SY系列深孔硬岩孕镶金刚石钻头的研究与应用

针对山东莱州纱岭、前陈,招远水旺庄等典型的深孔硬岩强研磨性地层情况,对孕镶金刚石钻头在原料、配方、模具以及各项生产工艺等方面做出设计、研发和改进,并对钻头进行长时间、多层次的试验,根据各项理论指标结合试验数据,确定钻头的设计参数,研发出了适合深孔硬岩强研磨性地层使用的孕镶金刚石钻头。     

坚硬地层NBS高效孕镶金刚石钻头的研究与应用

介绍了一种NBS高效孕镶金刚石钻头,该类型钻头通过向胎体配方引入一种NBS材料,该材料与胎体结合强度强,晶型锐利,室内微钻试验及野外试验结果显示,该类型钻头可大幅提高钻进中弱风化坚硬岩石的钻进效率,且钻头寿命较以往技术有很大提高。     

孕镶块式高胎体金刚石钻头的研制

为了提高金刚石钻头的时效和寿命,将钎焊法引入到高胎体金刚石钻头的设计和加工中。首先利用热压法加工耐磨性能好的金刚石孕镶块;然后加工自带两层水口和水槽的新型钻头钢体,且两水口之间预留焊接槽;最后采用钎焊法,将金刚石孕镶块焊接到钻头钢体上。野外试验表明,试制的2只Φ75/54.5 mm高胎体金刚石钻头,与现场使用的孕镶金刚石钻头相比,钻进效率分别提高41.7%和8.3%,使用寿命分别提高50.4%和32.9%。采用二次钎焊法加工的金刚石钻头,兼顾了热压法的优点,解决了工作层高度过高导致钻头胎体折断、掉块的难题,明显提高了金刚石钻头的使用寿命。     

钻进“打滑地层”时的钻头与钻具的选择及使用

孕镶金刚石钻头在钻进种类不同岩层时,经常出现"打滑"现象。就是在钻进中机械钻速低、甚至不进尺的现象。钻头"打滑"现象经常发生,有地层原因,也有操作技术原因,通过选则不同类型钻头与使用方法,克服"打滑"现象,顺利完成钻探工作。     

坚硬致密弱研磨性地层孕镶金刚石钻头性能优化

基于金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层钻进时易出现进尺效率低的现象,将SiC磨粒作为胎体耐磨损性弱化颗粒添加至胎体中,采用室内钻进及正交试验设计法从金刚石粒度、金刚石浓度、胎体耐磨损性弱化颗粒浓度、胎体硬度4方面对钻头性能进行优化,并探讨了钻进工艺参数对钻进效率的影响。结果表明：将适当材质的胎体耐磨损性弱化颗粒添加至钻头胎体中,能够有效提高钻头的钻进效率,避免钻头打滑的现象;胎体硬度HRC 25,金刚石粒度40/50目、金刚石体积分数55%,胎体弱化颗粒体积分数30%是本次试验最优的设计方案;在相同主轴转速条件下,轴向压力不宜超过3.5 MPa,在相同轴向压力的条件下,其主轴转速以750~850 r/min为宜。     

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。     

石墨水口孕镶金刚石钻头的研制

针对目前预成形水口水槽孕镶金刚石钻头存在缺点，作者研制了一种新型石墨水口孕镶金刚石钻头。通过现场试用表现，该钻头在钻进时效，钻头寿命方面有较大提高。     

孕镶金刚石钻头钝化与锐化机制探讨

系统论述了孕镶金刚石钻头钝化和锐化的过程、机制、实质原因和条件，首次提出了暂时钝化和自行锐化的成层分布、趋平磨损、连锁反应和硬磨粒磨损等四方面机制，并将复杂的自行锐化条件归结为简明的锐化条件不等式δ≥δ０。     

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。     

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.     

本溪台沟铁矿深部坚硬地层孕镶金刚石绳索取心钻头的选择和使用

深部坚硬地层绳索取心钻进的特殊性在于钻头易打滑与增加钻头压力受限的矛盾。在分析总结本溪铁矿已施工超深孔成功经验的基础上,提出了孕镶金刚石钻头的选择与使用技术措施,提高了钻进效率,延长了钻头使用寿命,解决了深孔坚硬岩层钻头的打滑问题。     

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。     

国内外金刚石钻头的部分技术进展

收集和介绍了一些国内外金刚石钻头技术研究的发展前沿,从新材料新工艺的应用、新设计思路、先进设计手段等方面对金刚石钻头设计和制造技术的最新进展加以论述,可为国内金刚石钻头的设计制造提供参考。     

用于煤系软硬互层新型PDC取心钻头的设计与应用

PDC（Polycrystalline Diamond Compact）钻头适用于软到中硬的均质地层钻进,具有钻速高、寿命长等特点,但不适合软硬互层等地层。鉴于此,针对煤系软硬交错地层（3～8级）钻进效率低、钻头寿命短和岩心采取率低的特点,提出了加强保径结构、改善水路循环和超前辅助切削齿的设计。设计制造的φ77 mm PDC取心钻头在重庆市綦江县同华煤矿勘探3号孔钻进中取得了较好的使用效果。     

两级磨料新型孕镶金刚石钻头

研制出一种两级磨料新型孕镶金刚石钻头,该种钻头解决了时效与寿命不能同步提高这一长期困扰钻头研制者的难题。现场应用证实了这种新型钻头的优越性,钻头综合指标较一般钻头提高１７９％。     

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。     

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。