长寿命仿生金刚石钻头试验研究

发布网友 发布时间：2022-04-22 09:21

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热心网友 时间：2023-07-18 15:46

（一）仿生金刚石钻头

仿生金刚石钻头是模仿土壤动物体表特征而研制的一种新型钻头。它是根据土壤动物 经亿万年进化形成的体表非光滑结构形态所具有的脱附、降阻和耐磨等特性，将其应用到 孕镶金刚石钻头，仿生形成非光滑表面，使孕镶金刚石钻头具有阻力小、耐磨等特性，以 提高钻速和钻头寿命^{［67～69］}。试验所用仿生钻头的性能参数见表9-18。

表9-18 仿生金刚石钻头性能参数表

（二）试验方法及钻进技术参数

1.试验方法

为使试验对比更明显，更具说服力，采用同种钻进工艺，在钻进技术参数基本保持一致的条件下，采取仿生钻头与普通钻头在同一孔内交替轮换钻进的方法试验。

试验所用普通钻头为北京双盈和武汉地大金石等单位生产的普通金刚石钻头，其性能参数见表9-19 。

表9-19 普通钻头性能参数表

2.技术参数

钻压：根据岩层条件控制在9～13kN。

转速：在孔径、孔深、冲洗润滑条件、孔壁稳定性、岩层研磨性、钻杆坚固性以及设备等允许的条件下，尽量取较高转速钻进，一般为500～800r/min。

冲洗液量：控制在50～60L/min。

泵压：2.6～3.2 MPa。

3.试验数据与结果分析

（1）试验数据见表9-20。

（2）钻头寿命分析。

根据表9-20绘制钻头寿命对比柱状图如图9-30所示。

从图9-30可以看出：在相邻地层钻进（可视为地层条件相似），仿生钻头的寿命都要高于普通钻头。以表9-20所列的8个钻头为例，仿生钻头的平均寿命为44.8m，而普通钻 头的平均寿命为34.5m，平均寿命仿生钻头较普通钻头提高了30％。寿命最高的是仿生1号 钻头，寿命达72.55m，比相邻地层钻进的双盈1号钻头寿命提高60％，比双盈2号钻头提高90％。寿命最短的是双盈3号，为24.78m。

表9-20 钻头试验数据表

图9-30 钻头寿命对比柱状图

（3）钻头机械钻速分析。

根据表9-20各个钻头的平均机械钻速，绘制平均机械钻速对比柱状图如图9-31所示。

由图9-3 1可知，双盈1号钻头的钻速最高为2.49m/h，比相邻的仿生1号钻头高8.7％；钻速最低的钻头为仿生6号，其钻速为1.5m/h，比相邻的双盈2号低25％，但仅比相邻的双 盈3号低2％。就各组4个钻头的平均机械钻速看，仿生钻头为1.98m/h，普通钻头为1.94m/h，仿生钻头稍高，但不明显，仿生钻头的时效在本次试验中没能体现出来。单个钻头来看，有的甚至比普通钻头的时效还要低，分析有以下几个原因：一是钻头胎体的材料和硬度不 适合该地层，因此不能保证金刚石正常出刃；二是钻头所选用的非光滑度（非光滑凹坑的 面积占底唇面积的比例）不能解决该地层的打滑现象。

图9-31 平均机械钻速对比柱状图