胎体式复合片钻头保径方式的研究

论文摘要

胎体式复合片钻头以其在中硬地层钻进效率高,使用寿命长等优点越来越广泛地被应用于地质钻探等领域。但是复合片钻头在中硬地层钻进时保径效果不稳定,直接影响了复合片钻头的地层适用性。因而如何针对地层性质和使用条件设计不同的保径方案是复合片钻头的一个重要研究方向。本课题通过分析岩屑与金刚石和胎体之间的摩擦磨损机理,以国内外现有的研究成果为基础,对复合片钻头保径孕镶块的胎体配方、金刚石聚晶类型及排列方式、金刚石浓度和粒度等影响保径孕镶块耐磨性能的因素进行分析。本课题通过室内试验最终优选出了保径孕镶块设计方案,并在现场试验阶段将采用优选保径方案保径的复合片钻头与常规方式保径的复合片钻头进行钻进性能对比,并根据实际使用情况对设计方案提出改进意见。本课题主要研究了如下几个方面的问题：1.从理论上探讨了复合片钻头的钻进机理,以及钻进过程中复合片与岩石、胎体与岩石、岩屑与复合片及胎体之间的摩擦磨损性能特征,寻找出了提高复合片钻头地层针对性的研究方向,为复合片钻头保径结构的设计提供理论指导。2.从理论上分析比较了常规复合片钻头保径方案的优缺点,提出了保径孕镶块胎体中金刚石聚晶形状及排布方式的设计方案。3.通过进行室内试验,测试了不同金刚石聚晶参数、金刚石参数、胎体配方对保径孕镶块胎体耐磨性能的影响。4.指出了该课题可以进一步深入的领域。新型保径方案除了能应用在复合片钻头上之外,还可以在金刚石扩孔器上应用,一定程度上解决目前金刚石扩孔器耐磨性差的问题

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 复合片钻头的发展历史及研究方向
• 1.1.1 复合片钻头的发展历史
• 1.1.2 复合片钻头的研究
• 1.2 国内外对钻头保径方式的研究
• 1.3 课题研究的内容和意义
• 1.3.1 课题的研究内容和主要创新点
• 1.3.2 课题的研究意义
• 第二章 复合片钻头保径孕镶块设计
• 2.1 复合片钻头碎岩机理研究
• 2.1.1 复合片刻取岩石的机理
• 2.1.2 复合片钻头失效形式分析
• 2.2 保径孕镶块胎体配方设计原则
• 2.2.1 保径孕镶块胎体的磨损机理
• 2.2.2 保径孕镶块胎体应具备的特征及性能分析
• 2.2.3 孕镶块胎体的骨架材料及性质
• 2.2.4 孕镶块胎体中粘结剂元素的作用
• 2.3 保径孕镶块的金刚石参数设计原则
• 2.3.1 金刚石的选用原则
• 2.3.2 金刚石聚晶的选用原则
• 2.3.3 保径孕镶块金刚石粒度设计原则
• 2.3.4 保径孕镶块金刚石浓度设计原则
• 2.4 本章小结
• 第三章 保径孕镶块的室内试验研究
• 3.1 试验准备
• 3.1.1 保径孕镶块试样的制备
• 3.1.2 SiC砂轮准备
• 3.1.3 耐磨性测试实验台准备
• 3.2 胎体配方对孕镶块硬度及耐磨性能的影响
• 3.2.1 试验情况及结果
• 3.2.2 试验结果分析
• 3.3 金刚石聚晶对孕镶块耐磨性的影响
• 3.3.1 试验情况及结果
• 3.3.2 试验结果分析
• 3.4 金刚石浓度和粒度对胎体耐磨性的影响
• 3.4.1 试验情况及结果
• 3.4.2 试验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 保径孕镶块复合片钻头的设计与制造
• 4.1 保径孕镶块复合片钻头的结构设计
• 4.1.1 保径孕镶块复合片钻头基本参数设计
• 4.1.2 保径孕镶块复合片钻头水路系统设计
• 4.1.3 保径孕镶块方案设计
• 4.1.4 金刚石复合片的选择
• 4.1.5 石墨磨具设计
• 4.2 保径孕镶块复合片钻头的制作
• 4.2.1 混料及装料计算
• 4.2.2 保径孕镶块复合片钻头胎体热压烧结
• 4.2.3 复合片高频感应钎焊
• 4.3 本章小结
• 第五章 保径孕镶块复合片钻头现场试验
• 5.1 地层概况
• 5.2 现场钻探设备
• 5.2.1 XY-5型岩心钻机
• 5.2.2 BW-250型泥浆泵
• 5.3 使用情况
• 5.3.1 试验孔岩性概况及钻进工艺选择
• 5.3.2 新型保径方式复合片钻头钻进情况
• 5.3.3 试验结果对比与分析
• 5.3.4 推广前景分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果