适合强研磨性硬地层PDC-金刚石孕镶块混合钻头设计与应用

为提高PDC钻头在花岗岩、石英岩等硬、超硬地层及强研磨性地层中的适用性,设计了一种前排为PDC齿、后排为金刚石孕镶块(简称孕镶块)的混合钻头,并通过室内实验对花岗岩和硬砂岩中混合钻头最优布齿方式进行了研究。实验结果表明:2种岩石中纯PDC钻头钻速均随PDC齿磨损高度的增加呈现先慢后快再慢的下降趋势,当PDC齿磨损高度超过临界值以后(花岗岩为1.0 mm,硬砂岩为0.5 mm),通过布置后排孕镶块可以再次提高混合钻头钻速,混合钻头同时具有PDC钻头破岩效率高和金刚石钻头工作寿命长的双重优点;花岗岩中钻头最优布齿方式为前排为PDC齿,后排孕镶块低于PDC主齿0.5~1.0 mm同轨布置,硬砂岩中钻头最优布齿方式为前排为PDC齿,后排孕镶块低于PDC主齿0.0~0.5 mm同轨布置。在室内实验基础上,设计2只混合钻头分别用于松辽盆地金山区块基底花岗岩和冀中雷家庄断层区块石英岩地层,现场应用表明,相比于常规PDC钻头和牙轮钻头,混合钻头具有更高的机械钻速和更长的使用寿命,有效缩短了钻井周期,节约了钻井成本,具有广阔的应用前景。

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Φ75/54.5mm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。

低温电镀热压金刚石孕镶块钻头的研制

采用低温电镀工艺（室温）生产热压金刚石孕镶块钻头，或者说金刚石孕镶块镶嵌在钻头刚体上．然后在其表面镶覆一层金刚石复合镀层使其与刚体相结合从而使其避免银焊对金刚石二次热损伤，同时这种钻头具有胎体性能可调性好和内外保径强的优点。深受生产用户好评。

PDC-孕镶块混合齿钻头同轨布齿出露高差试验优选

PDC-孕镶块混合齿钻头具有破岩效率高和使用寿命长的双重优点。设计了一种前排PDC齿与后排孕镶块同轨布置的混合齿钻头进行破岩实验,探究PDC齿和孕镶块不同出露高差对破岩效率的影响,并与常规双排齿PDC钻头进行了对比。试验结果表明,当前后排齿出露高差小于1 mm时,双排齿PDC钻头破岩效率高于混合齿钻头破岩效率;当出露高差大于1 mm时,混合齿钻头破岩效率高于双排齿PDC钻头。用经过出露高差优选的全尺寸混合齿钻头和常规PDC钻头进行现场试验,结果表明混合齿钻头的平均机械钻速比常规PDC钻头的平均机械钻速提升了41.9%,单只进尺提高了36.9%。混合钻头取得了较好的现场试验效果,并为PDC-孕镶块混合齿钻头的设计提供了充分的依据。

电镀热压人造金刚石孕镶块嵌齿薄壁钻头的研制

采用低温电镀工艺 (室温 )生产热压金刚石孕镶块钻头 ,或者说把金刚石孕镶块镶嵌在钻头钢体上 ,然后在其表面镀覆一层金刚石复合镀层使其与钢体相结合从而使其避免银焊对金刚石的二次热损伤 ,使这种钻头具有胎体性能可调性好和内外保径强的优点。经探索性试验 ,取得了较好的效果 。

强研磨性硬地层中应用的PDC-金刚石孕镶块混合钻头设计分析

为促使聚晶金刚石复合片(PDC)钻头能够在花岗岩等强研磨性地层中的适用程度有效提升,需要进行PDC-金刚石孕镶块混合钻头设计和应用,并且也需要通过进行必要的使用实验等方面,能够促使花岗岩和硬砂岩中混合钻头最优布齿方式等方面不断得到优化。在这一过程中,在相关实验的时候,其结果能够有效显现出来,岩石中所存在的纯PDC钻头钻速会随着PDC齿磨损高度的增加而出现由慢到快出现下降的情况,在PDC齿磨损的高度超出临界值的时候,可以在进行布置之后,排孕镶块能够对混合钻头钻速再次提升,并且其在具体应用的时候,也具有PDC钻头破岩效率高和金刚石钻头工作寿命长等特点,其中花岗岩中的钻头最优布齿方式主要是前排为PDC齿而其后排孕镶块主要在PDC主齿0.5~1.0 mm之间实施同轨布置处理,而硬砂岩中钻头最优布齿的方式主要是前排为PDC齿,其后排孕镶块要比PDC主齿低0.0~0.5 mm,从而进行同轨布置处理。在强研磨性硬地层中应用的PDC-金刚石孕镶块混合钻头设计分析的过程中,能够有效发现混合钻头和普通钻头相比具有更高的机械钻速和更长的使用寿命,使得钻井周期能够得以缩短,并且也促使钻井的成本能够减少,使得其具有更加宽广的发展前景。

低温电镀孕镶金刚石石油取心钻头的应用

详细论述了 2 15 9mm低温电镀孕镶金刚石石油取心钻头的应用情况 ,并与常用的圆柱聚晶、三角聚晶和烧结孕镶块金刚石取心钻头进行经济指标对比。

镶焊式金刚石取芯钻头的研制

提高金刚石取芯钻头寿命是提高整个矿产勘探效率的重要途径之一,特别是深孔钻探施工时,多采用高胎体金刚石取芯钻头。本实验首先利用热压法加工金刚石孕镶块,然后加工自带多层水口和水槽的新型钻头钢体,最后采用镶焊法将金刚石孕镶块与钻头钢体焊接在一起。试制的2只75/54.5mm金刚石取芯钻头,工作层高度达到22mm。野外实验证明:该钻头使用寿命分别达到86m和93m,比现场使用的普通金刚石取芯钻头,使用寿命分别提高120%和141%。

坚硬致密石英岩地层用新型胎块钻头的研究与应用

在钻探施工中,当钻遇坚硬致密石英岩时,金刚石钻头普遍存在钻进效率低、打滑及进尺困难的现象。针对这种地层,研制了新型胎块孕镶钻头,通过胎体配方的改进,水路及金刚石品级、浓度的优化设计,在施工现场取得了良好的钻进效果。详细介绍了适用于该种地层的新型胎块钻头的设计及现场应用效果,为类似钻探施工提供参考。

适合强研磨性硬地层的新型混合钻头设计及现场应用

为提高金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头在强研磨性硬地层中的破岩效率和使用寿命,设计2只由PDC切削齿和金刚石孕镶块组合作为切削单元的PDC–金刚石孕镶块新型混合钻头,并在冀中某断层区块石英岩地层进行现场试验。试验结果表明:与同井段使用过的牙轮钻头的平均值相比,1#PDC–金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速提高52.30%,平均钻头进尺提高97.30%;与牙轮钻头的平均值和M1375D PDC钻头相比,2#PDC–金刚石孕镶块混合钻头的平均机械钻速分别提高30.85%和32.30%,平均钻头进尺分别提高70.50%和47.40%。PDC–金刚石孕镶块混合钻头极大地提高了强研磨性硬地层中的钻进效率,降低了钻井成本。

锥形PDC齿钻头的研制及室内试验评价

为了提高研磨性硬地层的破岩效率,设计了2种锥顶尺寸分别是5.5和3.0 mm的新型锥形PDC齿。这种锥形PDC齿采用"犁削"破岩方式,比常规PDC复合片"切削"破岩方式更具攻击性。为了验证这种锥形PDC齿破岩效率,采用锥形PDC齿和PDC复合片制造了3种类型、5种型号直径为100 mm的试验钻头,在室内完成了花岗岩和硬砂岩2种岩样在5种钻压(10、15、20、25和30 k N)、2种转速(49和101 r/min)情况下的破岩试验。试验结果表明,采用锥形PDC齿和常规PDC复合片的混合型钻头具有良好的破岩性能,该钻头同时具有牙轮钻头和PDC钻头的优点,更满足研磨性硬地层的破岩需求。这种锥形PDC齿钻头为深部硬地层破岩提供了新方法,具有良好的应用前景。