刮刀钻头结构及切削要素的经济性设计

通过对生产实践经验的积累总结，分析了影响刮刀钻头寿命的因素，提出了改善钻头结构及切削要素的经济性设计方案，通过实际应用，效果很好，钻井施工效率显著提高。     

大切削具钻头回转钻进的分析

根据刃具斜切入破岩的一些试验研究成果，分析了大切削量钻头的钻进过程，推导出了大切削量钻头进行回转钻进的机械钻速公式。     

偏心刮刀扩孔钻头的试验研究

以某机场载荷试验反力系统的锚桩扩孔为例,介绍了偏心刮刀钻头的结构、工作原理及其应用。实践证明,偏心刮刀钻头适用于土层和软弱～半坚硬岩石,具有低成本、高效率的优点。     

关于我国金刚石钻头生产技术的分析研究

我国金刚石钻进取得了很大的成绩,但是其技术经济指标尚不理想,与国外相比尚有差距,特别是其中关键的金刚石钻头性能指标更是如此。我国目前主要使用热压烧结技术生产金刚石钻头。但是,热压烧结有“短板”,国外冷压浸渍烧结有强项,微波加热烧结有优点。建议试验研究冷压浸渍、微波烧结金刚石钻头,以便把我国的金刚石钻探技术经济指标提高到一个新水平。     

刮刀钻头钻进中几个问题的讨论

分析了刮刀钻头钻进时刀刃和钻具的受力情况;讨论了“蹩钻”的原因和控制办法。     

用层状金刚石薄膜切削具设计钻头的新概念：第四届新型金刚石科技进展国…

化学气相沉积（ＣＶＤ）金刚石薄膜的面市，为钻进岩石选用新型切削具开辟了新设计途径。其功能明显地表现在：（ａ）良好的均匀磨损机制；（ｂ）高温下钻进效果好；（ｃ）热导率高；（ｄ）与其他材质易于形成层状结构。用碳化钨钨钴硬合金片（ＴＣ）、热稳性聚晶（ＴＳＰ）、金刚石聚晶复合片（ＰＣＤ）制成的多层切削具，为设计制造新式钻头提供以下功效：（ａ）在硬而裂隙岩石中钻进能抗冲击载荷；（ｂ）可进行抗热设计以限制切削     

冰层回转钻进钻头切削具温度理论计算分析

极地冰盖底部暖冰层冰的脆性小而粘弹性大,且温度和压力较高,可钻性差。回转钻进时产生的切削热量极易使冰屑处于熔融或半融状态,致使冰屑相互聚结成团,甚至会在钻具局部位置再次冻结,导致孔内事故频发。为了解冰层回转钻进时切削具的温度变化规律,本文对切削具的受力特性和传热规律进行了理论研究,建立了钻井液循环条件下切削具温度计算理论模型,对切削具的温度变化及影响因素进行了深入分析。结果表明,回转速度、切削深度、冰与切削具间的摩擦系数、切削具刃前角及冰的抗剪强度等参数对切削温度均有重要影响,而低温钻井液虽有良好的冷却、降温效果,但仍可使切削具温度升温2～5 ℃,为暖冰层钻进带来不利影响,需深入优化钻进参数组合。     

关于利用系统论方法设计金刚石钻头的分析研究

地质钻探工程是个复杂的系统工程,金刚石钻头设计是个复杂的系统。俄罗斯技术科学博士Скоромных В. В.教授等使用系统论方法设计表镶金刚石钻头,以机械钻速为目标函数,以钻头切入岩石深度为切入点,建立了相关的数学模型,编制了程序,进行了计算机模拟,可以比较直观地看到金刚石在孔底的工作情况和钻头破碎岩石的过程,对于深入研究孔底岩石破碎过程机理和判断金刚石钻头设计的合理性及其对钻探技术经济指标的作用,具有一定的实际意义。     

基于稳态碎岩方式的PDC钻头设计分析研究

自从20世纪80年代PDC复合片研发成功以来,PDC钻头由于其钻进性能强和耐磨性能好,在世界许多国家的石油钻井和地质勘探中得到了广泛应用,取得了很好的效果。但是,如何进一步提高其在钻探工程中的技术经济指标是一个很迫切的问题。俄罗斯博士Скоромных В. В.教授等对此进行多年研究,提出了稳态破碎岩石方式的思想,即在轴载和扭矩切力形成的合力R与切削面成垂直角度条件下,切入深度h不变时形成的一种碎岩方式。并在此基础上提出了一些设计PDC钻头方面的建议。     

关于提高金刚石钻头胎体工作能力的试验研究

在地质勘探中,金刚石钻进是一种主要的方法。在金刚石钻探生产中,钻探设备、钻头、钻探工艺、钻探生产操作技术和生产管理都是非常重要的。钻探技术经济指标与钻头胎体的工作能力关系更为密切,因此成了人们关心的问题。俄罗斯Кубасов В.В.博士等在提高钻头胎体工作能力方面做了大量的工作,取得了很好的技术经济效果。本文介绍了他们在低品级金刚石的选择性破碎处理、金刚石的热处理、金刚石钻头的低温处理和胎体性能的控制技术等方面的研究内容及取得的成果。     

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。     

关于金刚石钻头底出刃锐化处理的试验研究

在我国固体矿产地质勘探中,金刚石钻进是一种主要的钻进方法。金刚石钻进时,破碎岩石是靠镶在钻头胎体中的金刚石底出刃完成的。随着钻孔的加深和孔底岩石的破碎,金刚石底出刃被磨损,直接影响机械钻速和钻头进尺,直至钻头报废。因此对钻头金刚石出刃磨锐问题,应该给予充分注意。俄罗斯Спирин В.И.教授等利用电化学原理对钻头底出刃进行锐化处理,以提高机械钻速和钻头进尺,基于此原理研制了野外用轻便式电化学锐化处理金刚石钻头的设备,工程应用验证,取得了很好的技术经济效果。     

关于金刚石钻头胎体硬度分布的试验研究

钻头胎体硬度是一项重要技术指标,应与所钻岩石的硬度（可钻性）和研磨性相适应。胎体硬度直接影响钻探技术经济指标的提高和钻进工艺参数的选择。试验研究表明,钻头胎体硬度分布很不均匀,差别很大。首先应从胎体烧结工艺上找原因,烧结压力偏小（5 MPa）可能是首要原因。钻头、工艺参数、操作技术等都很重要,缺一不可。钻进技术经济指标低,不一定都是钻头质量问题,要从多方面进行研究。提倡把经验打钻提高到科学打钻上来。     

各向异性岩石破碎过程分析及其钻进用钻头设计研究

钻探工程施工中经常遇到各向异性岩石。钻进各向异性岩石时,不同方向上的岩石强度是不同的。在垂直地层方向上的岩石最容易钻进破碎,其他方向破碎阻力较大,因此岩石压挤核成椭圆形。轴载用于克服岩石的内摩擦阻力和克服来自岩石破碎时产生的反力。在岩石反力垂直分力的作用下,对钻头产生翻转力矩。在此翻转力矩的作用下,钻头偏斜,钻孔弯曲,直接影响钻进效率和钻孔质量。因此,要采取措施解决这个翻转力矩问题。俄罗斯博士Скоромных В. В.教授等对此进行多年研究,提出了宜用钻头设计的新思路。     

深部各向异性硬岩钻进用新型金刚石钻头试验研究

我国正在进行深部地质找矿和深部矿产资源开发,“十三五”计划规定了对地下空间的利用和开发进行研究,这些都离不开深部钻探。深部钻探中遇到的岩石多为各向异性岩石,在这种岩石中钻进时,钻孔容易偏斜,影响钻探效率和质量。俄罗斯博士Скоромных В.В.教授等对此进行了研究,提出了钻头水口大小变化的设计思想。对比试验结果表明,这种新钻头钻进技术指标较好,值得研究和探讨。     

不同地层钻进用金刚石钻头分析研究

在钻探工程中,特别是深孔钻进中,常常遇到各种复杂情况,例如,遇到坚硬裂隙性地层钻进问题,空气泡沫洗井时钻头冷却问题,钻孔和岩心保径问题,等等。这些复杂情况的解决几乎均与钻头的技术特性和工作能力有关。应从钻头方面进行研究、采取对策,以便提高钻探工程的技术经济指标。俄罗斯专家在解决上述有关问题时在可以使用的钻头方面进行了很多的研究,取得了一定的成果,包括坚硬裂隙性岩石钻进用金刚石钻头、压缩空气（泡沫）洗井用金刚石钻头、保径金刚石钻头等。本文介绍了这几种获专利技术的金刚石钻头的结构、工作原理及优点,可供我国研究和借鉴。     

地质勘探用金刚石钻头减振能力的分析研究

地质钻探中,钻头在轴载和扭矩作用下产生振动,钻头中产生正应力、剪切应力和位移,对钻进产生负面影响。如果形成共振,则对钻具和钻进过程产生破坏性影响。使用减振能力强的钻头胎体材料是减小钻头振动的有效方法之一。俄罗斯图拉地质勘探科学研究所对不同材料的减振能力进行了研究,认为线性尺寸为0.4 mm的BK6M材料的减振能力比试验的其他材料好。使用粉料颗粒线性尺寸比为1.15～1.25,颗粒面积比为40∶1～48∶1的WC粉料和大颗粒莱立特硬合金粉料制成的钻头,在乌拉尔地区ГП-УС-30地质勘探队进行了生产试验,取得了很好的技术经济效果,钻头寿命提高了50%,金刚石单位消耗量降低了80%～90%。