地浸砂岩型铀矿弹塑性致密泥岩钻头的研究与应用

针对北方地浸砂岩型铀矿超过400m钻孔钻进中弹塑性致密泥岩钻进效率低的问题,研究试验了钻头,提高了钻进效率,总结了操作技术。用φ104mm中八角阶梯肋骨钻头钻进较软弹塑性致密的光滑的红褐色、浅绿色“打滑”泥岩;用φ104mm中八角阶梯肋骨钻头钻进较软弹塑性致密的灰色致密泥岩;用φ104mm交错式圆片状复合片钻头钻进脆性较大的黑灰色弹塑性致密泥岩;用φ104mm交错式圆片状复合片钻头钻进灰白色脆性较大的弹塑性致密泥岩;用φ104mm双环式齿形复合片钻头钻进弹塑性致密硬泥岩。     

低温电镀孕镶金刚石石油取心钻头研制与应用

该钻头用于坚硬地层取心。河南油田以往常用园柱聚晶、三角聚晶钻头以及烧结孕镶金刚石钻头，取心效率低、钻速慢、成本高。近两年采用低温电镀孕镶金刚石钻头取心后，平均单筒进尺由原来的4．20m／筒提高到7．62m/筒，平均取心机械钻速由原来的0．21m/h提高到的0.84m/h。该钻头生产工艺完全改变原来高温（1000℃以上）烧结为低温（室温）电镀工艺，极大地避免了金刚石热损伤，采用高强度大颗粒的金刚石，提高了取心机械钻速。     

孕镶金刚石钻头优化设计及其在甘青隧道应用

孕镶金刚石钻头是通过胎体超前磨损,促使金刚石出露形成微切削刃,在钻压和扭矩的作用下对岩石进行磨削碎岩,可广泛应用于硬地层和复杂地层钻进。然而,常规金刚石钻头存在坚硬地层钻速低、进尺慢、费用高等问题。本研究首先采取甘青隧道S2Z-45钻孔相邻孔不同深度的岩石样品,对其硬度、矿物组成及可钻性进行测试分析,确定了岩层大部分以闪长岩为主,岩石可钻性等级为8级;然后针对甘青隧道的地质特点对孕镶金刚石的胎体硬度和底唇面形状进行了优化设计,并进行了现场试验,通过分析钻头的实际使用情况研究了孕镶金刚石钻头性能的影响因素。试验结果表明：胎体硬度为HRC 15～20、金刚石粒度40～50目、金刚石体积分数为20%、底唇面为环槽尖齿型的孕镶金刚石钻头性能最佳,寿命达到321 m,钻速为1.17 m/h;在相同金刚石参数下,胎体硬度为HRC 10～15的滚齿型孕镶金刚石钻头在钻速方面具有优势,最大钻速能够达到1.44 m/h。环槽尖齿型底唇面和高胎体硬度有助于提高钻头寿命,滚齿型底唇面和低胎体硬度有利于提高钻进效率,但钻头寿命偏低。     

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。     

单阶梯V型槽人造孕镶金刚石钻头钻进效果妤

单阶梯V型槽人造孕镶金刚石钻头,设计新颖,优点突出,与其他类型钻头相比,时效明显提高.钻头结构特点钻头唇面为单阶梯型,内外阶梯之间有V型沟槽(如图),这是该钻头设计的独到之处.当钻头克取岩层时,内阶梯超前掏槽钻进,外阶梯随之扩孔.由于岩石是两次破碎,这就增加了岩石的比压和自由面,有利     

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。     

中硬煤层瓦斯穿层钻孔无泵式双通道机械掏穴钻头设计与应用

为了解决随钻式掏穴技术钻进中需要配套泥浆泵调节流量以切换钻进、掏穴状态,控制效果不甚理想等问题,开发了无泵式双通道机械掏穴钻头,该钻头配套双通道钻杆及双通道送水器使用,在钻具内形成2套互不连通的水路,环空水路用于冷却钻头携带岩粉进行正常钻进,中心水路用于控制刀翼开合,大大提高了刀翼开合的控制精度,同时无需配套泥浆泵,提高了随钻掏穴技术应用范围。通过钻头结构设计、齿轮齿条计算以及水路结构优化等,提高了钻头可靠性,采用设计的钻头在淮北朱仙庄煤矿进行了现场试验,试验共完成了?120 mm的钻孔101个,施工总进尺2 861.5 m,钻孔平均深度28.3 m,出煤量0.20~0.69 t/m,单孔平均出煤量0.22 t/m。采用双通道造穴技术可将原常规施工?120 mm钻孔直径扩大至4.1倍。试验证明:设计的双通道机械掏穴钻头,能够满足无泵式机械掏穴的需求,大大提高了施工效率。本研究为低透煤层瓦斯抽采增透提供了钻具支撑,为本行业类似掏穴钻孔施工提供了技术方案。      

几种日本天然金刚石钻头的试验

总结了中日合作进行的几种天然金刚石钻头的试验成果,介绍了试验钻头的类型及主要结构参数,对同心圆矩形齿孕镶、多阶梯表镶和底喷式钻头的适岩性及钻进某些岩层效率较高的原因作了简要分析,并根据试验中发现的问题,提出了改善钻头水路系统排粉性能的意见。      

电镀薄壁金刚石工程钻头

研究了电镀薄壁金刚石工程钻头的胎体金属选择,胎体的性能和胎体与钢休间的结合强度.台架试验结果表明:钻头平均时效2.90m/h,钻头寿命69m.在实际工程应用中,钻头寿命一般在30-40m,最高达54m.其特点是钻头不需初磨、不掉块、不堵心,胎体正常磨损,钻孔速度快,成本低.取得了较好的社会、经济效益.充分显示出电镀薄壁钻头只有广阔的发展前景.     

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。     

金3井混镶金刚石钻头的设计与应用

针对东北地区金3井沙河子组致密泥岩和砂砾岩互层,地层软硬交错、研磨性强,钻进机械效率低,钻头寿命短的问题,通过改进胎体配方、采用耐磨的混镶金刚石热压镶嵌齿作为切削齿、优化了钻头的切削结构、采用CFD软件进行钻头水力结构模拟与优化,研制了混镶金刚石钻头（ NR826M）。所设计的钻头在金3井共使用了3只,总进尺784.69 m,钻头平均机械钻速1.03 m/h,单只钻头最高进尺295.03 m,钻头寿命是牙轮钻头的6.5倍,机械钻速是牙轮钻头的1.5倍,为该井缩短了钻井周期40天,降低了钻井施工成本,也为该地区同类地层的钻头选型提供了更多的选择。     

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.     

PZ系列组合牙轮钻头及其嵌岩技术的研究

介绍了ＰＺ系列组合牙轮钻头的技术参数,结构特点及使用性能,通过对单牙轮的受力分析,提出了ＰＺ系列组合牙轮钻头最低钻压理论值和最高转速值,从而为钻头合理使用提供了理论依据。     

大口径绳索取心器在煤层气参数井的应用

豫北地区施工的煤层气参数井试1井,要求在井深1 072～1 109 m处取心37 m,取心率达到90%以上,取心时间小于2min/hm,以准确获取山西组二1煤层的储层参数.为满足设计要求,选择平顶山五环实业有限公司研制的大口径绳索取心器,并根据地层特点,设计了81/2胎体式三阶梯PDC复合片绳索取心钻头及钢体式多阶梯硬质合金取煤钻头.在施工过程中选择了合理的钻进参数和泥浆性能,并按照拟定的操作程序采取了相应的技术措施,实际岩心采取率在煤岩段达到91.3%,在基岩段高达95.8%,完全满足了煤层气参数井对目的层取心的要求.     

绳索取心金刚石钻头的改进

铁南勘探区部分岩石可钻性为8级，研磨性中等，煤层以粉煤为主，胶结性差。针对该区煤心采取率低的情况，对绳索取心金刚石钻头进了了改进：一改钻头形状为三环尖齿底唇形状；二是根据不同地层及岩性选用不同胎体硬度金刚石钻头、不同的金刚石粒度与浓度；三是在底喷钻头水口处加设隔水墙，并改变倒角方向。     

沧州盐矿古近系塑脆性地层取心钻头选型研究

沧州盐矿普查项目完成了3眼勘探孔,钻探深度3000~3451 m,取心总长度3791 m,取心层段主要为古近系塑脆性岩石。根据钻进特性,针对工区弹塑性层段和脆性层段提出了钻头选型原则。结合施工实践,经过多次试验、改进,在累计使用的硬质合金、复合片、巴拉斯3类15种钻头中,通过典型钻头结构型式、碎岩机理以及使用效果进行综合分析,优选出H-4-Ⅱ、F-3、F-6型3种钻头,在古近系地层取心钻进中效率高、取心质量好,适合工区地质条件,建议推广应用。     

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。     

阶梯式钻头挤土机理的有限元分析

为了分析阶梯钻头冲击挤密作用下土体的变形机理,将土体视为DP材料,服从Drucker-Prager屈服准则,通过钻具与土体之间的接触以及施加冲击载荷来模拟钻进过程,建立了潜孔锤冲击挤密钻进的有限元模型。以非线性瞬态动力学有限元分析为手段,利用有限元软件ANSYS9.0对阶梯钻头冲击挤密作用下土体的变形机理进行了模拟分析。结果表明,在冲击载荷作用下,冲击功主要用于竖向压缩土体,水平方向的挤压作用相对较小。阶梯钻头对土体的破坏作用可以看作是每个台阶的微剪切作用,当台阶布置合理时,土体沿等效锥面整体破坏,破坏后的土体在等效锥面的作用下被挤向孔壁四周,挤密效果较好。      

多级金刚石表孕镶钻头在坚硬岩屑砂泥岩互层的应用研究

本文针对山西晋城及霍西煤层气预查孔钻探施工中的坚硬岩屑砂泥岩互层钻进效率低的难题,研制了一种多级金刚石表孕镶钻头,对比之前研制的尖齿切削齿复合片钻头以及其他厂家钻头,机械钻速得到明显提高,在该类型地层取得了良好的钻进效果。     

乌兰哈达变质岩地层地热勘探井钻头选择与取心工艺

内蒙古自治区察右后旗乌兰哈达苏木地热勘探井井深2006.87 m。采用石油30型钻机施工,钻遇地层大部分为变质岩,达1500 m以上,对牙轮钻头损坏严重,同时施工要求进行18次岩心采取。经过对钻头的试用、选择,最后选用HJ637G型牙轮钻头,钻进时效可达0.8～1.2 m,使用寿命可达到80～100 h。取心段采用川7-4型双管单动取心筒配合金刚石钻头,岩心采取率可达70%～95%。