适用于坚硬致密地层的孕镶金刚石钻头唇面结构设计
发布时间：2021-07-30 18:52
随着地质钻探深度的不断增加,钻遇坚硬致密岩层的可能性越来越大。孕镶金刚石钻头在坚硬致密岩层中钻进时,一方面由于岩石的强度大、压入硬度高,金刚石压入岩石的深度很小,导致孕镶金刚石钻头只能以表面磨损破碎的方式碎岩,钻进效率低;另一方面,岩石的研磨性弱并且钻头产生的细岩屑对钻头胎体的磨损小,导致钻头中的金刚石不能及时出刃,容易出现“打滑”现象。针对孕镶金刚石钻头在坚硬致密岩层中出现的“打滑”和钻进效率低的问题,通过单颗金刚石压入岩石全过程的室内实验,定量分析了孕镶金刚石钻头在坚硬致密岩层中钻进时的碎岩机理。从岩石单位体积破碎能耗、“自由切削面”和“局部体积破碎”角度出发,提出了利用岩石局部体积破碎以增加钻进效率的思路,并提出了掏槽式超前齿结构和低位齿结构相结合的唇面结构设计方案。然后,以钻头水口流速、掏槽齿强度、低位压头直径以及岩脊最优尺寸为设计依据,推倒出了相应的计算公式并做了相应模拟,最后设计了φ36-18孕镶金刚石钻头。然后,用COMSOL软件对所设计钻头的水口进行了流速模拟,验证了钻头尺寸设计的合理性。通过室内微钻实验平台,设计了对比试验,即平底钻头和新唇面钻头在花岗岩中以相同钻速0...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
添加稀土和没添加稀土的金刚石镀层的形貌图
用于坚硬致密岩层，可以通过增加钻头研磨性的方式解决钻头“打滑”问题。学通过室内钻进实验，发现该种钻头在钻进坚硬致密的刚玉时，钻头的时效提高了明显提高，但是平均磨损量也增加了 38%，钻进效率比较理想。北京探矿工程研究所提出纳米超细胎体粉末，并对粉末材料进行氢还原脱工艺处理，以达到提高钻头胎体耐磨性和抗冲击性的目的。钻头烧结采用热压结工艺，可以减少金刚石的热损伤。用该思路制造的钻头在甘肃武山温泉钼矿用，钻头的寿命和时效得到很大的提高。纳米超细胎体粉末和普通胎体粉末直的对比图如图 2.2 所示。
long year 球齿钻头 图 1.4Atlas 高效水计是从水口和钻头单位比压的角度出发头唇面与岩石的接触面积，从而增大了入岩石，并在剪切力产生较大的岩屑，从钻井液过流面积大，能更好的冲洗孔底破碎。但是，齿轮型钻头在钻进过程中，齿相当于悬臂梁很容易发生断裂，钻示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]WC添加对热压铁基预合金粉末胎体性能的影响[J]. 孙吉伟,沈立娜. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2019(03)
[2]关于深孔岩心钻探中相关问题的探讨[J]. 陈古健. 中国高新区. 2018(08)
[3]难钻进地层金刚石钻头的现状和发展趋势[J]. 蔡家品,贾美玲,沈立娜,欧阳志勇,阮海龙,张建元,赵尔信. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2017(02)
[4]坚硬地层NBS高效孕镶金刚石钻头的研究与应用[J]. 沈立娜,路禝,尹建民,阮海龙,吴海霞,李春. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2017(01)
[5]坚硬致密弱研磨性地层孕镶金刚石钻头性能优化[J]. 王佳亮,张绍和. 煤田地质与勘探. 2016(06)
[6]高胎体仿生异型齿孕镶金刚石钻头[J]. 李梦,苏义脑,孙友宏,高科. 吉林大学学报(工学版). 2016(05)
[7]基于打滑地层的孕镶金刚石钻头设计[J]. 王佳亮,张绍和. 地球科学. 2016(05)
[8]新型孕镶金刚石钻头研制及试验[J]. 关舒伟. 石油钻探技术. 2015(04)
[9]胎体耐损性弱化孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析[J]. 王佳亮,张绍和. 中南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[10]A new diamond bit for extra-hard, compact and nonabrasive rock formation[J]. 王佳亮,张绍和. Journal of Central South University. 2015(04)
博士论文
[1]硬岩钻进用仿生耦合金刚石取心钻头研究[D]. 徐良.吉林大学 2009
硕士论文
[1]主副交替水口高胎体孕镶金刚石钻头的研制[D]. 肖丽辉.中国地质大学(北京) 2012
[2]适应深孔条件的孕镶金刚石钻头研究[D]. 邓柏松.中国地质大学 2011
[3]金刚石切削岩石的模拟[D]. 张林中.中国地质大学（北京） 2008
本文编号：3311936
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
添加稀土和没添加稀土的金刚石镀层的形貌图
用于坚硬致密岩层，可以通过增加钻头研磨性的方式解决钻头“打滑”问题。学通过室内钻进实验，发现该种钻头在钻进坚硬致密的刚玉时，钻头的时效提高了明显提高，但是平均磨损量也增加了 38%，钻进效率比较理想。北京探矿工程研究所提出纳米超细胎体粉末，并对粉末材料进行氢还原脱工艺处理，以达到提高钻头胎体耐磨性和抗冲击性的目的。钻头烧结采用热压结工艺，可以减少金刚石的热损伤。用该思路制造的钻头在甘肃武山温泉钼矿用，钻头的寿命和时效得到很大的提高。纳米超细胎体粉末和普通胎体粉末直的对比图如图 2.2 所示。
long year 球齿钻头 图 1.4Atlas 高效水计是从水口和钻头单位比压的角度出发头唇面与岩石的接触面积，从而增大了入岩石，并在剪切力产生较大的岩屑，从钻井液过流面积大，能更好的冲洗孔底破碎。但是，齿轮型钻头在钻进过程中，齿相当于悬臂梁很容易发生断裂，钻示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]WC添加对热压铁基预合金粉末胎体性能的影响[J]. 孙吉伟,沈立娜. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2019(03)
[2]关于深孔岩心钻探中相关问题的探讨[J]. 陈古健. 中国高新区. 2018(08)
[3]难钻进地层金刚石钻头的现状和发展趋势[J]. 蔡家品,贾美玲,沈立娜,欧阳志勇,阮海龙,张建元,赵尔信. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2017(02)
[4]坚硬地层NBS高效孕镶金刚石钻头的研究与应用[J]. 沈立娜,路禝,尹建民,阮海龙,吴海霞,李春. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2017(01)
[5]坚硬致密弱研磨性地层孕镶金刚石钻头性能优化[J]. 王佳亮,张绍和. 煤田地质与勘探. 2016(06)
[6]高胎体仿生异型齿孕镶金刚石钻头[J]. 李梦,苏义脑,孙友宏,高科. 吉林大学学报(工学版). 2016(05)
[7]基于打滑地层的孕镶金刚石钻头设计[J]. 王佳亮,张绍和. 地球科学. 2016(05)
[8]新型孕镶金刚石钻头研制及试验[J]. 关舒伟. 石油钻探技术. 2015(04)
[9]胎体耐损性弱化孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析[J]. 王佳亮,张绍和. 中南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[10]A new diamond bit for extra-hard, compact and nonabrasive rock formation[J]. 王佳亮,张绍和. Journal of Central South University. 2015(04)
博士论文
[1]硬岩钻进用仿生耦合金刚石取心钻头研究[D]. 徐良.吉林大学 2009
硕士论文
[1]主副交替水口高胎体孕镶金刚石钻头的研制[D]. 肖丽辉.中国地质大学(北京) 2012
[2]适应深孔条件的孕镶金刚石钻头研究[D]. 邓柏松.中国地质大学 2011
[3]金刚石切削岩石的模拟[D]. 张林中.中国地质大学（北京） 2008
本文编号：3311936
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