3强化耐磨性钻头在卵砾石地层中的应用研究

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1、强化耐磨性钻头在卵砾石地层中的应用研究摘要：在卵砾石地层钻进中，遇到的问题为钻头的寿命短，钻进效率不高，常常出现钻头断齿与掉块现象。针对这些难题，从钻头胎体配方、金刚石参数与热压工艺着手，提高胎体材料对金刚石的包镶强度，提高胎体的硬度、耐磨性和冲击韧性，并改进了钻头钢体端面和胎体的结合方式。经过几轮试验与改进，研制出了一种热压强耐磨性孕镶金刚石钻头，取得了好的钻进效果：平均钻进时效1.5m/h，平均使用寿命每只接近30m，无掉齿或断齿现象，基本上解决了在卵砾石地层中钻进难的问题。关键词：卵砾石地层，耐磨性，包镶强度Applicationofdiamondbitswithimprov

2、edabrasionresistanceingravelformationdrillingAbstract：Shortbitlifeandlowdrillingefficiencyare“bottlenecks”ofdrillingingravelformations;moreover,thephenomenonoffallingoffandbreakingofbits’cuttingelementsoftenoccur.Aimingattheseproblems,basedonmatrixformulationdesign,diamondparametersandhot-pres

3、singtechnique,thediamondretention,hardness,abrasionresistanceandtoughnessofmatrixwereimproved.Throughrepeatedexperiments，hot-pressedimpregnateddiamondbitswithimprovedabrasionresistancewasdeveloped,whichhadgooddrillingeffectingravelformation:averagepenetrationrate1.5m/h,averageservicelife30m,no

4、fallingofforbreakingofcuttingelements.Thedifficultproblemofdrillingingravelformationisbasicallysolved.Keywords：gravel，abrasionresistance，retention1．前言卵砾石地层主要指由直径大小不等的卵石为主组成的地层（岩层），由于卵石大小不等，胶结质种类不同，胶结强度不等，所以，卵砾石地层表现出的可钻性也有很大的区别，钻进的难易程度表现不相同，钻头的使用情况和钻进指标差别很大。卵砾石地层钻进中，国内外使用过的钻头有以下五大类：硬质合金钻头、复合片钻头

5、、牙轮钻头、金刚石钻头和聚晶加金刚石复合型钻头。在这五大类的基础上，可能有某些方式的组合，形成其它类型的钻头，例如强化的复合片加聚晶的组合型钻头。然而，这些种类的钻头在钻进卵砾石地层时，钻进效果仍然不理想，钻进时效不高，钻头的使用寿命也不长，急需改变这种状况。2．钻头设计思路常规的钻头设计思路是研究和采用高硬度金刚石钻头，钻进卵砾石地层过程中往往容易造成钻头消耗快，钻进效率不高，而且掉齿、断齿等现象时有发生。针对上述现象，设计研制一种耐磨性强、综合性能好的热压金刚石钻头，才能有效钻进卵砾石地层。2．1研究强耐磨性胎体配方在钻头的研究中，高硬度的胎体不一定就是耐磨性高的胎体，硬度与耐

6、磨性有一致的方面，但还有不能等同的另一面，特别是加入金刚石之后，胎体的硬度与耐磨性之间的差别会更大；同样的胎体硬度，而对金刚石有不同的包镶强度，则钻头的耐磨性会有很大的区别。同时，硬度越高的胎体，其脆性也相应越大，在钻进卵砾石地层中由于动载荷的作用，容易出现断齿和掉块的现象，影响钻头的正常使用。因此，胎体不是越硬就一定耐磨性越高，钻进效果越好。出于这种理论基础，研究认为胎体的性能应该具有较高的硬度和好的冲击韧性，保证胎体在钻进中不会断齿，同时具有高的耐磨性能，保证钻头有高的使用寿命。较高的硬度和好的冲击韧性通过合理的胎体成份和优化的烧结工艺来实现；而高的耐磨性能则通过胎体的合金化程

7、度、胎体合金对金刚石的润湿性能与包镶强度、金刚石的品级与粒度等加以实现。由此可知，卵砾石地层钻进用的钻头研制，不仅要考虑胎体的硬度，更要研究胎体合金对金刚石的润湿程度和胎体对金刚石的包镶强度，同时要考虑金刚石的参数、钻头刚体与胎体结合面的形状等俱多因素。2．2研究方法研究方法的基本思路是采用偏因素试验分析方法，每次只留一个影响因素作为自变量，而将其它的影响因素暂时视为常数，只研究与自变量密切相关的目标随自变量（影响因素）变化的影响规律。首先研究胎体的硬度与耐磨性、抗断