镶焊式金刚石取芯钻头的研制

提高金刚石取芯钻头寿命是提高整个矿产勘探效率的重要途径之一,特别是深孔钻探施工时,多采用高胎体金刚石取芯钻头。本实验首先利用热压法加工金刚石孕镶块,然后加工自带多层水口和水槽的新型钻头钢体,最后采用镶焊法将金刚石孕镶块与钻头钢体焊接在一起。试制的2只75/54.5mm金刚石取芯钻头,工作层高度达到22mm。野外实验证明:该钻头使用寿命分别达到86m和93m,比现场使用的普通金刚石取芯钻头,使用寿命分别提高120%和141%。     

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。     

多元纳米颗粒强化WC–青铜基金刚石钻头胎体材料

为提高孕镶金刚石钻头胎体性能,使其更好地满足钻探需求,向WC–青铜基胎体材料中加入纳米NbC和纳米WC颗粒,研究其对胎体力学性能、微观结构的影响。利用配方均匀设计法、回归分析和规划求解得到纳米颗粒的最优添加量,并烧制钻头开展室内钻进试验。结果表明：加入纳米NbC和纳米WC后,WC–青铜基胎体材料的硬度和抗弯强度最高提高25.23%和5.73%;含金刚石的胎体材料的耐磨性明显增强,其磨耗比最高升高57.4%;金刚石与胎体之间结合得更加紧密。纳米颗粒强化后的孕镶金刚石钻头的机械钻速提高19.63%,单位进尺工作层消耗减少32.84%,说明纳米颗粒能强化孕镶金刚石钻头,提高其钻进效率,并延长钻头寿命。     

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.     

提高电镀金刚石钻头保径能力的几种方法

在我国，电镀方法生产金刚石钻头已有近40年的历史。电镀方法生产金刚石钻头是在室温下进行，对金刚石没有任何热损伤；镍基合金胎体性能优良，对岩石有较广泛的适应性。但是，电镀金刚石钻头的保径效果差，特别是钻进硬、脆、碎岩石和钻进强研磨性岩石时尤其明显。本文分析比较了提高电镀金刚石钻头保径效果的几种新工艺包括双锥形工作面钻头、螺旋形水槽和半底喷式结构、聚晶保径规保径钻头、内外径和底唇面分开电镀法钻头、跟模电镀法钻头、镍钴锰合金胎体金刚石钻头，并给出了电镀镍钴锰合金金刚石钻头的电镀液配方及工艺参数。通过试验得出采用方柱状聚晶保径或采用镍钴锰合金胎体，电镀金刚石钻头的保径效果好，钻头寿命可提高30％以上。     

CN200710052484．4直流电镀铁基金刚石钻头方法

本发明提供了一种直流电镀铁基金刚石钻头方法,即：采用铁作为金刚石钻头的胎体材料,同时采用直流电镀方法制造铁基金刚石钻头。本发明改变了电镀铁必须采用不对称交一直流电镀方法以及金属铁不能用于制造金刚石钻头的传统思想与理念,是金刚石工具行业的一次创新;本方法包括镀前处理、电镀过程和镀后处理步骤。本发明直流电镀铁基金刚石钻头能显著降低成本和缩短生产周期,在坚硬而致密岩石中钻进能大大提高钻进速度,     

提高电镀金刚石钻头质量的试验研究

电镀金刚石钻头目前多采用镍基合金胎体,在钻进硬而完整的岩石中能取得好的效果,但在钻进较破碎的和强研磨性岩石时,钻头的耐磨性不理想,主要表现为钻头的保径能力较差,导致钻头的使用寿命缩短,这是电镀金刚石钻头需要解决而长期尚未解决好的问题。本论文针对电镀金刚石钻头的这个薄弱环节进行了试验与研究,采用二次成型工艺和阴极移动方法,明显地提高了钻头的保径效果。采用二次成形方法的电镀钻头平均寿命提高22%;而采用阴极移动方法的电镀钻头的硬度平均提高8%,耐磨性提高26%。基本上实现了钻头的同步磨损,明显地提高了钻头的使用寿命。     

钢结硬质合金型胎体性能及其热压金刚石钻头研究

针对在硬而致密岩石中钻进时效低的难题,本文分析了碳化钨基热压钻头的金刚石出刃与岩石研磨性等岩性之间的内在联系,认为钻头的胎体成分及其性能是关键,硬而带脆性的胎体性能有利于金刚石出刃,从而能提高钻进速度.因此,从热压金刚石钻头的胎体成分与性能研究入手,经过反复的试验研究,试制出了热压钢结硬质合金型孕镶金刚石钻头.在硬而致密岩层中钻进的野外试验表明:与普通的碳化钨基钻头相比,钻进时效由0.5 m/h提高到1.18 m/h,钻头工作寿命由10 m/个提高到21.31 m/个,基本解决了在硬而致密岩层中钻进难的问题.试验结果表明,钢结硬质合金型胎体是一种性能优良的金刚石钻头胎体材料,该类型胎体的热压金刚石钻头是一种具有广谱性的金刚石钻头.     

深部钻探绳索取心孕镶金刚石钻头的关键技术

本文探讨了深部绳索取心钻探钻头的工作特征,在量化分析钻头寿命对钻探效率影响的基础上,集成研究了提高深孔钻头寿命的一些措施,包括提高工作层高度、加强保径、提高保径规的高度、采用金刚石有序排布技术、聚晶与工作层复合技术、粉末石墨装料技术以及采用合理钻进工艺参数等.所获得的结论对提高孕镶绳索取心钻头的效率和使用寿命有积极作用...     

电镀金刚石钻头野外试验及效果分析

为了检验用含稀士添加剂的镀镍液制造的金刚石钻头的效果，采用该镀液生产了一批金刚石钻头，并在小秦岭金矿区进行了野外钻进试验。文章给出了金刚石钻头的制作条件，包括镀液配方和金刚石参数；介绍了试验矿区的地质条件、钻探设备及钻进工艺条件；对钻过的主要岩石的物理力学性质（摆球硬度、塑性系数、单轴抗压强度）和成分进行了测试和分析。钻进试验结果表明：该种电镀金刚石钻头具有寿命长、时效高和适应性强等优点，取得了较好的经济技术指标，但存在着钻头底唇拉槽、内外保径磨损较严重等问题。结合电镀金刚石钻头的制造工艺和钻头的磨损形态，分析认为这两个问题是由钻头钢体尺寸设计不合理引起的。     

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.     

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。      

坚硬致密岩层打滑形式分析及金刚石钻头的选择

钻进坚硬致密弱研磨性岩层,常常会出现所谓的钻头“打滑”现象.通过对钻头出现打滑原因和打滑形式的分析,总结了金刚石钻头的性能与结构、金刚石参数以及钻进工艺参数对钻进硬而致密岩石的影响,提出了只要钻头性能、岩石性质、钻进工艺参数三者能够优化配合,就能在坚硬致密的岩层中取得好的钻进效果.     

适合强研磨性硬地层的新型混合钻头设计及现场应用

为提高金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头在强研磨性硬地层中的破岩效率和使用寿命,设计2只由PDC切削齿和金刚石孕镶块组合作为切削单元的PDC-金刚石孕镶块新型混合钻头,并在冀中某断层区块石英岩地层进行现场试验。试验结果表明:与同井段使用过的牙轮钻头的平均值相比,1#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速提高52.30%,平均钻头进尺提高97.30%;与牙轮钻头的平均值和M1375D PDC钻头相比,2#PDC-金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速分别提高30.85%和 32.30%,平均钻头进尺分别提高70.50%和 47.40%。PDC-金刚石孕镶块混合钻头极大地提高了强研磨性硬地层中的钻进效率,降低了钻井成本。      

金刚石钻头高效破岩技术新进展

金刚石钻头是钻进破岩的重要工具。近些年来,随着新型复合材料的应用及精密加工技术的不断进步,结合钻井装备的不断创新,金刚石钻头取得了迅速发展。本文简要介绍了金刚石钻头高效破岩技术的一些新进展,并提出了今后可能的发展方向。      

Investigation of wear resistance of drill bits with WC,Diamond-DLC,and TiAlSi coatings with respect to mechanical properties of rock

Drilling is an important engineering operation with extensive application in many fields of industry including mining engineering, oil and gas exploration and exploitation, civil engineering, groundwater management, etc. Drill bits must be able to endure enormous stresses that gradually wear them down during the drilling operation. In rock drilling, wear resistance is a key determinant of the drill bit lifetime and hence the drilling cost, thus basically affecting the choice of drilling method for any given rock type. With the advent of new wear-resistant materials, they can be used to improve the resistance of drill bits against wear and erosion. This study investigated the wear resistance of drill bits with tungsten carbide (WC) coating, DLC-Diamond coating, and titanium-silica‑aluminum (TiAlSi) coating when drilling in three types of hard rock, namely Khoshtinat Granite (A₁), White Natanz Granite (A₂) and Nehbandan Granite (A₃). The drilling tests were performed on cuboid specimens using a drilling machine at rotation speeds of 850, 900 and 950 rpm and penetration rates of 12, 18 and 24 mm/min. The results showed that for any fixed drilling conditions, the wear rates of the TiAlSi drill bit in A₁, A₂, and A₃ were respectively 48%, 52%, and 60% lower than those of the WC drill bit. In the same rocks, the Diamond-DLC drill bit also showed 42%, 44.25%, and 55% lower wear rates than the WC drill bit. in addition to the observed changes in wear rate of the drill bits, the surface roughness created by these drills represents the optimum performance of the TiAlSi drill bit. It was observed that, as the mechanical properties of the rock (uniaxial compressive strength, Mohs hardness, Schimazek's abrasivity index and Young's Modulus) increased, the tested drill bits showed wider differences in terms of wear resistance. As the TiAlSi drill bit had the lowest wear rate (27%) and after that, the Diamond-DLC drill bit showed a better wear (30%) performance than the WC drill bit (60%).