仿生耦合聚晶金刚石复合片钻头.pdf

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1、石油勘探与开发2014年8月PETROLEUMEXPLoRATIoNANDDEVELOPMENTVo1．41No．4485文章编号：1000．0747(2014)04．0485．05DOI：10．11698／PED．2014．04．15仿生耦合聚晶金刚石复合片钻头高科，李梦，董博，孙友宏，孙阳，刘婧(吉林大学建设工程学院)基金项目：中国地质调查项目(12120114055001)；国家自然科学青年基金(51004052)；国土资源部公益．}生J行业科研专项经费(SinoProbe．09．05)；国家潜在油气资源(油页岩勘探开发利用)产

2、学研用合作创新研究项目(OSR．04．04)摘要：基于仿生耦合理论设计了仿生耦合聚晶金刚石复合片(PDC)，通过摩擦磨损实验研究其性能，制备出仿生耦合PDC钻头并将其用于现场试验。以自然界生物(竹子、人类牙齿、贝壳、树木年轮、蝼蛄等)为仿生原型，从聚晶金刚石和硬质合金材料、聚晶金刚石．硬质合金交接面结构及聚晶金刚石表面非光滑形态3方面入手设计仿生耦合PDC，并开展室内摩擦磨损实验。结果表明：与同尺寸的常规PDC相比，仿生祸合PDC磨耗比提高约18．4％，磨损砂轮速度提高约1．67倍，耐磨性和切削效率都显著提高。现场钻井试验中，根据地层

3、情况和井身结构设计制备了仿生耦合PDC钻头，并与邻井同层常规PDC钻头进行了对比。结果表明：仿生耦合PDC钻头的机械钻速约为常规PDC钻头的2．5倍，可大幅缩短钻井周期、节约钻井成本，经济效益显著。图8表4参14关键词：仿生耦合；聚晶金刚石复合片；钻井；钻头中图分类号：P634．4文献标识码：ABioniccouplingpOlycrystallinediamondcompositebitGaoKe，LiMeng，DongBo，SunYouhong，SunYang，LiuJing(ConstructionEngineeringColl

4、ege，JilinUniversity，Changchun130000，China)Abstract：Bioniccouplingpolycrystallinediamondcompact(PDC)wasdesignedaccordingtothebiologicalcouplingtheory,itsperformancewasevaluatedbyweal"resistanceexperiment，andthenthebioniccouplingPDCbitwasmadeandusedinfielddrillingtest．The

5、designofthebioniccouplingPDCwasbasedonnaturalmodels(e．g．shell，molecricket，humanteeth，bambooandtreeannualring)andstartedwithmaterialsofpolycrystallinediamondandcarbides，polycrystallinediamond-carbidesinterfaceandpolycrystallinediamondnon-smoothedsurface．Thewearresistance

6、experimentresultsshowthat：thebioniccouplingPDCperformshigherdrillingspeedandbetterwear=resistancethantheconventionalPDCofthesamesize．theabrasionratioisincreasedby18．4％andthewheelweal"rateisimprovedby167％．Infielddrillingtest，thebioniccouplingPDCbitwasdesignedaccordingtos

7、~aturnanddepthandcomparedwiththeconventionalPDCbitusedinnearbywells．ThemechanicaldrillingspeedofthebioniccouplingPDCbitis2．5timesthatoftheconventionalPDCbit，SOthebioniccouplingPDCbitcanreducedrillingcycleanddecreasedrillingcostgreatly．Keywords：bioniccoupling；polycrystal

8、linediamondcompact；drilling；bit0引言现象和质量检查次数，一般采取抛光处理磨成镜面以提高表面光洁度，但成本高且防黏效果并不明显；③在地质钻探、煤田钻探和油气钻井中，聚晶金刚随着PDC钻头工作