胎體的成分可以改變胎體的性能，以適應鉆進各種巖層的需要。胎體部分開有水口和水槽，供沖洗液流通。鉆頭體是指鉆頭鋼體部分，采用中碳鋼管材制造，上部車有螺紋與擴孔器下端相應螺紋連接，下端加工成楔形、階梯形、螺紋形或方形，以加強與胎體的粘結強度，便于胎體壓實，傳遞更大扭矩。鉆頭體分單管鉆頭鋼體和雙管鉆頭鋼體兩種。

金剛石鉆頭的結構要素包括金剛石品級、金剛石濃度、金剛石粒度、金剛石出刃、金剛石的分布和排列、胎體性能和成分、水路數目和形狀、底唇形式等。鉆頭的設計工作就是確定合理的結構要素，使鉆頭獲得良好的經濟技術效果。天然或人造金剛石鉆頭可用冷壓浸漬法、熱壓法、無壓浸漬法和電鍍法等方法加工。金剛石鉆頭按金剛石包鑲形式，分為表鑲、孕鑲和復合片鉆頭；按鉆頭用途，分為取心、不取心、繩索取心和專用鉆頭等。

常用的有四牙輪和六牙輪取心鉆頭兩種。四牙輪取心鉆頭的牙輪有圓錐狀與圓柱狀兩種型式； 六牙輪取心鉆頭的牙輪都是柱狀。為了使鉆頭旋轉平穩，取心鉆頭的內孔與鉆頭外圓應力求同心，防止偏心，內孔切出的巖心應是一個正圓，不得呈橢圓。牙輪的排列要對稱，且各牙輪底必須在與鉆頭軸線相垂直的同一平面上。牙輪上齒的大小、多少及排列應隨所鉆巖性不同而異。

專用于鉆取巖心的鉆頭。根據其結構及制造材料的不同，一般可分為牙輪取心鉆頭、金剛石取心鉆頭和硬質合金取心鉆頭三類。由于地層的軟硬和可鉆性及研磨性的不同，取心鉆頭的種類也很多，在結構上的差別也很大，設計的正確與否直接影響鉆進速度和巖心收獲率。為了提高巖心收獲率，要求鉆頭工作平穩，因此鉆頭的切削刃應該對稱分布，底刃面應與鉆頭中心線相垂直，切削刃的耐磨性應該一致，避免由于鉆頭的歪斜和偏磨而破壞或折斷巖心。此外，取心鉆頭水眼的位置應盡可能避免使鉆井液直接沖擊到巖心上。

鑲嵌有硬質合金切削具的鉆頭。又稱硬合金鉆頭。它適用于中硬以下和部分研磨性較弱的硬地層鉆進。鉆探用硬質合金切削具是碳化鎢和金屬鈷的粉末經壓結、燒結而成，中國常用的硬質合金牌號有YG3、YG4、YG4c、YG6、YG8、YG8c、YG11、YG15等，切削具的形狀主要有菱形薄片、斜角薄片、直角薄片、四方柱、八角柱和針狀等。一般薄片形的適用于較軟地層，八角柱狀適用于中硬和硬的研磨性較強的、裂隙的地層，小方柱狀和針狀的適用于鑲嵌較小口徑和自銳式鉆頭鉆進中硬及部分硬地層。硬質合金鉆頭的空白鉆頭常用中國牌號DZ40無縫鋼管制造，上部外表面加工有連接巖心管的螺紋，內壁有便于卡取巖心的錐度，下端有鑲嵌硬質合金切削具的槽或坑。

硬質合金鉆頭包括鉆頭體、水口和水槽，切削具的型號、數目、排列方式、鑲焊角度和出刃等。硬質合金切削具用黃銅焊鑲在鉆頭體上。硬質合金鉆頭按切削具鑲嵌角度的不同分為直鑲、正斜鑲和負斜鑲式，按切削具磨銳方式分磨銳式和自銳式。

當取心方式、工具確定之后，通常根據取心鉆頭型號與技術規范及所對應的地層類別確定取心鉆頭類型，然后參考地層可鉆性級值與鉆頭類型的對應關系，進一步確定具體的取心鉆頭型號。

1．從巖心成形出發選擇鉆頭

從巖心成形來看，在軟而松散的非膠結地層取心，不宜選用多次成形的取心鉆頭。多次成形的取心鉆頭，當鉆頭接觸井底平面，開始鉆進的時候，會在井底先形成直徑較大（大于鉆頭體內徑）的巖心。它不能立即進入鉆頭體或內巖心筒，只是在鉆壓的繼續作用下，連續切削較大直徑的巖心，最終形成所需直徑的巖心柱并進入鉆頭體或內巖心筒。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、鉆具擺動等外力的多次作用，極易發生巖心破碎，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生錐形井底，有助于保持井眼垂直；同時，在需要更大鉆壓的較硬地層中鉆進，鉆頭工作面逐漸過渡成圓形（或者有一個較大的頂部半徑），能保證有足夠的切削刃分擔負荷，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，可以將鉆進硬透鏡體夾層的影響減弱到最低限度。一次成形就是當取心鉆頭接觸井底平面，開始鉆進的時候，巖心立即形成與鉆頭體內徑相等或略小的巖心柱而進人內巖心筒并受到保護的成形過程。

2．根據巖石性質選擇鉆頭

松軟地層，由于巖石可鉆性好，機械鉆速高，一般可選用切削型取心鉆頭，包括切削刃較長、較稀的PDC取心鉆頭。中硬地層，由于巖心成柱性好，鉆速中等，是進行中長筒取心的有利地層，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構，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，可選用胎體結構、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、輻射狀水道以及內規徑處的水道均有利于鉆頭的清洗和冷卻。

鉆頭介紹

硬質合金取心鉆頭包括刮刀取心鉆頭和研磨式取心鉆頭

復合片（PDC）石油取心鉆頭是一種適用于軟至中硬巖層的微刮刀式鉆頭，具有鉆速好的特點。該成果采用低溫電鑄工藝在常溫常壓狀態下研制的帶硬質合合片（DFP－91），在室內進行了抗剪強度、沖擊韌性、相對耐磨性的究鉆頭碎巖機理入手，對復合片的布置、出露高度、鉆頭內外保徑、防形狀參數進行了一系列研究，在此基礎上制作了8 1/2″石油取心鉆頭