冲击回转金刚石钻进用的分水接头

我们采用孕镶金刚石钻头进行液动冲击—回转钻进。钻头水路是依据钻头外环状间隙冲洗液上返速度所需要的冲洗液量，以及冷却钻头使水口部位保持一定的流速所需要的冲洗量来设计的。实测和计算一个新钻头出水口面积为1.8平方厘米。又根据经验，水口部位的流速要能很好冷却钻头，大约在4—9米/秒范围为宜。若按中间值计算，约需要泵量65升/分，而在金刚石冲击回转钻进中，要维持冲击器正常工作所需要的泵量往往大于100升/分，如果把冲击器工作     

孕镶金刚石钻头设计与制造新技术回顾与展望

高性能孕镶金刚石钻头的研制是钻探工程尤其是深部坚硬地层提高钻探效率、降低钻探成本的关键手段之一。本文从钻头胎体、结构和制造工艺3方面综述了孕镶金刚石钻头设计与制造的新技术,针对钻头胎体设计,介绍了胎体对金刚石把持力的调控研究,特别是胎体强化和胎体弱化这2大方向,并阐述了胎体自润滑钻头的设计机理;从唇面结构和水路系统的设计等方面论述了孕镶金刚石钻头结构设计的新思路;讨论了典型孕镶金刚石钻头设计技术,分析了钻头制造工艺现存的问题,并认为未来采用3D打印制造复杂结构孕镶金刚石钻头具有广阔的应用前景。对及时了解和掌握国内外孕镶金刚石钻头设计与制造技术和理论的最新进展,加快高性能孕镶金刚石钻头的研发具有重要意义。     

孕镶金刚石齿轮钻头在蒙库铁矿地区的应用

新疆阿勒泰地区地层复杂,岩石坚硬、破碎、研磨性强。在该地区蒙库铁矿床硬岩地层岩芯钻探取样过程中,采用原有阶梯金刚石钻头和环齿金刚石钻头,会出现钻头内外保径差、水口冲蚀严重、胎体产生掉块和胎体裂缝等问题,严重影响钻探施工的实效。现将钻头更换为孕镶金刚石齿轮钻头并进行大量野外试验。试验结果表明:使用孕镶金刚石齿轮钻头,钻头内外径磨碎较为均匀,无拉槽现象,可以大幅减少更换钻头及反复拆卸钻杆的次数,岩石钻进时效提高1.01倍。钻头提供压力、扭力和沿钻头底唇面垂直的挤压力,可以显著增强钻具的导向性和稳定性。钻头的孕镶金刚石和方聚晶保径层,可以加强钻头的保径优势,将钻头使用寿命延长1倍。孕镶金刚石齿轮钻头适合在蒙库铁矿地区推广使用。     

孕镶金刚石钻头工作层不均匀磨损原因的研究

通过理论分析和生产试验，论证了孕镶金刚石钻头工作层高度磨损不均的主要原因是：在金刚石等浓度分布和质量相同的情况下，因采用矩形水口使得唇面金刚石沿半径线由外向内切削工作负担逐渐加重所致。提出了改善措施。     

阶梯形孕镶金刚石绳索取心钻头试验及生产效果

阶梯形孕镶金刚石绳索取心钻头是绳索取心金刚石钻头系列中用于中硬—硬岩钻进效果较好的钻头类型之一，其唇面结构又分单、双多阶梯形等多种。唇面结构的共同特点有较多的切削自由面，钻进过程中利于破碎岩石。通过几个矿区不同地层的试验及生产     

密闭取心钻头两相流流场CFD模拟研究

密闭取心是一种特殊取心作业,通过密闭取心钻具与密闭取心钻头配合,在密闭液作用下实现岩心与钻井液隔离,可获得地层原始含油饱和度及油水动态等数据。密闭钻头设计为双流道结构,要满足钻井液过流冲洗冷却钻头唇面、携带岩屑要求,同时密闭液在井底可形成富集区域,有效保护岩心免受钻井液污染,密闭取心钻头流道参数是密闭取心钻头设计的关键。本文运用计算流体力学理论,采用k‑epsilon湍流模型及连续性方程对KM型密闭取心钻具配套密闭取心孕镶金刚石钻头的两相流井底流场进行数值模拟,研究钻头唇面两相流混流状态、流体压力、流速、剪切应力分布特征等,分析了流场特征对钻头密闭效果、钻进效率和寿命等的影响,验证了密闭取心孕镶胎块式金刚石钻头流道结构设计参数,提出了钻头两相流流道优化设计建议。     

对孕镶金刚石钻头唇面微烧的探讨

孕镶金刚石钻头的唇面微烧，是造成钻头非正常消耗的重要原因之一。这个问题早已引起人们的注意，也曾进行过讨论和分析，但至今没有根本解决，严重影响钻头寿命的提高。本文拟就孕镶钻头唇面微烧的征状、原因及消除微烧的措施谈几点认识。一、钻头唇面微烧的征状：从现场观察与资料分析，一般钻进中硬以上较完     

日本利根钻探公司金刚石钻头胎体成分和性能

无论是表镶还是孕镶式金刚石钻头或扩孔器，除了金刚石品级、粒度、浓度、钻头唇面形状、水路设计和镶嵌烧结质量外，其胎体成分和性能对钻头和扩孔器的使用效果影影甚大。由于钻进所遇的岩层性质多种多样，钻头和扩孔器胎体就要求与之相适应，也要多种多样。下列是日本利根钻探公司有关金刚石钻头和扩孔器胎体的一些资料。     

孕镶钻头金刚石恒自锐速率钻进问题的探讨

尽管金刚石钻头的碎岩过程及原理，至今观点尚未统一，但必须保证钻头唇面有一定出刃量的金刚石，才能达到碎岩的目的，这是大家一致公认的。而对孕镶钻头来说，不是像表镶钻头那样把金刚石嵌在钻头唇部表面，而是均匀地分布在钻头唇部胎体内。在钻进开始时，首先由表层金刚石起碎岩作用，随着钻进过程中表层金刚石和胎体的逐渐磨损，胎体内部的金刚石不断出露（出刃）而达到不断碎岩（进尺）的目的。因而孕镶钻头的金刚石能否正常出刃，是关系到孕镶钻头能不能达到正常工作（碎岩），取得最佳经济效益的关键问题。笔者认为，通常人们所讲的孕镶钻头与地层的适应性好坏，其实质是指的采用的孕镶钻头在钻进各类岩层时，金刚石能否正常出刃，达到正常碎岩（钻进）目的的问题。本文就对孕镶钻头金刚石的正常出刃，即恒自锐速率钻进问题进行的初步探讨。     

钻进打滑地层用孕镶金刚石钻头设计探讨

在极坚硬地层钻探施工过程中，经常出现钻头打滑现象，给钻进带来了极大的困难，钻孔施工周期长，增加了施工成本。针对打滑地层孕镶金刚石钻头钻进难题，提出了提高胎体硬度、降低扇形块的面积、加大水口面积的设计思想；为了提高钻头的寿命，提出了将制作金刚石增强型硬质合金复合齿的工艺、配方应用到制作孕镶金刚石钻头的设计思路。通过室内微钻试验，结果表明这种孕镶金刚石钻头具有高时效、长寿命等优点．为解决打滑地层钻进提供了新思路。     

人造金刚石覆膜处理提高孕镶钻头寿命的探讨

近年来，我们在围绕提高人造金刚石孕镶钻头使用寿命和钻进时效的研究试验工作中，针对人造孕镶钻头在钻进过程中唇面金刚石脱落的现象，摸索对人造金刚石电化学覆镀金属膜工艺（简称覆膜），并用覆膜金刚石制作不同胎体性能的热压孕镶钻头，开展了生产试验对比。试验资料表明：在金刚石品级相同的条件下，金刚石经过覆膜处理后，对孕镶的使用寿命和钻进时效均有较大的影响，它是提高人造孕镶钻头制造质量的有效途径之一。     

表镶大颗粒人造金刚石钻头受力及水力学数值模拟研究

人造大颗粒金刚石技术的不断发展,使得利用其制造表镶金刚石钻头在技术上及经济上均变得可行。本文对(?)75 mm表镶人造金刚石钻头的受力、流场与温度场进行了数值模拟,结果表明:金刚石颗粒在高钻压无钻井液循环的条件下极易发生碳化;在钻井液冷却作用下,钻头旋转一圈0.08 s,钻头体会在0.006 s之内冷却;同时水力空化作用与钻井液中固相颗粒对钻头体的冲蚀作用明显;金刚石颗粒内存在较大微裂纹时,金刚石会在小于其许用应力条件下发生破坏。通过对比分析,表镶金刚石钻头的最外侧与最内侧水口处的金刚石较易发生破坏,在设计与制造钻头时应进行强化。     

不同润湿剂对钻头金刚石分布均匀性的影响

运用数理统计推断方法，分析、评价了水质、油质润湿剂对孕镶金刚石钻头胎体唇面金刚石分布均匀性的影响。证明钻头唇面金刚石的分布服从正态分布规律；水质和油质润湿剂金刚石分布正态总体的方差σ分别为（7.56，13.64）、（3.47，6.25），σ_油的分布区间明显小于σ_水。     

合理设计岩屑规程保证正常钻进条件——金刚石钻进技术专题之一

论述了正常钻进的条件，提出了合理岩屑规程是保证正常钻进的关键和设计钻头的主要依据之一，讨论了岩屑规程与金刚石钻头唇面工作状态、孔底表面粗糙度和岩屑粒度的关系，提出了相应的建议。     

关于金刚石钻进工艺优化几个问题的研究

孕镶金刚石钻头钻进时,孔底所剩岩屑数量直接影响钻进是否处于正常状态,正确设计岩屑规程可以保证钻头正常钻进。计算和实验证明,冲洗液流在钻进过程确实产生空化气蚀现象,对钻头磨损有严重影响。设计各个通道过水面积相等的钻头,可以基本解决这个问题。应该保证供给的冲洗液量与机械钻速之比保持在合理的范围内。     

仿生孕镶金刚石钻头在漠河冻土区天然气水合物勘探钻进中的应用

仿生孕镶金刚石钻头具有高效、耐磨的特点,符合漠河天然气水合物勘探的要求及漠河钻探施工现场的条件。介绍了符合漠河地层特点的仿生孕镶金刚石钻头的设计与制造。同时对效果不理想的钻头的钻进情况进行了分析,提出了评价钻头性能时需要综合分析,从而客观、真实地反映钻头的实际钻进能力。漠河天然气水合物MK-2科学钻探试验井的钻进结果表明,仿生孕镶金刚石钻头的寿命比普通孕镶金刚石钻头长73%,钻速比普通孕镶金刚石钻头高22%。     

金刚石浓度与金刚石尾部支撑体的关系及其对金刚石工作寿命的影响

金刚石浓度是孕镶钻头的重要参数，它影响着钻头唇面切削刃数量的多少，且在一定条件下也影响着每粒金刚石承载的大小、吃入岩石的深度以及碎岩特征，总的影响着钻头的钻进效果。目前钻头中金刚石成本约占钻头成本的75％，故合理选择金刚石浓度，对于提高钻头的使用效果、降低钻探成本是很有必要的。     

关于孕镶金刚石钻头耐磨性的试验与研究

孕镶金刚石钻头的耐磨性是指钻头在钻进过程中抵抗岩石、岩粉磨损的能力而言。钻头耐磨性的强弱是影响孕镶金刚石钻头钻速和寿命的重要因素。由于孕镶金刚石钻头的工作层是由骨架材料、粘结金属和固结在里面的金刚石组成赋存关系十分复杂的，机械混合的假合金，所以无论哪个组份都会影响孕镶金刚石钻头的耐磨性。本文就孕镶金刚石钻头的耐磨性，谈些粗浅的认识。     

热-机碎岩孕镶金刚石钻头的设计及试验研究

为提高钻进效率,合理利用钻进过程中产生的热量,本文采用摩擦热能辅助机械能碎岩(简称:热-机碎岩)的方法,将氮化硅作为摩擦元件引入孕镶金刚石钻头中,以提高钻头工作层的钻进性能。本文通过对钻头水口、摩擦元件的尺寸计算,钻头胎体、结构的设计,制造了一种新型热-机碎岩孕镶金刚石钻头(简称:热-机碎岩钻头),并与常规六水口钻头和三水口钻头开展了室内钻进试验对比。结果表明,与六水口钻头和三水口钻头相比,热-机碎岩钻头加入摩擦元件后能够因摩擦生热而使岩石产生弱化作用,钻头钻速提高,在相同钻井液流量下最高可比六水口钻头的机械钻速高33.3%。热-机碎岩钻头胎体的磨损程度比三水口钻头小,热-机碎岩钻头可用于强研磨性地层的钻进。     

热-机碎岩孕镶金刚石钻头的设计及试验研究

为提高钻进效率,合理利用钻进过程中产生的热量,本文采用摩擦热能辅助机械能碎岩(简称:热-机碎岩)的方法,将氮化硅作为摩擦元件引入孕镶金刚石钻头中,以提高钻头工作层的钻进性能。本文通过对钻头水口、摩擦元件的尺寸计算,钻头胎体、结构的设计,制造了一种新型热-机碎岩孕镶金刚石钻头(简称:热-机碎岩钻头),并与常规六水口钻头和三水口钻头开展了室内钻进试验对比。结果表明,与六水口钻头和三水口钻头相比,热-机碎岩钻头加入摩擦元件后能够因摩擦生热而使岩石产生弱化作用,钻头钻速提高,在相同钻井液流量下最高可比六水口钻头的机械钻速高33.3%。热-机碎岩钻头胎体的磨损程度比三水口钻头小,热-机碎岩钻头可用于强研磨性地层的钻进。