各向异性岩石钻进用钻头和孔底装置的分析研究与探讨

钻探工程中可以遇到各种岩石。按物理力学性质来说,岩石可是均质（各向同性）和非均质（各向异性）的。多数情况下,在深孔钻进时,岩石可能受地质条件的影响,是各向异性的。各向异性岩石的特点之一是,不同受力方向上的强度不同,因此钻孔容易弯曲,直接影响钻探效率和质量。俄罗斯科研人员对各向异性岩石中钻进时使用的钻头和孔底装置进行了大量研究,取得了较好的效果,值得我们参考。     

深部各向异性硬岩钻进用新型金刚石钻头试验研究

我国正在进行深部地质找矿和深部矿产资源开发,“十三五”计划规定了对地下空间的利用和开发进行研究,这些都离不开深部钻探。深部钻探中遇到的岩石多为各向异性岩石,在这种岩石中钻进时,钻孔容易偏斜,影响钻探效率和质量。俄罗斯博士Скоромных В.В.教授等对此进行了研究,提出了钻头水口大小变化的设计思想。对比试验结果表明,这种新钻头钻进技术指标较好,值得研究和探讨。     

基于稳态碎岩方式的PDC钻头设计分析研究

自从20世纪80年代PDC复合片研发成功以来,PDC钻头由于其钻进性能强和耐磨性能好,在世界许多国家的石油钻井和地质勘探中得到了广泛应用,取得了很好的效果。但是,如何进一步提高其在钻探工程中的技术经济指标是一个很迫切的问题。俄罗斯博士Скоромных В. В.教授等对此进行多年研究,提出了稳态破碎岩石方式的思想,即在轴载和扭矩切力形成的合力R与切削面成垂直角度条件下,切入深度h不变时形成的一种碎岩方式。并在此基础上提出了一些设计PDC钻头方面的建议。     

关于利用系统论方法设计金刚石钻头的分析研究

地质钻探工程是个复杂的系统工程,金刚石钻头设计是个复杂的系统。俄罗斯技术科学博士Скоромных В. В.教授等使用系统论方法设计表镶金刚石钻头,以机械钻速为目标函数,以钻头切入岩石深度为切入点,建立了相关的数学模型,编制了程序,进行了计算机模拟,可以比较直观地看到金刚石在孔底的工作情况和钻头破碎岩石的过程,对于深入研究孔底岩石破碎过程机理和判断金刚石钻头设计的合理性及其对钻探技术经济指标的作用,具有一定的实际意义。     

硬岩钻进用石油钻头研究现状及发展趋势

能源与矿产的持续安全供给是经济快速增长的保证,而中硬岩层钻进一直限制着油气钻井向深部发展。针对硬岩地层钻进,地质行业主要采用金刚石钻头钻进,而油气钻井行业除按传统方法采用牙轮钻头和金刚石钻头钻进之外,也逐渐开展了PDC钻头钻进硬岩的研究。本文分别介绍了牙轮钻头、金刚石钻头和PDC钻头在油气勘探硬岩钻进中的应用研究现状。其中,牙轮钻头研究主要集中在增强轴承密封性能、改进布齿结构和提高切削齿强度三个方面,而金刚石钻头研究则集中在碎岩机理、金刚石参数和胎体性能,以及钻头结构三个方面。提出了三类钻头的研究方向和发展趋势,为硬岩钻探技术发展提供参考。     

利用声谱分析方法对岩石破碎过程的研究——俄罗斯钻探过程研究的新方向

介绍了俄罗斯采用声谱分析方法研究岩破碎过程和钻探规程的情况和结果，讨论了岩石破碎与声波的关系，说明了钻进时如何测量声波，分析了孔底功率，碎岩声波和钻头胎体温度与钻探工况（抛光，正常钻进，烧钻）的关系。     

复合片钻头设计及其钻进性能研究

本文系统阐述了GMJF系列复合片钻头设计原理、方法和步骤,描述了三种原型钻头在贵州织纳矿区Ⅲ～Ⅵ级(部分Ⅷ级)岩石中试验成果,分析了钻头技术效果并估算了经济效益。     

深部钻探金刚石钻头设计思路

针对深部钻探特点,从金刚石钻头类型、胎体设计、金刚石参数设计、钻头结构及热压参数等方面进行了分析研究,提出了深部钻探金刚石钻头的设计思路。在多个深孔钻探的应用中取得了良好的效果。本文总结的深孔金刚石钻头设计与使用体会,可为钻头研究人员提供一定的借鉴,同时对广大钻探工程技术人员合理选择、使用金刚石钻头具有一定的指导意义。     

高寒地区岩石可钻性分析及金刚石钻头选型

以高寒地区铁矿钻探施工项目为背景,采用压入硬度测试、摆球硬度测试、研磨性测试、微钻实验法和碎岩比功法等手段对矿区代表性岩石进行了可钻性分析。结果表明:新疆西昆仑塔县高寒地区地层岩性为中硬及以上的岩层,研磨性中等级以上。大部分岩心在金刚石胎体硬度为中软至中硬时,钻进效果较好。并在此基础上优选出的钻头在高寒地区适应性强,提高了钻头寿命和时效,可为同类地区的钻探施工提供参考。     

不同地层钻进用金刚石钻头分析研究

在钻探工程中,特别是深孔钻进中,常常遇到各种复杂情况,例如,遇到坚硬裂隙性地层钻进问题,空气泡沫洗井时钻头冷却问题,钻孔和岩心保径问题,等等。这些复杂情况的解决几乎均与钻头的技术特性和工作能力有关。应从钻头方面进行研究、采取对策,以便提高钻探工程的技术经济指标。俄罗斯专家在解决上述有关问题时在可以使用的钻头方面进行了很多的研究,取得了一定的成果,包括坚硬裂隙性岩石钻进用金刚石钻头、压缩空气（泡沫）洗井用金刚石钻头、保径金刚石钻头等。本文介绍了这几种获专利技术的金刚石钻头的结构、工作原理及优点,可供我国研究和借鉴。     

关于金刚石钻头底出刃锐化处理的试验研究

在我国固体矿产地质勘探中,金刚石钻进是一种主要的钻进方法。金刚石钻进时,破碎岩石是靠镶在钻头胎体中的金刚石底出刃完成的。随着钻孔的加深和孔底岩石的破碎,金刚石底出刃被磨损,直接影响机械钻速和钻头进尺,直至钻头报废。因此对钻头金刚石出刃磨锐问题,应该给予充分注意。俄罗斯Спирин В.И.教授等利用电化学原理对钻头底出刃进行锐化处理,以提高机械钻速和钻头进尺,基于此原理研制了野外用轻便式电化学锐化处理金刚石钻头的设备,工程应用验证,取得了很好的技术经济效果。     

岩土钻探工程大口径钻头设计与应用

分析对比了多种岩土钻探工程大口径钻头的优缺点，设计了适应不同地层的大口径钻头。     

多级金刚石表孕镶钻头在坚硬岩屑砂泥岩互层的应用研究

本文针对山西晋城及霍西煤层气预查孔钻探施工中的坚硬岩屑砂泥岩互层钻进效率低的难题,研制了一种多级金刚石表孕镶钻头,对比之前研制的尖齿切削齿复合片钻头以及其他厂家钻头,机械钻速得到明显提高,在该类型地层取得了良好的钻进效果。     

新型加长防斜减振PDC钻头的设计试验研究

PDC钻头在石油钻井和地质钻探中,在中等硬度和部分硬地层中钻进时,取得了很好的钻进效果,得到了满意的技术经济指标,生产单位也比较欢迎。但是,在复杂地层,如深孔软硬互层、裂隙互层和研磨性地层中钻进时,机械钻速变慢,钻头进尺降低,成了推广使用的“拦路虎”。俄罗斯钻探工作者针对上述地层钻探中存在的问题,设计出了加长型防斜减振钻头,经过实验室和野外试验证明,这种钻头是有效的,取得了很好的技术经济效果。     

准噶尔盆地中部地区钻头优选技术应用研究

岩石可钻性是决定钻井效率的基本因素,反映了钻进时岩石破碎的难易程度,是合理选择钻进方式、钻头类型和设计钻进参数的依据。基于地层岩石可钻性的计算方法,结合实钻井的测井资料分析,建立了准噶尔盆地中部区块地层岩石可钻性剖面,并以此为依据推荐了适用于不同地层的钻头类型,现场应用结果表明,所用钻头具有很好的适用性,能够进一步提高准噶尔盆地中部地区的机械钻速,对于该地区的后续钻井钻头类型的选择具有重要的指导意义。     

关于切削型多节式刮刀钻头的分析研究

刮刀（翼片）钻头在泥岩和页岩等软地层中可以得到高的机械钻速和长的钻头进尺,但是在硬地层和软硬交错地层,特别是在研磨性地层中,钻进效率低,钻头磨损快,钻头寿命受到影响。俄罗斯南方国立技术大学Третьяк А.Я.教授研制出了一种切削型两节式Д-2ВВ钻头。这种钻头包括2个圆锥形回转节：领眼钻进部分回转节和井筒形成部分回转节,彼此独立、布置同轴,通过行星齿轮传动机构驱动,可以按不同（相反）方向回转,保证镶有数个PDC复合片切削具的刀翼,不论其处于如何位置,在单位时间内行走的路程都是相同的,所以磨损是均匀的,因而提高了耐磨性,提高了钻探的技术经济指标。该项技术取得了俄罗斯发明专利。     

旋挖钻进中硬岩及卵砾层钻头结构及施工工艺研究

旋挖钻进技术作为一种高效优质的钻进方法近年来广泛地被用于公路、铁路及大型水电站基础工程施工建设中，取得了良好的社会效益和经济效益。探讨了在卵砾石、漂石等复杂地层以及坚硬基岩中进行旋挖钻进所用钻头的结构及其施工工艺。     

关于提高金刚石钻头胎体工作能力的试验研究

在地质勘探中,金刚石钻进是一种主要的方法。在金刚石钻探生产中,钻探设备、钻头、钻探工艺、钻探生产操作技术和生产管理都是非常重要的。钻探技术经济指标与钻头胎体的工作能力关系更为密切,因此成了人们关心的问题。俄罗斯Кубасов В.В.博士等在提高钻头胎体工作能力方面做了大量的工作,取得了很好的技术经济效果。本文介绍了他们在低品级金刚石的选择性破碎处理、金刚石的热处理、金刚石钻头的低温处理和胎体性能的控制技术等方面的研究内容及取得的成果。     

牙轮钻头动静耦合碎岩机理及旋挖成桩应用

总结了在不同高温状态下冷却、不同加载速率及随机裂隙发育状态下花岗岩动态抗拉力学特性的变化规律;结合牙轮钻头孔底碎岩过程,分析了动静载荷耦合作用下岩石破碎的载荷一侵深特性曲线,认为动、静载荷耦合作用的加载点（即动载的施加点）应是在静载处于卸载阶段;并根据加载能量大小讨论了不同动静耦合工况下产生的岩石破裂深度及破碎体积,表明通过一定范围内增大静载荷及冲击力、预加静压对岩石进行预应力损伤、加载一卸载一加载的破碎循环模式,有利于高效碎岩及裂纹的发育。嵌岩桩基础工程实践表明,通过改造牙轮钻头等钻具结构形式及布齿方式,利用动静耦合加载方式及对钻头冷却处理,可实现牙轮钻头在微风化花岗岩高效钻进的目的,为牙轮钻头的旋挖钻进成桩应用提供了重要的技术支撑。