新型优质孕镶金刚石钻头研制

针对钻进中硬-坚硬岩层时钻头钻进效率低、寿命短等情况,研制了一种新型优质孕镶金刚石钻头.该钻头结合运用了交错式唇面和自形成同心圆齿设计,以及金刚石在胎体中的有序排列技术,提高了钻头在钻进该类岩层时的钻进效率及寿命.本文从理论上分析了这种新型钻头的碎岩机理,自形成同心圆齿钻头,使钻头在碎岩机理方面有所突破,并详细阐述了这种钻头的优越性:自形成同心圆齿交错式唇面钻头,减少了工作中钻头唇面与岩石的接触面积,提高了钻头对岩石的摩擦系数和摩擦力,有利于岩石体积破碎,提高碎岩速率;工作层胎体中金刚石按均匀有序方式排列,提高了金刚石的利用率,使钻头的钻进效率和使用寿命得到提高,同时提高了钻进质量的稳定性.实际应用中95/64 mm新型钻头的钻进时效比同规格普通钻头提高了52%,寿命提高了33%,钻进效果良好.     

新型电镀弱包镶金刚石钻头研制

钻进极坚硬地层时钻头打滑的原因是：钻头胎体表面被磨钝的金刚石上端被胎体包裹,下端与岩石形成吻合的面接触,金刚石处于接近二向受力状态,影响金刚石新陈代谢的继续进行;发明专利“一种电镀弱包镶金刚石钻头的制作工艺”利用机械方法在金刚石表面包裹一层弱包镶层,然后利用电沉积方式制成电镀钻头;新型电镀弱包镶钻头工作原理是电镀胎体与金刚石之间具有一层没有粘结特性的弱包镶层,减弱了电镀胎体对金刚石的包镶能力,使钻头在胎体磨损不大的情况下,金刚石就会从电镀胎体中自行脱落下来,实现金刚石的换层。这种新型电镀弱包镶钻头能很好地解决钻进坚硬致密弱研磨性地层的打滑问题。     

强、弱混镶新型金刚石钻头的研究

本文分析常规金刚石钻头与普通弱包镶金刚石钻头在钻进极坚硬岩层时存在的不足，提出了研制强、弱混镶钻头的设计思想，并对该种新型钻头工作层结构进行说明，阐述其工作层中强、弱裹覆工作材料的实现工艺。通过设计新型强、弱混镶钻头，进行室内钻进试验，结果表明强、弱包镶混镶钻头具有高时效、长寿命等优点。     

电镀弱包镶金刚石钻头研究

为了解决电镀金刚石钻头钻进坚硬致密岩石时效低的问题,进行了电镀弱包镶金刚石钻头的研究。本文首先对弱包镶材料中的人造超硬材料、胶粘剂、覆膜微粉进行了选择,然后介绍了弱包镶金刚石的覆膜制粒,最后采用正交试验设计方法研究了覆膜微粉的种类、覆膜后金刚石颗粒的粒径和覆膜金刚石的含量等三个因素对弱包镶金刚石钻头性能的影响。钻进试验在室内微钻试验台上进行,岩样为纯石英岩、人造锆刚玉等的材料。极差分析表明：三个因素对时效影响的显著性依次为：弱包镶金刚石的含量一覆膜微粉的种类一磨料的粒度。钻进结果显示,采用电镀弱包镶金刚石钻头,能够比较有效地解决电镀金刚石钻头的“打滑”问题。     

煤矿井下定向钻进用新型PDC钻头

在硬地层或软硬交错地层中定向钻进时,常规单齿式平底钻头磨损较为严重。为此,我们开发出一种新型定向PDC钻头,并采用数值模拟方法分析该钻头的破岩机理和受力特性。结果表明:与普通平底钻头相比,在同等工况条件下,新型定向PDC钻头的破岩载荷比普通平底钻头降低36%,破岩效率提高近50%。根据模拟结果,试制新型定向PDC钻头并进行现场试验。试验显示:在中硬至硬地层中进行定向钻进施工时,与普通平底钻头相比,新型定向PDC钻头平均寿命提高2倍以上,进尺效率提高约1倍,降低钻进成本。      

不同唇面形状金刚石钻头对钻进效率的影响

针对金刚石钻进中钻头唇面形状的选形问题,从岩石破碎机理入手,分析了岩石在不同形状压头作用下的破碎过程。对平底型、高低交错型及同心圆尖齿型三种不同唇面形状钻头进行现场实验比较,得出同心圆尖齿型的综合效果最好的结论。在实际钻探生产中,可依此选择相应形状的底唇面钻头来提高钻进效率。     

强化耐磨性钻头在卵砾石地层中的应用研究

在卵砾石地层钻进中,遇到的问题为钻头的寿命短,钻进效率不高,常常出现钻头断齿与掉块现象。针对这些难题,从钻头胎体配方、金刚石参数与热压工艺着手,提高胎体材料对金刚石的包镶强度,提高胎体的硬度、耐磨性和冲击韧性,并改进了钻头钢体端面和胎体的结合方式。经过几轮试验与改进,研制出了一种热压强耐磨性孕镶金刚石钻头,取得了好的钻进效果：平均钻进时效1．5m／h,平均使用寿命每只接近30m,无掉齿或断齿现象,基本上解决了在卵砾石地层中钻进难的问题。     

CVD金刚石条强化孕镶金刚石钻头的试验研究

本文将经过激光切割的CVD金刚石条镶嵌到传统的孕镶金刚石钻头胎体中,研制了一种新型的硬支点强化型金刚石钻头,以提高钻头在坚硬地层中的钻进效率和使用寿命。介绍了该新型钻头的设计及制造工艺,并进行了室内钻进试验。结果表明：与聚晶金刚石柱强化孕镶金刚石钻头相比,CVD金刚石条强化的孕镶金刚石钻头的钻进效率较高,达5．575m／h,且该钻头的磨损程度更小,使用寿命长。在钻进过程中更加稳定.     

电镀镍锰胎体金刚石钻头的应用

本文对镍锰胎体钻头和镍然胎体钻头的全用情况进行了比较。结果表明：在坚硬强研磨性地层钻进时,镍锰胎体钻头时效快,寿命长,使用效果好,通过将两种品级,三种粒度的金刚石按一定比例混合使用,扩大钻头的适用范围,提高了钻头的自锐性,而通过改变内,外径和底唇面胎体孕镶层厚度的比例,能做到镀层基本同步消耗完,实践证明,镍锰胎体金刚石钻头特别适用于钻进坚硬破碎,强研磨性地层和软硬交替的地层。     

防弹陶瓷孔加工中金刚石钻头的磨损研究

通过防弹陶瓷孔的加工实验,对烧结金刚石钻头的磨损状况进行研究。分析钻头唇面的磨损变相及打滑现象,指出内外径金刚石承受的切削载荷差异是造成钻头唇面磨损变相的主要原因;打滑现象则是由于出露的金刚石磨损过快,胎体的磨损不能与之匹配造成的。根据磨损状况,提出改变金刚石品级、浓度分布、水口总宽度等改善磨损变相的措施以及采用弱包镶、改善胎体耐磨性、优化唇面和水口形状、控制冷却液流量等防止打滑的措施。该研究对优化防弹陶瓷加工工具设计,提高防弹陶瓷的加工效率和加工质量具有一定的参考价值。