坚硬地层用低温电铸孕镶脉冲石油钻头的研制及其水力性能数值模拟.pdf

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1、探矿工程(岩土钻掘工程)2012年第39卷第4期坚硬地层用低温电铸孕镶脉冲石油钻头的研制及其水力性能数值模拟李大佛，龙新平，李天明，陈洪俊，雷艳，刘红旗，许少宁，杨雪龙(1．武汉地大长江钻头有限公司，湖北武汉430074；2．武汉大学动力与机械学院，湖北武汉430072)摘要：针对PDC钻头和牙轮钻头在坚硬、研磨地层中钻速较低、寿命短的问题，研制了一种低温电铸孕镶脉冲石油钻头，并对钻头的流场进行了数值模拟。现场应用表明，该钻头具有寿命长、机械钻速高的特点。关键词：孕镶钻头；射流；脉冲；数值模拟中图分类号：P634．4

2、1文献标识码：A文章编号：1672—7428(2012)04—0064—05ResearchonDevelopmentofLow-temperatureElectroplatedImpregnatingPulsePetroleumBitandNumericalSimulationoftheHydraulicPerformance／L／Da-fo，LONGXin-ping，LITian—ming，CHENHong-jun，Yan，LIUHong—qi，XUShao—ning，YANGXue—long2(1．WuhanD

3、idaChangjiangBitCo．，Ltd．，WuhanHubei430074，Chi—na；2．SchoolofPowerandMechanicalEngineering，WuhanUniversity，WuhanHubei430072，China)Abstract：AccordingtothelowdrillingspeedandshonservicelifeofPDCbitandconebitinhardandabrasiveformation．alowtemperatureelectroplatedimp

4、regnatingpulsepetroleumbitwasdeveloped，andnumericalsimulationofflowfieldofthebitwasmade．Thefieldapplicationshowsthatthebithaslongservicelifeandhighpenetrationrate．Keywords：impregnatedbit；jet；pulse；numericalsimulation0引言水道的流场分布对钻头的寿命有很大的影响。众所周知，对于特别坚硬、研磨性强、互层频繁、

5、且含有石英和砾石夹层的地层，PDC钻头很难钻进，机械钻速较低，其破坏形式磨损快，且复合片容易破裂，因此寿命很低。而牙轮钻头钻进也因为该类地层坚硬等缘故，钻进效率很低，且容易造成孔内掉牙轮等事故出现，这是目前国内外石油钻探中遇到的技术难题。针对上述难题，我们探索采用新的途径，研制了低温电铸孕镶脉冲石油钻头(图1)。该钻头完全有别于牙轮钻头和无压浸渍PDC钻头，图1低温电铸孕镶脉冲石油钻头三维图不仅外形完全不同，外表连金刚石也看不到，生产工艺也完全不同。PDC钻头是在火里烧出来的，而低1低温电铸孕镶脉冲石油钻头设计特点温

6、电铸孕镶脉冲石油钻头是在室温水里长出来的。1．1低温钻头上的金刚石在工作时是一层一层地出露或更制造无压浸渍PDC钻头，生产过程中需1000新，或者说也是一层一层地淘汰或脱落，参与工作的始终是新的金刚石，在地层和钻进参数不变的条件℃以上高温，而低温电铸孕镶脉冲石油钻头的全过下，钻头所表现的机械钻速是恒定的，钻头上的金刚程是在室温环境中进行的，只需2O～30。(二的常温，石不会被磨钝，因为金刚石的硬度比所钻岩石的硬因而极大地保护了金刚石的原有强度，完全避免了度大得多，金刚石只有脱落或者碳化。鉴于该钻头金刚石的高温损伤。破

7、碎岩石具有上述特点，合理的水射流配置和钻头1．2机械性能好形成钻头胎体的溶液成分中，没有采用有机物收稿日期：2011—12—06基金项目：中国石油化工集团2010年科研项目(SG10028)作者简介：李大佛(1937一)，男(汉族)，湖南南县人，武汉地大长江钻头有限公司总经理、教授，机械专业，从事低温电镀金刚石钻头的研制工作，湖北省武汉市鲁磨路388号，ztgs@cug．edu．C13。2012年第39卷第4期探矿工程(岩土钻掘工程)65和添加剂，因而形成的胎体金属性能强度高、韧性好、经得起钻进生产中的冲击与碰撞。虽

8、然镀层表面不够光亮，也不太平整，但适当粗糙表面的钻头下到井底有利于进尺，并可减少初磨时间。1．3金刚石工作高度厚、孕镶层数多低温电铸孕镶脉冲石油钻头所镀金刚石层一般都在8mm甚至10mm以上的厚度。如果在钻进使用中，其金刚石磨耗殆尽，应该有较长的使用寿命或较多的进尺。图3金刚石出露放大照片(4OO×)钻头每天孕镶一层金刚石，一共孕镶20多层金刚