在孕镶式钻头中增大金刚石与胎体金属粘结力问题的研究

金刚石钻头的寿命是评价钻头质量重要参数之一，而金刚石在胎体上的固结的牢度又是影响钻头寿命重要因素。目前通过人工合成金刚石的工艺水平的提高已有可能制造出接近于天然金刚石质量的单晶，因而进一步研究金刚石在胎体中的固结方式是提高钻头质量的重要途径。从目前制造孕镶金刚石钻头的方法来看基本上是两大类，一种是超室温条件下的烧结，另一种是室温条件下的利用电化学方法。超室温条件下的金刚石孕镶钻头制造工艺目前最普遍的方法是热压法，这种方法的特点是粘结金属在     

热压高磷铁基胎体性能及其金刚石钻头研究

针对在硬而致密岩石中钻进时效低和钻头使用寿命短以及传统金刚石钻头胎体材料价格高等众多难题,采用混料回归试验设计方法,进行了替代碳化钨基金刚石钻头胎体材料的新型铁基胎体配方的试验研究;分析了热压钻头的金刚石出刃与岩石研磨性等岩性之间的内在联系,认为钻头的胎体成分及其性能是关键。因此,从热压金刚石钻头的胎体成分与性能研究入手,经过反复的试验研究与优化组合,研究出热压高磷铁基孕镶金刚石钻头的胎体材料,并试制出金刚石钻头。在室内对可钻性Ⅸ级岩石进行钻进的试验表明：钻进时效平均达到1．91m,钻头平均工作寿命达到60．26m。试验结果表明,高磷铁基眙体是一种性能良好的金刚石钻头胎体材料,且该类型胎体的热压金刚石钻头是一种成本明显降低、具有广谱性能的金刚石钻头。     

热压铁基孕镶金刚石钻头的试验研究

针对在坚硬致密岩石中钻进时效低和钻头使用寿命短的技术难题,分析了热压钻头的金刚石出刃与岩石研磨性等岩性之间的内在联系,认为钻头的胎体成分及其性能是关键,硬而带脆性的胎体性能有利于金刚石出刃,从而能提高钻进速度。因此,从热压金刚石钻头的胎体成分与性能研究入手,经过反复的试验研究,试制出了热压铁基孕镶金刚石钻头,取得了突破性的进展。在坚硬致密岩层中钻进,钻进时效由0.5 m左右提高到1.17 m,钻头寿命由10 m左右提高到21.31 m,解决了在坚硬致密岩层中钻进难的问题。试验研究结果说明,铁基合金是一种新型的金刚石钻头胎体材料,热压铁基孕镶人造金刚石钻头是一种新类型的金刚石钻头。     

日本利根钻探公司金刚石钻头胎体成分和性能

无论是表镶还是孕镶式金刚石钻头或扩孔器，除了金刚石品级、粒度、浓度、钻头唇面形状、水路设计和镶嵌烧结质量外，其胎体成分和性能对钻头和扩孔器的使用效果影影甚大。由于钻进所遇的岩层性质多种多样，钻头和扩孔器胎体就要求与之相适应，也要多种多样。下列是日本利根钻探公司有关金刚石钻头和扩孔器胎体的一些资料。     

人造金刚石孕镶钻头胎体组织与性能

人造金刚石烧结孕镶钻头的寿命及效率,主要取决于人造金刚石的性能及胎体的组织、性能。当然,钻进工艺和操作技术也有很大影响。      

电镀人造金刚石钻头试用效果探讨

详细介绍了低温电镀人造金刚石孕镶钻头在“打滑“地层中试用比热压人造金刚石和热压天然金刚石孕镶钻头技术经济效益高的情况，分析了该种钻头时效高、成本低、胎体磨损快，缘于电镀工艺特点和胎体合金成分诸因素，提出了在钻进中防止过快磨损的措施和途径。     

适用于栅格状孕镶金刚石钻头的胎体配方研究

为了提高钻进坚硬岩层的工作效率,将孕镶金刚石钻头胎体结构设计为栅格状,分析了栅格状孕镶金刚石钻头钻进岩层时的碎岩方式,并采用粉末冶金法制备Inconel 718和CoCrMo试样,通过分析不同烧结温度对两种胎体试样的硬度、耐磨性及抗弯强度的影响,确定了两种材料的最优烧结参数,并对其在该烧结温度下的力学性能进行对比分析。研究结果表明:Inconel 718和CoCrMo均具有较好的抗弯强度,满足钻进坚硬岩层对胎体抗弯强度的要求。Inconel 718的硬度比传统WC基胎体材料小,试样磨损量较大,适合用于地质灾害应急勘查等要求钻进速度快的极端情况;CoCrMo的硬度及耐磨性与传统WC基胎体接近,适合作为孕镶金刚石钻头的胎体材料。      

CaF2/hBN自润滑Fe基孕镶金刚石钻头性能研究

针对地矿、油气行业面临的钻探新挑战,将材料科学领域的自润滑技术引入热压烧结孕镶金刚石钻头领域,以期实现钻头在高温井底工作环境中的自润滑功能,从而降低摩擦放热,防止金刚石热损伤,提高钻头使用寿命。本文作为自润滑孕镶金刚石钻头设计的初步尝试,通过对固体润滑添加剂的优选与试验,首先确定了氟化钙（CaF2）、六方氮化硼（hBN）两种固体润滑添加剂,以Fe基胎体为基体,通过热压烧结制备了具有不同浓度的固体润滑添加剂的自润滑孕镶金刚石钻头胎体试样,利用一系列仪器测定了其物理力学性能和摩擦学特性;制备了微型自润滑孕镶金刚石钻头,在微钻实验台上进行了钻进试验。试验结果表明：随着固体润滑剂含量的增加,两组自润滑钻头胎体试样的物理力学性能均有所降低,但幅度不同,CaF2组明显小于hBN组;两组胎体试样摩擦系数均显著降低;CaF2组胎体试样的磨损率先增后减,hBN组试样磨损率大幅增加;钻头进尺CaF2组有所提高,hBN组逐渐减小。     

人造金刚石覆膜处理提高孕镶钻头寿命的探讨

近年来，我们在围绕提高人造金刚石孕镶钻头使用寿命和钻进时效的研究试验工作中，针对人造孕镶钻头在钻进过程中唇面金刚石脱落的现象，摸索对人造金刚石电化学覆镀金属膜工艺（简称覆膜），并用覆膜金刚石制作不同胎体性能的热压孕镶钻头，开展了生产试验对比。试验资料表明：在金刚石品级相同的条件下，金刚石经过覆膜处理后，对孕镶的使用寿命和钻进时效均有较大的影响，它是提高人造孕镶钻头制造质量的有效途径之一。     

表镶金刚石钻头胎体巢状组织的研究

当前,钻探用的金刚石表（孕）镶松装烧结钻头,其胎体通常是以WC（W₂C）-Co（Ni）粉为骨料,以其他金属合金为浸渍剂的合金。金刚石表镶钻头松装烧结胎体组织,由巢状（WC+W₂C）和网状浸渍合金组成。      

对热压金刚石钻头胎体粘结金属的几点认识

金刚石钻头热压工艺是个有液相粘结金属参预的烧结过程。根据近年来国内外大量研究资料可以看出,胎体中的粘结金属成分是影响胎体物理机械性质的极为重要的因素。所以,研制新型粘结金属、提高粘结强度和改善胎体性能是发展金刚石钻进所必须解决的问题。以下笔者就此问题谈几点认识和看法。      

大口径热压孕镶金刚石钻头制造方法

设计了适用于用热压法制造φ２７５大口径镶旬石钻头的石墨模具结构;给出了合理的石墨模具尺寸数据和公差;讨论了大口径孕镶金刚石钻头的配方参数;提出了大口径热压孕镶金刚石钻头的烧结工艺方法;列举了大口径热压孕镶金刚石钻头在三峡工程工地中的现场使用情况。     

孕镶金刚石钻头优化设计及其在甘青隧道应用

孕镶金刚石钻头是通过胎体超前磨损,促使金刚石出露形成微切削刃,在钻压和扭矩的作用下对岩石进行磨削碎岩,可广泛应用于硬地层和复杂地层钻进。然而,常规金刚石钻头存在坚硬地层钻速低、进尺慢、费用高等问题。本研究首先采取甘青隧道S2Z-45钻孔相邻孔不同深度的岩石样品,对其硬度、矿物组成及可钻性进行测试分析,确定了岩层大部分以闪长岩为主,岩石可钻性等级为8级;然后针对甘青隧道的地质特点对孕镶金刚石的胎体硬度和底唇面形状进行了优化设计,并进行了现场试验,通过分析钻头的实际使用情况研究了孕镶金刚石钻头性能的影响因素。试验结果表明：胎体硬度为HRC 15～20、金刚石粒度40～50目、金刚石体积分数为20%、底唇面为环槽尖齿型的孕镶金刚石钻头性能最佳,寿命达到321 m,钻速为1.17 m/h;在相同金刚石参数下,胎体硬度为HRC 10～15的滚齿型孕镶金刚石钻头在钻速方面具有优势,最大钻速能够达到1.44 m/h。环槽尖齿型底唇面和高胎体硬度有助于提高钻头寿命,滚齿型底唇面和低胎体硬度有利于提高钻进效率,但钻头寿命偏低。     

配方预合金化对提高热压富铁基含金刚石钻头胎体性能的影响机理

胎体配方预合金化近年来已成为有关孕镶金刚石钻头研究的一个新热点。根据相同的热压富铁基含金刚石钻头胎体配方,通过改变CSB-2预合金的加量和烧结温度,制作试样进行摩擦磨损测试,并对抗弯强度测试后的试样进行SEM分析和EDS能谱测试。摩擦磨损试验结果表明,4种烧结温度条件下,胎体磨损量均随着CSB-2加量的增大而减小,且相同CSB-2加量条件下,胎体磨损量随烧结温度的升高先增大后减小。SEM分析表明,添加CSB-2预合金可使胎体组织细化,孔隙数减少;高温烧结(980℃以上)时,铁基胎体对金刚石具有热腐蚀作用,随着胎体配方中CSB-2预合金含量的增加,金刚石的热腐蚀程度逐渐减缓。EDS能谱测试表明,胎体配方的预合金化可增大胎体金属对金刚石的润湿性,提高胎体对金刚石的包镶强度。     

磁处理参数对热压铁基金刚石钻头胎体力学性能影响

钴基胎体金刚石钻头具有性能好、价格高的特点,以Fe代Co作为胎体材料是提高金刚石钻头性价比的主要方法之一。但是Fe替代Co后存在金刚石热损伤严重、被包镶强度不足、胎体抗冲击和耐磨性差等问题,因此改善热压铁基金刚石钻头胎体力学性能对降低钻探成本、提高钻探效率具有重要研究意义。利用自行设计的磁处理设备对铁基热压金刚石钻头胎体进行磁化处理,通过正交试验等方法研究了磁感应强度、磁场频率和磁处理时间对胎体硬度、抗弯强度和耐磨性的影响及其规律。试验结果表明:试验胎体硬度最优磁处理参数为0.8 T/8 Hz/3 min,磁处理后胎体抗弯强度最高提升了13.8%,耐磨性增加,特别是含金刚石的胎体磁处理后其磨损量可降低38.1%。     

关于孕镶钻头金刚石浓度、粒度优化设计的探讨

孕镶金刚石钻头结构参数主要包括胎体性能,金刚石品级、粒度、形状、浓度,钻头水路等方面,这些参数对于钻头钻进岩石的适应性均起着一定的作用.对于不同的地质条件,这些参数应有所选择.本文就孕镶钻头金刚石浓度、粒度的优化设计提出一些看法. 金刚石浓度的设计孕镶金刚石钻头在孔底工作时,在轴向压力作用下,钻头与岩石表面相接触,岩石研磨钻头胎体,金刚石逐渐出露.由于金刚石硬度远远超过岩石的硬度,出露的金刚石在轴向压力下,使     

孕镶金刚石钻头胎体结构对钻头寿命的影响

孕镶金刚石钻头,是当前国内机械岩心钻探中使用数量较多的钻头。因此,造好钻头、用好钻头,是提高钻探经济效益的关键问题之一。本文从孕镶金刚石钻头胎体结构的一些内在特征入手,分析影响孕镶金刚石钻头寿命的原因采进行探讨。一、孕镶金刚石钻头的磨损当孕镶金刚石钻头使用得当,适应所钻岩层,机械钻速均匀的情况下,金刚石孕镶层会逐渐磨完。但实际上,由于钻进参数、钻进条件、钻头质量、胎体内部结构等方面原因,会使钻头早期磨损,拉槽而失去工作能力。我们对164个上砂,六○二厂、φ56普通双管孕镶钻头的磨损情况,作如下粗略的统计分析(表1)。     

基于VB的孕镶金刚石钻头配料计算软件

热压金刚石钻头胎体配料计算较为繁琐,并且经常需要根据钻头使用效果及时调整配方,传统人工计算法效率低,容易引起计算偏差。基于VB开发平台,设计研制了一种热压孕镶金刚石钻头配料计算软件。该软件仅需要输入钻头参数和胎体配方,就能方便计算出胎体所需的各种粉末用量和金刚石用量,并且能将计算结果存档和打印,实现钻头生产的科学化管理。     

孕镶块式高胎体金刚石钻头的研制

为了提高金刚石钻头的时效和寿命,将钎焊法引入到高胎体金刚石钻头的设计和加工中。首先利用热压法加工耐磨性能好的金刚石孕镶块;然后加工自带两层水口和水槽的新型钻头钢体,且两水口之间预留焊接槽;最后采用钎焊法,将金刚石孕镶块焊接到钻头钢体上。野外试验表明,试制的2只Φ75/54.5 mm高胎体金刚石钻头,与现场使用的孕镶金刚石钻头相比,钻进效率分别提高41.7%和8.3%,使用寿命分别提高50.4%和32.9%。采用二次钎焊法加工的金刚石钻头,兼顾了热压法的优点,解决了工作层高度过高导致钻头胎体折断、掉块的难题,明显提高了金刚石钻头的使用寿命。     

WC添加对热压铁基预合金粉末胎体性能的影响

针对孕镶金刚石钻头在强研磨性地层中磨损快、寿命短的问题,利用WC硬度高、润湿性好、耐磨性好的特点,向铁基预合金粉末中添加WC颗粒作为胎体骨架金属。通过测试不同WC含量的胎体试样的硬度、抗冲击韧性以及抗弯强度,寻找骨架金属WC对胎体性能的影响规律。试验结果发现,随着WC含量的逐渐增加,胎体的硬度、抗冲击韧性、抗弯强度均呈现先增大后减小的变化趋势。从微观和能量的角度出发,分析了出现这种规律的原因。最后得出烧结温度为830 ℃、WC含量为5%时,胎体的性能达到最优,此时胎体的强度和研磨性最大。