打滑地层新型孕镶金刚石钻头.pdf

第26卷第1期地质科技情报Vo1．26No．1
2007年1月GeologicalScienceandTechnologyInformationJan．2007

打滑地层新型孕镶金刚石钻头

罗爱云，段隆臣，王伟雄，田永常

(1．同济大学波耳固体物理研究所，上海200092l2．中国地质大学。武汉430074)

摘要：在分析打滑地层特点的基磕上，指出了钻进该地层所存在的问题，提出了用于打滑地层钻进的新型孕镀金刚石钻头的
设计思路，在钻头工作层中采用主、l辅两种磨科，并对这两种磨料的工作机理、处理工艺以及该新型钻头的制造进行了阐述。钻头
的室内钻进试验结果表明：在钻进极坚硬致密的锆刚玉时，相对于普通金刚石钻头，新型孕镀金刚石钻头的钻进时效提高1．93
倍，平均磨损量增加38％，具有高时效、相对寿命长的优点，是打滑地层钻进的理想钻头。
关键词：打滑地层I新型孕镶金喇石钻头；主磨料；辅磨料；钻进试验
中圈分类号：P634．4文献标识码：A文章编号：1000—7849(2007)01—0109—04

坚硬致密弱研磨性的岩层(又称打滑地层)在中果投砂量过多，或投砂研磨的时间掌握不好，会导致
国广泛发育，具有以下3个特点：①岩石硬度大，石钻头的磨损加快，降低钻头寿命。②软胎体钻头法。
英含量高。其岩石压入硬度一般可达5000MPa，但如果该法中胎体过软，就会造成整个金刚石钻头
其中部分在5500～6500MPa间，个别甚至高达的胎体强度不够，甚至钻头变形而无法使用。③异
7000MPa。②强度高。这类岩层的造岩矿物细，形唇面钻头法。如高低刃及同心圆尖齿唇面钻头
粒度多为0．01～0．20mm，硅质胶结，颗粒之间结等。但该类钻头在钻进一段时间后，尖齿磨平，钻速
合力大，结构致密，整体强度高。其单轴抗压强度达下降很快，尖齿磨平后其优势不复存在，与普通钻头
150MPa或更高。③研磨性弱。由于钻进时效低，没有两样。④弱包镶金刚石钻头法。该法对金刚石
岩粉少且颗粒细，对钻头胎体磨损甚微，金刚石难以采用弱包镶工艺。该类钻头在钻进中金刚石从胎体
出刃。中适时脱落，磨损胎体，有利于金刚石出刃，能提高
在钻进坚硬致密弱研磨性岩层时，普通金刚石钻头的时效，但钻头的寿命降低，因此也不是解决打
钻头容易出现“打滑”现象，即钻进时金刚石钻头在滑地层钻进的根本方法。
岩石上打滑而不进尺，或进尺极慢，时效常在0．1～
0．2m／h间；回次进尺仅0．2～O．5m，钻头使用寿2新型孕镶金刚石钻头的设计
命2～3m。由于打滑现象的发生，即使这种岩层只
有几米或十几米也要耗费大量时间和钻头，导致整为解决钻进时钻头打滑的问题，结合前人的工
个钻孔施工周期延长，勘探成本增高，经济效益下作[1]，打破从钻头的结构形状、胎体的软硬性能、金
降。因此，解决该类岩层钻进打滑问题具有实际意刚石体积分数等方面来改善钻头性能的常规思路，
义[¨。提出了打滑地层新型孕镶金刚石钻头的设计思路，
并通过试验验证其运用效果。
1打滑地层钻进现状及存在的问题该设计思路拟在钻头工作层中选用2种磨料分
别作为主、辅磨料。主磨料为主要碎岩材料，用以切
为解决钻进时钻头打滑问题，前人已进行了多削岩层，辅磨料为次要碎岩材料，主要用以实现胎体
方面的研究]，进行了多次实验及生产实践，产生自锐，主、辅磨料二者的有机结合使钻头性能得以改
了很多克服钻头打滑的方法：①金刚石钻头人工出善，并提高钻头寿命和钻进时效，解决坚硬致密弱研
刃法。主要有打磨法、喷砂法、唇面酸蚀法、孔底投磨性岩层钻进时存在的“打滑”问题。
砂研磨法等，该法所需辅助工作时间增加不多，但如(1)主磨料采用高品质金刚石主磨料的单颗

收稿日期：2006—04—05编辑：杨勇
基金项目；中国地质调查局项目(200020170132)
作者筒介：罗爱云(1979一)，女，现正攻读材科物理与化学专业博士学位，主要从事纳米薄膜材科的研究．

地质科技情报

粒抗压强度大．耐磨损．印削岩石能力强，并使用真示，滚动式造粒工艺的制作过程是以金刚石为核．
空镀工艺在金刚石表面沉积强碳化物台成元索——使其滚动，同时逐渐加人WC粉末和湿润黏结添加
金属w。浚层金属w镀覆层有如下功效：①隔膜剂，使充分滚动的金刚石核逐渐包裹上WC粉末，
作用。在高温烧结钻头时将金刚石与氧气和胎体材金刚石越滚越大．最后达到所要求的粒径，取出后经
料隔开．使金刚石不受氧气的氧化和胎体材料的侵过筛选即可使用，
蚀．降低垒刚石的损耗②改善金刚石表面性能
使金刚石与胎体材料的润湿性能大大提高，烧结时
能提高金刚石与胎体材料的结台力．使金刚石牢牢
地包裹在胎体材料中，不容易脱落．作为钻头工作层
的主切削材料，工作时间延长．能大大提高钻头寿
命
(2)辅磨料采用低品质金刚石或其他磨