地外地下勘探的钻头要用尽可能硬的材料
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【地外地下勘探的钻头要用尽可能硬的材料】一般来说 ， 钻头可分为取芯钻头和实体前端或全面钻头 。 取芯钻头 ， 顾名思义 ， 取芯形式的样品 ， 而全面钻头则挖掘整个孔体积 。 这两种钻孔方法之间的权衡是多方面的 ， 在特定应用中使用哪种方法的决定需要仔细考虑 。 从科学的角度来看 ， 岩心比钻屑提供的信息要多得多 ， 核心可以分成两半 ， 露出未受污染的原始表面 。 它可以在显微镜下拍照或观察以确定样品的形态 ， 甚至可以寻找生命的化石证据 。 用于岩相分析的薄片可以更容易地由岩心制成 ， 而不是由地面岩屑制成 。 其他仪器也可用于简单地通过读取岩心表面的读数来确定岩心的元素组成 ， 还可以将芯压碎至所需的粒度 ， 并通过例如X射线衍射分析粉末以鉴定矿物 。
因此 ， 毫无疑问 ， 岩心比岩屑更有用 ， 但是请注意 ， 岩心在取回时通常会破裂 。 有时它们会破裂 ， 因为钻探地层已经破裂 。 其他因素包括岩心直径 ， 钻井方法、钻头设计和岩屑去除方法 。 从钻孔功率和扭矩的角度来看 ， 钻取岩心也比钻出整个孔的体积要高效得多 。 由于取芯钻头仅切割地面中的环形空间 ， 因此功率和钻压要低得多 。 全断面钻头的直径为38毫米 ， 而取芯钻头的外径为38毫米 ， 内径为25毫米 。 全面钻头需要两倍的钻压；钻进速度和钻孔功率至少是取芯钻头的两倍 。 然而 ， 从机械设计和机器人技术的角度来看 ， 获得核心是一项复杂得多的工作 。 它需要钻头内部的取芯机构、取芯器和钻柱内部的推杆将取芯推出 。
为了实现这一点 ， 电导线必须穿过滑环组件并进入钻柱 ， 如果钻头很深并且需要多个单独的钻头段 ， 则每个段还需要在每一端具有电连接器 。 对于深钻 ， 多次制造和破坏管片可能非常耗时且风险很大 。 在大多数用于地外应用的取芯钻设计中 ， 钻头仅设计用于获取长度相对较短的取芯 。 因此 ， 在钻到与岩心长度相当的深度后 ， 必须将钻柱从孔中拉出 ， 并且在输送完重新回到采样盘 ， 再次降低到孔中 ， 这进一步增加了钻孔操作的复杂性 。
如果钻头是从手臂上展开的 ， 如果手臂定位精度有限 ， 将钻头放回同一个孔中可能会很棘手 。 例如 ， 如果孔直径为10毫米 ， 而臂的定位精度仅为5毫米 ， 则钻头可能很容易被放置在孔的侧面而不是孔的中心 。 将钻头从孔中拉出的另一个问题是 ， 堆积在螺旋钻表面的切屑可能会落回孔中 。 从交叉污染的角度来看 ， 这可能是一个问题 。
从钻井的角度来看 ， 与相同直径的取心钻头相比 ， 全断面钻头需要更大的功率和更高的钻压 。 此外 ， 它必须解决与孔中心挖掘相关的问题 。 在孔的中心 ， 钻头不旋转 ， 因此完全依靠向下的压力来破坏地层 。 因此 ， 用尽可能硬的材料制造中心刀具至关重要 。 如果该中心刀具变钝 ， 它就会成为钻头的承重构件 ， 并且实际上会限制甚至停止钻头的前进 。 使用全面钻头的一个好处是钻孔可以比取芯钻小 ， 这当然会转化为更低的功率和钻压 。 然而 ， 就寿命和可靠性而言 ， 全面钻头能否与取芯钻头的性能相媲美是值得怀疑的 ， 这主要是因为中心钻头问题 。
尽管科学回报较低且性能较低 ， 但更简单的全面钻探通常是设计地外系统的驱动因素 。 由于没有使用全面钻头进行岩心取样 ， 而且钻头段是空心的 ， 因此它们可以容纳用于原位分析的井下仪器 。 全面钻孔系统也可以配备样品采集室 ， 在最简单的形式中 ， 这可能只不过是一个可以打开、获取已知体积样本并关闭的内部空间 。 这种方法的一个好处是样品是从已知深度获得的 。 蒸汽可以通过嵌入钻杆非旋转部分的管子到达钻台上的质谱仪 ， 在那里可以进行分析 。
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