模拟深井条件下的PDC钻头破岩试验研究

利用深井破岩试验装置模拟不同井深压力条件下对泥岩进行了ＰＤＣ钻头破岩试验，试验结果表明，随着井深的增加，岩石强度增加，破碎岩石的切削力增加，同时，ＰＤＣ钻头齿形和结构对破岩效率影响较大，因此必须按深井条件和岩石特点进行ＰＤＣ钻头齿形和结构设计，以达到提高机械钻速的目的。     

煤田PDC钻头单喷嘴喷射试验研究

通过喷嘴喷射试验,研究了煤田PDC钻头喷嘴尺寸和喷射距离与射流动压力的关系,得出了优化喷射结构参数。     

石灰岩地层PDC钻头仿生PDC齿工作角优化试验研究

在仿生耦合理论的指导下,根据贝壳的表面非光滑的结构特性设计研制一种仿生PDC齿。设计PDC钻头时,主要考虑切削齿的后倾角与侧转角,二者对钻头碎岩效率有重要影响。通过理论分析仿生PDC齿在钻头的最优安装角度,并通过钻进试验来优选仿生PDC齿在钻进石灰岩的最优安装角度。试验结果表明：在相同的转速、钻压的条件下,切削齿后倾角为20°、侧转角为0°时,钻头钻速最快。此试验结果可以为石灰岩地层用PDC钻头的设计提供参考依据。     

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。     

水敏性软硬交错地层瓦斯抽放孔PDC钻头的设计与应用

贵州地区煤炭资源中瓦斯突出灾害非常严重,矿下掘进前的瓦斯抽放工程量巨大。在瓦斯抽放孔钻进施工过程中,由于现场操作的不熟练和使用钻头的盲目性,使用的钻头数量不仅非常大,而且效果较一般。针对当地复杂地层,对钻头进行了改进设计,取得了良好的效果。钻头寿命由原来的166．5m提升至399m,钻进效率由8m／h提高到12．4m／h左右。     

关于PDC钻头低温氮、磁化综合处理的试验研究

复合片钻头在石油钻井和地质钻探中,得到了广泛应用,取得了很好的技术经济效果。但是,在深孔钻进中,特别是在复杂地层,诸如软硬互层、裂隙互层和研磨性地层中钻进时,机械钻速下降,钻头进尺降低,影响了其进一步推广和使用。如何提高钻头的使用性能,即提高钻头的强度（硬度）和耐磨性,以解决上述问题是一个非常重要的课题。在提高钻头使用性能方面,对其进行低温液态氮处理、磁化处理的综合处理方法是一种很有效的方法。俄罗斯专家进行的理论研究和生产实践证明,使用这种综合方法可以有效提高钻头的使用性能。     

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。     

PDC取心钻头设计支持系统的设计与开发

为了提高地质勘探钻头的设计水平,缩短其设计与研发周期,以Pro/Engineer软件为开发平台,结合Pro/Toolkit和VC++开发工具,设计开发了一个集参数化三维及二维绘图、有关设计计算和分析等设计功能为一体的PDC取心钻头设计支持系统。在系统完全实现后,将能使钻头生产实现产品设计现代化,从而提升产品设计的技术水平和提高产品设计及研发效率。     

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%。     

PDC钻头切削齿布齿设计的新思路

切削齿布齿设计是PDC钻头设计的关键。为提高PDC钻头的钻进效率,综合考虑PDC钻头切削齿的设计特点和切削先后顺序等因素,并且通过对PDC钻头单切削齿实验结果进行分析,提出了以冠部轮廓法线为基准的切削齿布齿设计方法。     

国内外PDC钻凿特性检测试验研究

针对PDC钻头在钻复杂硬地层中容易出现崩齿、碎裂、剥蚀脱层和过度磨损等问题,本文采用自主研发的PDC钻凿/磨铣特性检测试验装置对五种φ19 PDC片、五种φ16 PDC片和七种φ13PDC片进行了钻凿/磨铣特性进行了检测及评价。结果表明,不同厂家、不同规格PDC片切削性能各不相同,PDC钻凿特性有后期出刃型和直接出刃型两种。在相同条件下,后期出刃型钻速表现出由低到高再到低,直接出刃型表现为由高到低的特性,因此,在制造PDC钻头的过程中应合理选择PDC片规格尺寸,从而有效提高PDC钻头质量。     

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。     

泥浆对钻头WC基胎体材料冲蚀磨损的试验研究

采用双喷嘴闭路循环试验装置,测试了钻头胎体材料在泥浆冲蚀作用下所产生的总质量损失TML和由纯机械冲刷作用所产生的质量损失E。通过计算得到了由腐蚀及机械冲刷与腐蚀相互作用所产生的质量损失C+S。结果表明,钻头胎体材料的冲蚀磨损不是纯由机械冲刷作用引起,而是由机械冲刷、腐蚀及他们的相互作用共同引起。因此,在有腐蚀性的泥浆中设计和选用PDC (金刚石复合片)钻头时,除了考虑胎体材料的抗冲刷磨损性能外,还应考虑钻头胎体材料的抗腐蚀性。     

低温氮、磁化综合处理钻头使用性能提高的X射线 和电子显微技术分析研究

在地质钻探和石油钻井中,钻头都是非常重要的钻进工具。其技术特性,特别是硬度和耐磨性与钻探的技术经济指标,即与机械钻速、钻头进尺和每米钻探成本直接相关。为了提高钻头的工作性能,俄罗斯南方国立技术大学提出了综合低温淬火、磁化回火处理钻头的方法。经过综合处理后,钻头体、复合片底座和钎焊层的硬度分别提高了30%、3%和22%。野外钻进试验结果表明,经过低温液态氮和磁化综合处理的与未经综合处理的钻头相比,每次试验钻头进尺都有提高,总体上钻头进尺提高了222%,取得了很好的钻进效果。并对取得的效果进行了X射线和显微技术分析。