钻头模具一次成型新材料的研究

介绍钻头模具的新型材料－成型砂的特点，选择，配制，成型工艺，产品的制造及测试等。     

金刚石钻头制造的新型模具材料及模具成型工艺

针对无压浸渍法制造金刚石钻头存在模具费用高、模具加工周期长等缺点,研究了一种新型模具材料（陶瓷粉）取代石墨材料,并研究了一种全新的模具成型方法,简化了模具制造工序,降低了成本。     

热压法双式烧结工艺初探

在分析了传统的金刚石钻头热压法烧结工艺的基础上，提出了金刚石钻头热压法双式烧结工艺，并对其进行了可行性论证。采用此工艺制造的金刚石钻头经实钻应用后，钻头的性能指标满足钻探生产要求。本工艺成倍地提高了制造金刚石钻头的生产效率，大幅度降低了能源消耗。     

钎焊金刚石钻头制造过程热动力学仿真

本文以钎焊金刚石钻头为研究对象,对它在高温钎焊炉中的生产升温过程和降温冷却成型过程热动力学理论进行了分析总结,对整个实体模型从钎焊炉中取出后的降温冷却过程进行了数值仿真模拟。分析了钎焊金刚石钻头及石墨模具装配体降温过程的温度场,及其对钎焊钻头应力场的影响,分析了石墨心模与钎焊金刚石钻头之间的应力,并把仿真数据与解析解理论计算值进行比较,验证了钎焊金刚石钻头降温冷却过程数值仿真与理论解析值具有较好的一致性。     

烧结式PDC钻头模具成型工艺研究

针对烧结式PDC钻头底模手工成型困难、生产效率低的问题,采用冷压成型法制作底模,并在实验的基础上,确定了底模的原材料配比和成型压力,为底模加工提供了一种可行的新工艺。      

热压金刚石钻头的石墨模具问题探讨

在金刚石地质钻头的制造中，热压法具有许多优点，已得到广泛应用。而在热压中，压模是关键，它应具有一定的强度，良好的导电性能，耐高温，不污染钻头胎体及具有可加工性能。石墨兼有金属与非金属的特征性能，使之成为热压钻头的优良模具材料。本文提供了石墨作为热压模具材料的优良性能的有关数据及如何选择石墨模具的材料。并介绍了设计制造石墨模具的方法，降低模具制造成本的方向及如何延长模具的使用寿命的措施。     

预压层叠式钻齿型孕镶金刚石钻头的研制

分析了高品质钻头的应用需求,指明了高品质钻头的研究方向。设计了一种层叠式结构钻齿,采用预冷压工艺进行压制后,再经过装模热压烧结的新型孕镶金刚石钻头。给出了此类钻头的原材料选择和制作工艺参数,分析了钻探试验结果。结果表明：预压层叠式钻齿型孕镶金刚石钻头,有利于改善钻进条件,提高钻进效率,有效地实现钻头制造过程中节能降耗,是一种广谱性应用前景的孕镶金刚石钻头新型式。     

钎焊金刚石钻头模具尺寸设计

勘探用金刚石钻头在钎焊烧结过程中,钻头芯模、外模和钢体的尺寸直接决定金刚石钻头的尺寸,对金刚石钻头的使用性能影响很大,而现有的文献中对于模具尺寸设计的研究稍显不全面。对钻头钎焊烧结过程的热涨与冷缩过程进行深入分析研究,提出了更直观的模具计算公式和防止涨模的措施。     

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。     

软岩钻进用新型复合片钻头的研制与应用

为提高复合片在软岩钻进中的效率及寿命,提出了改变复合片切削齿形状,运用新的布齿方式和新的保径设计,设计制造的Φ76 mmPDC钻头在软岩钻进中取得了良好的效果。详细介绍了该软岩钻头的结构设计及现场应用效果。     

基于Pro/E的PDC钻头参数化设计

基于Pro/E (Pro/ENGINEER)的二次开发平台,以煤炭系统常用的胎体式内凹型PDC钻头为例,在系统分析钻头结构特点和主要参数相关性的基础上,建立了钻头结构设计各参数相关性技术体系实体参数化设计模型。通过设计Φ65 mm胎体式内凹PDC钻头,验证了该模型能够快速、准确地利用参数变化完成钻头体的三维及二维结构图设计,从而大大提高了设计效率和质量,为钻头参数化设计提供了参考。      

低温电镀复合片石油全面钻头的研制

采用低温电镀工艺（室温）生产复合片石油全面钻头,或者说复合片镶嵌在钻头钢体上而形成完整的复合片石油全面钻头的整个生产过程中完全不受高温影响。因而最大限度地保护复合片和金刚石,提高了钻头使用品质。现已获得理想的经济指标,受到生产用户好评。     

低温电镀PDC复合片石油全面钻头研制

采用低温电镀工艺（室温）生产ＰＤＣ复合片石油全面钻头,或者说ＰＤＣ复合片镶嵌在钻头钢体上而形成完整的ＰＤＣ石油全面钻头的整个生产过程中完全不受高温影响．因而最大限度地保护了复合片和金刚石,提高了钻头使用品质．现已获得较为理想的经济指标,受到生产用户好评．     

高温硬地层钻进中PDC钻头切削齿磨损研究

随着新时代对绿色环保资源的需求日渐旺盛,地热资源即将进入大规模开发阶段。为经济、高效获取地热资源,目前主要应用的是PDC钻头。但是,部分钻取地热井存在遭遇高温硬地层的情况,常规PDC钻头存在耐高温性能差、硬度略低、耐磨性不足等问题。本文总结了深部高温硬地层钻进时PDC切削齿受到磨粒磨损,冲击磨损,热损伤等3种磨损机理,介绍了4种提高PDC切削齿耐高温性,硬度及耐磨性的方法：涂层技术、改善钻进参数,复合钻头和钎焊切削齿。根据目前研究情况,建议单个PDC切削齿实验可以从实现独立分析与切削齿关联性相结合方面展开,通过动态建模和工作状态实时模拟优化设计方案。     

国内外PDC钻凿特性检测试验研究

针对PDC钻头在钻复杂硬地层中容易出现崩齿、碎裂、剥蚀脱层和过度磨损等问题,本文采用自主研发的PDC钻凿/磨铣特性检测试验装置对五种φ19 PDC片、五种φ16 PDC片和七种φ13PDC片进行了钻凿/磨铣特性进行了检测及评价。结果表明,不同厂家、不同规格PDC片切削性能各不相同,PDC钻凿特性有后期出刃型和直接出刃型两种。在相同条件下,后期出刃型钻速表现出由低到高再到低,直接出刃型表现为由高到低的特性,因此,在制造PDC钻头的过程中应合理选择PDC片规格尺寸,从而有效提高PDC钻头质量。     

用于砾石夹层钻进的新型PDC钻头的研制与使用

无压浸渍工艺生产的PDC石油钻头钻遇砾石夹层不适应。根据砾石夹层砾石坚硬、软硬互层、非均质、研磨性强的特点，研究了新型PDC钻头，在钻头结构上主要采取外抛内锥带辅助切削齿的结构形式，在复合片上主要采用非平面结合方式，即采用双向多条直槽非平面结合。按此方案设计与生产了3只钻头，分别在3口井试用，直接钻穿砾石夹层馆陶组地层井段，钻井效率提高26%，突破了砾石夹层钻进不能使用PDC钻头的禁区。     

尖齿状金刚石复合片钻头在油页岩矿区的钻进实验

松辽盆地青山口组和嫩江组含油页岩系,夹有数十层白云岩透镜体或条带。在对该油页岩系进行钻探时,由于经常遇到硬度较大的白云岩层,使用普通的硬质合金钻头不仅进尺极其缓慢,而且钻头损坏严重,寿命短。为解决此钻探难题,研制开发具有高耐磨性和穿透能力强的钻头势在必行。为此,研发了尖齿状金刚石复合片钻头,并进行了现场钻进实验。结果表明,这种钻头在含白云岩层的油页岩地层钻进时,不仅钻进速度高,而且具有高耐磨性、寿命长,其综合技术经济指标远远优于常规硬质合金钻头。     

温度对不同外形PDC切削齿性能的影响

为了探究不同温度下PDC切削齿性能,以适应不同的钎焊温度,并合理选用外形来提高效率,从影响金刚石复合片（PDC）质量的主要参数:耐磨性、磨削时间、平稳性、抗冲击韧性等出发,对不同厂家、不同外形的PDC在受热前后的性能进行试验,同时比较了平面片、微弧片和弧面片性能上的差异。结果表明:随着温度的升高,磨耗比呈现出降低的趋势;加热到750℃后,PDC磨耗比降低约30%~50%,磨削时间增加,进尺变慢;当温度达到800℃时,磨耗比小于10万,冲击功小于100 J;PDC切削齿对温度的敏感度不同,可根据不同温度下的性能对其分级,以满足不同的钎焊温度的焊接;对于不同外形的PDC,平面片磨削时间短,磨削效率高,而微弧片和弧面片磨耗比略低,磨削时间长,但冲击韧性大大提高。因此,在制造PDC钻头的过程中合理选择PDC形状,并将不同性能的PDC用于钻头的不同部位,能够有效提高PDC钻头的寿命。      

硬岩钻进用石油钻头研究现状及发展趋势

能源与矿产的持续安全供给是经济快速增长的保证,而中硬岩层钻进一直限制着油气钻井向深部发展。针对硬岩地层钻进,地质行业主要采用金刚石钻头钻进,而油气钻井行业除按传统方法采用牙轮钻头和金刚石钻头钻进之外,也逐渐开展了PDC钻头钻进硬岩的研究。本文分别介绍了牙轮钻头、金刚石钻头和PDC钻头在油气勘探硬岩钻进中的应用研究现状。其中,牙轮钻头研究主要集中在增强轴承密封性能、改进布齿结构和提高切削齿强度三个方面,而金刚石钻头研究则集中在碎岩机理、金刚石参数和胎体性能,以及钻头结构三个方面。提出了三类钻头的研究方向和发展趋势,为硬岩钻探技术发展提供参考。