辅磨料金刚石地质钻头试验研究

本文采用五种粒度金刚石作为辅磨料,共设计了13种不同配方的孕镶金刚石钻头进行钻进混凝土的试验,探讨了在相同胎体成份下钻头所加入辅磨料的参数设计对其性能的影响。本研究发现合适粒度和浓度的辅磨料添加,不但可以提高钻头的寿命,而且也能提高其锋利性。室内试验研究表明:加入粒度为120/140目、浓度为6%左右的辅磨料时,能使钻头在钻进混凝土时,效率和寿命分别提高40%和150%。     

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。      

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.     

金刚石薄壁钻头钻进钢筋混凝土性能研究

本文就金刚石薄壁钻头钻进钢筋混凝土的特性,按不同的胎体材料与固结在胎体材料中的金刚石设计钻头。通过大量的试验,提出以所钻切的钢筋大小和含量,即以钻切的钢筋面积来具体评价金刚石薄壁钻头的性能,同时结合理论加以分析。ＣＤ２配方作为最佳的胎体材料,选用高品级的金刚石,适当的浓度和粒度与之相匹配可在生产使用中获得良好的经济效益。     

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。      

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 ...     

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。     

超声波电镀金刚石钻头工艺研究

为了缩短电镀孕镶金刚石地质钻头的生产周期并改善其性能,进行了超声波作用下电镀金刚石钻头的工艺研究。研究了超声波作用下的影金刚石复合电镀工艺,确定了超声波电镀金刚石钻头的制造工艺流程,并根据确定的工艺试制了Ф75．5／49绳索取心钻头进行野外钻进试验。研究结果表明：对于各种粒度的金刚石,当金刚石在静止条件下被预复合包镶至约1／5粒径处时,可以开始超声波复合镀,此时金刚石将不会被超声波振落;施加超声波后,一天至少可以加4层金刚石,相比于常规电镀工艺,钻头生产周期缩短一半以上。野外钻进试验结果表明,相比于普通电镀钻头,超声波电镀钻头钻进时效提高了33％,钻头寿命提高了54．6％。     

电镀弱包镶金刚石钻头研究

为了解决电镀金刚石钻头钻进坚硬致密岩石时效低的问题,进行了电镀弱包镶金刚石钻头的研究。本文首先对弱包镶材料中的人造超硬材料、胶粘剂、覆膜微粉进行了选择,然后介绍了弱包镶金刚石的覆膜制粒,最后采用正交试验设计方法研究了覆膜微粉的种类、覆膜后金刚石颗粒的粒径和覆膜金刚石的含量等三个因素对弱包镶金刚石钻头性能的影响。钻进试验在室内微钻试验台上进行,岩样为纯石英岩、人造锆刚玉等的材料。极差分析表明：三个因素对时效影响的显著性依次为：弱包镶金刚石的含量一覆膜微粉的种类一磨料的粒度。钻进结果显示,采用电镀弱包镶金刚石钻头,能够比较有效地解决电镀金刚石钻头的“打滑”问题。     

电镀金刚石钻头胎体性能与电镀工艺的关系研究

电镀金刚石钻头的胎体性能对岩石的适应性显著影响钻头的钻进效果。为了确定电镀金刚石钻头胎体材料性能与镀液组成及电镀参数的关系,本文从研究镀液配方和优化工艺参数入手,采用正交试验方法研究了镀液中镍离子浓度、钴离子浓度、镀液pH值和阴极电流密度等四个因素对镀层耐磨性的影响。镀层耐磨性以硬度和孔隙率加权综合表示。采用极差分析法处理了试验结果,得出了影响镀层耐磨性的主次因素为(从主到次)镀液pH值→阴极电流密度→钴离子浓度→镍离子浓度,从而确定了可获得不同耐磨性镀层、适应不同地层的镀液配方和电镀工艺参数。研究为有针对性地制造和选用电镀金刚石钻头提供了较好的依据。     

有序排布热压孕镶金刚石钻头的性能研究

用点胶-热压法制备了有序排布孕镶金刚石钻头,并用形貌仪观测了钻头的表面形态以及通过室内钻进实验研究其钻进性能。结果表明:在进尺数相同的情况下,有序排布钻头的钻进效率比随机排布钻头高出23%,有序排布钻头的金刚石颗粒出刃高度比随机排布钻头高出1倍;而且有序排布钻头的胎体磨损呈有利于金刚石颗粒自锐的蝌蚪状。有序排布的钻头金刚石表面出现微破碎,与随机排布钻头的2种金刚石极端磨损形貌相比,在钻进过程中优势明显。      

热压工艺参数对WC-Cu基胎体力学性能的影响

在深部钻探中,WC-Cu基金刚石钻头胎体被广泛使用。为了提高钻头使用性能,在同一胎体配方下,采用正交试验方案对热压参数进行设计,并烧制试样进行抗弯强度和显微硬度测试。通过方差和极差分析不同烧结温度(A)、烧结压力(B)、保温时间(C)、冷却方式(D)对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:对纯胎体和含金刚石胎体抗弯强度影响的顺序为A>D>B>C;对胎体维氏硬度影响的顺序是A>C>B>D。本次正交试验中的最优理论烧结参数为A₃B₃C₁D₄,即烧结温度为960 ℃、烧结压力为16 MPa、保温时间为3 min、冷却方式为400 ℃保温炉冷。此时,与理论参数最接近的工艺试验结果为:纯胎体抗弯强度为983.33 MPa、硬度为437.40 HV,金刚石胎体试样抗弯强度为525.00 MPa。      

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℃。      

孕镶金刚石钻头破碎花岗岩岩屑粒径分布研究

收集微钻实验过程中孕镶金刚石钻头破碎花岗岩所产生的岩屑,分析其粒径分布,定量研究金刚石参数、钻进参数对岩屑粒径分布的影响。结果表明:岩屑粒径在一定范围内呈单峰值分布,粒径尺寸集中分布在40～100 μm,粒径分布基本符合对数正态分布规律;金刚石粒度、浓度,钻压和转速对岩屑的粒径分布有较大的影响。      

C/SiC复合材料微孔的电镀金刚石钻头钻削加工

用金刚石基本颗粒尺寸分别为20～30,36～54和63～75μm,直径在0.280～0.440 mm范围的6种电镀金刚石钻头,钻削三维针刺毡基C/SiC复合材料微孔,测试6种钻头的最佳加工工艺参数,分析工艺参数及金刚石基本颗粒尺寸、钻头直径等对微孔加工质量、加工效率的影响。结果表明：在相同钻削速度条件下,进给速度越低时,加工的微孔质量越好;钻头电镀的金刚石磨粒基本颗粒尺寸越大,其钻削效率越高;在6种钻头中,直径为0.300 mm的基体上电镀63～75μm的磨粒,直径为0.200 mm的基体上电镀36～54μm的磨粒,能够获得更优的钻孔性能。     

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％。     

利用配方均匀设计优化金刚石钻头的胎体配方

对用于干钻花岗岩的金刚石钻头的胎体配方采用有约束的配方均匀设计,研究胎体配方不同成分对钻头锋利度和寿命的影响,并利用SPSS对试验结果进行回归分析,得出性能指标与各组分之间的关系,同时通过t检验得出影响因素的主次及影响的显著性,最后通过Excel规划求解得到最优化配方。实验结果表明,建立的Scheffe回归方程对试验结果有很好的拟合性,在三种组分中,Co元素的含量对金刚石钻头的锋利度与寿命有显著影响,运用配方均匀设计能够使我们用较少的试验次数获得理想的结果。