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...     

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。     

基于激光熔覆再制造PDC钻头的机器人仿真分析

为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造. 基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型. 利用软件Geomagic布尔运算得出工件缺损部位,在软件NX1899中利用等距平面族Γ与钻头修复部位相交,实现对曲面零件的路径规划. 对机器人末端焊枪修复PDC钻头轨迹进行仿真模拟,利用软件PQart模拟工作环境中工件相对于机器人的位置,实现对机器人的轨迹优化. 调整机器人末端焊枪位姿,提高修复后PDC钻头的表面性能. 验证了所述方法的可行性,为激光熔覆再制造技术修复复杂曲面提供了参考.     

基于ANSYS的PDC钻头的有限元分析

建立PDC钻头的三维有限元模型,分析其在井底的受力状况.利用有限元分析软件ANSYS,对该钻头的三维实体模型进行研究,分析钻头的变形和应力状态,并校核钻头的静强度.分析结果为PDC钻头的结构优化设计提供理论依据.     

煤矿瓦斯抽放孔跟管钻进用偏心PDC钻头的研制

为解决松软突出煤层钻进难、成孔难这一问题,我们研制了一种偏心跟管PDC钻头,并研究了施工过程中的参数对钻进效率和钻头寿命的影响。结果显示:PDC偏心钻头能够比较快速的破碎岩石,适用于煤系地层的瓦斯抽采孔钻进。但对于松软煤层钻进过程,其需要较大的水路以充分冷却钻头及排除岩粉。对现场施工的研究表明,合理的切削角和侧转角,以及相应的空间参数,能够保证PDC钻头快速破碎岩石,并提高钻头寿命。     

扭转冲击对PDC钻头钻进效果影响的仿真模拟分析

PDC钻头组合扭力冲击器在均质岩层钻进时,克服了PDC钻头不能用于硬岩层钻进的难点。为了分析扭转冲击对PDC钻头钻进效果的影响,采用ansys/ls-dyna软件对PDC钻头有扭转冲击及无扭转冲击钻进两种情况进行了仿真分析,得出了PDC钻头钻进时,钻头的运动及岩层的破坏图形。通过比较两种不同条件下的图形,发现有扭转冲击作用使PDC钻头平稳钻进,对破岩具有额外的贡献,并能减少井斜度。     

高硬度高研磨地层高速钻探用PDC钻头研究

从大港滨海高硬度高研磨地层钻探中的多个PDC钻头的使用效果来看,机械钻速提高不明显,并且钻头磨损严重。本研究针对大港滨海区块下部地层特点,以岩石特性分析为基础,从冠部形状、刀翼设计、切削齿尺寸选择及后倾角设计、布齿设计和水力设计等方面进行改进,设计了新的PDC钻头。从滨海6井现场试验的使用情况来看,本次设计的M432 PDC钻头与相同区块同井段同尺寸使用的国产PDC钻头平均指标相比,单只平均进尺增加118%,钻速提高59%,且钻头磨损小,可继续使用。     

PDC钻头磨损过程中的应力分析

为了更加准确地计算PDC钻头在钻进过程中所受的力,需要模拟钻头使用一段时间后的磨损情况.运用空间几何和数值计算理论,对PDC钻头的结构和受力重新进行分析.描述了PDC钻头在不同磨损情况下应力改变情况,推导出了PDC钻头磨损时受力方程.综合考虑了钻头冠部形状、切削齿的布置、切削齿的工作角、切削齿的形状及尺寸、切削齿的相互作用的影响,提出了磨损过程中切削齿的切削面积、切削体积、切削弧弧长等切削参数与磨损程度的关系的数值计算方法,为精确估算PDC钻头的工作时间提供了一种更为科学的手段.     

基于火山岩地层钻井岩心资料的PDC钻头设计改进

PDC钻头在钻进火山岩地层过程中,技术性能常得不到充分发挥,针对火山岩地层岩心资料,从复合片、切削齿受力、齿型、切削齿的角度等方面设计和改进了PDC钻头。研究分析了剖面形状、布齿、切削齿工作角等设计对PDC钻头性能的影响。提出了以加强钻头的稳定性、耐磨性和提高钻速为目标的设计观点。研制的新型钻头采用抛物线形剖面,中密度布齿,切削齿后倾角在10°-15°范围内变化。结果表明：与牙轮钻头相比,PDC钻头钻速提高了约20％,每米钻井成本降低了27％。     

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。      

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。     

石油天然气钻采用PDC切削齿的最新发展

本文介绍了近年来PDC钻头的设计理念和PDC切削齿的最新技术动向,PDC切削齿的若干关键技术,以及国际上最新采用的测试技术。通过提高金刚石含量,加强D-D键结合,优化界面几何形状,减少内应力,精细控制各种原辅材料的质量,最终提高PDC切削齿的综合性能。文中介绍了PDC超声波逐行扫描探伤技术,最新的重负荷检测耐磨性能,以及耐热性和抗冲击性的检测技术。最后还对石油钻井市场现状进行了介绍。     

提高胎体式PDC钻头保径性能的研究

为了改善胎体式复合片钻头所存在的保径结构设计方案无地层针对性、保径效果不稳定等问题,本文设计了8只以4种方式进行保径的PDC钻头,对钻头保径性能进行了现场实验,结合实验结果,对混目金刚石提高钻头保径效果的机理进行了分析.实验结果表明,采用浓度15％的20/25目粗颗粒金刚石和10％的50/60目细颗粒金刚石作保径材料的...     

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。     

影响聚晶金刚石复合片性能的因素及改进方法

聚晶金刚石复合片作为PDC钻头的切削元件，其质量的好坏直接影响着整个钻头的钻进速率及使用寿命。影响复合片质量和性能的主要因素是金刚石与粘接剂的配比、粘接剂的种类、金刚石的粒度、金刚石／硬质合金界面结构以及烧结工艺等。本文探讨了不同种类粘接剂的优、缺点；介绍了如何通过改变金刚石颗粒的粒度分布提高复合片的耐磨性和抗冲击性能；在金刚石，硬质合金界面处添加碳化物形成元素薄片以及采用金属镀层(如W等)实现界面的冶金结合，从而提高界面的结合强度；采用锯齿形界面并伴随成分梯度过渡、以及采用正弦曲线形界面结构可明显改善复合片的性能。这些方法可为工业上生产优质复合片提供参考。     

PDC石油钻头钎缝强度的研究

简述了深井钻探PDC钻头的复杂受力状态,根据钻头损坏形式解析了PDC失效原因,分析了影响PDC钎缝的耦合性因素,针对苛刻的工况条件开展了提高PDC钎缝强度和延长钻头寿命的研究。采用扩大固溶体区域、弥散强化等钎焊材料性能优化技术提高了钎缝的强度和耐磨性;通过前置处理、温度场平衡和后续处理技术,调控钎焊工艺获得了原位生成强化的钎缝。比较了几种钎焊材料和钎焊工艺制造的深井PDC石油钻头的失效特点,工程应用效果证明:强化型钎料可以满足复杂工况下PDC的苛刻要求,钎焊材料和配套的钎焊工艺延缓了PDC的损坏,强化的钎缝在PDC正常磨损报废后仍然完整有效。     

硬地层定向PDC钻头个性化设计与应用

为了扩大PDC钻头在坚硬地层钻进方面的使用范围,通过对钻头冠部轮廓形状、切削结构、切削齿工作角度、钻头水力结构、稳定特性影响因素等方面的研究和优化设计,针对长岭凹陷青山口组及拳头组地层,个性化设计了311BTS115E6型定向PDC钻头。试验表明:新型号钻头在硬地层定向段机械钻速高,平均机速达到3.2m/h,与临井相同井段钻头相比,钻速提高了200%。且该钻头滑动过程中造斜率高、工具面稳定,具有极高的推广价值。