强化耐磨性钻头在卵砾石地层中的应用研究

在卵砾石地层钻进中，遇到的问题为钻头的寿命短，钻进效率不高，常常出现钻头断齿与掉块现象。针对这些难题，从钻头胎体配方、金刚石参数与热压工艺着手，提高胎体材料对金刚石的包镶强度，提高胎体的硬度、耐磨性和冲击韧性，并改进了钻头钢体端面和胎体的结合方式。经过几轮试验与改进，研制出了一种热压强耐磨性孕镶金刚石钻头，取得了好的钻进效果：平均钻进时效1．5m／h，平均使用寿命每只接近30m，无掉齿或断齿现象，基本上解决了在卵砾石地层中钻进难的问题。     

热压铁基金刚石钻头胎体性能及钻进试验研究

本文以铁替代碳化钨作为钻头骨架材料,研究了新型热压铁基金刚石钻头的胎体性能,包括胎体硬度和耐磨性。通过对胎体性能试验结果的回归分析和非线性规划求解,得到了胎体硬度及耐磨性与胎体配方各组分之间的回归模型,并得出了优化的胎体配方。优化配方计算表明胎体硬度的最优值为139.5 HRB,耐磨性的最优值为0.056 g,但二者不能同时达到最优值。最后采用优化的配方试制了两组φ41/27 mm普通金刚石钻头,在可钻性为9级的花岗岩上进行实际钻进试验,取得了平均时效为2.04 m/h的好效果。     

高磷-硼铁基胎体性能研究及应用

本文试验研究了高磷-硼铁基胎体材料的性能,采用混料回归试验设计方法,对试验结果进行了回归分析和非线性规划求解,得到了胎体硬度及耐磨性与胎体成分及其含量之间的回归模型,并得出优化配方。试验结果表明：随着磷-硼铁合金粉含量的增加,胎体的硬脆性相应有了提高,镍与钴金属对胎体硬度与耐磨性有明显影响,而增加663铜合金粉含量时硬度有降低趋势。这些规律为依据不同岩石设计钻头配方奠定了良好的基础。同时,针对可钻性9级岩石,采用试验研究的4号配方试制了钻头,并进行了生产性钻进试验,获得了钻进时效1.80 m/h、钻头寿命60.65 m/个的良好效果。     

直流电镀铁基胎体性能及其金刚石钻头研究

将修复零部件的工业镀铁技术,应用到金刚石钻头的制造中.经过试验,掌握了电镀铁基胎体金刚石钻头的工艺技术.室内钻进试验表明:电镀铁基金刚石钻头钻进9级花岗岩的时效能达到2m/h,钻头的使用寿命能达到44 m,完全能够满足钻探生产的要求.结果表明:直流电镀铁基胎体的性能具有硬度高且可调、金刚石出刃好等特点;电镀铁基的镀液配方简单,成本低,具有很好的应用前景.     

钢结硬质合金型胎体性能及其热压金刚石钻头研究

针对在硬而致密岩石中钻进时效低的难题,本文分析了碳化钨基热压钻头的金刚石出刃与岩石研磨性等岩性之间的内在联系,认为钻头的胎体成分及其性能是关键,硬而带脆性的胎体性能有利于金刚石出刃,从而能提高钻进速度.因此,从热压金刚石钻头的胎体成分与性能研究入手,经过反复的试验研究,试制出了热压钢结硬质合金型孕镶金刚石钻头.在硬而致密岩层中钻进的野外试验表明:与普通的碳化钨基钻头相比,钻进时效由0.5 m/h提高到1.18 m/h,钻头工作寿命由10 m/个提高到21.31 m/个,基本解决了在硬而致密岩层中钻进难的问题.试验结果表明,钢结硬质合金型胎体是一种性能优良的金刚石钻头胎体材料,该类型胎体的热压金刚石钻头是一种具有广谱性的金刚石钻头.     

纳米WC弥散强化孕镶金刚石钻头

为提高孕镶金刚石钻头的钻进效率和使用寿命,将纳米WC引入到传统胎体配方。利用纳米WC的弥散强化作用,优化胎体配方及制备工艺,提高钻头工作层的物理力学性能,从而研制出强化型孕镶金刚石钻头。将其与传统钻头进行室内钻进对比试验。结果表明:将质量分数为2.5%的纳米WC添加到孕镶金刚石钻头的传统胎体配方中研制出的强化型钻头,其机械钻速提高了24.93%,使用寿命提高了28.91%,钻进过程更加平稳。      

胎体中含有铜锰阻尼合金成分的金刚石钻头研制及钻进试验

孕镶金刚石钻头在钻进过程中,经常会遇到有害的振动问题,这种振动极大地影响钻进的稳定性。阻尼合金能耗散振动能,可达到减振的目的。本实验用铜锰粉末代替63#配方中的663青铜粉,来制作金刚石钻头的胎体试样。对胎体试样进行力学性能测试及断口形貌分析,结果表明:相较于63#配方试样,质量分数40%铜锰粉末的胎体试样组织均匀,结构致密,硬度提升14.7%;孕镶金刚石钻头磨耗比提高13.2%,抗弯强度降低22.4%。钻进试验结果表明:在钻进均质花岗岩岩样时,质量分数40%的铜锰配方钻头与63#配方孕镶金刚石钻头钻进性能相近,钻进振动加速度幅度减小约4.3%,钻头阻尼性能提高,钻进过程更加平稳。      

三峡永久船闸导垂孔施工用电镀金刚石钻头的研制

为了满足导垂孔施工孔径大、垂直精度高（扎斜允许偏差在1‰以内）的要求，本文采用复合电镀技术研制出大口径会刚石钻头，所用胎体材料为镍钴合金，钻进金刚石的品级为MBD8、MBD10，其中MBD10占总量的60％，金刚石粒度分别为40／45、45／50、50／60、60／70，各种粒度的比例（质量比）分别为20％、30％、35％、15％。电镀金刚石钻头在室温下进行，pH值在3～5之间，电流密度在0．5—0．9A／dm^2范围内。文章还提出了基体设计和强化方案，分析了钢体、金刚石参数、胎体对钻进过程的影响，采用混目金刚石扩大了钻头的适用范嗣，提高了钻头的自锐性。使用结果表明：胎体配方、工艺流程、电镀参数和钢体强化没汁是合理的，研制的电镀金刚石钻头在二峡永久船闸倒垂孔钻进中，其平均使用寿命达到16米，钻进时效为0．3～0．5m．     

新型电镀弱包镶金刚石钻头研制

钻进极坚硬地层时钻头打滑的原因是：钻头胎体表面被磨钝的金刚石上端被胎体包裹，下端与岩石形成吻合的面接触，金刚石处于接近二向受力状态，影响金刚石新陈代谢的继续进行；发明专利“一种电镀弱包镶金刚石钻头的制作工艺”利用机械方法在金刚石表面包裹一层弱包镶层，然后利用电沉积方式制成电镀钻头；新型电镀弱包镶钻头工作原理是电镀胎体与金刚石之间具有一层没有粘结特性的弱包镶层，减弱了电镀胎体对金刚石的包镶能力，使钻头在胎体磨损不大的情况下，金刚石就会从电镀胎体中自行脱落下来，实现金刚石的换层。这种新型电镀弱包镶钻头能很好地解决钻进坚硬致密弱研磨性地层的打滑问题。     

Fe质量分数对金刚石钻头胎体及钻进性能的影响研究

设计Fe-Cu基胎体配方,研究Fe质量分数对金刚石钻头胎体及钻进性能影响。测试不同配方下烧结试样的硬度、相对密度与三点抗弯强度,使用扫描电镜对断口进行微观分析,通过模拟钻进实验测试钻头的钻进效率与寿命。结果表明:Fe-Cu基配方胎体具有较好的烧结成型性,胎体相对密度可达到理论密度的98%;胎体硬度随Fe质量分数的增加先增加后下降,在Fe质量分数大于45%时趋于平稳、质量分数为60%时达到最大值,为35HRC;胎体三点抗弯强度的变化规律不明显,数值变化不大。断口SEM结果表明:随Fe质量分数增加,韧性下降,金刚石刻蚀加重。模拟钻进实验表明:在Fe质量分数为30%时,钻头对6~8级可钻性地层具有较好的钻进效率与寿命。      

用于钻进钢筋混凝土构件的金刚石钻头的研制

钢筋混凝土结构因内部有钢筋,且自身强度等级较高,在钻孔过程中施工难度大,钻进效率低,经常出现钻头断齿现象。针对这些现象,从调整钻头胎体性能、改进钻头结构和增加磨料种类3个方面进行试验。为提高金刚石钻头钻进效率,采用中软性能的钻头胎体,并添加立方氮化硼（CBN）磨料,提高钻头工作唇面上磨料的切削性能;为使钻头钻进平稳,采用斜水口和奇数齿结构钻头,防止钻齿在孔底与钢筋产生全断面接触,避免钻齿瞬时冲击载荷过大而发生断齿。试验结果表明:使用?75mm钻头,钻进压力6.5 MPa、钻头线速度2.1 m/s、冷却液流量25 L/min时,钻头的平均钻进时效可达到1.12m/h,钻头寿命28m,无断齿现象;表明本试验的钻头设计工艺正确,结构合理,可满足施工现场的生产需求。      

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...     

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。     

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。