第一節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
在過去的幾年間，PDC鉆頭的質(zhì)量和類型都發(fā)生了巨大的變化，在不斷的改進(jìn)和進(jìn)步。如果將20世紀(jì)80年代的齒與當(dāng)今的齒進(jìn)行比較的話，差異是相當(dāng)大的。由于混合工藝與制造工藝的變化，當(dāng)今的PDC鉆頭的質(zhì)量性能要好得多，使鉆頭的抗沖蝕以及抗沖擊能力都大為提高。
除了材料和制造工藝方面的發(fā)展以外，PDC產(chǎn)品在齒的設(shè)計(jì)技術(shù)和布齒方面也實(shí)現(xiàn)了重大的突破?，F(xiàn)在，PDC產(chǎn)品已可被用于以前所不能應(yīng)用的地區(qū)，如更硬、磨蝕性更強(qiáng)和多變的地層。這種向新領(lǐng)域中的擴(kuò)展，對(duì)金剛石（固定切削齒）鉆頭和牙輪鉆頭之間的平衡發(fā)生了很大的影響。
國家相應(yīng)的 研究 人員將碳化鎢基片與人造金剛石之間的界面進(jìn)行了優(yōu)化，以提高PDC鉆頭的韌性。PDC鉆頭質(zhì)量和性能的不斷更新和提高，促使其在不同的領(lǐng)域中使用和推廣，在更多的領(lǐng)域中展現(xiàn)重要的價(jià)值。層狀金剛石工藝方面的革新也被用于提高產(chǎn)品的抗磨蝕性和熱穩(wěn)定性。
最初，PDC鉆頭只能被用于軟頁巖地層中，原因是硬的夾層會(huì)損壞鉆頭。但由于新技術(shù)的出現(xiàn)以及結(jié)構(gòu)的變化，目前PDC鉆頭已能夠用于鉆硬夾層和長段的硬巖地層了。PDC鉆頭正越來越多地為人們所選用，特別是隨著PDC齒質(zhì)量的不斷提高，這種情況越發(fā)凸顯。
由于鉆頭設(shè)計(jì)和齒的改進(jìn)，PDC鉆頭的可定向性也隨之提高，這進(jìn)一步削弱了過去在馬達(dá)鉆井中牙輪鉆頭的優(yōu)勢。目前，PDC鉆頭每天都在許多地層的鉆井應(yīng)用中排擠掉牙輪鉆頭的市場。
PDC鉆頭的研制和 研究 工藝在不斷的進(jìn)步，保證在使用中展現(xiàn)重要的作用和價(jià)值。PDC鉆頭的工藝一直在不斷的取得重要的突破和進(jìn)步，保證在不同的地層中使用，提高工作的使用效率。
第二節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)或流程
PDC鉆頭的生產(chǎn)工藝過程：
1、PDC鉆頭設(shè)計(jì)
1）PDC鉆頭的設(shè)計(jì)主要考慮
（1）鉆頭種類：胎體鉆頭、鋼體鉆頭
胎體鉆頭的鉆頭體用鑄造碳化鎢粉燒結(jié)而成，燒結(jié)時(shí)在鉆頭工作面上留下窩槽，再將復(fù)合片直接焊接在窩槽上。
鋼體鉆頭的鉆頭體用整塊合金鋼通過機(jī)械加工而成，這種鉆頭將復(fù)合片焊接在碳化鎢材料齒柱上制成切削齒，再將切削齒鑲嵌在鉆頭體上，保徑部位也是將金剛石塊或其他耐磨材料鑲嵌在鉆頭體上，為防止沖蝕，可在鉆頭工作面上噴涂一層耐磨材料。
（2）鉆頭冠部（工作面）的幾何形狀。PDC鉆頭冠部的幾何形狀影響鉆頭的穩(wěn)定性、井底清洗、鉆頭各部位載荷分布。鉆頭工作面形狀一般包括內(nèi)錐、頂部、側(cè)面、肩部以及保徑五個(gè)基本要素。
內(nèi)錐：內(nèi)錐對(duì)鉆頭起導(dǎo)向和穩(wěn)定作用，如果需要較高鉆速、較好的鉆井液流動(dòng)控制能力，則內(nèi)錐應(yīng)為淺內(nèi)錐，錐角較大（110度～160度）；如果要求突出鉆頭穩(wěn)定性、提高井斜控制能力，則應(yīng)為淺內(nèi)錐，錐角較?。?0度～100度）。
鉆頭頂部是鉆頭的最低點(diǎn)，鉆進(jìn)中最先吃入地層，由于地層變化而意外受損的可能性最大。如果地層較硬或存在硬夾層，則應(yīng)選較大半徑，較寬的頂部結(jié)構(gòu)；為了提高鉆頭吃入地層的能力，應(yīng)選擇較小半徑的頂部結(jié)構(gòu)。
側(cè)面：側(cè)面部分的剖面線有直線和弧線兩種，采用直線方式時(shí)頂部和側(cè)部較尖，吃入性好，切削效率較高；弧線方式常用在高轉(zhuǎn)速或高耐磨性情況下。
保徑：保徑部位除保證鉆頭直徑外還對(duì)鉆頭的穩(wěn)定性起很大作用，可以增長保徑來控制鉆頭的井斜控制能力；反之，對(duì)于造斜用鉆頭則應(yīng)縮短保徑長度。
（3）水利結(jié)構(gòu)、切削齒的分布
PDC鉆頭采用水眼或噴嘴供給鉆井液，通過切削齒的排列分配鉆井液的方式保證切削齒的清洗、冷卻和潤滑。PDC鉆頭有刮刀式、單齒式及組合式三種排列及分布方式。
刮刀式布齒的PDC鉆頭，具有整體強(qiáng)度高、抗沖擊力強(qiáng)、易于清洗和冷卻、排屑好、抗泥包能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在粘性或軟地層中應(yīng)用這種布齒方式的鉆頭。
單齒式布齒方式布齒區(qū)域大，布齒密度高，可以提高鉆頭的使用壽命。但水力控制能力低，容易在粘性地層泥包。
組合式切削齒的布齒采用直線刮刀式和單齒式相結(jié)合的方式在適當(dāng)?shù)牡胤讲贾盟刍驀娮?，這種布齒方式是具有較好的清洗、冷卻和排屑能力，布齒密度較高。這種布齒方式的鉆頭多用于中、硬度地層。
鉆頭布齒密度應(yīng)視所鉆地層和鉆井條件而定。目前很多廠家針對(duì)特殊地層已研制出了雙排齒鉆頭。布齒數(shù)量越多，各個(gè)齒承擔(dān)的切削載荷越低，鉆頭壽命越長。但機(jī)械鉆速也相應(yīng)降低。對(duì)于深井、海洋鉆井、研磨性較強(qiáng)的地層用的PDC鉆頭，布齒密度應(yīng)高一些，對(duì)于軟地層、中深井等，布齒密度應(yīng)低一些。
（4）切削齒工作角
復(fù)合片在鉆頭上安裝時(shí)，具有后傾角α和側(cè)傾角β如圖十。后傾角可以減少齒在工作時(shí)的震動(dòng)，延長使用壽命。后傾角一般在10°～30°范圍內(nèi)。側(cè)傾角的作用是使切削齒在切削地層時(shí)對(duì)齒前切削產(chǎn)生側(cè)向推力，使巖屑向鉆頭外緣移動(dòng)以利排除巖屑。
2、PDC鉆頭的制造
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制作模具、配料、燒結(jié)、焊接、清理、檢驗(yàn)出廠。
第三節(jié) 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 分析
近幾年鉆井 行業(yè) 迅猛發(fā)展，對(duì)鉆井的各種設(shè)備和工具需要嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，保證鉆井的質(zhì)量和速度，需要鉆井設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)提高鉆頭的質(zhì)量和性能，對(duì)鉆頭性能的要求越來越高，給鉆頭 行業(yè) 帶來了新的課題和方向。
目前，國內(nèi)鉆頭廠家至今沒有一套完整的PDC鉆頭計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，對(duì)鉆頭的設(shè)計(jì)和選型只停留在經(jīng)驗(yàn)階段。我國的技術(shù)仍然比較落后，需要進(jìn)一步的改進(jìn)和提高，滿足中國國內(nèi)的PDC鉆頭的使用要求和需求，研制新型的計(jì)算機(jī)信息輔助系統(tǒng)，在鉆頭的設(shè)計(jì)和制作中發(fā)揮重要的作用和價(jià)值。
由于鉆井 行業(yè) 中新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，PDC鉆頭產(chǎn)品質(zhì)量的競爭已成為高科技手段競爭，許多國外的廠家利用先進(jìn)的技術(shù)制作鉆頭，但是鉆頭的質(zhì)量無法正常的保證，不能滿足用戶的使用和推廣，無法在施工中發(fā)揮重要的作用。在大量的鉆頭使用數(shù)據(jù)面前，單靠手工 分析 整理是無法與快速反應(yīng)的市場相適應(yīng)的。許多鉆頭公司、鉆頭廠與多個(gè)高校聯(lián)合開發(fā)了PDC鉆頭計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立大大提高了PDC鉆頭設(shè)計(jì)周期和選型工藝，生產(chǎn)和研制的鉆頭可以使用在不同的領(lǐng)域和 行業(yè) 中，針對(duì)不同地層的適應(yīng)性和產(chǎn)品快速反應(yīng)能力大大提高，深受用戶好評(píng)。
PDC鉆頭計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)分為兩大部分?；A(chǔ)部分是PDC鉆頭選型系統(tǒng)，該部分以數(shù)據(jù)處理為主，根據(jù)大量的鉆井地質(zhì)資料來選擇針對(duì)性鉆頭并推薦新產(chǎn)品的基本參數(shù)；第二部分為PDC鉆頭CAD／CAE／CAM一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)選型推薦的基本數(shù)據(jù)對(duì)鉆頭產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、 分析 和加工。通過兩部分的結(jié)合使PDC鉆頭產(chǎn)品的研發(fā)規(guī)范、科學(xué)化，使PDC鉆頭的針對(duì)性設(shè)計(jì)成功率大幅提高。
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