低温氮、磁化综合处理钻头使用性能提高的X射线和电子显微技术分析研究

在地质钻探和石油钻井中,钻头都是非常重要的钻进工具。其技术特性,特别是硬度和耐磨性与钻探的技术经济指标,即与机械钻速、钻头进尺和每米钻探成本直接相关。为了提高钻头的工作性能,俄罗斯南方国立技术大学提出了综合低温淬火、磁化回火处理钻头的方法。经过综合处理后,钻头体、复合片底座和钎焊层的硬度分别提高了30%、3%和22%。野外钻进试验结果表明,经过低温液态氮和磁化综合处理的与未经综合处理的钻头相比,每次试验钻头进尺都有提高,总体上钻头进尺提高了22.2%,取得了很好的钻进效果。并对取得的效果进行了X射线和显微技术分析。     

强化热压烧结孕镶金刚石钻头试验研究

在分析常规热压方法不足的基础上,通过试验表明提高热压温度与烧结压力可以有效提高孕镶金刚石钻头的力学性能.针对强化热压方法的特点,设计专用的预合金粉胎体材料体系进行烧结试验,并对其进行硬度、耐磨性与密度测试.试验结果表明,相较于普通热压试件而言,强化热压烧结的试样硬度平均提高约HRC 1.8,磨损量平均下降约2.1 mg...     

氧化铝空心球在钻进坚硬致密岩石钻头中的作用

基于岩石破碎原理分析研究用于钻进坚硬致密岩石的钻头及其性能,设计预合金粉胎体性能以及热压工艺参数。在此基础上,提出使用氧化铝空心球弱化钻头胎体,并对添加粒度尺寸0.3 mm、0.6 mm、0.9 mm和体积分数12%、15%和18%的氧化铝空心球制备的胎体进行耐磨性能试验。结果表明:胎体耐磨性分别降低了9%~31%;当氧化铝空心球粒度尺寸为0.3 mm,体积分数为18%时,胎体的耐磨性降幅达到最大的31.25%。      

模拟月壤螺旋钻进力载特性分析

月球钻探取样具有钻进对象松散、钻机功率小、质量轻、钻进过程无冲洗介质等难点,螺旋钻进因其连续排屑和干式回转钻进的能力,成为最具可行性的月球钻探取样方式之一。为确保在设备能力和月表环境限制下实现深层月壤钻探取样目的,针对月壤/模拟月壤物理力学特性,对螺旋钻探取样过程进行力载特性分析。分析表明,月球钻探具有螺旋叶片宽度窄、回转速度高的特点,可采用钻屑颗粒模式求得临界回转速度,然后选择合理的钻进工艺。螺旋钻进功耗包括钻头切削月壤的功耗和钻进排屑功耗,可根据功耗模型研究各变量对功率的影响规律,从而为钻具结构优化和钻进参数优选提供理论指导。     

旋流喷嘴钻头在NP32-3646井的现场应用分析

南堡32-3646井是一口四开三段制定向井,设计井深5798 m。3864~4265 m(井斜29.18°的稳斜段)试验了五刀翼旋流喷嘴PDC钻头(主切削齿直径16 mm,3个11 mm常规水眼和4个18 mm旋流喷射水眼)。针对深井超深井钻进中常采用的相对较高的钻井液密度和粘度,不利于提高钻头破岩效率的问题,在系统介绍旋转射流发生机理和破岩机理的基础上,对NP32-3646井五刀翼旋流喷嘴PDC钻头现场应用情况进行了分析。试验结果表明,旋转射流因具有切向、轴向和径向三维速度,可在高粘钻井液条件下更好地改善井底清岩效果,并通过剪切、冲蚀、拉伸和磨削等多种方式实现辅助破岩,从而提高钻井效率。试验钻头进尺401 m,平均机械钻速4.45 m/h,可较好地满足现场钻进需要,具有良好的推广应用前景。     

热压孕镶金刚石钻头偏磨的影响因素分析

分析热压孕镶金刚石钻头的压制成形过程、钻头结构和钻具组合等3个方面对钻头内外径偏磨的影响。受力分析表明,不考虑压制成形过程中的摩擦因素时,压制压力在钻头端部均匀分布。离散元仿真模拟结果表明,金属粉末与加载模具之间的摩擦是导致压制试样出现密度差异的主要因素,试样内的局部密度还与压制前该位置的初始孔隙率密切相关;试样内部的密度差异会影响胎体对金刚石的包镶能力和胎体的耐磨性,从而导致钻头的偏磨。计算结果表明,钻头外径与内径的比值a,以及钻头水口宽度与周长的比值b是导致钻头内径磨损比外径严重的主要因素,当a大于1.2且b大于0.5时这一影响迅速加剧,内径磨损较外径更严重。此外,钻头在孔底钻进时产生旋转偏摆也是造成钻头内外径偏磨的主要原因之一。     

基于混料设计的WC基复合胎体性能研究

采用混料设计方法,研究了WC、YG8、663-Cu含量变化对WC基复合胎体抗弯强度的影响规律。3种成分含量变化对抗弯强度有显著性影响,呈线性模型关系,得出了相应的回归方程。三者之间的影响大小是YG8WC663-Cu;3种成分含量变化对强度损失率影响很小,通过调整三者的成分比例,无法有效地提高胎体对金刚石的把持力。     

CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对热压富铁基胎体力学性能的影响

热压富铁基金刚石钻头具有成本低、钻速高的优点,已在钻探中广泛应用。对比相同的热压富铁基胎体配方,通过测试试样的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性,研究CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:添加CSB-2预合金粉的胎体性能均比单质混粉胎体性能好。随CSB-2质量分数的增加,胎体的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性分别最大提高了7.68%、27.99%、94.43%和312.82%;同时,胎体粉末预合金化有利于降低胎体的热压烧结温度;为获得良好的应用效果,CSB-2质量分数应大于30%,且最佳烧结温度为940~980℃。      

大港油田优快钻井配套技术研究

大港油田深井、超深井提速困难主要是由于馆陶组厚层底砾岩和沙河街组致密泥岩的岩石可钻性差、深部油气藏存在异常高温、高压现象,且钻井液具有高密度和高粘度的特点。为探索适合大港油田的深井、超深井优快钻井配套技术,结合滨深24-5-27井的钻井实例展开了研究。通过优选钻井液体系、应用精细控压钻井技术,以及高效PDC钻头+螺杆马达复合钻井技术,实现该井完钻井深4510 m,钻井周期36天,全井平均机械钻速为11.56m/h的快速钻井效果。研究结果表明,该井钻井周期的缩短主要得益于全井机械钻速的提高,以及生产组织的有序衔接和保证。相对所在区块的历史指标井,该井机械钻速提高15.27%,二开和三开的生产组织时间缩短31.68%,钻井周期缩短18.78%。该优快配套钻井技术可为大港油田高效开发深部油气藏提供工程技术保障。     

大直径嵌岩斜桩冲击成孔速度的影响因素分析

随着工程建设向外海、深水区域不断发展,大直径嵌岩灌注斜桩因具有更好的承受水平载荷能力,在港口、码头等构筑物基础施工中得到了广泛的应用。受工程场地和桩孔设计参数等的影响,该类嵌岩桩多采用冲击成孔的施工方式,且其持力层的成孔速度相对其他灌注桩施工方法仍然非常低(0.1~0.3 m/h)。基于此,本文建立了大直径嵌岩斜桩冲击成孔过程中的冲锤下落受力模型,并通过单因素分析和双因素耦合分析的方式研究了冲锤质量、冲击行程、桩孔斜度,以及冲锤与钢护筒之间的摩擦系数等因素对冲击成孔速度的影响规律。分析认为,在桩孔斜度确定的情况下,冲锤质量和冲击行程是影响冲击成孔效率的主要因素,而摩擦系数的影响可以不作具体要求。