PDC钻头切削齿磨损规律的试验研究

根据摩擦与磨损原理，研究了两种齿形的ＰＤＣ钻头在不同钻井参数下钻进过程中进行简易取心时岩石的磨损状况，分析了切削齿的磨损速度与岩石的岩性、钻压以及转速的关系，并进一步确定了切削齿的磨损速度与磨损高度的关系。结果表明，钻头切削齿的磨损速度与钻压、转速成非线性关系，并且磨损速度受磨损高度的影响。根据试验结果，得出了钻头切削齿磨损速度的综合模式。     

柱齿钻头磨损的若干特点与规律

根据对现场调查结果的分析,建立了钻头上硬质合金齿磨损体积与其摩擦速度、钻头寿命与合金齿磨损等一系列基本关系。实测与分析结果表明,硬质合金齿的磨损不仅影响钻头寿命,而且影响凿岩速度;钻头修磨不仅会提高钻头寿命,而且会显著增加凿岩速度。最后指出,在不明显影响凿岩效率的前提下应尽量降低钻机转速。     

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.     

牙轮钻头滑动轴承的工作情况及磨损机理

本文在各种试验的基础上,分析了牙轮钻头滑动轴承的磨损机理。钻头滑动轴承由于承载高、转速低、难于在滑动面形成连续的润滑膜,从而使轴承处于边界润滑状态,它的主要磨损失效形式为粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损。轴承副的类型、材质、硬度、显微组织等均会影响轴承的磨损性能。本文还探讨了如何提高牙轮钻头滑动轴承的寿命和转速问题。     

新型TiCN涂层钻头的磨损机理

以M35钴高速钢为基体材料开发出新型TiN、TiCN和TiAlN涂层钻头,通过切削奥氏体不锈钢1Crl8Ni9Ti对比试验发现,TiCN涂层钻头的使用寿命最长、磨损形态最好．为了进一步揭示TiCN涂层的磨损机理,以该新型钻头在加工过程中刀具表面成分变化动态跟踪的方式,分析TiCN涂层钻头在切削过程中成分变化规律和后刀面的磨损过程,归纳出了TiCN涂层钻头的磨损机理并解释了该涂层在加工不锈钢时所表现出优良切削性能的原因．研究结果对奥氏体不锈钢加工钻头的开发、钻削加工参数的优化具有指导意义．     

PDC钻头切削齿磨损规律的试验研究

根据摩擦与磨损原理，研究了两种齿形的ＰＤＣ钻头在不同钻井参数下钻进过程中进行简易取心时岩石的磨损状况，分析了切削齿的磨损速度与岩石的岩性、钻压以及转速的关系，并进一步确定了切削齿的磨损速度与磨损高度的关系。     

盘式钻头齿圈强化工艺技术试验研究

在对盘式钻头齿圈失效机理分析的基础上,提出了齿圈表面堆焊耐磨合金强化方法和镶嵌硬质合金齿圈强化方法,通过试验研究和对比分析,确定了冶金混合烧结固齿法镶嵌硬质合金齿圈强化盘式钻头。进一步的试验研究表明:采用冶金混合烧结固齿法镶嵌硬质合金齿圈来强化盘式钻头齿圈,其结合情况非常好;硬质合金齿圈的硬度、耐磨料磨损的能力和耐冲击磨料磨损的能力在烧结后都有进一步的提高,说明采用冶金混合烧结固齿法镶嵌硬质合金齿圈来强化盘式钻头齿圈是可行的。     

基于小波重构的钻头磨损切削力特征提取

采用小波分析对钻头不同磨损状态的切削力信号进行分解与重构处理,获得了切削力信号在不同频段的时域变化特征,并分析了各个频段重构信号的方差随钻头磨损的变化规律,实验结果表明,采用小波分析技术可有效地实现钻头磨损特征信息提取,且提取的信息特征对钻头磨损状态的变化十分敏感。     

普通麻花钻寿命评定指标的综合评价

通过钻削铸铁试验,对钻头磨损过程特性进行了分析.首次从可靠性、灵敏性、稳定性、测量难易性和磨钝标准确定的方便性等几个方面对钻头寿命评定指标VB_c,VB_(c1),VB_(c2),VB_B,VB_R和ω_φ进行了综合评价.得出了指标VB_R和VB_c是钻削铸铁的较优的钻头寿命评定指标的结论,并指出了通过试验评价钻头的切削性能或钻头寿命时必须优化试验的切削条件和合理确定试验的磨钝标准.     

牙轮钻头滑动轴承所用材质的磨损试验研究

本文列出了四种钻头的材质、热处理状态及磨损破坏情况的解剖分析结果,并通过五种不同材质的模拟磨损试验表明了磨损量、摩擦系数及温度的变化等与试件材质性能、结构之间的关系。     

固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损

针对固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损机制,应用固液两相流离散相模型(discrete phase model,DPM),建立钻头内流道冲蚀磨损的物理模型,获得粒子参数对内流道磨损的影响规律,并进行室内实验,验证DPM模型的有效性。研究结果表明:粒子对钻头内流道冲蚀磨损主要分布在内流道收缩面,越靠近钻头中心轴线,磨损率越大;随粒子入口速度的增大,内流道平均磨损率增大;随粒子直径的增大,内流道平均磨损率先减小后增大,最后趋于稳定,当直径为2.0 mm时平均磨损率最小;随粒子体积分数的增大,内流道平均磨损率近似呈直线增加;当粒子入口角度为50°时,内流道平均磨损率最大;压力对于内流道磨损影响较小;进行100 h磨损实验后,钻头内流道的磨损率减小了0.80%。     

强研磨性硬地层聚晶金刚石复合片孕镶块混合钻头优化设计试验

为更加合理地设计适用于强研磨性硬地层的混合金钢石复合汽钻头(PDC)钻头,首先对东北油田、青海油田钻进火成岩地层磨损的PDC钻头进行收集,运用ST—500A电子显微镜和ⅤⅢⅢ2.2C相机测量软件分别从宏观和微观两个方面观测PDC切削齿的磨损形态,分析其磨损机理,找出失效原因。测量钻头冠部刨面线上切削齿的磨损高度,绘制PDC钻头切削齿磨损分布曲线,为PDC钻头的改进提供理论指导。设计并加工PDC孕镶块混合微钻头进行室内钻孔实验,研究不同切削齿出露量对钻头破岩效率的影响规律,并对PDC孕镶块混合钻头进行优化后设计了一种PDC孕镶块全尺寸混合钻头,用于东北油田辽松盆地金山区块金谷1-1HF井的基底地层钻进,相比同井段的PDC及牙轮钻头,钻速与进尺均有较大提升。     

强研磨性硬地层PDC孕镶块混合钻头优化设计试验研究

为更加合理地设计适用于强研磨性硬地层的混合SPDCS钻头,本文首先对东北油田、青海油田钻进火成岩地层磨损的SPDCS钻头进行收集,运用ST-500A 电子显微镜和ⅤⅢⅢ2.2C 相机测量软件分别从宏观和微观两个方面观测SPDCS切削齿的磨损形态,分析其磨损机理,找出失效原因。测量钻头冠部刨面线上切削齿的磨损高度,绘制SPDCS钻头切削齿磨损分布曲线,为SPDCS钻头的改进提供理论指导,设计并加工PDC孕镶块混合微钻头进行室内钻孔实验,研究不同切削齿出露量对钻头破岩效率的影响规律,并对PDC孕镶块混合钻头进行优化后设计了一种PDC孕镶块全尺寸混合钻头,用于东北油田辽松盆地金山区块金谷1-1HF井的基底地层钻进,相比同井段的PDC及牙轮钻头,钻速与进尺均有较大提升。     

牙轮钻头轴承系统失效分析

本文通过对一批失效的81/2HP2S, 81/2XHP 3型三牙轮钻头轴承的解剖分析研究(包括宏观分析、金相分析、铁谱和扫描电镜分析),弄清了该类型钻头:轴承,的磨损机理是分层、疲劳、粘着磨粒等磨损、其中以分层磨损和疲劳磨损为主,而粘着、擦伤、氧化、腐蚀出现在磨损后期。     

新型钻头的切削试验

本文介绍了新型钻头的强力钻削、轴向力和扭矩、刀具磨损、切屑变形、动态加速度、精孔钻削及特殊孔钻削等方面的试验情况和结果,证明了新型钻头的切削性能良好。     

新型磨料水射流钻头岩石钻进过程关键水力学参数研究

喷嘴直径、泵压、磨料浓度是磨料水射流辅助岩石钻进技术的关键水力学参数,这3个因素直接影响磨料射流的冲孔速度,从而影响磨料水射流钻头的破岩效率.通过理论分析建立了冲孔速度与关键水力学参数的关系式,并进行了磨料射流冲蚀灰岩试验.理论分析和试验结果表明:喷嘴直径对冲孔速度影响最大,其次是泵压和磨料浓度的影响.对试验数据进行回归分析,得到了方便现场应用的冲孔速度计算公式.本文的研究成果为新型磨料水射流钻头岩石钻进速度的选择提供了依据.     

柯柯亚区块西山窑组地层PDC钻头优化设计

柯柯亚区块钻井技术虽然有了很大发展,但仍然具有很大的提速潜力。根据柯柯亚区块西山窑组的地层特点,结合岩石特性分析,设计出了新的PDC钻头,并且在现场试验中取得了明显效果。从柯193井的现场试验情况分析,钻井提速效果明显,钻头磨损程度较小,仍可继续入井使用。     

可加工陶瓷材料ZrO2/CePO4钻削刀具的磨损

通过ZrO2/CePO4陶瓷的钻削实验,研究刀具磨损特性,分析各因素对刀具磨损的影响.分别应用硬质合金和高速钢钻头对制备的可加工陶瓷ZrO2/CePO4进行钻削加工.通过主后刀面的磨损测试和电镜观察,考察ZrO2/CePO4钻削中的刀具磨损形态、过程以及刀具材料、刀具角度、冷却条件对刀具磨损的影响.结果表明,高速钢刀具因磨损严重,不适于ZrO2/CePO4陶瓷的钻削.可加工陶瓷ZrO2/CePO4钻削过程中,硬质合金钻头的磨损主要包括3种形态:主后刀面磨损、第一副后刀面磨损和横刃磨损.与低碳钢比较,钻削ZrO2/CePO4陶瓷时硬质合金刀具的磨损速度增长较快,冷却条件对刀具磨损的影响显著.刀具材料和冷却条件是影响ZrO2/CePO4陶瓷钻削刀具磨损的主要因素.     

从摩擦学观点选用新的牙轮钻头主轴承的减摩材料

本文通过8 1/2″XHP3型牙轮钻头主轴承的磨损试验及摩擦学分析得出:价廉的铜合金可以取代轴承中稀贵的减摩材料银锰合金(Ag85 Mn15),从而降低牙轮钻头的生产成本。该结果目前已推广应用。     

PDC磨损齿切削破岩过程的实验研究

为探究深部钻井PDC钻头切削齿在磨损状态下的切削破岩过程,选取深部钻井PDC钻头上不同磨损程度的PDC齿开展单齿切削实验,借助应力测试系统、高速摄影机和热红外成像仪分析磨损齿的受力状态、温度变化规律以及岩石裂纹扩展过程。结果表明,与未磨损齿相比,磨损齿所受切削力更大、温度变化更明显,且更易产生大体积岩屑,这将导致钻头在井下振动加剧,磨损急剧加快,严重影响其使用寿命;切削花岗岩时切削力和温度大幅上升的问题更加突出,但更容易发生体积破碎,产生较大块的块状岩屑。研究成果将有助于重新认识真实井底磨损齿切削破岩及温度变化规律,并为钻头设计及井下寿命评估提供重要参考。