胎体耐损性弱化孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析

为了提高孕镶金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层的钻进效率,将胎体耐磨损性弱化理论引入钻头设计中,对胎体耐磨损性弱化孕镶金刚石钻头碎岩机理进行探讨并对胎体进行扫描电镜分析。研究结果表明:与普通孕镶金刚石钻头相比,胎体耐磨损性弱化孕镶金刚石钻头的机械钻速提高了64%;经弱化处理的钻头在钻进过程中,弱化颗粒易于从胎体表面脱落,使其表面形成非光滑形态,减少了钻头唇面与孔底岩石面之间的接触面积,提高了钻头唇面与岩石的单位面积压力,改善了金刚石颗粒的冷却效果,降低了金刚石颗粒的热损耗;脱落的弱化颗粒在孔底参与磨损钻头胎体,增加了孔底岩粉的研磨能力,促进了胎体中新颗粒金刚石的出刃。     

工程陶瓷用孕镶金刚石钻头的性能优化

为提高孕镶金刚石钻头加工工程陶瓷时的钻进效率、延长工具寿命,对钻头性能进行了优化研究.分析了孕镶金刚石钻头加工氧化铝工程陶瓷的磨损机理,采用更高品质的金刚石磨粒和新的胎体配方及制造技术研制了四种钻头.钻削试验及扫描电镜分析表明:高品质金刚石磨粒可有效提高工作磨粒的比例,提升钻进性能;四种钻头的磨损性能各不相同,采用Cu50Co25Sn18Ti7(wt%)胎体配方钻头的金刚石磨粒出刃高度高,胎体与磨粒的粘结性能好,胎体磨损速度与金刚石磨损速度匹配性较好,钻头的钻削综合性能最好,其加工效率和工具寿命较其它钻头分别提高了近1.4倍和7倍.     

金刚石钻头在强研磨性地层中的应用研究

针对钻探施工中常遇见的坚硬致密强研磨性地层,通过钻头胎体设计和钻头结构设计对金刚石钻头进行了试验研究,并在水电站中进行了推广应用,取得了良好的效果:采用HRC35-40金刚石钻头在坚硬致密的玄武岩中钻进,其平均寿命可以达到70m,平均机械钻速为2m/h;在粗粒花岗岩等地层中钻进,钻头平均机械钻速最高可达2.7m/h,寿命最高能达到50m,比原定指标提高了25%,大大缩短了施工周期,降低了施工成本,满足了钻探施工的要求。     

PDC钻头钻进的岩石可钻性研究

用微型PDC试验钻头模拟全尺寸PDC钻头的切削破岩方式在岩样上钻孔,测定了石油钻井所遇地层岩心的微PDC钻头可钻性指数(PDT).研究了微PDC钻头可钻性指数和微牙轮钻头可钻性指数(UDT)的关系.研究表明,基于牙轮钻头钻进特点的油矿地层可钻性分级.同样适用于PDC钻头钻井.在岩石可钻性方面.PDC钻头对地层的适应性较差.PDC钻头钻进时,存在着极限等级值和有效等级值.当地层等级值大于极限等级值时。其破岩效果差,当等于或小于有效等级值时,效果最好.     

绳索取芯金刚石钻头在复杂地层中的应用研究

本文主要论述在煤矿区地质条件复杂，即软硬互层多、岩石的可钻性相差悬殊及地层破碎条件下，如何选择金刚石钻头可最有效地提高绳索取芯钻进效率及延长钻头寿命。为类似类矿区施工具有一定的借鉴意义。     

岩石可钻性各向异性的微钻头试验研究

本文利用岩石的室内试验,研究了沉积岩层的不同角度的微钻头可钻性的变化规律,建立了这种变化与地层各向异性指数h的关系,并测定了部分岩芯的各向异性参数。文中提出用简易的岩石可钻性仪器测定及计算h值的新方法,具有可靠、实用的特点,有一定的现场使用价值。     

布齿参数对PDC钻头破岩效率影响的试验

PDC切削齿尺寸、后倾角和布齿密度是影响PDC钻头性能的重要设计参数.采用室内钻进试验方法,考察切削齿尺寸、后倾角和布齿密度对PDC钻头破岩效率的影响.结果表明:对可钻性为Ⅲ级以下的岩石,直径19 mm切削齿的破岩效率最高;对可钻性为Ⅳ～Ⅴ级的岩石,直径16 mm切削齿的破岩效率最高;采用直径19 mm和16 mm切削齿时,后倾角为15°左右时的破岩效率最高;随布齿密度增大,破岩效率降低,特别是在可钻性为Ⅲ级以下的岩石中,布齿密度的影响更为明显.     

金刚石钻头参数设计规律

提出了用岩石对钻头金刚石的研磨能力大小(A值)和岩石对钻头胎体的研磨能力大小(B值)来表示岩石可钻性的方法,研究了金刚石锯片切割对比法测定A值的方法,岩石B值是岩石的胶结程度、矿物粒度、矿物成分等因素的综合反映.采用金刚石新陈代谢速度u来表示钻头性能,钻头性能与A,B值及作用在钻头唇面上压力p、钻头线速度u之间的量化关系为u=Aw/Bxp.yvz.确定了钻头的设计程序:根据A和B值,p和v来确定金刚石新陈代谢速度,选定钻头的5个主要参数即金刚石质量、粒度和体积分数及胎体耐磨性、包镶强度.研究结果表明:采用A和B值可表示岩石可钻性;通过测定A和B值,可较准确地量化出岩石的可钻性;u由岩石A,B值及p和v来确定;根据u值设计和选定钻头的5个参数;提高u可以提高钻头时效,降低u可以延长钻头寿命.     

稳定岩层层位与冒顶隐患级别关系

针对巷道顶板高冒顶风险区域难以发现、识别的问题,采用力学建模、SURFER软件绘图与RFPA数值模拟相结合的方法,研究了稳定岩层层位与冒顶隐患级别的关系.结果表明:稳定岩层层位可以作为冒顶隐患级别分划的指标,根据稳定岩层层位的不同可以及时判断出高冒顶风险区域,2 m、4 m和6 m为级别变化的临界距离,稳定岩层距巷道顶板小于2 m时,冒顶隐患级别为Ⅰ级;稳定岩层距顶板2～4 m为Ⅱ级;稳定岩层在4～6 m为Ⅲ级;稳定岩层层位在6 m以上时,冒顶隐患级别为Ⅳ级,此类顶板是需要进行重点监测的区域.该成果对巷道顶板安全管理具有指导意义.     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统,并对岩屑波速进行了测试,建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型,可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析,建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势,利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系,即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW 1井上进行了钻头优选现场试验,证明该方法是有效的。     

低唇面高效绳钻金刚石钻头的研制与应用

本文主要论述了阶梯环槽式唇面孕镶金刚石钻头的研制过程和试验应用效果,其中钻头底唇的形状和降低高低齿交界处胎体硬度,以及金刚石“非等浓度、强度”填料,在理论方面有新见解,在实际运用中已产生较大的经济益效。     

金刚石排列模式对钻进时效的影响

 研究金刚石宏观排列模式与金刚石钻头碎岩的时效关系, 不仅有助于设计有序排列金刚石钻头, 而且有利于更好地理解金刚石有序排列下岩石的破碎机理。本文应用ANSYS-LSDYNA 有限元软件对3 种不同金刚石排列模式(弧形排列、均匀排列和射线排列)的平底孕镶金刚石钻头进行孔底碎岩模拟研究, 考察金刚石的排列模式对其钻进时效的影响, 并对采用钎焊法试制的3 种有序排列金刚石钻头进行室内钻进试验。研究表明, 3 种钻头的钻进时效由高到低分别为弧形排列、均匀排列和射线排列钻头, 室内钻进试验结果与数值模拟结果吻合较好。     

PDC钻头的岩石研磨性试验研究

利用微型钻头模拟PDC钻头的切削破岩过程,对PDC钻头的岩石研磨性进行了试验研究.根据有关磨损理论,提出以PDC切削刃在单位正压力下经过单位摩擦路程的体积磨损量作为岩石的研磨性系数,建立了根据研磨性系数预测PDC切削齿磨损寿命的理论模型.用试验方法测定了泥板岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩、石灰岩、花岗岩等不同岩样的研磨性系数,其数值范围为10-6～10-3 mm3/(kN*m).采用公比为10的等比级数分级方法,将我国石油钻井地层的研磨性分成四级.对直径216 mm的PDC钻头的磨损分析表明,在研磨性系数小于5×10-5 mm3/(kN*m)的低研磨性地层中,切削齿的磨损寿命可达350 h左右;而在研磨性系数大于5×10-4 mm3/(kN*m)的高研磨性地层中,切削齿磨损寿命在10 h以下.     

PDC钻头的岩石研磨性试验研究

利用微型钻头模拟PDC钻头的切削破岩过程 ,对PDC钻头的岩石研磨性进行了试验研究。根据有关磨损理论 ,提出以PDC切削刃在单位正压力下经过单位摩擦路程的体积磨损量作为岩石的研磨性系数 ,建立了根据研磨性系数预测PDC切削齿磨损寿命的理论模型。用试验方法测定了泥板岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩、石灰岩、花岗岩等不同岩样的研磨性系数 ,其数值范围为 10 -6～ 10 -3 mm3 / (kN·m)。采用公比为 10的等比级数分级方法 ,将我国石油钻井地层的研磨性分成四级。对直径 2 16mm的PDC钻头的磨损分析表明 ,在研磨性系数小于 5× 10 -5mm3 / (kN·m)的低研磨性地层中 ,切削齿的磨损寿命可达 35 0h左右 ;而在研磨性系数大于 5× 10 -4mm3 / (kN·m)的高研磨性地层中 ,切削齿磨损寿命在 10h以下。     

深、浅孔加工技术简介

<正> 该技术适用于各种深、浅孔的高效加工、高精度加工及高难度的孔加工(包括难切削材料及难加工零件)。刀具结构新颖、孔加工工艺先进,刀具耐用度和生产效率比普通刀具高1～10倍。孔加工最高尺寸精度达1T7～1T9级,圆度误差为1～8μm,表面扭糙度R_a0.2～3.2μm。四刃带麻花钻,不同于国内外的同类钻头,切削刃为径向刃,大螺旋角,容屑空间大,钻削一般深孔可以一次钻透,勿需中途提钻排屑,冷却液可以直接浇灌到切削刃部,钻孔效率高,钻头经     

模拟地层条件的岩石抗钻特性

可钻性级值及单轴抗压强度不能全面、客观分析地层条件下岩石抗钻特性,而利用三轴抗压强度指导钻头选型及钻速预测又受到缺乏连续地层强度特性剖面的制约。针对这一问题,基于模拟地层条件的三轴抗压强度实验、波速实验及微钻头可钻性实验,通过多元回归分析,分别建立了三轴抗压强度、可钻性级值多因素关系模型。在此基础上,利用测井资料建立了抗钻特性参数连续剖面,揭示了抗压强度分层规律。俄罗斯远东鄂霍次克海域V区块实例研究表明:以三轴抗压强度为基础的PDC钻头优化设计取得了钻井提速显著、钻头寿命明显延长的综合效果。     

深、浅孔加工技术简介

<正> 该技术适用于各种深、浅孔的高效加工、高精度加工及高难度的孔加工(包括难切削材料及骓加工零件)。刀具结构新颖、孔加工工艺先进,刀具耐用度和生产效率比普通刀具高1～10倍。孔加工最高尺寸精度达1T7～1T9级,圆度误差为1～8μm,表面粗糙度R_a0.2～3.2μm。四刃带麻花钻,不同于国内外的同类钻头,切削刃为径向刃,大螺旋角,容屑空间大,钻削一     

适合于研磨性硬地层的新型孕镶金刚石钻头优化设计试验研究

针对现有钻头在研磨性硬地层中普遍存在钻速低、寿命短的问题,研制了一种孕镶钻齿,通过室内试验优选胎体配方和金刚石参数,设计了一种新型孕镶金刚石钻头,并进行了现场应用。孕镶钻齿设计为圆柱形,以铸造碳化钨和碳化钨为胎体骨架材料,以浓度为25%、粒度为80目的天然金刚石颗粒为磨削元件,采用热压工艺烧结合成。新型孕镶金刚石钻头冠部形状设计为直线-圆弧-圆弧型双锥剖面,采用等间距高密度径向布齿,布齿间距为2 mm,采用横卧和竖立两种方式周向布齿。现场应用结果表明,新型孕镶金刚石钻头可提速79%左右,使用寿命是牙轮钻头寿命的2倍以上。     

基于正交试验的7085铝合金双级时效制度

采用正交试验,研究7085铝合金双级时效的预时效时间、二级时效温度和时间3个因素对硬度和电导率的影响,运用方差分析法研究3个影响因素的显著性,采用室温拉伸、慢应变速率拉伸和透射电镜观察等方法研究二级时效温度和时间对7085铝合金组织性能的影响。研究结果表明:3个因素的显著性从大到小为二级时效温度、二级时效时间、预时效时间。二级时效温度的提高和时间的延长使晶内η′相转变为η相、晶界相粗化且不连续,导致合金强度降低、抗应力腐蚀性能大幅提高,其中温度的影响作用更为显著,与正交试验结果相符。该合金最佳的T76双级时效工艺为:121℃/5 h+163℃/12 h,其抗拉强度和屈服强度分别为530 MPa和483 MPa,伸长率为14.2%,电导率为22.9 MS/m。     

梨树断陷区块旋冲钻井技术应用研究

中石化东北油气分公司梨树断陷区块在营城组、沙河组、火石岭地层可钻性差、岩性较致密、局部含砾严重,并且沙河子组局部层位岩石硬度达到7级,采用常规钻井技术,存在的问题牙轮钻头效率低,寿命短;各种型号PDC钻头试用后效果不理想,通过采用旋冲钻井技术平均机械钻速提高了3.25倍;钻井周期缩短,钻井综合成本大大降低。旋冲钻井技术是在常规旋转钻井的基础上,在钻头上方连接液动射流式冲击器,在常规旋转破岩的同时,冲击器内的冲锤对钻头施加高频冲击,通过冲击作用对钻头齿下岩石造成强应力集中,使岩石塑性降低,脆性增加,并迅速产生脆性破坏坑力,提高了破岩效率。