打滑地层新型孕镶金刚石钻头

在分析打滑地层特点的基础上,指出了钻进该地层所存在的问题,提出了用于打滑地层钻进的新型孕镶金刚石钻头的设计思路,在钻头工作层中采用主、辅两种磨料,并对这两种磨料的工作机理、处理工艺以及该新型钻头的制造进行了阐述.钻头的室内钻进试验结果表明:在钻进极坚硬致密的锆刚玉时,相对于普通金刚石钻头,新型孕镶金刚石钻头的钻进时效提高1.93倍,平均磨损量增加38%,具有高时效、相对寿命长的优点,是打滑地层钻进的理想钻头.     

难钻进地层金刚石钻头的现状和发展趋势

近年来,针对坚硬致密地层、坚硬强研磨性地层以及坚硬致密泥岩地层这3类地质勘探的难钻进地层,开展了金刚石钻头相关的研究与攻关,取得了重大进步。针对坚硬致密地层,通过在胎体中添加稀土和自锐材料、低压钻头结构设计,在可钻性小于11级的坚硬致密“打滑”地层中,钻进速度可达1.5～2.0 m/h,钻头寿命达30～300 m;针对坚硬研磨性地层,通过超高金刚石工作层和优化的水力结构设计,超细预合金化粉末以及超耐磨胎体性能,使机械钻速同比提高20%～70%,钻头寿命同比提高1.4～10倍;针对坚硬致密泥岩地层,对尖齿复合片和巴拉斯钻头进行了深入的研究,钻进效率提高了50%左右。在油气田深井硬岩钻探领域,NR826系列金刚石孕镶钻头配合螺杆钻具同比牙轮钻头,机械钻速提高18%～85%,钻头寿命提高5～8倍。此外,我国在海洋深水钻探复合片钻头方面的研究也取得了长足的进步。     

“防打滑、促出露”材料在金刚石钻头中的作用研究

一种防打滑、促出露材料加入金刚石钻头胎体中,可起到防止在坚硬致密弱研磨性地层中金刚石钻头打滑,同时可促使金刚石出刃。从而提高在打滑地层中钻进效率。研究分析了坚硬若研磨性地层钻进"打滑"原因,以金刚石钻进碎岩机理为依据,研制了防打滑、促出露金刚石钻头并进行了野外生产试验。     

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.     

金矿复杂地层金刚石取心钻头选型试验研究

金矿复杂地层金刚石钻进存在岩石坚硬、地层打滑、漏失等问题,影响钻头寿命和钻进效率。在山东招远某金矿勘探中,通过对3个单位制造的金刚石钻头进行现场对比试验研究,证明JBD-75S仿生金刚石钻头在提高钻头寿命方面具有较大的优越性,适合该复杂地层钻进。     

WH-1型电镀金刚石钻头的研制及其在坚硬、致密和弱研磨性地层中的应用

本文阐述了电镀金刚石孕镶钻头的研制方法和原理。此种钻头适用于坚硬、致密、弱研磨性(即所谓打滑)地层的钻进。攻克“打滑地层”的途径是:(1)降低钻头胎体耐磨性,促使金刚石出刃;(2)改变钻头底唇形状,提高金刚石破碎岩石的比压,增多孔底破碎岩石的自由面,使之易于破碎岩石。从4个钻探队、39个钻头的生产试验结果来看,上述研制工作既合理又有成效。     

坚硬致密“打滑”地层电镀钻头研究

常规钻头在坚硬、致密、弱研磨性地层（即所谓“打滑”地层）使用，时效极低，有时根本不能进尺。如何对付“打滑”地层的钻进，研制适应该地层特点的金刚石钻头，是当前钻探生产中急待解决的课题。从1980年开始，我们对“打滑”地层用电镀人造金刚石孕镶钻头进行了研制与试验，取得了一定效果，现将有关情况论述如下。一、“打滑”地层与钻头打滑习惯上称为“打滑”地层的岩石，主要特点是岩石坚硬、结构致密、研磨性弱。常常表现为压入硬度大、石英含量多、矿物粒径小，因而研磨能力差。     

复合烧结孕表镶金刚石钻头在“打滑”地层中的应用

以合作方式进行“打滑”地层绳索钻进金刚石钻头初步试验，明确了复合烧结孕表镶金刚石钻头克服“打滑”地层的设计思路，并取得了明显的试验效果。     

坚硬致密打滑地层孕镶钻头钻进参数的合理选择

设计制造与坚硬致密打滑地层相适应的金刚石钻头，仅仅是为该地层钻进提供了比较合理的锐利工具。但要取得好的钻进效果，还要正确使用这种工具，合理选择钻进参数，方能奏效。和常规地层不同，坚硬致密打滑地层孕镶钻头往往选用大钻压、低     

坚硬致密岩层用绳索取心钻头的研制与应用

为了克服绳索取心钻头钻进坚硬致密岩层出现的进尺缓慢、钻头寿命短的难题,着重从钻头胎体配方、金刚石参数、钻头水口等方面进行优化设计、试验并生产应用,使研制的绳索取心钻头(S77)具备良好的适应性,钻进坚硬～硬、中～弱研磨性岩层克服了“打滑”现象并延长了钻头的寿命,取得了一定的经济效益。     

井底钻进过程与孕镶金刚石钻头自锐性的关系

孕镶钻头的自锐性是保证钻头能继续有效钻进的基本条件。钻杆柱的纵向振动和钻头底唇面上出刃的随机性使得多个扇形块的高度有差异;并且轴向压力集中在高的扇形块上,故使钻头易于自锐。唇面上的金刚石在交变载荷下的碎裂和液流中的岩粉对胎体的磨逝,使新的金刚石裸露,乃是钻进时的重要井底过程,也是孕镶钻头的自锐过程。     

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。     

孕镶金刚石钻头磨损机理研究

孕镶金刚石钻头通过钻头胎体的持续磨损实现金刚石的自锐和高效破岩。因此,研究金刚石钻头磨损的影响因素及其影响程度和影响机理,对孕镶金刚石钻头的设计和使用非常重要。本次研究探讨了岩石物理力学性质、钻头胎体性能和钻进工艺参数等因素对孕镶金刚石钻头磨损过程和磨损机理的影响。分析表明,对钻头磨损最为显著的影响因素是岩石中的硬质颗粒导致的磨粒磨损,其次是钻头胎体与岩粉之间的粘着磨损,以及冲洗液中岩粉颗粒导致的冲蚀磨损。在此基础上,以不同硬度的钻头胎体摩擦磨损试验结果为例,探讨了钻头胎体性能及其内部硬质点对钻头磨损的影响机理。该研究成果可为科学设计与合理使用孕镶金刚石钻头提供依据。     

仿生异型齿钻头在干热岩钻探中的应用

干热岩具有硬度大、研磨性弱、可钻性差和钻进难度大等特点,常规孕镶金刚石钻头钻进时打滑严重、寿命短。针对此技术难题,根据干热岩岩性和设计的井身结构特点,引入仿生高效耐磨技术,以穿山甲爪趾为仿生原型,结合孕镶金刚石钻头的结构和制备工艺方法,研制了与该类地层相对应的仿生异型齿钻头。在青海共和县干热岩现场的钻进试验结果表明：仿生异型齿钻头未出现打滑现象,相比于打滑不严重的常规软胎体孕镶金刚石钻头,仿生异型齿钻头的钻进速度提高97.5%,寿命（仿生钻头寿命为推算寿命）提高1.268倍。进一步证明了仿生异型齿钻头在坚硬打滑的干热岩地层中钻进能够提高效率、缩短钻井周期、节约钻井成本。     

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。     

针对复杂地层金刚石钻头的改进与应用

复杂地层的钻进与取样问题一直是钻探行业的一个技术难题。由于地层结构的杂乱无规律、软硬互夹层多、换层频繁以及破碎层硬、脆、碎的特性,使得在钻探施工过程中钻头寿命低下,频繁提下钻导致坍孔、掉块、缩径、漏失、涌水等事故经常发生,钻探效率难以提高。针对以上问题,根据目前钻探施工普遍采用的金刚石绳索取心钻探工艺,通过试验对金刚石钻头进行设计与改进,提高钻头的钻进效率与使用寿命,可大幅提高钻探效率并减少事故发生率,从而取得良好的经济效益。     

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。     

坚硬致密岩层钻进用热压金刚石钻头的研究

针对坚硬致密岩石钻进中遇到的钻头打滑、钻进效率低的问题，通过改变弱包镶材料，加入强化的石墨颗粒，进行试验与研究，获得了颗粒状石墨能提高金刚石出刃的初步效果。随后对石墨颗粒的粒度和强化程度进行反复试验，得到石墨颗粒的粒度、含量和强化程度对金刚石出刃的影响关系；在此基础上研制成新型的热压金刚石钻头，生产试验表明能明显提高金刚石钻头的出刃效果，达到了提高钻进效果的目的。