自形成同心圆齿孕镶金刚石钻头研究

通过钻头胎体配方的分区设计，钻头在钻进过程中，其唇面会自动形成同心圆齿，该类钻头具有钻进时效高，使用寿命相对延长，破碎岩石时的稳定性好，钻进质量明显改善等优点，并详细阐述同心圆齿金刚石钻头的碎岩机理，研究表明，设计的自形成同心圆齿钻头，使钻头在碎岩机理方面有所突破，与普通钻头相比，自形成同心径向环齿钻头在时效和寿命方面均有所提高。     

自形成同心径向环齿金刚石钻头设计与制造

通过钻头胎体配方的分区设计,钻头在钻进过程中,其唇面会自动形成同心径向环齿,该类钻头具有钻进时效高,使用寿命相对延长,破碎岩石时的稳定性好,钻进质量明显改善等优点。其碎岩机理是：由于自形成同心径向环齿金刚石钻头胎体工作面各区的耐磨能力不同,导致切削破碎岩石的效率不一样。工作过程中,金刚石在轴向作用下产生破碎槽,并在周向力作用下切削岩石,由于胎体的强耐磨区和弱耐磨区破碎岩石能力的差异,使孔底岩体上留下一条条岩脊。由于破碎槽效应,岩脊内的微裂纹十分发达,强度大大降低,在钻进过程的振动作用下被双向剪切,稍有挤压,岩脊顶部的剪应力即达抗剪强度,很容易以体积方式被破碎。研究表明,设计的自形成同心径向环齿钻头,使钻头在碎岩机理方面有所突破;与普通钻头相比,自形成同心径向环齿钻头在时效方面提高了45％,寿命方面延长了20～25％。     

不同唇面形状金刚石钻头对钻进效率的影响

针对金刚石钻进中钻头唇面形状的选形问题,从岩石破碎机理入手,分析了岩石在不同形状压头作用下的破碎过程。对平底型、高低交错型及同心圆尖齿型三种不同唇面形状钻头进行现场实验比较,得出同心圆尖齿型的综合效果最好的结论。在实际钻探生产中,可依此选择相应形状的底唇面钻头来提高钻进效率。     

弱包镶金刚石钻头在高地应力地层中的应用研究

本文介绍了一种适应于高地应力地层钻进的新型金刚石钻头,这种钻头综合了弱包镶技术与交错式唇面设计两种先进方法,很好地解决了高地应力地层钻进难进尺的问题.交错式唇面钻头能够减少钻头与孔底的接触面积,增加钻头唇面作用于岩体的单位面积压力,从而提高钻头的锋利性.研究设计的φ75/54.5新型钻头的时效和寿命分别比同规格普通钻头提高42%和28%以上,取得了良好的效果.本文从理论上分析了该新型钻头的性能特点,阐述了交错式唇面设计和弱包镶设计的优越性.     

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。     

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.     

胎体弱化颗粒材质对WC基孕镶金刚石钻头胎体磨损性能的影响

采用热压烧结法,以WC基混合粉末和MBD8人造金刚石为原材料,通过改变添加至胎体中的胎体弱化颗粒材质,制备钻进打滑地层用WC基孕镶金刚石钻头,并进行钻进试验。采用室内钻进及SEM扫描电镜分析等手段研究不同胎体弱化颗粒材质对钻头胎体结构、力学性能和摩擦磨损行为的影响。结果表明:粒径小于425μm的Si C颗粒由于其脆性特性,适当浓度的Si C颗粒能够减少单位面积上金刚石颗粒数,利于唇面比压的提高,进而提高钻头碎岩效率;棕刚玉颗粒的脆性破损断裂的能力较差,无法有效剥落以增加胎体的粗糙度,并促进金刚石的新陈代谢;硬质合金钢丸颗粒由于本身性质导致其无法有效促进金刚石出刃,不宜作为胎体耐磨损性弱化颗粒材质。     

电镀镍锰胎体金刚石钻头的应用

本文对镍锰胎体钻头和镍然胎体钻头的全用情况进行了比较。结果表明：在坚硬强研磨性地层钻进时,镍锰胎体钻头时效快,寿命长,使用效果好,通过将两种品级,三种粒度的金刚石按一定比例混合使用,扩大钻头的适用范围,提高了钻头的自锐性,而通过改变内,外径和底唇面胎体孕镶层厚度的比例,能做到镀层基本同步消耗完,实践证明,镍锰胎体金刚石钻头特别适用于钻进坚硬破碎,强研磨性地层和软硬交替的地层。     

提高金刚石钻头在深孔硬岩钻进中寿命的途径

本文着重从应用新型超硬材料和改进钻头结构二个方面论述了提高深孔硬岩钻进金刚石钻头寿命的技术途径。实验研究和生产试验的结果表明:在孕镶钻头上镶嵌金刚石聚晶材料АКТМ,能有效地破碎坚硬岩石,在可钻性Ⅹ～Ⅺ级的岩石中平均寿命比传统钻头增长58%,机械钻速增长32%。在金矿深孔钻探生产中,双层水口超高胎体金刚石钻头的使用寿命可比常规钻头提高1倍。把上述两种方法结合起来,可大幅度节约起下钻具的辅助作业时间,提高深孔硬岩钻探的生产效率。     

新型硬岩超低压钻进用金刚石钻头

三峡工程在硬岩中施工ｄ１７５ｍｍ倒垂孔,为预防孔斜需要采用超低压钻进（最低钻压只有１．８ＭＰａ）。为此,开发研制了一种金刚石与胎体之间有一弱结合层的新型钻头。由于该种钻头新、旧金刚石的新陈代谢换层速度较普通钻头快,其抗打滑能力极强。现场钻进试验结果表明,该新型钻头不仅能克服钻头打滑,而且机械钻速和钻头寿命均有显著提高,综合指标提高幅度达２．０６倍。     

分层-环槽式热压金刚石钻头应用研究

多年来,热压金刚石钻头的工作层与金刚石都设计为均质型,整个孔底的环状岩石都由金刚石破碎,这不仅使得金刚石的含量较高,而且金刚石的利用率与钻进效率都受到影响.本文试验研究了一种分层-环槽式热压金刚石钻头,由含金刚石的工作层和不合金刚石的工作层组合而成,含金刚石工作层是破碎岩石的主体,而不合金刚石的工作层则利用钻头的径向与...     

CVD金刚石条强化孕镶金刚石钻头的试验研究

本文将经过激光切割的CVD金刚石条镶嵌到传统的孕镶金刚石钻头胎体中,研制了一种新型的硬支点强化型金刚石钻头,以提高钻头在坚硬地层中的钻进效率和使用寿命。介绍了该新型钻头的设计及制造工艺,并进行了室内钻进试验。结果表明：与聚晶金刚石柱强化孕镶金刚石钻头相比,CVD金刚石条强化的孕镶金刚石钻头的钻进效率较高,达5．575m／h,且该钻头的磨损程度更小,使用寿命长。在钻进过程中更加稳定.     

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。     

强、弱混镶新型金刚石钻头的研究

本文分析常规金刚石钻头与普通弱包镶金刚石钻头在钻进极坚硬岩层时存在的不足，提出了研制强、弱混镶钻头的设计思想，并对该种新型钻头工作层结构进行说明，阐述其工作层中强、弱裹覆工作材料的实现工艺。通过设计新型强、弱混镶钻头，进行室内钻进试验，结果表明强、弱包镶混镶钻头具有高时效、长寿命等优点。     

CVD金刚石强化孕镶金刚石钻头的冲击回转钻进试验研究

孕镶金刚石钻头的性能对地质勘探钻进的效率和成本有很大的影响.为了提高钻头的性能,本文设计、制造了一种用CVD金刚石条作为硬支点材料的新型孕镶金刚石钻头.设计了CVD金刚石务的尺寸、数量及在钻头胎体上的排列方式.根据被钻岩样的可钻性及研磨性,设计了钻头胎体硬度、金刚石粒度、浓度及钻头结构.采用中频感应热压法制造了φ59 ...     

深部钻探绳索取心孕镶金刚石钻头的关键技术

本文探讨了深部绳索取心钻探钻头的工作特征,在量化分析钻头寿命对钻探效率影响的基础上,集成研究了提高深孔钻头寿命的一些措施,包括提高工作层高度、加强保径、提高保径规的高度、采用金刚石有序排布技术、聚晶与工作层复合技术、粉末石墨装料技术以及采用合理钻进工艺参数等.所获得的结论对提高孕镶绳索取心钻头的效率和使用寿命有积极作用...     

镶焊式金刚石取芯钻头的研制

提高金刚石取芯钻头寿命是提高整个矿产勘探效率的重要途径之一,特别是深孔钻探施工时,多采用高胎体金刚石取芯钻头。本实验首先利用热压法加工金刚石孕镶块,然后加工自带多层水口和水槽的新型钻头钢体,最后采用镶焊法将金刚石孕镶块与钻头钢体焊接在一起。试制的2只75/54.5mm金刚石取芯钻头,工作层高度达到22mm。野外实验证明:该钻头使用寿命分别达到86m和93m,比现场使用的普通金刚石取芯钻头,使用寿命分别提高120%和141%。     

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。