凸棱非平面聚晶金刚石齿的破岩机理及在含砾地层中的应用

为提高聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能,开展了凸棱非平面PDC齿的研究。通过仿真和室内实验对比分析了凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。与平面齿相比,凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均匀,切削破岩过程中的载荷波动幅度明显更小,切削稳定性更高。凸棱齿特殊的非平面结构改变了切削齿与岩石的互作用方式,在不均质地层得到成功应用。

PDC的超声检测

本文简要介绍了使用超声波技术对金刚石复合片 (PDC)进行检测的一些初步体会 ,对应用超声波A扫描、C扫描方法在检测过程中应注意的问题进行了描述。特别对使用超声波C扫描法在 10MHz、5 0MHz和 10 0MHz频率下检测PDC时出现的部分现象及结果进行了简要的说明 ,这些现象和结果对今后的研究具有一定的参考作用。

PDC推力轴承工作环境因素对热失效影响规律的仿真

在小尺寸涡轮钻具的研究过程中,为了研究轴承转速、轴向载荷和工作流量大小对聚晶金刚石复合材料(Polycrystalline Diamond Composite,PDC)推力轴承热失效的影响,建立PDC推力轴承模型。基于ANSYS Workbench仿真软件,采取单因素分析法对推力轴承模型进行热力耦合仿真。在不同转速、轴向压载和流量大小的条件下,分别对PDC轴承热失效的变化规律进行总结。仿真结果显示,在PDC轴承热失效的极限状况下,轴承PDC复合片上的线速度与轴承轴向压载呈负指数关系(即线速度越小,热失效的压载越大;线速度越大,临界压载就越小)。工作流量大小与临界轴向载荷呈正相关,通过控制工作流量大小可有效减少轴承热失效情况的发生。这些规律可为今后PDC轴承的设计分析和使用提供重要参考。

圆弧锯形仿生PDC齿的破岩机理及钻头钻进分析

为进一步提升聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond composite, PDC)钻头在深部硬地层的钻井性能,抑制黏滞滑动现象的发生,以鼹鼠爪趾为原型,在仿生相似原理和锯形齿结构基础上提出一种圆弧锯形仿生齿。基于弹塑性力学和有限元非线性动力学理论建立了切削齿、钻头破岩的仿真模型,对比锯形齿与圆弧锯形齿的破岩过程,并对比了布置两种齿形钻头的整体钻进过程。结果表明:圆弧锯形齿破碎岩石主要以犁削和铲削为主,能够将载荷集中一点,更容易达到岩石的屈服极限,同时使岩石受拉应力更容易破碎,相比锯形齿所受切削力减小15.8%,效率更高。使用圆弧锯形仿生PDC齿的钻头破岩量更大,进尺提升明显,所受扭矩更小,能有效解决钻头的黏滞滑动。研究结果对国内高性能钻头的设计具有重要参考价值。

多晶金刚石复合片的高频超声评价

采用几种频率的超声波对多晶金刚石复合片(PDC)缺陷进行了检测。本工作给出标准波形,以利于缺陷的定位。实验表明,利用横波技术检测纵向裂纹是可取的。通过测量PDC的声学参数和弹性参数,对破坏机理进行了初步探讨。

金刚石复合片主要缺陷及产生的原因讨论

本文简要介绍了在金刚石复合片 (PDC)的生产和检验过程中经常出现的几种主要缺陷 :如分层、欠烧、表面出现针眼和黑点等 ,对这些缺陷产生的原因从生成机理上进行了初步的分析 ,并结合作者的实践经验 。

我国复合超硬材料行业发展概况

介绍了我国超硬材料行业中的复合超硬材料领域20年的发展概况,详述了复合超硬材料领域3大类产品:钻探/工程用聚晶金刚石复合片、PCD/PCBN刀具用复合片、聚晶金刚石拉丝模坯,在高速发展期、转型升级期的发展历程,探讨了我国在该领域未来的发展趋势。

PDC钻头研究现状与发展趋势

经过50多年的高速发展,聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻头的设计制造技术日臻成熟,现已成为全球油气钻探工程不可或缺的核心破岩工具。当前,中国油气勘探开发正加快向纵深发展,岩石致密难钻已成为深层超深层钻井工程面临的最大挑战之一,对长寿命高效破岩PDC钻头的依赖程度日益上升。但是,国内外PDC钻头技术的发展速度已经趋缓,似乎进入了“瓶颈”阶段,尚未出现颠覆性技术创新。国内外现有钻头产品还无法满足万米深地的钻进需求,亟需研发高效破岩新材料新技术。文章重点梳理了PDC钻头设计制造关键技术的研究现状,归纳了国产钻头存在的短板问题,分析了未来发展趋势,并提出了相应建议。

纳米Co添加量对PDC复合片性能的影响

对不同配比的纳米Co含量PDC复合片进行了抗冲击性、耐磨性、热稳定性试验,并利用SEM电镜分析观察PDC复合片微观组织形貌,研究了纳米Co添加量对PDC复合片性能的影响。结果表明：纳米Co含量（体积分数）在1%～3%范围时,随Co含量增加,PDC复合片抗冲击性直线上升,继续增加Co粉含量,其抗冲击性将迅速下降。Co粉含量在1%～5%范围时,PDC复合片耐磨性及热稳定性变化不明显,Co粉含量大于5%时,复合片耐磨性及热稳定性下降迅速。因此,纳米Co含量在3%～5%之间时,PDC复合片综合性能呈现最好的状态。