金刚石钻头性能及其制造工艺学

金刚石钻头质量的提高，主要取决于控制金刚石钻头的各种性能参数，特别是金刚石钻头制造工艺过程中的自动化控制，这是全面保证钻头质量的关键。经多年研究已取得了良好的效果。     

金刚石钻头性能量化表示研究

通过定量分析中严密的理论计算与推导，得出了孕镶金刚石钻头时效和寿命与钻头有关参数的量化关系。研究表明：定量研究结论与有关定性结果完全吻合，这说明通过研究得出钻头性能与参数间的定量关系是可行的；可以用于指导钻头的参数设计；可以根据钻头的设计参数预知钻头的性能情况。     

薄壁金刚石钻头的唇面设计

从粉末冶金的压型理论入手 ,分析热压法制造薄壁金刚石钻头的胎体压制过程中的受力情况 ,指出了平底唇面设计存在的不足 ,在分析薄壁金刚石钻头胎体密度和硬度分布及钻进过程的前提下 ,提出了薄壁金刚石钻头的唇面应采用类似半圆形。     

电镀镍锰胎体金刚石钻头的应用

对电镀镍锰胎体金刚石钻头和镍钴胎体钻头的使用情况进行了对比。实践证明,镍锰胎体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。     

金刚石钻头参数与钢筋砼的适应性研究

根据钢筋砼的特性,从理论分析结合实践经验合理选择了金刚石钻头的主要性能参数,ＧＷ２号配方对钢筋砼的适用性较好,胎体性能稳定,并选用了粒度为４０－５０目、浓度为４５％的较高品级金刚石与该胎体相匹配,在生产使用中取得了较好的钻进效果 。     

复合胎体金刚石钻头试验研究

为解决坚硬岩层钻进效率低下,研究设计一种复合胎体金刚石钻头,在软岩层进尺快,在硬岩层亦能获得相对较高的钻进速度,突破了单靠降低胎体硬度的传统设计理念,获得了满意钻进效率。     

金刚石粒度对孕镶金刚石钻头性能的影响

孕镶金刚石钻头已获得了广泛的应用,但人们对其性能和钻头金刚石参数间的一些问题仍需进一步认识。本文通过理论计算得出了钻头唇面上金刚石的分布模型,其结论与实际相吻合;并以此为依据,探讨了金刚石粒度对钻头性能的影响     

短碳纤维增强金刚石钻头铁基胎体性能的研究

设计了粉末冶金法制备短碳纤维增强金刚石钻头铁基胎体材料,通过分析不同碳纤维添加量对胎体烧结性能的影响,得出在本实验制备条件下,短碳纤维对铁基胎体材料性能的影响规律,并对该结果进行了讨论分析,在此基础上,提出了制造更加优良短碳纤维增强铁基胎体材料的可能性。     

热压薄壁金刚石钻头的设计制造与应用

对薄壁金刚石钻头的结构、钢体、加工工艺和规程进行了介绍与分析,并对薄壁金刚石钻头胎体作了不同配方的筛选,选出了ＧＷ１和ＧＷ２号配方,在室内和生产试验中取得了较好的效果。     

国内外金刚石钻头的部分技术进展

收集和介绍了一些国内外金刚石钻头技术研究的发展前沿,从新材料新工艺的应用、新设计思路、先进设计手段等方面对金刚石钻头设计和制造技术的最新进展加以论述,可为国内金刚石钻头的设计制造提供参考。     

难钻进地层金刚石钻头的现状和发展趋势

近年来,针对坚硬致密地层、坚硬强研磨性地层以及坚硬致密泥岩地层这3类地质勘探的难钻进地层,开展了金刚石钻头相关的研究与攻关,取得了重大进步。针对坚硬致密地层,通过在胎体中添加稀土和自锐材料、低压钻头结构设计,在可钻性小于11级的坚硬致密“打滑”地层中,钻进速度可达1.5～2.0 m/h,钻头寿命达30～300 m;针对坚硬研磨性地层,通过超高金刚石工作层和优化的水力结构设计,超细预合金化粉末以及超耐磨胎体性能,使机械钻速同比提高20%～70%,钻头寿命同比提高1.4～10倍;针对坚硬致密泥岩地层,对尖齿复合片和巴拉斯钻头进行了深入的研究,钻进效率提高了50%左右。在油气田深井硬岩钻探领域,NR826系列金刚石孕镶钻头配合螺杆钻具同比牙轮钻头,机械钻速提高18%～85%,钻头寿命提高5～8倍。此外,我国在海洋深水钻探复合片钻头方面的研究也取得了长足的进步。     

深孔钻进金刚石钻头的研制

根据深孔钻进对金刚石钻头性能提出的新要求,从结构改进、金刚石选择与匹配、原材料优选、配方创新、制造工艺优化及针对地层优化性能参数等几个方面入手,研制了新型高胎体低温烧结钻头,通过野外现场试验验证,取得了较好的效果。     

孕镶块式高胎体金刚石钻头的研制

为了提高金刚石钻头的时效和寿命,将钎焊法引入到高胎体金刚石钻头的设计和加工中。首先利用热压法加工耐磨性能好的金刚石孕镶块;然后加工自带两层水口和水槽的新型钻头钢体,且两水口之间预留焊接槽;最后采用钎焊法,将金刚石孕镶块焊接到钻头钢体上。野外试验表明,试制的2只Φ75/54.5 mm高胎体金刚石钻头,与现场使用的孕镶金刚石钻头相比,钻进效率分别提高41.7%和8.3%,使用寿命分别提高50.4%和32.9%。采用二次钎焊法加工的金刚石钻头,兼顾了热压法的优点,解决了工作层高度过高导致钻头胎体折断、掉块的难题,明显提高了金刚石钻头的使用寿命。     

卵砾石地层钻探用大直径加强型金刚石钻头的研制

采用不同于常规金刚石钻头的设计理念,选用高强度金刚石及耐磨金刚石聚晶体,对普通金刚石钻头胎体配方进行了改进,对常规金刚石钻头的烧结工艺参数作了适当的调整,试制出大直径加强型金刚石钻头。该钻头在耐磨性、抗冲击韧性及保径等方面较常规金刚石钻头显现出较大优势。在不改变常规钻进参数的情况下,较好地解决了卵砾石、破碎地层钻头寿命短、钻进速度慢、钻头易过早损坏等问题,可供类似的地层钻探施工选用。     

金刚石岩心钻探压力的探讨

从孕镶钻头金刚石出刃与分布、岩石抗压强度和压入硬度及碎岩机理等方面对孕镶金刚石钻头给进压力的确定方法进行了分析探讨，提出综合碎岩机理，确定钻进行压力的计算方法和公式。     

新型分层复合型金刚石钻头的研制

采用常规热压法制备出了一种分层复合型结构的金刚石钻头,该钻头对岩层的适应性大,具有一定的广谱性。经与普通型钻头对比试验发现,分层复合型结构钻头钻进速度大大提高,同时钻头使用寿命也有了一定的提高。     

深孔绳索取心金刚石钻头性能参数探讨

深孔绳索取心钻进对金刚石钻头的性能提出了更高的要求。从分析金刚石钻头的性能对钻进的影响入手,着重对满足深孔绳索取心钻进要求的金刚石钻头制造方法与性能参数进行了探讨,在综合国内外先进经验的基础上总结提出了新型钻头的参数指标。     

火山岩地层钻进金刚石钻头寿命与效率的探讨

火山岩地层岩性变化大,岩石的物理力学性质也差异极大,根据岩石的物理力学性质选用相应的金刚石钻头参数,能较大的提高金刚石钻头的使用寿命和钻进效率,从而获得较好的钻进效果和经济效益。从常见的几种火山岩地层中使用不同参数的金刚石钻头的使用寿命和钻进效率进行了统计和分析,提出了与地层相适宜的金刚石钻头技术参数的选用原则与选用方法。