青海东昆仑、祁曼塔格地区金刚石钻头的研究

针对青海省东昆仑、祁曼塔格地区的典型硬岩强研磨性地层情况,对孕镶金刚石钻头胎体材料、金刚石浓度、烧结工艺等方面进行分析研究,并对钻头进行了台架、野外试验。根据各项理论分析结合实验数据,确定了钻头的设计方案,研发出了适用于该地区硬岩强研磨地层钻进的孕镶金刚石钻头。     

博孜区块新型表孕镶金刚石全面钻头的研究与应用

针对塔里木油田博孜区块巨厚砾石层的岩性差异大、可钻性差、钻头机械效率低和使用寿命短的问题,本文从刀翼式结构、中心强化、表孕镶多级人造金刚石配方、分体烧结工艺等方面对配套高速涡轮钻具钻进的新型表孕镶金刚石全面钻头进行了设计与研究。研制的?333 mm表孕镶金刚石全面钻头在博孜区块进行现场应用,钻头的平均机械钻速2.01 m/h,寿命300 m,与进口孕镶金刚石全面钻头相当,但成本远低于进口钻头,大幅度提高了该地层勘探开发的施工效率,降低了勘探成本。     

WC添加对热压铁基预合金粉末胎体性能的影响

针对孕镶金刚石钻头在强研磨性地层中磨损快、寿命短的问题,利用WC硬度高、润湿性好、耐磨性好的特点,向铁基预合金粉末中添加WC颗粒作为胎体骨架金属。通过测试不同WC含量的胎体试样的硬度、抗冲击韧性以及抗弯强度,寻找骨架金属WC对胎体性能的影响规律。试验结果发现,随着WC含量的逐渐增加,胎体的硬度、抗冲击韧性、抗弯强度均呈现先增大后减小的变化趋势。从微观和能量的角度出发,分析了出现这种规律的原因。最后得出烧结温度为830 ℃、WC含量为5%时,胎体的性能达到最优,此时胎体的强度和研磨性最大。     

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。     

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。     

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。      

陶瓷空心微球对孕镶金刚石钻头胎体性能的影响研究

针对深井钻进中,钻头受高温环境影响,钻头胎体性能显著下降的技术难题,研究了空心球种类、空心球目数、空心球添加量等对热压烧结金刚石钻头胎体常温及高温力学性能的影响。结果表明：在胎体基体内添加空心球,宜添加3540目数的钇稳定的氧化锆空心球;当钇稳定的氧化锆空心球的添加量为10%时,胎体的综合性能达到最佳,冲击韧性和抗弯强度也达到最大值,分别为3 J/cm2和903.75 MPa。添加适量空心球的胎体复合材料,由于球形孔隙结构的存在,使得胎体表面粗糙度得到增强,提高了金刚石钻头的胎体出刃性能、高温下的力学性能。     

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。     

特高多层胎体孕镶金刚石钻头设计与数值模拟

针对金刚石钻头寿命受限于钻头胎体高度的问题，提出了一种新型多层特高胎体孕镶金刚石钻头的设计方案。钻头设计中，引入了偏心交错切削齿、交替式水口以及挡水片结构，保证了多层特高胎体钻头的冷却及有效钻进。通过强度及水力流场模拟，校核了钻头强度，验证了水路结构的合理性，并进一步实现了钻头成品加工制造。该钻头打破钻头胎体高度的限制，为大幅提高钻头寿命提供了新的思路。移动阅读      

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。