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。     

PDC碎岩功耗的理论分析与计算

PDC钻头破碎岩石的理论研究,对于合理设计与应用PDC钻头有着非常重要的意义。虽然国内外学者对PDC钻头的碎岩问题进行了诸多的试验和数值模拟研究,但是理论分析研究相对缺乏。PDC碎岩功耗可以定量地从能量角度反映工具破碎岩石的效率,也是评价钻进效率有效指标之一。本文基于单齿PDC的受力模型和接触力学理论,推导了PDC单齿碎岩功耗和PDC钻头碎岩功耗的理论计算公式。结合实例对比分析表明,该公式对于整形PDC片是适用的。研究结果有助于PDC钻头的设计和PDC片的布齿措施,为深化认识PDC切削碎岩机理提供重要的理论依据。     

摩擦热-机械碎岩钻进技术试验研究

摩擦热－机械碎岩钻进技术是利用钻头与岩石产生的摩擦热能加入弱化岩石，然后利用钻头上的切削元件切削碎岩。由于大部分岩石在高温和交变热应力作用下其强度、硬度以及磨蚀性都大幅度降低，因此提高了钻进效率。钻头摩擦元件采用了新型的耐摩擦耐高温的赛隆陶瓷材料，耐磨性是YG6硬质合金的3~5倍，而价格仅为硬质合金的1/10；对钻具和钻头的结构也进行了详细的论述；钻进试验表明：热机碎岩钻具摩擦元件能产生足够高的温度场(大于600 ℃)；热机碎岩钻进技术是切实可行的，能提高钻进效率，降低钻进成本。     

冲击回转碎岩机理试验研究

在模拟孔底冲击回转钻进条件的试验台上，对岩石的冲击回转碎岩机理进行了试验研究，提出了大直径潜孔钻头的合理布齿及钻进参数选择依据。     

热-机碎岩孕镶金刚石钻头的设计及试验研究

为提高钻进效率,合理利用钻进过程中产生的热量,本文采用摩擦热能辅助机械能碎岩（简称：热-机碎岩）的方法,将氮化硅作为摩擦元件引入孕镶金刚石钻头中,以提高钻头工作层的钻进性能。本文通过对钻头水口、摩擦元件的尺寸计算,钻头胎体、结构的设计,制造了一种新型热-机碎岩孕镶金刚石钻头（简称：热-机碎岩钻头）,并与常规六水口钻头和三水口钻头开展了室内钻进试验对比。结果表明,与六水口钻头和三水口钻头相比,热-机碎岩钻头加入摩擦元件后能够因摩擦生热而使岩石产生弱化作用,钻头钻速提高,在相同钻井液流量下最高可比六水口钻头的机械钻速高33.3%。热-机碎岩钻头胎体的磨损程度比三水口钻头小,热-机碎岩钻头可用于强研磨性地层的钻进。     

孕镶金刚石钻头碎岩机理的模拟实验研究

由于金刚石钻进岩石的复杂性，给研究其碎岩机理带来了许多困难，现主要存在有“磨削”、“切削”、“压碎”等理论，但仍无统一认识。很多关于钻进的预测方程也只是经验性的。关于金刚石冲击迴转的碎岩机理很少有过深入研究，该问题尚处于空白状态，然而，研究其碎岩规律对钻头设计制造与钻进工艺都是迫切需要的。利用我们研制的可钻性测定仪：一种适于野外特点的模拟装置（微钻）来模拟试验研究金刚石钻进的碎岩过程有着它突出的优点，对模拟的钻进过程可进行多因素综合性（如冲击—回转联合作用）和单因素分析（如单次冲击或瞬时回转）研究。     

基于冲击载荷的硬质合金球齿碎岩机理研究

在滑坡防治大直径桩孔施工过程中,快速钻进是治理成功的关键。因此选用合适的钻进机具与工艺极其重要,而气动潜孔锤因钻进效率高被广泛应用。气动潜孔锤钻进过程中,通过钻头底部球齿对岩石进行切削,达到高效碎岩目的,但球齿在破碎岩石过程中若冲击功选用不恰当,会导致能量损耗增大、球齿磨损较快、钻进效率低等问题,因此选用合适的冲击功进行碎岩具有重要意义。本文采用ABAQUS软件对单个球齿冲击岩石的过程进行了数值模拟,并进行了冲锤自由落体冲击实验,分析?19 mm的球齿在不同冲击功条件下的碎岩机理、破碎面积的变化规律。结果表明球齿碎岩机理分为3个阶段：弹性变形、压裂、体积破碎,且当球齿以30 J冲击功钻进花岗岩时,可有效降低能量损耗与提高碎岩效率。     

牙轮钻头牙齿破岩机理研究进展

井眼形成是通过钻头牙齿破碎岩石形成岩屑来实现的,对钻头牙齿侵入破岩机理的认识有助于优化钻头结构,提高工具破岩效率。阐述了钻头牙齿与岩石相互作用机理的复杂性,分别从弹性力学、裂纹扩展、数值模拟等几个方面,综述了钻头牙齿与岩石相互作用机理的研究进展,指出了今后的研究重点。虽然前人开展了众多的物理实验与数值模拟研究,但是由于钻头牙齿破岩过程及井底环境的复杂性,目前为止其机理并没有被完全认识清楚。理论与实验研究证明,井底压力是影响机械钻速的重要因素之一,针对钻头牙齿与岩石相互作用机理的复杂性,建议采用先进实验和数值模拟技术,将物理实验和数值模拟结合开展研究,揭示井底复杂应力环境下钻头牙齿的破岩机理将成为未来的研究重点。     

PZ系列组合式牙轮钻头在大直径嵌岩桩施工中的应用效果

本文通过大口径桩孔基岩钻进，探讨了ＰＺ系列组合式牙轮钻头结构特点、合理钻进参数的确定及碎岩机理。工程实践证明，牙轮钻头是我国目前大直径桩孔嵌岩施工较为理想的工具，应用效果良好。     

孕镶钻头金刚石恒自锐速率钻进问题的探讨

尽管金刚石钻头的碎岩过程及原理，至今观点尚未统一，但必须保证钻头唇面有一定出刃量的金刚石，才能达到碎岩的目的，这是大家一致公认的。而对孕镶钻头来说，不是像表镶钻头那样把金刚石嵌在钻头唇部表面，而是均匀地分布在钻头唇部胎体内。在钻进开始时，首先由表层金刚石起碎岩作用，随着钻进过程中表层金刚石和胎体的逐渐磨损，胎体内部的金刚石不断出露（出刃）而达到不断碎岩（进尺）的目的。因而孕镶钻头的金刚石能否正常出刃，是关系到孕镶钻头能不能达到正常工作（碎岩），取得最佳经济效益的关键问题。笔者认为，通常人们所讲的孕镶钻头与     

孕镶金刚石钻头的局部体积破碎研究

针对孕镶金刚石钻头在坚硬岩石中的低钻速、高能耗问题,提出以体积破碎的碎岩方式来提高钻进效率的方法。为了进一步探究孕镶金刚石钻头的体积破碎形式,首先设计了单颗金刚石压入岩石全过程的室内实验。通过分析试验数据发现,金刚石压入岩石发生首次局部体积破碎即为金刚石钻头的体积破碎类型。然后,建立了金刚石压入岩石发生首次体积破碎时钻头的钻压和钻速计算模型,并通过对比理论值和实际值,进一步验证了单颗金刚石压入岩石试验结果以及计算模型的正确性。最后,通过分析计算结果,提出了在小粒径金刚石钻头中添加大颗粒金刚石来实现部分体积破碎的方法,并推导出钻头中应添加大颗粒金刚石的制品浓度,确定了大小粒径金刚石的添加量,并对大颗粒金刚石在钻头中的分布情况以及碎岩方式进行了探讨,可为实际中钻头参数设计提供参考依据。      

孕镶金刚石钻头全尺寸钻进与模拟钻进之间的相似关系研究

用不同直径的钻头钻进同样岩石时,各参数间的相似关系是利用室内模拟钻进资料和历史钻进资料指导和分析钻探生产实际的基础和桥梁。本文根据相似理论以及金刚石钻进碎岩机理分析了孕镶金刚石钻头全尺寸钻进和模拟(微钻)钻进的相似关系．揭示和讨论了钻头唇面的压力分布规律,每转切入深度相等的条件下钻压相似关系、钻速相等的条件下规程参数相似关系以及钻头磨损相似关系。并且通过实际钻进试验多种岩石,验证了这些关系的正确性和准确性。     

利用声谱分析方法对岩石破碎过程的研究——俄罗斯钻探过程研究的新方向

介绍了俄罗斯采用声谱分析方法研究岩破碎过程和钻探规程的情况和结果，讨论了岩石破碎与声波的关系，说明了钻进时如何测量声波，分析了孔底功率，碎岩声波和钻头胎体温度与钻探工况（抛光，正常钻进，烧钻）的关系。     

金刚石浓度与金刚石尾部支撑体的关系及其对金刚石工作寿命的影响

金刚石浓度是孕镶钻头的重要参数，它影响着钻头唇面切削刃数量的多少，且在一定条件下也影响着每粒金刚石承载的大小、吃入岩石的深度以及碎岩特征，总的影响着钻头的钻进效果。目前钻头中金刚石成本约占钻头成本的75％，故合理选择金刚石浓度，对于提高钻头的使用效果、降低钻探成本是很有必要的。     

高压电脉冲破岩试验装置的研制

高压电脉冲破岩钻进在国际上被认为是一种在深部钻探中具有广阔发展前景的破岩方法,但在国内研究还很少。本文设计制造了一套高压电脉冲破岩试验装置,包含伺服电动缸、控制柜、岩石容器等部件,试验装置配套了?60 mm和?100 mm的电脉冲钻头,可选择手动或自动加压放电破碎岩石。在放电电压为120 kV、放电频率为1 Hz的条件下进行了红砂岩等岩石的钻进试验,实现了60 mm口径的钻进碎岩。试验结果表明,该装置能满足电脉冲破岩试验的基本要求,可用于电脉冲碎岩室内研究。     

岩石压入硬度试验的简易方法

一、迴转钻进时岩石硬度概念迴转钻进时确定岩石可钻性的最主要因素一般认为是岩石的硬度和研磨性。其理论与实践依据是：第一、现用迴转钻进碎岩工具以硬质合金、金刚石作为钻头齿刃，钻进过程依赖压入—剪切、压裂—压碎的作用；细粒孕镶金刚石钻头以磨削破碎岩石。如果把磨粒放大，也和前者的破碎岩石作用相仿。十分明显，一般较坚硬的岩石总是比较软的岩石难以钻进，也就是钻进速度较低。     

超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验

振动有助于碎岩,以往关于振动碎岩机理的研究大多在低频率段展开。为填补超高频率段下振动碎岩机理的空白,采用单轴动静组合加载模式,开展了超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验研究,其中超声波振动频率为20kHz,预压范围为100～500N。研究结果表明:当预压小于200N时,岩石内部应力状态无法满足强度准则,岩石强度下降不明显;当预压大于等于200N时,岩石强度随振动时间的增加而逐渐降低且存在最优预压力值(400N)使得岩石强度最低。缩短振动频率与岩石固有频率的差值有利于提高超声波振动碎岩效率。     

月球钻探取心特种钻头研制与试验

对月壤形成过程和物质组成进行了介绍,并将实际月壤基本物理力学指标与CUG-1型模拟月壤和普通干砂进行对比,认为在月球钻探取样过程中可能遇到具有一定胶结强度的硬质团块。为保证钻探取样顺利进行,需要研制月球钻探用特种取心PDC钻头。基于PDC钻头的碎岩机理,对钻头的负前角、旁通角、出露高度、钻头保径和PDC切削齿的钎焊工艺分别进行了设计,并对钻杆和钻头装配体在钻进过程中的受力过程进行有限元分析。最后,采用所设计的特种取心PDC钻头进行岩石干钻试验,试验结果表明,该钻头能钻进可钻性级别小于或等于6级的岩石,能满足月球钻探需要。     

月球钻探取心特种钻头研制与试验

对月壤形成过程和物质组成进行了介绍,并将实际月壤基本物理力学指标与CUG-1型模拟月壤和普通干砂进行对比,认为在月球钻探取样过程中可能遇到具有一定胶结强度的硬质团块.为保证钻探取样顺利进行,需要研制月球钻探用特种取心PDC钻头.基于PDC钻头的碎岩机理,对钻头的负前角、旁通角、出露高度、钻头保径和PDC切削齿的钎焊工艺分别进行了设计,并对钻杆和钻头装配体在钻进过程中的受力过程进行有限元分析.最后,采用所设计的特种取心PDC钻头进行岩石干钻试验,试验结果表明该钻头能钻进可钻性级别小于或等于六级的岩石,能满足月球钻探需要.     

弱胶结砂砾岩地层钻头研制及提速工具配套研究

针对弱胶结砂砾岩地层钻井过程中面临的PDC钻头崩齿、碎齿严重,钻头先期损坏使得单只进尺少,钻井成本高等技术难题,从弱胶结砂砾岩地层岩石力学特性分析、锥齿PDC钻头研制及提速工具配套等方面着手,研究形成了适合弱胶结砂砾岩地层钻井提速的锥齿微心PDC钻头;并通过选用恒扭矩工具配合该型钻头在胜利油田利567区块进行现场应用,取得了良好的效果,大大延长了钻头的使用寿命,起到了提高机械钻速和降低钻井成本的目的。