金刚石-硬质合金复合齿钻头在卵砾石地层中的应用

研制的人造金刚石单晶与WC-Co硬质合金复合球齿钻头,具有高耐磨性、高硬度、高冲击韧性,其超硬复合部分在钻进大硬度的卵砾石地层时,能象孕镶金刚石钻头那样切削岩石。野外钻进试验表明,复合齿钻头和普通合金钻头相比,回次进尺提高 1倍以上,小时效率提高 1.5倍以上,平均寿命增加 2.5倍以上,而每m进尺钻头成本降低了35%。      

卵砾石地层金刚石钻头的试验研究

卵砾石地层钻进是钻探的难题之一,不仅钻进速度低,钻头的使用寿命短,而且钻探成本高。针对卵砾石地层钻进,开展了新型结构钻头的试验研究,研制成一种金刚石-聚晶体复合型钻头,现场试验表明,钻头的钻进速度能够≮1.8 m/h,使用寿命能够达到50 m,钻探成本较低。     

孕镶金刚石-针状合金复合式取心钻头的应用研究

采用普通硬质合金钻头、PDC钻头或普通孕镶金刚石钻头钻进卵砾石层,钻头磨损特别快,使用寿命短,时效低,钻探成本高。本文介绍的孕镶金刚石-针状合金复合式取心钻头综合了普通孕镶金刚石钻头与自磨式硬质合金钻头的特点,胎体具有较高的耐磨性和抗冲击韧性。钻头胎体中孕镶的针状合金除了增韧外,还起硬支点的作用。该钻头与普通硬质合金钻头、PDC钻头、普通孕镶金刚石钻头相比,具有较好的钻进性能,使用寿命长,在卵砾石层钻进能保持较高的机械钻速和回次进尺长度。     

《支柱型复合体及其钻进性能的研究》课题成果喜人

该课题成功地用铜基钎料代替了价格昂贵的金基钎料焊接复合片与支柱,焊接强度达392.6 MPa。所研制的支柱型复合体钻头,在普通方法、绳索取心及沿煤层定向钻进中,在6级以下软硬互层岩石中,单只钻头平均寿命达374.26 m,为硬质合金钻头在相同条件下平均寿命的89％;钻头平均效率3.1 m/h,高于硬质合金钻头和独联体复合片钻头的平均时效。支柱型复合体无心钻头填补了国内该领域的空白。该试制品在山东、山西煤田地质局所属勘探队     

新型针状硬质合金-金刚石复合型钻头

介绍了针状硬质合金-金刚石复合型钻头的设计与制造工艺以及在孕镶针状硬质合金钻头基础上复合金刚石的研究方法。对针状硬质合金规格、性能以及排列方式提出了有实用价值的设计,并对金刚石的品级、浓度、粒度及钻头的烧结工艺进行了较深入的试验研究。生产性试验表明,该类型钻头对于钻进硬而破碎地层、软硬夹层以及卵砾石地层均具有很好的使用效果。     

工程勘察用非均质热压金刚石钻头试验研究

工程勘察在同一个钻孔中需要面对不同风化程度的岩石层,并可能遇到不同粒径与胶结性的卵砾石层。因地质条件较为复杂,工程勘察钻进过程中容易产生憋钻、糊钻等现象,岩心采取率低。针对工程勘察钻进特点,为提高金刚石钻头对地层的适应性和钻进效果,并提高岩心采取率,设计了2种新型非均质热压金刚石钻头。该结构将每个工作齿分成主、辅工作层两部分,可以使钻头既具有PDC钻头破岩的特征,又能体现孕镶金刚石钻进的特色,并提高钻头对地层的适应性。现场试验表明,该结构的钻头在风化岩层和基岩中的平均钻进时效达2.68 m,钻头使用寿命平均达48.70 m;对比电镀金刚石钻头,钻进速度提高约21%,使用寿命相当。     

新型打滑地层钻头的研究

钻探施工中,经常遇到打滑地层,为了解决打滑地层钻进难题,国内外专家设计了不同类型的金刚石钻头,但都有一定的局限性.金刚石增强型硬质合金复合齿钻头保证了切削齿具有良好的自锐能力、切削齿与岩石接触面的比压大等特点,从本质上提高了钻头对打滑地层的适应性.室内微钻试验表明,金刚石增强型硬质合金复合齿钻头钻进打滑地层时具有高时效的优点.     

稀土富铁金刚石增强型硬质合金复合齿的研究

采用稀土La掺杂的添加方式，优选富铁硬质合金基体的配方，通过基体的力学性质测试以及金相分析确定了YGl5富铁硬质合金的基体配方，确定出最佳稀土La添加量为0．5％质量比。单齿抗冲击试验表明，这种复合齿具有良好的抗冲击性能。室内钻进试验说明，适当配方的稀土富铁金刚石增强型硬质合金复合齿具有良好的抗冲击性，较强的研磨能力和对岩样的广谱性。同时，通过野外实际钻进进一步说明，这种复合齿钻头具有高时效性。通过调整金刚石的镀覆方式和物质，金刚石浓度以及烧结工艺，来控制复合齿的性能，从而使稀土富铁金刚石增强型硬质合金复合齿钻头具有高时效、长寿命等特点。     

卵砾石地层钻探用大直径加强型金刚石钻头的研制

采用不同于常规金刚石钻头的设计理念,选用高强度金刚石及耐磨金刚石聚晶体,对普通金刚石钻头胎体配方进行了改进,对常规金刚石钻头的烧结工艺参数作了适当的调整,试制出大直径加强型金刚石钻头。该钻头在耐磨性、抗冲击韧性及保径等方面较常规金刚石钻头显现出较大优势。在不改变常规钻进参数的情况下,较好地解决了卵砾石、破碎地层钻头寿命短、钻进速度慢、钻头易过早损坏等问题,可供类似的地层钻探施工选用。     

国际油气井钻头进展概述（二）——FuseTek融合钻头与Pexus组合钻头

NOV公司2013年向市场推出FuseTek融合钻头。它将PDC钻头的高钻速与孕镶金刚石钻头的耐磨性结合于一体,适宜于钻进中硬—坚硬、高研磨性地层。FuseTek钻头已广泛应用于刚果、厄瓜多尔、中国、哥伦比亚等国家。应用表明,该新型组合钻头比PDC钻头或牙轮钻头钻进效率提高许多,工作寿命增加1～3倍或更多。Shear Bits公司于2014年推出Pexus组合钻头。该钻头广泛应用于加拿大冰川冰碛物钻进。地层上部硬卵砾石层利用可转动硬质合金齿钻进,下部软砂岩与页岩则运用PDC碎岩。整个冰碛物地层用一个Pexus钻头一钻到底。所述3类组合式钻头（含Kymera钻头）对于未来实现“一个钻头,一口井”的目标有重要意义。     

硬质合金复合片齿钎具

运用力学原理研制成功了复合片齿钎头和复合片齿整钎，并批量投入市场。该系列钎具凿岩速度、寿命和硬质合金片齿有效利用率均显著优于片状和球齿钎具。     

镀覆技术对硬质合金复合齿性能的影响

通过对比镀覆金刚石增强型硬质合金复合齿和普通金刚石增强型硬质合金复合齿的磨耗比、抗冲击韧性,说明添加真空蒸镀W的金刚石的复合齿具有良好的抗冲击性能和耐磨性。研究表明,真空蒸镀W的金刚石相对于未镀和化学镀的金刚石,具有较强抵抗热损伤和胎体侵蚀的能力,而化学镀覆Ni-W-B和Ni-W-P则会加剧胎体金属对金刚石的侵蚀和热损伤,金刚石的强度大大降低,复合齿的磨耗比远小于真空蒸镀W复合齿。金刚石真空蒸镀W镀覆技术的应用必然大大地提高复合齿的性能。      

桩基筒形翼状钻头的改进设计及应用

针对浙江省温州市世贸中心大厦桩基施工中硬岩钻进时出现的堵管、卡钻和效率低等问题,从所钻地层和钻头的磨损分析出发,提出了钻头的改进设计方案.改进型筒形翼状钻头比原先使用的平底滚刀钻头增加了18个孕镶金刚石-针状硬质合金复合式钻齿和3个钎头,并按受力特点进行了合理分布.实际钻进效果表明改进型钻头应用于超深、大直径钻孔的钻进效率较高、钻进过程平稳.针对钻头的实际磨损情况提出了钻头进一步改进设计的建议.     

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。