钢体PDC钻头切削齿扩散焊接工艺研究

为了满足复合片与支柱焊接的温度极限和强度要求，研究对比几种常规焊接方法的局限性和可行性，确定了真空扩散焊接，并研究和试验了焊件表面处理，中间夹层优选、焊接参数优化等具体工艺过程、以及对焊后试件性能的测定。通过大量的试验基本上解决了这一焊接难题，总结出了一套合理的工艺流程。     

PDC钻头真空扩散焊机液压系统的节能改造

采用气囊式蓄能器对PDC钻头用真空扩散焊机的液压系统进行了节能改造,分析了其节能原理,对其进行了节能计算。结果表明,气囊式蓄能器能起到贮存能量、补偿泄漏、保持恒压的作用;使用后,系统性能稳定,工作可靠,节能效果明显。通过与实际测量值比较,节能计算方法具有较强的应用价值,可广泛应用于油气田各种液压保压节能系统设计中。     

PDC钻头的改进措施

八十年代中期(1986年)PDC钻头的进尺和寿命指标都比早期(1981～1982年)有了长足的增长,其主要的技术措施涉及到设计、材质和制造诸方面。文章论述了这几方面所采取的一系列措施的原因、方案和实际效果之后指出,那些改进措施在随后五年中仍将发挥积极作用。     

仿生非光滑PDC片钻头设计与应用

针对目前钻井过程中使用PDC钻头情况,提出并设计加工出仿生非光滑PDC片钻头。重点介绍了仿生非光滑PDC片的设计原理和结构,以及用仿生PDC片制造出的钻头在现场应用的情况。结果表明,非光滑PDC片钻头比常规PDC钻头、牙轮钻头寿命长,平均机械钻速提高60%以上,特别适合配合螺杆钻具使用,具有较好的推广应用前景。     

胎体式PDC钻头基体制作新工艺

为降低胎体式PDC钻头的制造成本,并保证钻头的强度,利用计算机三维设计技术重新设计了PDC钻头内部钢芯的结构.分步进行了烧结刀翼小样和PDC钻头基体试验,并进行了相应的温度试验、强度试验、复合片焊接试验和现场试验,未发生基体表面破裂、碳化钨胎体脱落现象,验证了新工艺的可靠性.对比了采用新工艺和原有工艺制作φ215.9 mm 5刀翼胎体式PDC钻头基体的成本,结果表明,采用新工艺钻头基的制作体成本降低了54%.研究表明,采用新工艺制作胎体式PDC钻头基体的成本明显降低,强度可靠,完全可以满足现场使用要求,具有推广应用价值.      

BP神经网络在PDC钻头真空扩散焊接工艺试验中的应用研究

在PDC钻头真空扩散焊接工艺试验的基础上,采用基于MATLAB的BP神经网络,研究了PDC钻头真空扩散焊接温度、焊接压力和焊接时间等工艺参数对焊接接头抗剪强度的影响,优化了PDC钻头真空扩散焊接工艺参数,并对各种焊接工艺参数下的接头抗剪强度进行了预测,其结果与实际试验测试的结果较一致,误差均小于5％,在工程应用允许范围内,表明网络优化测试的结果非常准确,为PDC钻头真空扩散焊接的最佳工艺方案选择提供一种新的方法。     

用新型PDC钻头钻地热井

使用外径为8(15/32)in、内径为4in的新型PDC取心钻头进行了一项地热井钻井试验,钻头体上焊有57个新型PDC切削齿,其侧偏角和后倾角均为-10°。这种钻头的特点主要体现在所使用的新型PDC切削齿上。(1)这种新型PDC切削齿的材料与某家日本制造厂商已研制成的用以钻坚硬、高温岩石层的切削齿材料相同。(2)传统的PDC切削齿的金刚石层是露在外面的,在钻坚硬的岩石时很容易碎裂。因此,新型齿的金刚石层几乎被碳化钨层所覆盖,以防止其碎裂破坏。 试验是在井下1900m深处进行的。被钻的岩石是非常坚硬的花岗岩(单向抗压强度约为1100kgf/cm~2),而且此处岩石的温度达250℃左右。使用膨润土泥浆。钻压在0.6tf～12tf(吨力)之间变化,以保持恒定的大约2cm/min的机械钻速。泥浆的流量及钻头转速分别为1m~2/min和27rpm。 钻头钻进深度大约为5m。PDC钻头在钻井之后其磨损程度或脱落为60％左右。 从钻井试验结果来看,显然这种新型PDC取心钻头可以用于钻非均质的高温、坚硬的岩石层。     

石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接工艺正交试验研究

针对石油钻头自激振荡脉冲喷嘴结构复杂和制造困难的问题,提出用“模压法分段成形加真空扩散焊连接”制造的新工艺。采用正交试验法,通过极差分析和方差分析,研究了扩散焊接温度、焊接压力和焊接时间等工艺参数对自激振荡脉冲喷嘴焊接接头抗剪强度的影响,确定了因素的主次顺序、因素的最佳水平组合及扩散焊接的最佳工艺参数。试验结果表明,当采用焊接温度1050℃、焊接压力120MPa和焊接时间20min的参数组合时,可获得强度高、致密性好和耐冲蚀的焊接接头,其抗剪强度≥750MPa。该研究可为选择石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接的最佳工艺方案提供依据。     

钢体PDC钻头齿孔间距的精确计算方法

在建立钻头和齿孔复合坐标系的基础上，经严格的数学推导，导出了齿孔任一点的坐标表达式，进而建立了钢体ＰＤＣ钻头相邻齿孔间距计算的数学模型，并运用优化计算方法精确计算任意两相邻齿孔间的最小距离，成功地解决了钢体ＰＤＣ钻头齿孔间距的计算问题。利用上述计算方法及相应的计算机程序在钻头设计中能快速准确检查齿孔间距，避免齿孔干涉。     

PDC钻头选型新方法

采用综合方法,把由常规测井资料评价出来的地层岩石力学诸参数综合成一个值,作为评判待钻地层可钻性的标准。在此基础上,综合考虑了对PDC钻头应用效果影响较大的抗压强度和岩石内摩擦角这2个岩石力学参数,并结合研究区块PDC钻头使用记录,优选出适合待钻地层的PDC钻头型号。现场试验证明,该方法简单易行,应用效果良好。     

PDC切削齿与井底干涉机理研究

ＰＤＣ切削齿与井底干涉是指齿侧面与井底切削沟槽表面的干涉，干涉齿吃入地层困难，易造成磨损和断齿。在ＰＤＣ钻头几何学和运动学基础上建立了干涉计算的数学模型，分析计算齿刃和齿侧面在井底径向平面内轨迹线的相对位置，可判断齿侧面是否发生干涉及干涉量的大小；运用相应的计算机程序作出切削齿与井底的于涉状态图，可直观地反映切削齿侧面与井底的干涉部位和干涉程度。最后指出，在ＰＤＣ钻头设计过程中，必须精心协调钻头结构参数特别是齿前角和侧转角，进行干涉计算，确保切削齿与井底不发生干涉。     

PDC钻头在胜利油田深井钻井中的应用

胜利油田为提高深井钻井速度，试验应用了PDC钻头，结果表明，深井钻井应用PDC钻头可大幅度提高机械钻速，缩短建井周期，降低钻井成本，经济效益明显。通过大量的现场试验，扩大了PDC钻头在胜利油田的使用范围，并取得很好的效果，初步形成了PDC钻头推广应用区域模式。详细介绍了胜利油田不适用PDC钻头钻进的地层岩性，给出了钻头选型及钻井参数选择原则，并对应用效果进行了分析。     

PDC钻头复合片磨损规律研究

在理论分析的基础上,建立了一种简便实用的复合片磨损实验方法,即采用了复合片在车床上磨损方式模拟ＰＤＣ钻头切削齿切削岩石的方法进行了大量的实验研究。研究分析了复合片齿的体积磨损速度与切削正压力、切削线速度、磨损弦长及岩性间的关系,并由实验结果得出了复合片磨损速度模式。