低温氮、磁化综合处理钻头使用性能提高的X射线和电子显微技术分析研究
|
摘要
在地质钻探和石油钻井中,钻头都是非常重要的钻进工具。其技术特性,特别是硬度和耐磨性与钻探的技术经济指标,即与机械钻速、钻头进尺和每米钻探成本直接相关。为了提高钻头的工作性能,俄罗斯南方国立技术大学提出了综合低温淬火、磁化回火处理钻头的方法。经过综合处理后,钻头体、复合片底座和钎焊层的硬度分别提高了30%、3%和22%。野外钻进试验结果表明,经过低温液态氮和磁化综合处理的与未经综合处理的钻头相比,每次试验钻头进尺都有提高,总体上钻头进尺提高了22.2%,取得了很好的钻进效果。并对取得的效果进行了X射线和显微技术分析。
In geological drilling and petroleum drilling, the bit is a very important drilling tool. Its technical characteristics, particularly its hardness and wear-resistance, is related directly to drilling technical and economical index, i.e. penetration rate, bit footage and drilling cost per meter. In order to improve performance of the bit, South Russian State Technical University has proposed and tested cryogenic nitrogen and magnetization integrative treatment method for the bit. The hardness of the bit body, base of PDC and the solder layer were improved by 30%, 3% and 22% respectively. The field testing results show that the penetration rates of the bit with the treatment of cryogenic nitrogen and magnetization were improved than those of the normal one in each test, and the penetration rate of this type bit increased by overall 22.2%, achieving good results. Meanwhile, the obtained results were analyzed with X-ray diffraction and electronic microscopic technology.
In geological drilling and petroleum drilling, the bit is a very important drilling tool. Its technical characteristics, particularly its hardness and wear-resistance, is related directly to drilling technical and economical index, i.e. penetration rate, bit footage and drilling cost per meter. In order to improve performance of the bit, South Russian State Technical University has proposed and tested cryogenic nitrogen and magnetization integrative treatment method for the bit. The hardness of the bit body, base of PDC and the solder layer were improved by 30%, 3% and 22% respectively. The field testing results show that the penetration rates of the bit with the treatment of cryogenic nitrogen and magnetization were improved than those of the normal one in each test, and the penetration rate of this type bit increased by overall 22.2%, achieving good results. Meanwhile, the obtained results were analyzed with X-ray diffraction and electronic microscopic technology.
引文
[1] 朱恒银,王强,杨展,等.深部地质钻探金刚石钻头研究与应用[M].湖北武汉:中国地质大学出版社,2014. ZHU Hengying, WANG Qiang, YANG Zhan, et al. Research and application of diamond bit for deep geological drilling[M]. Wuhan Hubei: China University of Geosciences Press, 2014.
[2] 朱恒银,王强,杨凯华,等.深部岩心钻探技术与管理[M].北京:地质出版社,2014. ZHU Hengyin, WANG Qiang, YANG Kaihua, et al. Deep core drilling technology and management[M]. Beijing: Geological Publishing House,2014.
[3] 段隆臣,潘秉锁,方小红.金刚石工具的设计与制造[M].湖北武汉:中国地质大学出版社,2012. DUAN Longchen, PAN Bingsuo, FANG Xiaohong. Design and manufacture of diamond tools [M]. Wuhan Hubei: China University of Geosciences Press,2012.
[4] 汤凤林,Чихоткин В.Ф.,彭莉,等.关于金刚石钻头胎体硬度分布的试验研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2015,42(9):65-71. TANG Fenglin, CHIKHOTKIN V.F., PENG Li, et al. Experimental research on matrix hardness of impregnated diamond bit[J]. Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling), 2015,42(9):65-71.
[5] 汤凤林,彭莉,Чихоткин В.Ф.,等.关于提高金刚石钻头胎体耐磨性的试验研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(1):7-13. TANG Fenglin, PENG Li, CHIKHOTKIN V.F., et al. Experimental research on matrix wear resistance (matrix hardness) of impregnated diamond bit[J]. Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling), 206,43(1):7-13.
[6] Кубасов В.В.Повышение эффективности бурения геологоразведочных скважин в твердых породах путем модернизации матриц алмазного породоразрушающего инструмента[D]. Московский государственный геологоразведочный университет, 2015.
[7] Г.П.Богатырева и др. Оценка перспективности структурирования металломатричных алмазных буровых коронок наноалмазами[C],Сборник научных трудов,Киев, 2011:97-102.
[8] Скоромных В.В. и др.Разработка и экспериментальные исследования особенностей работы алмазной коронки для бурения в твердых анизотропных породах[J]. Известия Томского политехнического университета, 2015,326(4):30-40.
[9] КубасовВ.В.Будюков Ю.Е.,Спирин В.И,Повышение работоспособности алмазных коронок криогенной обработки[C]. Приоритетные направления развития науки и технологий:тезисы докладовⅤⅢнаучно-технической конференции Тула :Изд.-ство 《Инновационные технологии》,2013.:45-50.
[10] Будюков Ю.Е.,КубасовВ.В.СпиринВ.И,Характер износа алмазной коронки[C]. Приоритетные направления развития науки и технологий:тезисы докладовⅩⅤⅡнаучно-технической конференции Тула :Изд.-ство 《Инновационные технологии》, 2015.:89-92.
[11] Кубасов В.В.Исследование износа алмазнцх коронок[J]. Горный информвционно-аналитический бюллетень(научно-аналитический журнал), 2015,4:6-11.
[12] Третьяк А.А., Савенок О.В., Литкевич Ю.Ф.и др. Способ упрочнения буровых коронок,армированныхх АТП:Россия,RU2566523[P]. 2014-01-20.
[13] Третьяк А.А. Теоретическое обоснование, разработка констрктиных парпметров и техгологии бурения скважин коронками, армированными алмазно-твердосплавными пластинами[D]. ЮРГТУ, Новчеркасск, 2017.
[14] Третьяк А.А. Разработка современных конструкций коронок, армированных алмазно-твердосплавными пластинами и технология их использования[D]. ЮРГТУ, Новчеркасск, 2012.
[15] Третьяк А.А.и др.Определение рациональных значений рабочих углов армирующих элементов буровых коронок режущего типа [J]. Ntftegaz, 2016,(10):29-33.
[16] Третьяк А.А.и др.Буровые коронки армированные алмазно-твердосплавными пластинами[M]. Новчеркасск: Издательство《Политехник》, 2015.
[17] Третьяк А.А.и др. Конструкция буровых коронок армированныеалмазно-твердосплавными пластинами с учетом схемы разрушения забоя скважины[ J]. Строительство нефтяных и газовых скважин на море и суше, 2015,(6):9-12.
[18] Кубасов В.В.и др. Новые технологии повышения работоспособности алмазного породщразрушающего инструмента[ J]. 《ЭкономикаⅩⅩⅠвека. инновации,инвестиции, образование》, 2013,(5):50-53.
[19] Третьяк А.А. Техногогия бурения скважин коронками, армированными алмазно-твердосплавными пластинами[M]. Издательство《Политехник》, Новчеркасск, 2016.
[20] 李树棠.金属X射线衍射与电子显微分析技术[M].北京:冶金工业出版社,1985. LI Shutang. X-ray diffraction and electron microscopic analysis of metals[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1985.
[21] 晋勇,孙小松,薛屺. X射线衍射分析技术[M].北京:国防工业出版社,2008. JIN Yong, SUN Xiaosong, XUE Qi. X-ray diffraction analysis technique[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2008.
[22] 杨福家.原子物理学[M].北京:高等教育出版社,2003. YANG Fujia. Atomic physics[M]. Beijing: Higher Education Press, 2003.
[2] 朱恒银,王强,杨凯华,等.深部岩心钻探技术与管理[M].北京:地质出版社,2014. ZHU Hengyin, WANG Qiang, YANG Kaihua, et al. Deep core drilling technology and management[M]. Beijing: Geological Publishing House,2014.
[3] 段隆臣,潘秉锁,方小红.金刚石工具的设计与制造[M].湖北武汉:中国地质大学出版社,2012. DUAN Longchen, PAN Bingsuo, FANG Xiaohong. Design and manufacture of diamond tools [M]. Wuhan Hubei: China University of Geosciences Press,2012.
[4] 汤凤林,Чихоткин В.Ф.,彭莉,等.关于金刚石钻头胎体硬度分布的试验研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2015,42(9):65-71. TANG Fenglin, CHIKHOTKIN V.F., PENG Li, et al. Experimental research on matrix hardness of impregnated diamond bit[J]. Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling), 2015,42(9):65-71.
[5] 汤凤林,彭莉,Чихоткин В.Ф.,等.关于提高金刚石钻头胎体耐磨性的试验研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(1):7-13. TANG Fenglin, PENG Li, CHIKHOTKIN V.F., et al. Experimental research on matrix wear resistance (matrix hardness) of impregnated diamond bit[J]. Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling), 206,43(1):7-13.
[6] Кубасов В.В.Повышение эффективности бурения геологоразведочных скважин в твердых породах путем модернизации матриц алмазного породоразрушающего инструмента[D]. Московский государственный геологоразведочный университет, 2015.
[7] Г.П.Богатырева и др. Оценка перспективности структурирования металломатричных алмазных буровых коронок наноалмазами[C],Сборник научных трудов,Киев, 2011:97-102.
[8] Скоромных В.В. и др.Разработка и экспериментальные исследования особенностей работы алмазной коронки для бурения в твердых анизотропных породах[J]. Известия Томского политехнического университета, 2015,326(4):30-40.
[9] КубасовВ.В.Будюков Ю.Е.,Спирин В.И,Повышение работоспособности алмазных коронок криогенной обработки[C]. Приоритетные направления развития науки и технологий:тезисы докладовⅤⅢнаучно-технической конференции Тула :Изд.-ство 《Инновационные технологии》,2013.:45-50.
[10] Будюков Ю.Е.,КубасовВ.В.СпиринВ.И,Характер износа алмазной коронки[C]. Приоритетные направления развития науки и технологий:тезисы докладовⅩⅤⅡнаучно-технической конференции Тула :Изд.-ство 《Инновационные технологии》, 2015.:89-92.
[11] Кубасов В.В.Исследование износа алмазнцх коронок[J]. Горный информвционно-аналитический бюллетень(научно-аналитический журнал), 2015,4:6-11.
[12] Третьяк А.А., Савенок О.В., Литкевич Ю.Ф.и др. Способ упрочнения буровых коронок,армированныхх АТП:Россия,RU2566523[P]. 2014-01-20.
[13] Третьяк А.А. Теоретическое обоснование, разработка констрктиных парпметров и техгологии бурения скважин коронками, армированными алмазно-твердосплавными пластинами[D]. ЮРГТУ, Новчеркасск, 2017.
[14] Третьяк А.А. Разработка современных конструкций коронок, армированных алмазно-твердосплавными пластинами и технология их использования[D]. ЮРГТУ, Новчеркасск, 2012.
[15] Третьяк А.А.и др.Определение рациональных значений рабочих углов армирующих элементов буровых коронок режущего типа [J]. Ntftegaz, 2016,(10):29-33.
[16] Третьяк А.А.и др.Буровые коронки армированные алмазно-твердосплавными пластинами[M]. Новчеркасск: Издательство《Политехник》, 2015.
[17] Третьяк А.А.и др. Конструкция буровых коронок армированныеалмазно-твердосплавными пластинами с учетом схемы разрушения забоя скважины[ J]. Строительство нефтяных и газовых скважин на море и суше, 2015,(6):9-12.
[18] Кубасов В.В.и др. Новые технологии повышения работоспособности алмазного породщразрушающего инструмента[ J]. 《ЭкономикаⅩⅩⅠвека. инновации,инвестиции, образование》, 2013,(5):50-53.
[19] Третьяк А.А. Техногогия бурения скважин коронками, армированными алмазно-твердосплавными пластинами[M]. Издательство《Политехник》, Новчеркасск, 2016.
[20] 李树棠.金属X射线衍射与电子显微分析技术[M].北京:冶金工业出版社,1985. LI Shutang. X-ray diffraction and electron microscopic analysis of metals[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1985.
[21] 晋勇,孙小松,薛屺. X射线衍射分析技术[M].北京:国防工业出版社,2008. JIN Yong, SUN Xiaosong, XUE Qi. X-ray diffraction analysis technique[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2008.
[22] 杨福家.原子物理学[M].北京:高等教育出版社,2003. YANG Fujia. Atomic physics[M]. Beijing: Higher Education Press, 2003.