斜孔中金刚石钻头磨损情况分析

1989年,我队承担黄金坪金矿区详查钻探施工任务.钻孔均为75～80°斜孔,平均孔深300m左右.主要岩石有闪长岩、闪长斜长混合岩、混合花岗岩、石英脉等.岩石级别为9级以上.岩层坚硬、完整、研磨性强、产状陡.金刚石钻头非正常磨损严重,钻头寿命短,钻探成本高.目前已完成钻探工作量1500m,消耗金刚石钻头82个,钻头平均进尺仅18.3m.钻头磨损情况见下表. 经分析,钻头在斜孔中非正常磨损与其受力情况有关.     

金刚石钻头的磨损形式及其分类

金刚石钻头(АБЛИ)的磨损就其物理化学性质、磨损过程表现形式和规律性来说是很不相同的。尽管磨损形式很不相同,但仍未制定出非常完整的磨损分类表。在机械制造摩擦技术中,把下列因素作为基本分类原则和特征:磨损条件(摩擦面的材料、摩擦形式、有无润滑剂     

人造金刚石孕镶钻头磨损特征的研究

金刚石钻头定每转进尺钻进试验表明：在每转进尺合理范围内，钻头磨损率较低，在此范围外，则较高；并发现钻头多出现内喇叭型不均匀磨损唇面。本文从理论上解释了金刚石钻头出现这种磨损唇面的原因：即内侧金刚石切深、受力及每周碎岩体积较大；并据此探讨了包括镶钻头在内的金刚石镶嵌措施，以使唇面均匀磨损。     

金刚石钻头底唇胎体拉槽分析与研究

本文根据河南省小秦岭金矿田在钻探施工中，小口径１金刚石钻头底唇胎体拉槽，推光头的现象和特征，全面地观察和剖析了发展规律及导致拉槽的过程，提出了独特的见解和认识，研究出了使用钻头的正确方法，拟供同类矿区借鉴。     

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。     

高转速钻进时金刚石钻头磨损的试验研究进展

讨论了金刚石钻进中提高机械钻速和降低钻探磨损问题 ;探讨了这两个技术指标与钻压、转速的关系 ;提出了表示机械钻速和钻头胎体磨损关系的钻探效果指标 ,并根据后者确定出了规程参数最优值     

关于金刚石钻头绝对磨损和相对磨损的试验研究

本文阐述了在苏联伊尔库茨克工学院金刚石钻进试验台上钻进花岗斑岩时取得的试验研究结果。本文作者根据此试验结果确定出了金刚石孕镶钻头的绝对磨损、相对磨损与钻头压力、钻头转速、冲洗液量、胎体硬度的关系式。利用这些钻头磨损的数学模型就可确定出与钻头最优绝对磨损、相对磨损相应的最优规程参数来。     

关于提高金刚石钻头胎体耐磨性的试验研究

胎体耐磨性（胎体硬度）是金刚石钻头的一个重要技术指标,它直接影响钻头、钻进规程参数的选择和钻探工程技术指标的提高。目前,现场所用钻头实际胎体硬度低于出厂钻头的标称硬度,而钻探施工一般按胎体标称硬度进行安排生产,所以会对钻探效率和进尺的提高带来误导和负面影响。为了提高钻头胎体硬度,进行了如下研究工作：改进钻头烧结工艺,提高胎体材料中碳化钨的比例和增加混料时间。在改进钻头烧结工艺中,建议讨论研究俄罗斯冷压烧结技术,其烧结压力可以达到70～100 MPa,远远高于我国热压烧结的压力,这将有利于胎体耐磨性的提高和钻探技术经济指标的改善。     

凸包型仿生耦合金刚石钻头模拟分析

研究发现仿生耦合钻头较普通钻头钻进时效提高很多。仿生耦合钻头一方面能使钻头唇面有较高的比压;另一方面能使钻头具有很好的冷却效果,因此在钻探工程中有很好的应用前景。应用数值模拟软件ansys,模拟分析了凸包型非光滑表面对金刚石钻头性能的影响。对比分析了4种不同非光滑度状况下,钻头在一定的钻压作用下在岩石表面产生滑动摩擦的过程。主要分析了该过程中岩层的等效应力、钻头底唇面的接触摩擦应力和接触压力的变化规律。研究发现,凸包型非光滑表面在一定程度上可以提高钻头的使用寿命和钻进效率。     

中国金刚石钻头技术专利现状分析

通过采集、整理1985～2013年中国金刚石钻头技术专利文献,对申请人类型分布、维持年限、技术领域、法律状态进行了分析,并与全国的专利水平进行了比较。中国金刚石钻头技术专利申请近几年大幅增长,国内申请人在专利数量上占绝对优势,地质（矿山）、石油天然气、建筑业是其主要的应用领域,申请人的技术能力比较平均,没有形成垄断的技术包围圈,但专利类型分布不均衡,专利的维持年限和寿命比较低。提出了一些发展金刚石钻头技术的专利战略。     

仿生孕镶金刚石钻头高效碎岩机理

将仿生学的非光滑原理应用到孕镶金刚石钻头的设计中,研制出新型的仿生孕镶金刚石钻头,比普通金刚石钻头钻进时效提高了30%~80%。仿生钻头破碎岩石后岩粉的颗粒比普通钻头破碎的岩粉颗粒大,可节省能量消耗,提高破碎效率;仿生非光滑表面使得钻头唇面的比压增加,有利于钻头的锐化,从而提高了时效;另外非光滑表面改善了钻头和岩石的冷却条件,因此提高了金刚石钻头的钻进效率。     

金刚石钻头可再生水口的试验

从仿生学的角度,依据脱皮动物的脱皮特性,设计一种可再生水口,用于增加金刚石钻头工作层的高度,进而延长钻头寿命。在可再生水口的加工方法上,首先利用冷压法把含有金刚石的胎体粉料冷压成型,然后组装在模具中,在特定的温度和压力下进行热压烧结,成功获得了具有可再生水口的小口径金刚石钻头;并在此基础上加工了Φ59  mm钻头,模拟野外条件进行室内试验。结果表明：选用特定的水口材料,可以成功实现水口的可再生,为长寿命金刚石取心钻头的研制提供了一种新的思路。     

超声波在电镀金刚石钻头工艺中的应用与研究

在常规电镀液中引入超声波技术,通过超声波电镀金刚石钻头与普通电镀金刚石钻头在制造周期、镀层表面形貌、镀层显微硬度及综合钻进性能的对比表明:超声波电镀金刚石钻头的制造周期缩短近50%、镀层的显微硬度提高近100%;同时,超声波电镀金刚石钻头的综合钻进性能也增强了近25%,产品有巨大的市场价值和良好的应用前景.     

金刚石岩心钻探压力的探讨

从孕镶钻头金刚石出刃与分布、岩石抗压强度和压入硬度及碎岩机理等方面对孕镶金刚石钻头给进压力的确定方法进行了分析探讨，提出综合碎岩机理，确定钻进行压力的计算方法和公式。     

聚晶金刚石取心钻头的研究与应用

煤田勘探中存在大硬度、弱研磨性、高胶结强度地层的低钻效问题，为此进行了聚晶金刚石取心钻头的研制。该聚晶钻头底唇设计为阶梯状，水口不超过8个，聚晶在底唇上采用抛物线布局。聚品金刚石取心钻头经与PDC钻头、金刚石钻头对比，其在大部分地层磨损正常，钻效有较大提高。     

基于打滑地层的孕镶金刚石钻头设计

为了提高金刚石钻头在坚硬致密、弱研磨性地层的钻进效率, 将弱化胎体耐磨损性能理论与切削齿非光滑设计相结合, 制作钻头进行现场试验并对胎体进行扫描电镜分析.研究结果表明:在胎体中添加适当浓度的胎体弱化颗粒, 有利于提高钻头的钻速; 经胎体耐磨性弱化处理的钻头在钻进过程中, 弱化颗粒易于从胎体表面脱落, 使其表面形成微观非光滑形态, 提高了钻头唇面与岩石的单位面积压力, 增加了孔底岩粉的研磨能力, 促进了胎体中新颗粒金刚石的出刃; 弱化颗粒浓度存在一个较优的设计范围, 过高或过低都不利于提高钻头的钻进效率和使用寿命.      

薄壁金刚石钻头的唇面设计

从粉末冶金的压型理论入手 ,分析热压法制造薄壁金刚石钻头的胎体压制过程中的受力情况 ,指出了平底唇面设计存在的不足 ,在分析薄壁金刚石钻头胎体密度和硬度分布及钻进过程的前提下 ,提出了薄壁金刚石钻头的唇面应采用类似半圆形。