11-提高胎體體式pdc鉆頭保徑性能的研究0513

1、提高胎體式提高胎體式PDC鉆頭鉆頭保徑性能的研究保徑性能的研究A張紹和張紹和12，楊昆楊昆1，王佳亮王佳亮1，施莉，施莉1(1中南大學地球科學與信息物理學院湖南長沙410083)（2有色金屬成礦預測教育部重點實驗室湖南長沙410083）摘要：要：胎體式PDC(復合片)鉆頭是將金剛石復合片通過釬焊方式焊接在鉆頭胎體上的一種切削型鉆頭。為了改善胎體式復合片鉆頭所存在的保徑結構設計方案無地層針對性，保徑效果不穩(wěn)定等問題，本文設計了4組不同保徑

2、形式的PDC鉆頭，對鉆頭保徑性能進行了現(xiàn)場實驗，結合實驗結果，對混目金剛石提高鉆頭保徑效果的機理進行了分析。實驗結果表明，采用方型金剛石聚晶作為保徑材料的PDC鉆頭，其胎體耐磨性能比采用圓柱形金剛石聚晶保徑的PDC鉆頭提高30%以上；采用15%的2025目粗顆粒金剛石和10%的5060目細顆粒金剛石作保徑材料，其在復雜地層中鉆進時的耐磨性能優(yōu)于采用方型金剛石聚晶保徑的PDC鉆頭且在一定程度上提高鉆進時效。關鍵詞關鍵詞：PDC鉆頭；鉆探；

3、金剛石；保徑ResearchResearchononImprovingImprovingRadiusRadiusRetentionRetentionPropertyPropertyofofMatrixtypeMatrixtypePDCPDCBitBitZhangZhangShaoheShaohe12YangYangKunKun1WangWangJialiangJialiang1ShiShiLiLi1(1SchoolofGeoscienc

4、esInfoPhysics，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China)(2MinistryofEducationKeyLabatyofNonferrouseFecast，Changsha410083，China)AbstractAbstract:MatrixtypePDC（PolycrystallineDiamondCompacts）bitisakindofcuttingtypebitwit

5、hPDCbrazedtothematrix.ThecommonPDCbithasmanyproblemssuchasnopertinencefrockinradiusretentionstructuredesigninstabilityofradiusretentioneffect.4differentkindsofradiusretentionstructurearedesignedtestedbyfieldexperiments.B

6、asedontheexperimentsthemechanismofimprovingradiusretentioneffectisanalyzed.Itisfoundthat:comparedwithPDCbitwhichtakescylindricalPolycrystallineDiamondasradiusretentionmaterialthematrixwearresistanceA湖南省自然科學基金資助，項目編號07JJ6

7、089。塔。表2實驗孔地層概況實驗孔地層概況深度深度米巖層描述巖層描述040砂礫巖40531粗砂巖、砂礫巖的頻繁互層，中間夾有幾層薄泥巖、礫石層厚度占50%左右，礫徑37cm531805中粒砂巖，粉砂巖為主。巖層泥質含量較高，常有云母碎屑，巖層硬度一般為69級1.3實驗過程及數(shù)據(jù)實驗過程及數(shù)據(jù)在該孔中共試驗了8只采用4種不同保徑方式的Φ75繩索取芯復合片鉆頭。進行試驗的復合片鉆頭除保徑方式不同外，其它設計參數(shù)與鉆進參數(shù)均完全相同。試驗鉆

8、頭鉆進進尺及巖石情況如表3所示。鉆頭的內(nèi)外徑磨損率如表4所示。表3鉆頭鉆進進尺和巖石情況表鉆頭鉆進進尺和巖石情況表鉆進孔段鉆進孔段巖性巖性保徑材料保徑材料鉆頭鉆頭編號編號起m止m累計進累計進尺m完整性完整性可鉆性可鉆性效率效率m.hm.h1鉆頭磨損情況鉆頭磨損情況圓柱型金剛石聚晶1001173.76226.5752.83較完整5～6級5.14磨耗完圓柱型金剛石聚晶100222657266.8540.28裂隙較多5～8級4.59保徑效果不

9、良，內(nèi)外徑消耗達到規(guī)范要求的最大值方型金剛石聚晶1003266.85313.1246.27部分破碎4～7級4.62磨損完粗細顆粒金剛石1005313.12376.3963.27裂隙較多5～8級5.86磨損完方型聚晶金剛石1007376.39419.6558.26裂隙較多5～8級4.32磨損完方型金剛石聚晶1004419.65469.8960.24較完整4～7級4.86磨損完粗細顆粒金剛石1006469.89538.3568.46較完整4

10、～7級5.93磨損完方型聚晶金剛石1008538.35578.9845.64部分破碎5～8級4.51磨損完從實驗數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，采用圓柱型金剛石聚晶保徑的1001#鉆頭在鉆進裂隙較多的不完整地層時保徑效果不良。采用方型金剛石聚晶保徑的1003#鉆頭在部分破碎地層的保徑效果較采用圓柱型金剛石聚晶保徑的PDC鉆頭更加穩(wěn)定。采用粗細顆粒金剛石混目搭配形式保徑的1005#、1006#鉆頭，在較完整地層和裂隙較多地層鉆進，保徑效果均滿足規(guī)范要求。

11、此外采用粗細顆粒金剛石混目方式保徑的PDC鉆頭鉆進效率比采用圓柱型金剛石聚晶形式保徑的PDC鉆頭和采用方型金剛石聚晶形式保徑的PDC鉆頭分別提高了30%和25%，復雜地層使用下壽命分別提高了70%和36%。采用方型金剛石聚晶金剛石形式保徑的PDC鉆頭在復雜地層條件下鉆進時的保徑效果雖然滿足規(guī)范要求，但是鉆進效率較前幾種方式保徑的PDC鉆頭有了明顯降低。表4實驗鉆頭內(nèi)外徑磨損情況表實驗鉆頭內(nèi)外徑磨損情況表使用前使用前使用后使用后磨損量磨損

12、量磨損率磨損率保徑材料保徑材料鉆頭鉆頭編號編號巖層完整巖層完整性外徑外徑mmmm內(nèi)徑內(nèi)徑mmmm外徑外徑mmmm內(nèi)徑內(nèi)徑mmmm外徑外徑mmmm內(nèi)徑內(nèi)徑mmmm外徑外徑mmmm內(nèi)徑內(nèi)徑mmmm圓柱型金剛石聚晶1001較完整75.549.374.6548.40.650.810.01130.0183圓柱型金剛石聚晶1002裂隙較多75.549.474.5648.150.941.250.01240.0254方型金剛石聚晶1003部分破碎75.

13、449.374.7548.650.650.750.00860.0152粗細顆粒金剛石1004裂隙較多75.549.475.1948.840.310.560.00410.0114方型聚晶金剛石1005裂隙較多75.449.375.0548.880.350.420.00460.0085方型金剛石聚晶1006較完整75.349.374.7148.650.590.650.00780.0131粗細顆粒金剛石1007較完整75.549.375.14