剪切增稠流体对裂隙地层的封堵特性试验研究

裂隙性地层存在的裂缝型漏失通道通常具有多尺度特性和不确定性,钻井液漏失问题在裂隙性地层进行地质钻探施工中尤为突出。剪切增稠流体(Shear Thickening Fluid,STF)作为一种新型智能材料,具备自感知、自适应和自修复等优良特性,目前已在多领域得到广泛应用。本研究将剪切增稠流体作为一种堵漏材料,通过API堵漏仪单缝管封堵试验,探究了剪切增稠流体在不同分散相浓度(56.9vol%、59.2vol%和61.7vol%)、缝宽(1、2、3、4、5 mm)和压力条件下对裂缝的封堵特性。封堵试验结果表明:漏失量会随着缝宽和时间的增加而增加;纳米SiO_(2)浓度在56.9%~61.7%范围内增加时,会降低漏失速率并减弱缝宽对漏失速率的影响程度;当漏失压力为0 MPa时,剪切增稠流体不产生增稠效应,以液态形式从缝内漏失,压力小幅度增加时会激发其增稠效应,产生团聚状颗粒对缝管进行封堵降低漏失速率;当压力进一步增大超过封堵层承压能力时,剪切增稠流体以板状形态被挤出裂缝。研究剪切增稠流体在堵漏领域的应用,有望为裂隙性地层堵漏提供创新解决方案。

金刚石工具胎体预合金粉末制取与应用

预合金粉末是采用多种金属熔炼成低熔点合金后再喷制成的粉末,其制取可以用雾化法和湿法冶金等工艺生产。文中介绍了气体雾化法预合金粉末的工艺过程;描述了湿法冶金制取预合金粉末的工艺流程。分析了预合金粉末胎体金刚石工具的优点,说明了国外预合金粉末技术现状和发展趋势,剖析了国内预合金粉末及工具的研究情况,探讨了金刚石地质钻头胎体用预合金粉末的制取和实际应用情况,研究了切割花岗岩的预合金粉末胎体金刚石锯片。

3D打印技术在金刚石工具制造中的应用探讨

3D打印技术是一种处于科技前沿的新型智能制造技术,将其应用于金刚石工具制造是一种新的尝试。3D打印技术具有传统工艺无可比拟的优势,如成品整体性强、精密度高、操作简便、可完成复杂形状的产品制造等,极大地帮助与补充了金刚石工具的制造方法。3D打印技术能够制作使用其他常规方法难以完成的超薄、微型或异型金刚石工具。但是,3D打印技术也存在一些问题,如可用的金刚石粉末种类不足,金刚石的碳化、粒度、浓度等问题,需随3D打印技术的发展而逐步解决。

金刚石有序排列对锯片性能的影响

排布方式合理的有序排列金刚石锯片能明显提高锋利性,增加寿命。试验采用2片无序排列锯片和4片有序排列锯片切割混凝土,不同排布方式的锯片切割性能有很大的差异。介绍了有序排列锯片制作的工艺流程,并且从理论上分析了排布参数对切割性能的影响,提出横向间距和纵向间距是有序排列方式设计中最重要的两个参数。

干切花岗岩的金刚石小锯片试验研究

采用三种预合金粉末HF1、HF2、HF3混合作为锯片胎体材料,共设计了8种不同配方的金刚石小锯片进行干切花岗岩的试验,实现了金刚石小锯片在工作层高度范围内从开始到寿命结束全过程干切花岗岩。本文探讨了几种预合金胎体中金刚石参数设计的合理范围,分析了预合金粉末胎体对于干式切割锯片的作用。研究发现,铁基、铜基预合金胎体对金刚石能产生一定的冶金结合,能够提高胎体对金刚石的把持能力,使锯片在干切过程中,金刚石能够正常有效地刻取岩石。并对同一锯片做了干湿切对比,结果表明对于小尺寸金刚石锯片,干切的寿命明显高于湿切寿命,提高了锯片的利用价值。

金刚石锯片锋利性试验研究

通过室内锯切试验,对三种不同粒度、浓度的金刚石锯片在切割大理石时的锋利性能进行了比较,列出了锯切得到的数据结果;并通过理论计算与分析得出结论:当金刚石粒径不变时,适当减少金刚石浓度,锯片锋利性得到提高;当金刚石浓度不变时,适当增大金刚石粒度,锯片锋利性也能得到提高。同时,推导出了锯片金刚石参数设计中必须遵循的相邻两颗金刚石之间的最大间距原则。

钻头钻速与金刚石粒度间的定量关系研究

根据孕镶金刚石钻头钻进时的排粉要求 ,对钻头的金刚石粒度与钻头钻速之间的关系进行了理论分析与计算 ,得出了它们间的量化公式 ,列出了可作为钻头设计的参数数据实例 ,这些数据可用来指导钻头生产。

PDC钻头出露量和线速度对复合片磨损规律的影响

针对如何减小复合片钻头在钻进岩层时复合片的磨损,在理论分析的基础上,利用复合片在立车车床上磨削岩样的方法模拟PDC钻头切削岩石,据PDC钻头的出露量和线速度对复合片磨损规律的影响进行研究。根据有关磨损理论,提出以复合片的绝对磨损作为切削具磨损的衡量指标。实验设定5组不同的出露量以及5组不同线速度,并在正压力和摩擦路程不变的情况下,分别测得复合片的体积磨耗。研究结果表明:不同斜镶角的切削齿都存在一个与之对应的最佳出露量,如斜镶角为15°的复合片钻头,其切削齿的最佳出露量为2 mm,出露量太大或太小都会使复合片体积磨耗增大;其次,复合片的体积磨耗在钻进时与线速度呈正比。

复合片斜镶角对钻头钻进性能的影响

为提高复合片钻头的钻进性能,利用车削实验模拟不同斜镶角的复合片钻头在钻进时与岩石的相互作用,研究复合片斜镶角对钻头钻进性能的影响。实验设定了5组不同的斜镶角,在正压力和摩擦路程不变的条件下,分别测得复合片的体积磨耗,并从力学角度以及有限元分析两方面对复合片斜镶角影响钻头钻进性能的原理进行了分析论证。结果表明,在相同力的作用下,随着斜镶角的减小,一方面复合片切削刃各相同位置的应力增大,另一方面复合片的体积磨耗增大,钻头使用寿命减短。可见,复合片切削齿的斜镶角存在一个最优值。

提高胎体式PDC钻头保径性能的研究

为了改善胎体式复合片钻头所存在的保径结构设计方案无地层针对性、保径效果不稳定等问题,本文设计了8只以4种方式进行保径的PDC钻头,对钻头保径性能进行了现场实验,结合实验结果,对混目金刚石提高钻头保径效果的机理进行了分析。实验结果表明,采用浓度15%的20/25目粗颗粒金刚石和10%的50/60目细颗粒金刚石作保径材料的胎体式PDC钻头,其在复杂地层中钻进时的胎体耐磨性能优于采用方型金刚石聚晶保径的PDC钻头,且在一定程度上提高了钻进时效。

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υ之间的量化关系为u=AwBxpyυz。确定了钻头的设计程序:根据A和B值,p和υ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υ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。

安全高效钻探用梯度结构金刚石复合片制备技术研究

在油气钻井、深部地层钻探中,聚晶金刚石钻头有着广泛的应用。聚晶金刚石复合片(PDC)由聚晶金刚石层与硬质合金基体所组成。由于聚晶金刚石层与硬质合金基体的热膨胀系数等性质差异,PDC在烧结冷却后内部会存在巨大的残余应力。为降低PDC内部的残余应力,本文提出了一种梯度结构金刚石复合片的制备技术。通过以熔融沉积成型加烧结的工艺方法,确定了梯度结构金刚石复合片的制备技术路线;对制备出的梯度结构金刚石复合片的微观形貌及残余应力的分布情况特征等进行分析;进行室内钻进试验验证了梯度结构金刚石复合片的钻进性能。结果表明,熔丝制造工艺制备的梯度结构金刚石复合片在聚晶金刚石层和梯度层界面处存在1.4 GPa的压应力,显著提高了层间结合能力,相比常规复合片钻进效率提升约36%且使用寿命更长。

钻头配方设计神经网络专家系统

利用人工神经网络中的ＢＰ算法，设计的金刚石钻头配方神经网络专家系统具有知识规则较少、界面友好等特点，用于开发钻头配方设计是可行的。实践中经与相同设计条件的钻头相比，其使用效率和寿命均有所提高。

金刚石工具预合金胎体粉末制备技术

讨论了预合金胎体粉末的优点 ,研究了预合胎体粉末的制备技术 ,列举了预合金胎体金刚石工具的应用效果。

切割混凝土的金刚石锯片研究

本文通过对切割混凝土锯片磨损的理论分析,进行了分段式节块锯片、斜槽式节块锯片、三明治节块锯片、涡轮齿式节块锯片,三孔式节块锯片与传统标准扇形节块锯片切割对比试验研究,结果表明,上述特殊形状节块锯片利于冷却和排粉,切割效率和使用寿命优于传统标准扇形节块锯片。还进行了不同金刚石配方试验。认为,采用粗细粒度金刚石混合配方,结合采用利于冷却排粉的几何结构节块,可以显著提高混凝土切割锯片的切割效率和使用寿命。

有序排列金刚石锯片中排列参数的设计

本文介绍了有序排列锯片制作的工艺流程,并且根据工艺流程制作了4片有序排布金刚石锯片。把这4片有序排列锯片和另外2片无序排列锯片用于混凝土的切割试验中,试验结果表明:不同排列方式的锯片切割性能不同,排布方式合理的有序排列金刚石锯片能明显提高切割锋利性,增加锯片寿命。本文从理论上分析了排布参数对切割性能的影响,提出横向间距和纵向间距是有序排列方式设计中最重要的参数。横向间距太小,切屑厚度小,不能有效地磨损胎体,让金刚石出刃,从而影响锯片的切割效率;横向间距过大,则单颗金刚石受力大,容易破碎或脱落,影响锯片的寿命;而纵向间距则关系到锯片的自锐问题。

高时效长寿命弱包镶钻头研究

分析了钻头钻进极坚硬地层时的打滑原因 ,提出了利用弱包镶手段解决打滑的新思路 ,研究了弱包镶钻头的工作机理 ,从理论上解释了弱包镶钻头的高时效和长寿命特性 ,介绍了该类钻头的试验情况。

金刚石锯片性能与其刀头配方参数的量化关系探讨

通过定量分析 ,得出了锯片的效率和寿命与刀头配方有关参数的量化关系。定量研究结论与有关定性结果完全吻合 ,这说明该研究所得锯片性能与其刀头配方参数间的定量关系是可行的 ;得出的锯片性能与参数间的定量关系 ,可以用于指导刀头配方的参数设计 ;并可根据刀头的设计参数预知锯片的性能情况。要弄清楚刀头配方中所有参数与其性能间的内在定量关系 ,仍需作更进一步的深入研究。

主辅磨料双切削作用金刚石钻头研究

提出了主辅磨料双切削作用金刚石钻头的定义 ,介绍了该类钻头的使用范围和基本配方 ,并对配方的合理性进行了理论计算分析 。

预合金粉末在切割花岗岩锯片生产中的应用研究

对6种全部或部分加入预合金粉末的金刚石锯片进行了切割试验研究,分析了预合金粉末在胎体中的作用,探讨了某种预合金胎体中金刚石参数设计的合理范围。研究发现,采用湿法冶金工艺制造的ZSF预合金粉末,能够显著提高胎体把持金刚石的能力和胎体的耐磨性;对于雾化法得到的ZWC预合金粉末和ZSF预合金粉末组成的胎体锯片,金刚石浓度为18%时即能够保证有较好的锋利度、耐磨性以及加工质量。