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%。     

纳米WC弥散强化孕镶金刚石钻头

为提高孕镶金刚石钻头的钻进效率和使用寿命,将纳米WC引入到传统胎体配方。利用纳米WC的弥散强化作用,优化胎体配方及制备工艺,提高钻头工作层的物理力学性能,从而研制出强化型孕镶金刚石钻头。将其与传统钻头进行室内钻进对比试验。结果表明:将质量分数为2.5%的纳米WC添加到孕镶金刚石钻头的传统胎体配方中研制出的强化型钻头,其机械钻速提高了24.93%,使用寿命提高了28.91%,钻进过程更加平稳。      

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。      

对热压法制造金刚石钻头微观作用力的研究

金刚石及胎体粉未用热压法制造孕镶式金刚石钻头,是目前广泛采用的一种方法,它较其它方法具有可在更广的范围内改变钻头胎体的性能以适应岩石条件变化的特点。制造孕镶式金刚石钻头的金刚石根据当前情况主要选用了人造金刚石,它必须晶形完整和抗压强度高。胎体材料主要由     

孔底流场和温度场数值模拟与试验研究——以取心孕镶金刚石钻头为例

为提高金刚石钻头的钻进效率,采用数值模拟与试验的方法研究孕镶金刚石钻头孔底流场与温度场,以合理设计钻头结构,保证钻进过程中钻头具有良好的冷却和排屑能力,避免钻头底唇面温度上升过高造成其非正常磨损。结果表明:流场产生的横向压力对转向面水口壁的压力破坏作用较大;钻头与岩石接触面温度变化与水口数目有关,水口过多会导致单个水口的钻井液流量减少,降低水口处的热传导效率,冷却效果不足,从而造成钻头磨损。      

石油取芯钻头石墨模具在热压过程中的受力状况分析

石墨模具以其优良的性能被广泛应用于热压孕镶金刚石钻头的制造。本文设计了两种规格相同（直径均为216mm），但端部形状不同的石油取芯钻头的石墨模具，并利用有限元分析软件ANSYS对它们在热压过程中的受力状况进行了分析。分析结果表明：在18MPa压力下，圆弧形钻头的模具在胎体与模具接合处出现了应力集中，超过模具的极限抗拉强度，导致模具破裂。因此，在设计钻头的石墨模具时，应考虑到钻头的端部形状，参考有限元分析结果再对模具进行设计，有助于优化设计，降低试验和生产成本。     

高效率孕镶金刚石钻头的研制

分析了研制高效率孕镶金刚石钻头的意义,讨论了高效率对孕金刚石钻头的配方要求,设计了高效率孕镶金刚石钻头的配方参数,现场试验表明,研制的高效率孕镶金刚石钻头的使用效果比较理想。     

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。     

胎体中含有铜锰阻尼合金成分的金刚石钻头研制及钻进试验

孕镶金刚石钻头在钻进过程中,经常会遇到有害的振动问题,这种振动极大地影响钻进的稳定性。阻尼合金能耗散振动能,可达到减振的目的。本实验用铜锰粉末代替63#配方中的663青铜粉,来制作金刚石钻头的胎体试样。对胎体试样进行力学性能测试及断口形貌分析,结果表明:相较于63#配方试样,质量分数40%铜锰粉末的胎体试样组织均匀,结构致密,硬度提升14.7%;孕镶金刚石钻头磨耗比提高13.2%,抗弯强度降低22.4%。钻进试验结果表明:在钻进均质花岗岩岩样时,质量分数40%的铜锰配方钻头与63#配方孕镶金刚石钻头钻进性能相近,钻进振动加速度幅度减小约4.3%,钻头阻尼性能提高,钻进过程更加平稳。      

三种卵砾石地层钻进用钻头的野外试验对比研究

针对卵砾石地层的钻进实践，先后设计与试验了三种类型的钻头；普通八角合金钻头、金刚石-硬质合金复合球齿钻头与孕镶金刚石-针状合金复合式钻头。本文在简要介绍三种钻头各自结构特点与设计原理的基础上，对三种类型钻头进行了对比试验，结果表明，金刚石-硬质合金复合球齿钻头与孕镶金刚石-针状合金复合式钻头比普通合金钻头寿命高5倍以上，单位成本（元／m）下降50％，取得了明显的效果，研究成果得到了推广应用。     

CVD金刚石强化孕镶金刚石钻头的冲击回转钻进试验研究

孕镶金刚石钻头的性能对地质勘探钻进的效率和成本有很大的影响.为了提高钻头的性能,本文设计、制造了一种用CVD金刚石条作为硬支点材料的新型孕镶金刚石钻头.设计了CVD金刚石务的尺寸、数量及在钻头胎体上的排列方式.根据被钻岩样的可钻性及研磨性,设计了钻头胎体硬度、金刚石粒度、浓度及钻头结构.采用中频感应热压法制造了φ59 ...     

提高金刚石钻头在深孔硬岩钻进中寿命的途径

本文着重从应用新型超硬材料和改进钻头结构二个方面论述了提高深孔硬岩钻进金刚石钻头寿命的技术途径。实验研究和生产试验的结果表明:在孕镶钻头上镶嵌金刚石聚晶材料АКТМ,能有效地破碎坚硬岩石,在可钻性Ⅹ～Ⅺ级的岩石中平均寿命比传统钻头增长58%,机械钻速增长32%。在金矿深孔钻探生产中,双层水口超高胎体金刚石钻头的使用寿命可比常规钻头提高1倍。把上述两种方法结合起来,可大幅度节约起下钻具的辅助作业时间,提高深孔硬岩钻探的生产效率。     

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.     

干摩擦条件下钻头胎体与花岗石摩擦特性的试验研究

为了了解热压钻头胎体与花岗石在干摩擦条件下的摩擦特性,分别选取了3组不同硬度的热压钻头胎体试样和3组不同金刚石浓度的孕镶金刚石胎块试样,与同一种花岗石进行了一对一的摩擦磨损试验,得出了不同条件下的摩擦系数与摩擦力矩。分析探讨了胎体试样硬度及金刚石浓度对摩擦系数的影响规律。结果表明:不含金刚石的胎体试样与花岗石之间的干摩擦,随着胎体硬度的增大,摩擦力矩与摩擦系数先增大后减小;添加金刚石的胎体试样较之于纯胎体试样,摩擦力矩与摩擦系数显著减小;含金刚石的胎体,随着金刚石浓度的增大,摩擦力矩与摩擦系数逐渐增大。     

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.     

Rock breaking characteristics of a 3D printing grid-matrix impregnated diamond bit

In order to improve the rock-breaking efficiency in hard rock formations, this paper presents an impregnated diamond bit with a special matrix structure. The grid-shaped matrix is designed to achieve large volume breakage so that the rock breaking efficiency can be greatly improved. The calculated specific pressure on the bottom surface lip of the newly proposed bit increased by 67%, from 68 kgf/cm² to 113 kgf/cm², compared to the conventional impregnated diamond bit. In such case, the grid piece can be effectively pressed into rocks to produce more cracks to effectively break them. In this paper, to study the rock-breaking mechanism of this impregnated diamond bit with grid-shaped matrix (IDBGM), subjected to different grid spacing and rock properties, rock cutting tests were conducted by using a TXCB-5P precision microtome and two 3D-printed grid pieces. The results indicate that the optimum grid spacing is 2 mm, because of the largest-scale cuttings when breaking rock ridges produced by the proposed bit. And the mineral particle size is the dominant factor affecting the height of weakened layer of rock. Besides, the IDBGM can more fully exert its structural advantages when applied to the hard rock layer with larger particle size. At the same time, the monitored real-time electric current is consistent with the above results, and further reveals the rock breaking mechanism characteristic of the IDBGM.