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。     

水平井PDC钻头优化设计与应用

同常规直井、定向井聚晶金刚石（polycrystalline diamond compact,PDC）钻头相比,水平井钻头保径更易磨损、导向能力要求更高、切削齿所受冲击载荷更大。针对鄂尔多斯盆地红河油田水平段地层特点,通过室内试验优选切削齿尺寸和后倾角;针对水平井钻头的特点,设计了浅内锥、短外锥、大冠顶圆弧的钻头剖面形状,"主动保径齿+低摩擦保径块"的加强型保径及非对称、多喷嘴布置的加强水力结构。现场应用表明:新型钻头相比区块普通钻头,进尺提高了193%,机械钻速提高了132%。      

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。     

地质勘探大直径电镀金刚石钻头的研制与应用探讨

■91mm以上的大直径金刚石钻头在设计与使用上仍存在一定问题。采用低温电镀的方法制造人造金刚石孕镶钻头是钻头制造的一项高新技术。本文在理论分析与实际应用的基础上,论述了大直径电镀金刚石钻头必须特别注意强化钻头本身的防振性能与保径性能,介绍了大直径钻头结构设计与制造特点;在钻头使用上建议采用有效的减振钻具,推荐了“刚性满眼钻具”及其计算公式。介绍了这种钻头的实际应用效果。     

地质勘探大直径电镀金刚石钻头的研制与应用探讨

Ф９１ｍｍ以上的大直径金刚石钻头在设计与使用有仍存在一定问题。采用低温电镀的方法制造人造金刚石孕镶钻头是钻头制造的一项高新技术。本文在理论分析与实际应用的基础上，论述了大直径电镀金刚石钻头必须特别注意强化钻头本身的防振性能与保径性能，介绍了大直径钻头结构与制造特点；在钻关党代表处建议用采用有效的减振钻具，推荐了“刚性满眼钻具”及其计算公式。介绍了这种钻头的实际应用效果。     

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。     

阴极移动对提高电镀金刚石钻头质量的研究

目前,我国电镀方法制造金刚石钻头已经成为一种重要的方法,据了解几乎都采用静置电镀的方法,既不采用搅拌,也不采用连续过滤或阴极移动,致使镀层内针孔密布,金刚石钻头的保径效果很不理想,钻头的耐磨性较差。本论文基于这一现状,进行了阴极移动电镀金刚石钻头的试验研究,试验结果表明,在试验的镀槽条件下,钻头移动距离12cm,移动频率18r／min-22r／min为优化值,电镀出的镀层针孔极少,电镀速度明显提高。     

低温电镀热压金刚石孕镶块钻头的研制

采用低温电镀工艺（室温）生产热压金刚石孕镶块钻头，或者说金刚石孕镶块镶嵌在钻头刚体上，然后在其表面镀覆生层金刚石复合镀层使其与刚体相结合从而使其避免银焊对金刚石二次热损伤，同时这处钻头具有胎体性能可调性好和内外保径强的优点。深受生产用户好评。     

电镀金刚石钻头的生产工艺研究

本文主要分析了电镀金刚石钻头生产中各个工艺参数（镀液配方、温度、pH值、电流密度以及上砂方法等）对产品质量的影响。通过严格控制操作工艺，可以有效稳定和提高钻头的质量，解决钻头使用中出现的掉块、拉槽以及保径能力差等现象。     

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。     

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。      

PDC钻头不良工况分析

PDC钻头已经得到了广泛应用,但在硬地层及复杂地层钻进时,钻头寿命短,钻速低。基于ANSYS软件对PDC钻头在致密砂岩中钻进时的正常工况及不良工况的瞬态接触仿真分析,比较了各种工况下PDC钻头的应力云图。发现不良工况会导致PDC钻头局部受到集中应力的作用,这些集中力大于或远大于正常钻进时钻头受到的最大应力。长时间的不良工况会导致钻头损坏,造成进尺缓慢或无进尺。     

PDC实钻性能的测试与评价

在总结分析国内外有关PDC切削齿性能测试方法的基础上,采用常规检测方法对不同生产厂家的5种PDC产品的磨耗比、冲击韧性和热稳定性进行测试、评价和优选,并对优选出的2种PDC在微钻试验平台上进行实钻性能测试。结果表明:用微钻试验的钻进效率衰减系数和钻进效率均峰值来评价PDC实钻性能,方法科学,数据准确,结果实用,可作为煤矿用PDC钻头切削齿选型的参考依据。      

煤矿井下随钻测量定向钻进用PDC钻头的研制

煤矿井下随钻测量定向钻进需要设计高品质的PDC钻头。本论文从PDC钻头的结构参数到PDC切削齿的选型均进行了较深入的分析研究;同时研制了96 mm胎体式定向钻进用PDC钻头,并进行了现场试验,共钻进1个主孔和4个分支孔,平均钻进时效为4.12 m/h,累计进尺达1 001.6 m。试验结果表明,该钻头造斜效果好,使用寿命长,完全能满足使用要求。     

3D打印金刚石复合片及其钻头的研究进展

PDC钻头已成为油气勘探领域的首选钻头类型，日益提升的PDC钻头性能要求特别是钻进效率要求给钻头制造带来较大挑战。钻头工作面结构改进是PDC钻头实现高效破岩的关键，但这给PDC钻头制造带来难题。3D打印技术是一种新型的快速成形技术，具有制造任意复杂形状结构、个性化定制和创意设计的优点，将3D打印工艺应用于PDC及其钻头的生产是未来发展的必然趋势。本文中介绍了目前用于制备PDC及其钻头的3D打印技术的基本原理，包括光固化成形技术（SLA）、熔融沉积技术（FDM）、激光选区烧结（SLS）、激光选区熔化技术（SLM）和喷墨粘粉式（3DP）等；总结了现有3D打印技术在PDC及其钻头制造方面的研究进展，并对未来3D打印PDC钻头的发展进行了展望。     

适合吐哈油田西山窑地层的PDC钻头提速研究

吐哈油田西山窑地层具有高硬度、研磨性强等特点。该地层采用过多种PDC钻头,但机械钻速提高不甚明显,为此,研究分析了PDC切削齿磨损对机械钻速的影响,提出了以加强PDC钻头的耐磨性为目标来提高机械钻速的设计观点,对PDC钻头的冠部形状、切削齿尺寸、切削齿排布、切削齿工作角等进行优化设计,设计的钻头在吐哈核3井进行了钻井试验。结果表明：设计的新钻头机械钻速与使用过的两种PDC钻头相比分别提高了29%和92.5%,且钻头钻时60 min以上时,有轻微磨损,仍可继续使用。     

PDC钻头焊接工艺的研究

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头钻进的岩层越来越复杂,在复杂地层及硬岩钻进中时有掉齿、崩刃等现象发生,造成钻头失效.研究表明,焊接工艺是影响PDC钻头的最主要原因.本文以φ94 mm三翼内凹式PDC钻头体为试验样品,对影响PDC钻头焊接质量的主要因素进行了分析,研发出一种新的PDC钻头焊接工艺.试验结果表明:采用该工艺制...     

硬岩地层PDC钻头不良工况原因分析与改善措施

传统PDC钻头在硬岩地层钻进时,不良工况多,钻头寿命及钻进效率非常低。为了找出硬岩地层PDC钻头不良工况发生的原因,以四川元坝地区须家河组致密砂岩为例,建立单个PDC复合片切削岩层的模型,分别对模型中复合片及微小岩块进行受力分析,发现单个复合片受力随切入岩石弧长、岩石的内摩擦角及黏聚力的增加而增加。视所有复合片破岩的临界钻压及扭矩为整个钻头受到岩石的作用力,钻头受力超出转盘的输出钻压及扭矩会导致不良工况的发生。最后,从提高PDC钻头结构使其能适应硬岩钻进,及使用PDC钻头伴侣来改善PDC钻头的切削条件两方面提出了PDC钻头不良工况的改善措施。     

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。      

Energy transmission of down-hole hammer tool and its conditionality

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｐｅｒｃｕｓｓｉｖｅｄｒｉｌｌｉｎｇ ,ｗｈｉｃｈｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｆｏｒｈａｒｄｒｏｃｋｍｉｎｉｎｇ ,ｒｏｃｋｉｓｆｒａｇｍｅｎｔｅｄｂｙｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｉｍｐａｃｔｏｆｈａｍｍｅｒｏｎｄｒｉｌｌｒｏｄｏｒｂｉｔ.Ｔｙｐｉｃａｌｅｘａｍ ｐｌｅｓｏｆｐｅｒｃｕｓｓｉｖｅｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｃｌｕｄｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｒｏｃｋｄｒｉｌｌｓｆｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｈａｌｌｏｗｈｏｌｅｓａｎｄｄｏｗｎ ｔｈｅｈｏｌｅｄｒｉｌｌｓｆｏｒｄｅｅｐｈｏｌｅｓ,…