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。

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。

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。

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 。

刀翼式孕镶金刚石钻头设计及在哈山101井的应用

为提高准噶尔盆地哈山区块火山岩地层机械钻速、增大单只钻头进尺、降低井眼失稳掉块卡钻风险,设计了刀翼式孕镶金刚石钻头。在分析地层岩石的力学特性的基础上,研发了新型胎体合金材料,以提高钻头研磨性;镶嵌孕镶切削块,以增强钻头破岩能力;优化设计了刀翼式孕镶金刚石钻头的结构和防卡流道,防止钻头卡死。研究发现,超细合金材料相互联结成键、牢固烧结,钻头胎体力学性能提高30%以上。刀翼式孕镶金刚石钻头配合高速大扭矩螺杆钻具在哈山101井火山岩地层进行了应用,单只钻头进尺增大4倍,机械钻速提高54.3%。研究结果表明,刀翼式孕镶金刚石钻头可以降低掉块卡钻风险,可实现火山岩地层安全高效钻进。

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%。

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。