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(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院湖南長(zhǎng)沙410083)（2有色金屬成礦預(yù)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖南長(zhǎng)沙410083）摘要：要：胎體式PDC(復(fù)合片)鉆頭是將金剛石復(fù)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(fù)合片鉆頭所存在的保徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案無地層針對(duì)性，保徑效果不穩(wěn)定等問題，本文設(shè)計(jì)了4組不同保徑

2、形式的PDC鉆頭，對(duì)鉆頭保徑性能進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)混目金剛石提高鉆頭保徑效果的機(jī)理進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xì)顆粒金剛石作保徑材料，其在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)時(shí)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(jìn)時(shí)效。關(guān)鍵詞關(guān)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(xué)基金資助，項(xiàng)目編號(hào)07JJ6

7、089。塔。表2實(shí)驗(yàn)孔地層概況實(shí)驗(yàn)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(zhì)含量較高，常有云母碎屑，巖層硬度一般為69級(jí)1.3實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)在該孔中共試驗(yàn)了8只采用4種不同保徑方式的Φ75繩索取芯復(fù)合片鉆頭。進(jìn)行試驗(yàn)的復(fù)合片鉆頭除保徑方式不同外，其它設(shè)計(jì)參數(shù)與鉆進(jìn)參數(shù)均完全相同。試驗(yàn)鉆

8、頭鉆進(jìn)進(jìn)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(jìn)進(jìn)尺和巖石情況表鉆頭鉆進(jìn)進(jìn)尺和巖石情況表鉆進(jìn)孔段鉆進(jìn)孔段巖性巖性保徑材料保徑材料鉆頭鉆頭編號(hào)編號(hào)起m止m累計(jì)進(jìn)累計(jì)進(jìn)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(jí)5.14磨耗完圓柱型金剛石聚晶100222657266.8540.28裂隙較多5～8級(jí)4.59保徑效果不

9、良，內(nèi)外徑消耗達(dá)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(jí)4.62磨損完粗細(xì)顆粒金剛石1005313.12376.3963.27裂隙較多5～8級(jí)5.86磨損完方型聚晶金剛石1007376.39419.6558.26裂隙較多5～8級(jí)4.32磨損完方型金剛石聚晶1004419.65469.8960.24較完整4～7級(jí)4.86磨損完粗細(xì)顆粒金剛石1006469.89538.3568.46較完整4

10、～7級(jí)5.93磨損完方型聚晶金剛石1008538.35578.9845.64部分破碎5～8級(jí)4.51磨損完從實(shí)驗(yàn)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(jìn)裂隙較多的不完整地層時(shí)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(xì)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(jìn)，保徑效果均滿足規(guī)范要求。

11、此外采用粗細(xì)顆粒金剛石混目方式保徑的PDC鉆頭鉆進(jìn)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(fù)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(fù)雜地層條件下鉆進(jìn)時(shí)的保徑效果雖然滿足規(guī)范要求，但是鉆進(jìn)效率較前幾種方式保徑的PDC鉆頭有了明顯降低。表4實(shí)驗(yàn)鉆頭內(nèi)外徑磨損情況表實(shí)驗(yàn)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(hào)編號(hào)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(xì)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(xì)顆粒金剛石1007較完整75.549.375.14