基于不同母材的PDC钎焊强度的影响因素分析

随着聚晶金刚石复合片（PDC）钻头在复杂地层的应用范围不断扩大,对PDC复合片与钻头体材料的焊接强度要求越来越高,为了探究PDC复合片和不同钻头体材料的钎焊工艺,选用2种基体材料（胎体式和钢体式PDC钻头试样,以下简称胎体试样和碳钢试样）、2种钎料,采用火焰钎焊和高频感应钎焊,研究了钎焊温度、钎料、钎焊方式对PDC复合片和不同基体材料焊接性能的影响,得出了剪切强度随温度的变化曲线。同时,采用光学显微镜对PDC的焊缝断面进行了观测。结果表明,PDC复合片与胎体试样钎焊时,为硬质合金间的钎焊,钎料与母材润湿效果好,剪切强度值较高;PDC复合片与碳钢试样钎焊时,为硬质合金和异种材料间的钎焊,为了提高剪切强度,可适当提高钎焊温度或采用Ni含量高的钎料。      

基于ANSYS的PDC钻头钎焊裂纹应力场和应力强度因子分析

金刚石复合片(PDC)钻头钎焊裂纹尖端两侧临近界面处应力高度集中,是导致其断裂失效的主要原因。基于ANSYS对PDC钻头钎焊裂纹进行数值模拟,针对焊缝裂纹形状、厚度、位置的不同,能对裂纹尖端应力场等值线图及应力强度因子进行数值计算。借助这一计算PDC焊缝裂纹应力强度因子的新方法,阐述了PDC断裂失效机理,用以指导钻头焊接工艺,稳定和提高PDC钻头焊接质量。      

日本PDC全面钻头的研究

一、概要过去，对PDC（金刚石复合片）钻头的评价是“钻进均质中硬岩具有优异的钻进性能，对于降低钻探成本做出了巨大贡献，但是由于强度原因不能钻进非均质硬岩”。于此情况下，日本有关厂家开发出高温、硬岩钻进用新型PDC。作为“阳光计划”的一环，日本资源环境技术综合研究所着手研制镶焊新型PDC的地热钻头。     

PDC钻头焊前焊后处理工艺的试验研究

PDC钻头焊前脱水方式、焊后炉中冷却初温与冷却时间等工艺参数的合理选择是提高PDC钻头焊接强度的基础。通过室内正交实验， 研究了上述工艺参数与PDC焊接面抗剪切强度的关系，确定了各工艺参数的优化值。     

PDC自动化高频感应钎焊强度的影响因素

随着制造业不断向自动化、智能化方向发展,研究PDC钻头钎焊自动化是钻头生产技术的重点发展方向之一。为分析焊接强度对PDC自动化钎焊的影响及适应情况,利用特制的工装及试验条件,以PDC片和合金支柱为基体材料,开展了PDC高频感应焊接试验;并结合剪切强度和断面形态,分析了钎料钎剂、表面预处理、焊接方式、保温方式及感应加热对焊接强度的影响,并提出了适应PDC自动化钎焊的钎焊工艺方法。结果表明:应根据实际情况选取合适的银基钎料及专用焊膏;母材表面氧化层对焊接强度的影响较大;采用旋转式辅助焊接方式有助于钎料的铺展及排气排渣,能有效提高感应钎焊的强度;保温方式对PDC感应焊接强度的影响不大;应减小感应加热的集肤效应造成的边缘钎料熔蚀和中心温度低钎料未完全熔融对工件焊接强度的影响。研究结果为实现PDC自动化感应焊接提供了可行性方案,并对实现PDC钻头自动化钎焊提供了基础依据。      

扩大PDC钻头适应岩层范围的技术措施

现有PDC钻头在中硬岩层中具有较好的钻进性能，但钻进软岩时存在钻头糊钻、效率低的问题，钻进较硬岩层时则存在钻头寿命短的问题，而大部分岩层属软、较硬岩石互层，因而制约了PDC钻头的大量推广应用。论述了扩大PDC钻头适应岩层范围的技术措施，并通过现场试验证明了技术措施的可行性。     

PDC钻头在中硬岩钻进中的应用

PDC钻头是在高温、高压下由人造金刚石与硬质合金一次合成的超硬材料制成的一种新型钻头,具有强度高,耐磨,抗冲击性强、出刃大等特点。以某勘探区为例,介绍该钻头的应用情况,并与普通硬质合金钻头进行了时效和成本的对比,从对比结果来看,使用PDC钻头钻进效率比合金钻头钻进效率提高57%-69%,钻头成本比合金钻头降低61%-67%,同时还对PDC钻头如何钻进破碎带进行了探讨,并对该钻头在使用中的注意事项进行了说明。     

月球钻探取心特种钻头研制与试验

对月壤形成过程和物质组成进行了介绍,并将实际月壤基本物理力学指标与CUG-1型模拟月壤和普通干砂进行对比,认为在月球钻探取样过程中可能遇到具有一定胶结强度的硬质团块.为保证钻探取样顺利进行,需要研制月球钻探用特种取心PDC钻头.基于PDC钻头的碎岩机理,对钻头的负前角、旁通角、出露高度、钻头保径和PDC切削齿的钎焊工艺分别进行了设计,并对钻杆和钻头装配体在钻进过程中的受力过程进行有限元分析.最后,采用所设计的特种取心PDC钻头进行岩石干钻试验,试验结果表明该钻头能钻进可钻性级别小于或等于六级的岩石,能满足月球钻探需要.     

弹塑性致密泥岩用新型尖齿PDC钻头的研制与应用

分析了常规复合片钻头钻遇弹塑性致密泥岩钻进效率低的主要原因,并在此基础上研制了适用于该种地层的新型尖齿PDC钻头。通过对PDC切削齿几何结构的改进、切削结构和水力结构的优化设计而研制的新型钻头,在现场试验中取得了良好的钻进效果。平均寿命高达300 m,平均钻进时效3～4 m,解决了弹塑性致密泥岩钻进效率低的难题,为类似地层的钻探施工提供了一种高效实用的新产品。     

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。