钻头性能测试方案（钻头检测报告）

本篇文章给大家谈谈钻头性能测试方案，以及钻头检测报告对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。 今天给各位分享钻头性能测试方案的知识，其中也会对钻头检测报告进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！

本文目录一览：

• 1、第4章 金刚石钻头胎体与岩石的干摩擦磨损性能初步试验
• 2、测试主要有哪些方面去测试，性能测试用什么去测试好
• 3、φPDC钻头台架试验结果分析

第4章 金刚石钻头胎体与岩石的干摩擦磨损性能初步试验

前期利用MG-2000高速高温摩擦磨损试验机做胎体与花岗岩在常温下的摩擦磨损试验（图4.1，图4.2），胎体选择空白胎体（不含金刚石）与含金刚石胎体，含金刚石胎体的硬度与金刚石浓度不同（图4.3），得出以下结论：

1）环境温度为常温时，空白胎体与花岗岩之间的干摩擦，随着胎体硬度的增大，摩擦力矩与摩擦系数先增大后减小；含金刚石胎体试样较之于空白胎体胎体试样，摩擦力矩与摩擦系数显著减小；含金刚石的胎体，随着金刚石浓度的增大，摩擦力矩与摩擦系数逐渐增大。

2）进一步研究空白胎体、含金刚石胎体与花岗岩与砂岩在不同环境温度下的摩擦磨损试验，经薄片分析，岩样定名为含黑云母中—细粒斜长花岗岩和浅变质白云母细砂—粉砂岩（图4.4），试验环境温度分别为25℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃。试验载荷p=400N，转速n=400r/min。试验数据及摩擦形貌见图4.5～图4.17，图中：A-1代表含金刚石胎体与花岗岩对磨；A-2代表含金刚石胎体与砂岩对磨；B-1代表空白胎体与花岗岩对磨；B-2代表空白胎体与花岗岩对磨。

图4.1 高温下的摩擦磨损试验

图4.2 试验与夹具的安装图

图4.3 胎体试样

图4.4 试验用岩样

图4.5 空白胎体与花岗岩对磨后

图4.6 试验后的部分岩样

图4.7 表面热腐蚀剥落（500℃）

图4.8 鳞状薄片的形式剥蚀 2-1（200℃）

图4.9 胎体磨损形貌 2-2（300℃）

图4.10 岩粉颗粒侵入被磨表面 1-1（100℃）

图4.11 金刚石表面严重烧蚀1-1（300℃）

图4.12 金刚石表面烧蚀1-2（300℃）

图4.13 胎体磨损形貌 1-2（300℃）

图4.14 金刚石表面金属粘附1-1（500℃）

图4.15 摩擦系数与环境温度变化关系曲线图

图4.16 摩擦功与环境温度变化关系曲线图

图4.17 胎体磨损量与环境温度变化关系曲线图

试验结论：

1）摩擦磨损试验对花岗岩和砂岩，采用了相同的胎体配方和金刚石浓度进行了对比。测试结果显示，摩擦系数与岩石的结构或类型有着密切的联系。在此次试验中，不论是含金刚石胎体或空白胎体，所选用的砂岩的摩擦系数总小于所选用的花岗岩。环境温度对摩擦系数与摩擦功的影响也较大，即在不同的胎体与岩石的磨损组合条件下，随着环境温度的升高，摩擦系数和摩擦功总体上呈减小趋势。

2）环境温度对岩石的影响显著。当环境温度达400℃时，无论使用哪一种胎体，砂岩均会在2min以内沿脆弱面成裂成几瓣，无法继续试验。环境温度达到400℃，500℃时，含金刚石胎体与花岗岩对磨过程中花岗岩由低温时的研磨脱落演变为小块状体积破碎，碎岩速度急剧上升。

3）磨损量与磨损行程成正比关系，无论是空白胎体还是添加金刚石的胎体试样，与花岗岩和砂岩的干摩擦，均存在相同的规律，即随着环境温度的升高，磨损量总体呈上升趋势。当环境温度超过400℃时，含金刚石胎体磨损花岗岩试样磨损量急剧上升，但不含金刚石胎体磨损量反而减小。表明在高温下胎体是否含金刚石对胎体磨损量影响较大。环境温度越高砂岩对胎体的研磨性越强，砂岩的磨损量越大。

4）空白胎体与岩石的磨损机理主要以粘着磨损与表面疲劳磨损为主。当磨损行程与环境温度升高后空白胎体会在表面摩擦热的作用下出现粘着现象。粘着有利用于胎体中的固体自润滑相（石墨）向岩石表面转移，在一定范围内减少磨损量。所以空白胎体与岩石的磨损机制以粘着磨损与表面疲劳磨损的混合形式。

5）金刚石胎体与岩石的磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损和表面疲劳磨损的混合模式。磨损的磨粒为金刚石切削的岩屑与脱落的金刚石，它会在磨损界面中反削胎体的金属表面使磨损量增大。随着磨损行程与环境温度的增加，金刚石胎体出现剥落即疲劳磨损。所以说金刚石胎体的磨损机制为硬质项切削与磨粒磨损，并且在时间与温度的作用下表面出现粘着磨损、疲劳磨损失效的趋势。

总之，含金刚石胎体与花岗岩与砂岩的对磨，随着环境温度越高，胎体的磨损量逐渐增加。此种现象和科拉超深钻井中时的实际情况相吻合，科拉超深钻在钻进10000m以下时，采用的是硬质合金钻头，钻井越深，硬质合金钻头磨损越快，钻头的寿命越短。从结论中可以看出，随着环境温度的增加，胎体的工作温度逐渐升高，如果要保证孕镶金刚石取心钻头在超深孔中一直保持高效率，必须要求钻头胎体具有较好的高温硬度即红硬性和强耐磨性，若钻头胎体的红硬性设计的不理想，钻头在超深孔中容易引起胎体软化，使胎体十分容易磨损，抗变形能力减弱，从而将严重影响金刚石切削岩石的能力和效率，使金刚石稍有出刃就脱落或缩颈。为了解决上述问题，通常的做法是增加胎体中骨架成分碳化物的含量，但这会导致钻头的烧结温度升高使胎体的脆性增大，在井下工作过程中胎体抵抗震动、碰撞等的能力减弱，在裂隙不均质地层中容易使胎体成块状裂脱。最好的办法是在胎体中添加适量的低强度差质量的细颗粒金刚石作为辅磨料用以增强胎体的耐磨性和抗高温红硬性，一般不起切削破岩的作用。

测试主要有哪些方面去测试，性能测试用什么去测试好

按API规定常检测的钻井液性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、Ph值、碱度、含沙量、固相含量、膨润土含量、和滤液中各种离子浓度等。一、 钻井液密度
钻井液的密度是指单位体积钻井液的质量，常用g/cm3
二、 钻井液的流变性
钻井液的流变性是指钻井液流动和变形的特性。参数：塑性粘度、动切力、漏斗粘度、表观粘度和静切力等钻井液的重要的流变参数。
三、 钻井液的造壁性
在钻井过程中，当钻头钻过渗透性地层时，由于钻井液的液柱压力一般总是大于地层孔隙压力，在压差作用下，钻井液的液体便会渗入地层，这种特性常称为钻井液的滤失性。在液体发生层滤的同时，钻井液中的固相颗粒会附着并沉积在井壁上形成一层泥饼。
四、 钻井液的PH值
用钻井液的PH值表示钻井液滤液的酸碱性。
五、 钻井液的含沙量
钻井液的含沙量是指钻井液中不能通过200目筛网，及粒径大于74μm的沙粒占钻井液总体积的百分数。
六、 钻井液的固相含量
钻井液的固相含量通常用钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示。

φPDC钻头台架试验结果分析

(一)室内台架试验

时间:2010年11月8日～11月13日。

地点:湖北地大金石地质工具有限公司钻进试验台(图3－25)。所用设备为批量生产的XY－2型钻机。试验台把钻机架高了，试验用岩块可从下部推入。循环介质为清水。

试验钻头:用中国复合片+乌克兰工艺制造的75mmPDC取心钻头和用乌克兰复合片+乌克兰工艺制造的75mmPDC取心钻头(参见图3－24)。

试验岩样:共试验了两种岩石，如图3－26所示，编号分别为岩1与岩2。

图3－25 钻进试验台

图3－26 用于台架试验的两种硬岩岩块

(二)所钻岩石的矿物鉴定结果

委托中国地质大学(武汉)岩矿鉴定中心对所钻岩石进行了薄片分析，其矿物成分的电子显微镜照片见图3－27。

图3－27 电镜薄片分析结果

经专家确认，岩1为中粒—细粒似斑状白云母斜长花岗岩。其中，似斑晶:斜长石，自形，有绢云母化现象，粒径2.5mm，20%;石英:圆形，粒径2.5mm，20%;基质:斜长石:聚片双晶发育，粒径0.3～1mm，35%;白云母:片状，平行消光，解理发育，粒径0.8～1.2mm，25%;结构构造:似斑状结构，块状构造。岩2为粗—中粒黑云母二长花岗岩。其中，矿物成分:斜长石聚片双晶发育，板状，部分碳酸岩化，粒径0.7mm～2.5mm，30%;钾长石板状，具条纹构造，粒径1.7～6.25mm，35%;黑云母片状，平行消光，解理发育，单偏光下呈褐色，10%;石英文形，25%;结构构造:具二长结构，块状构造。

(三)所钻岩石类别的测试结果

1.按岩石的压入硬度分级

按照测试要求，首先对台架试验中取出的岩心进行切断、端面磨平、抛光。做压入硬度试验时，每组岩样上下端面各取5个测试点。有部分岩样在压入过程中出现了局部碎裂的情况，但不影响测试结果。压入硬度计及测试岩样的情况见图3－28。

图3－28 岩石测试用的压入硬度计(左)及测试后岩样的破坏情况(右)

计算岩石压入硬度Hy的公式如式(3－21)所示:

人造金刚石超硬材料在钻探中的应用

式中:Hy为岩石的压入硬度，MPa;F为岩样在压头作用下发生局部破坏时的轴向载荷，F=kPySy，N;S0为压头底面积，m2;Py为油压表的读数，kg/cm2;Sy为油缸活塞面积，m2;k为量纲换算系数。

由计算出的压入硬度值Hy，通过查表3－17，可确定岩石的可钻性等级，见表3－18。

表3－17 岩石按压入硬度值的可钻性分级表

表3－18 所钻岩块的压入硬度测试值及其可钻性级别划分

也就是说，按照国际钻探界通用的压入硬度分级标准，用于台架试验的两种岩块均为硬岩。其中岩1(中粒—细粒似斑状白云母斜长花岗岩)的可钻性为Ⅷ级，岩2(粗—中粒黑云母二长花岗岩)的可钻性为Ⅶ级。这两种岩石在以前国内的岩心钻探实践中很少用PDC钻头去钻进，而且是效率很低的钻探对象。

2.按岩石的单轴抗压强度分级

在单向压缩(即没有围压)条件下，岩样的单轴抗压强度也是反映其基本力学性质的重要参数。岩石的单轴抗压强度是岩样在单轴受力条件下整体破坏时的总压力与岩样截面面积之比。

委托中国地质大学(武汉)力学实验室进行了所钻岩样的单轴抗压强度测试，试验设备为WE－1000B型液压万能试验机。首先把岩样加工成高度和直径比为1～2的圆柱体，每组测两个样，取其平均值。对于高径比不等于2的圆柱样品，应按下式对试验结果进行修正:

人造金刚石超硬材料在钻探中的应用

式中:σ为高径比为2的条件下(H/D=2)试样抗压强度，MPa;σc为非标准试样条件下的抗压强度，MPa;D，H分别为非标准试样的直径和高度，mm。

按计算的岩石单轴抗压强度值查地层分类表3－19对岩石软硬程度进行分析，结果如表3－20所示。也就是说，按照单轴抗压强度分类标准，用于台架试验的两种岩块均为坚硬岩石。这从另外一个侧面反映了用PDC钻头钻进它的难度。

表3－19 按抗压强度对地层进行分类

表3－20 岩石单轴抗压强度测试结果以及岩性

(四)室内台架试验结果分析

试验目的:用中方和乌方复合片制造的№1、№2钻头在中粒—细粒似斑状白云母斜长花岗岩(岩1)和粗—中粒黑云母二长花岗岩(岩2)中的钻进情况，比较中国、乌克兰两国复合片的性能，检验乌方的焊接工艺及其保径超硬材料的保径效果。

1.在中粒—细粒似斑状白云母斜长花岗岩(岩1)中的钻进情况

由于每只钻头在硬岩钻进台架试验中总的进尺量较少，约6～7m，钻头的复合片、内外保径部分的磨损量非常小，可忽略不计。

试验的实测数据如表3－21与图3－29所示。

表3－21 №1、№2PDC钻头在中粒—细粒似斑状白云母斜长花岗岩中的试验效果

图3－29 №1和№2钻头在岩块1中的平均机械钻速柱状图

2.在粗—中粒黑云母二长花岗岩(岩2)中的钻进情况

试验的实测数据如表3－22与图3－30所示。

表3－22 №1、№2PDC钻头在粗—中粒黑云母二长花岗岩中的试验效果

图3－30 №1和№2钻头在岩样2中的平均机械钻速柱状图

3.两种PDC钻头的台架试验效果分析

由上述试验数据表格和柱状图，可得出以下结论:

(1)无论是№1钻头还是№2钻头，都存在着随钻压、转速增大，机械钻速增大的规律。对于岩样1，在钻压为7.5kN时，随着转速增至456r/min，机械钻速增幅最大，№1钻头(中方复合片)达14.73m/h，№2钻头(乌方复合片)为7.42m/h。对于岩样2，在钻压5.0kN，转速为456r/min时，№1钻头机械钻速最大，达10.66m/h;而在钻压7.5kN，转速为456r/min时，№2钻头机械钻速最大，达6.54m/h。台架试验的结果表明，PDC钻头可以正常钻进Ⅶ～Ⅷ级的硬岩石，并取得很好的钻进效果。从而摆脱以前认为PDC钻头只能钻进中软—中硬岩石的误区。

(2)在较低的规程参数组合下，例如，对于75mm的PDC取心钻头，在钻压低于5.0kN，转速低于300r/min条件下，无论是№1钻头还是№2钻头的钻进效率基本上相差不大，都处于较低的水平。而取较高的规程参数组合，在钻压大于5.0kN，转速高于300r/min条件下，机械钻速迅速增大。由此可以得出两条结论，一是PDC取心钻头可以在比孕镶金刚石钻头更低的规程参数组合下，实现硬岩正常钻进;二是对于75mm的PDC钻头的规程参数组合，钻压不能低于5.0kN，转速不能低于300r/min。

(3)在中粒—细粒似斑状白云母斜长花岗岩(岩1)和粗—中粒黑云母二长花岗岩(岩2)两种Ⅶ～Ⅷ级硬岩中，№1钻头都明显比№2钻头效率高，表明中方复合片的性能不亚于乌方复合片，而且价格更便宜，主要应解决复合片的低温焊接工艺。

(4)在整个试验过程中，两种钻头的PDC片均未发现磨损和掉齿现象，表明乌方焊接工艺优良。№1、№2PDC钻头的复合片、内外保径部分的磨损量非常小(图3－31)。由于试验进尺较短，从而无法验证两种钻头在使用寿命上有何差别。

图3－31 №1、№2钻头的磨损情况

由于PDC钻头不宜钻进裂隙性岩石，而在台架试验后一时没有找到合适的野外生产试验钻孔(既是Ⅶ级左右的硬岩，又是完整无裂隙性岩石)，所以生产试验工作拖后了，在本章完稿之前尚未完成PDC钻头野外生产试验数据的整理，所以暂缺生产试验的资料与效果分析。

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