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        鉆頭材料修復的研究進展

        2015-10-13 21:30:55于磊
        山東工業(yè)技術 2015年20期
        關鍵詞:再制造修復

        于磊

        摘要:本文首先分析了常規(guī)PDC鉆頭磨損、損壞的原因,然后詳細介紹了PDC鉆頭修復的一般工藝技術,最后指出了PDC鉆頭修復的一些可創(chuàng)新之處、鉆頭修復所要達到的預期目標及今后其發(fā)展方向。

        關鍵詞:PDC鉆頭;修復;再制造

        0引言

        在石油鉆井行業(yè)中,PDC鉆頭(聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱)是一種應用非常廣泛的鉆井工具。PDC鉆頭本身是一體式鉆頭的一種,和其它類型鉆頭相比,比較簡單,其抗沖擊能力、耐磨性以及強度比較出色。這種技術也是20世紀80年代出現(xiàn)的一種新技術。PDC鉆頭主要由鉆頭體、切削齒、噴嘴、保徑面和接頭等組成。根據(jù)鉆體冠部材料的不同,可分類為胎體式和鋼體式兩種。在軟中硬地層中使用金剛石鉆頭優(yōu)點明顯,比如進度較快、工作過程平穩(wěn)、進尺多、井身質量出色、壽命長以及井下作業(yè)過程中事故概率出現(xiàn)低等[1,2]。

        由于夾層較硬會導致鉆頭損壞,在軟巖地層中PDC鉆頭是最早應用的。但是隨著技術發(fā)展以及結構方面的變化,現(xiàn)在的PDC鉆頭已能用在硬巖地層和硬夾層上。隨著PDC鉆頭切削齒質量的不斷提高,PDC鉆頭正越來越多地為各個企業(yè)所用。隨著鉆頭設計和切削齒的改進,PDC鉆頭的可定向性較之以前也隨之提高,這更加削弱了牙輪鉆頭在鉆井中的優(yōu)勢。目前,PDC鉆頭在許多不同地層的應用中越來越多地擠占著牙輪鉆頭的市場[3]。

        1常規(guī)PDC鉆頭損壞的主要原因

        通過對PDC鉆頭進行分析,我們能夠發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)的PDC鉆頭出現(xiàn)損壞原因在于齒柱折斷、復合片掉片或者碎裂等。就這些損壞情況而言,在井下作業(yè)過程中,PDC鉆頭除了受到反作用力和與地層巖石摩擦損耗外,還會受到一些額外作用力的影響,并且導致PDC鉆頭破壞的主要原因也是額外作用力的影響。通過對PDC鉆頭使用情況進行分析和總結,我們可以得出導致PDC鉆頭出現(xiàn)損壞的原因在于下面幾點:

        (1)地層中存在性質堅硬的礫石層,地層的下半部含有厚度不等的礫石層段,PDC 鉆頭進入該段,PDC 齒切削時,經常會產生碎裂、崩片等狀況,是致使鉆頭切削齒在上半部地段損壞的主要原因。

        (2)導致PDC鉆頭掉齒、復合片碎裂的主要原因在于地層中硬夾層比較多。PDC鉆頭從軟地層鉆進到硬夾層中去時,鉆頭接觸到的地層硬度差別比較大,這也會導致切削齒受到的力不夠均勻,很容易導致鉆頭出現(xiàn)憋鉆或者挑鉆的情況,甚至會發(fā)生更嚴重后果。另外,PDC鉆頭基體與PDC鉆頭復合片焊接不牢固,當受到巨大的瞬時作用力時,就造成了復合片破裂、掉片等現(xiàn)象。綜上所述,即使鉆井的參數(shù)一樣,在鉆進硬巖層中去時PDC鉆頭更容易遭到破壞。

        (3)PDC鉆頭水力參數(shù)選擇不當,若是實用PDC鉆頭工作時,選擇的比水功率比較小,便會對復合片清洗和冷卻不徹底,易造成PDC鉆頭泥包和復合片的熱加速磨損。如果比水功率選擇過大,會使噴嘴或者切削齒脫落,甚至噴出的流體沖擊到井底后會直接沖蝕切削齒。

        2常規(guī)PDC鉆頭的修復過程

        (1)鉆頭的初檢:

        (2)鉆頭的初檢和分解拆卸:根據(jù)PDC鉆頭磨損情況和長期的鉆頭修復經驗,將PDC鉆頭磨損情況分門列類,視磨損情況分別處理。分解步驟一般是:先將要修復的胎體PDC鉆頭清洗干凈,然后將清洗后的鉆頭利用中頻加熱設備加熱。當鉆頭體溫被加熱到600℃左右時,取下切削齒,把能夠再次使用的部分放到保溫設備中等待再次使用,對于不能再次使用的需要放到容器中,進行修復或者再制造。除掉切削齒的鉆頭,則需要放在保溫材料中,進行冷卻。

        (3)修復鉆頭體以及切削齒:首先將冷卻的鉆頭體進行噴砂處理(增加鉆頭粘附性),用石墨代替品鑲嵌到齒中,然后采用堆焊的方法進行鉆頭體修復,切削齒的修復與鉆頭體類似。

        (4)鉆頭體與切削齒的焊接:銀釬焊采用中頻感應加熱技術與氧-乙炔堆焊加熱技術相結合的方式。焊接的過程中,需要將焊槍對準焊接孔,進行輔助加熱,確保焊料熔化能夠充分,讓切削齒和孔之間實現(xiàn)完全的吻合,對復合片施加一定的壓力, 使復合片冷卻固定,特別注意,對于再利用的切削齒應該將其磨損部位旋轉到齒穴的側面去。

        (5)保溫及后處理:進行冷卻的主要目的是為了確保焊接強度能夠滿足實際需要,降低其內應力,在鉆頭體堆焊和釬焊之后,需要將鉆頭放在保溫設備中進行保溫處理,保溫時間6~9小時。鉆頭的主體修復后, 可將其裝在機床上, 對其外徑用金剛石砂輪進行再加工,以期得到理想、規(guī)則的尺寸和外形,然后進行出廠檢測。

        (6)修復樣品信息反饋:對于修復的PDC鉆頭進行編號,追蹤反饋鉆頭的使用情況和損壞情況,進行列表分析改進修復工藝[2]。

        3可行的創(chuàng)新點與目標

        (1)在鉆頭修復過程中,改進修復技術,盡量縮短工序,降低生產成本,同時保證鉆頭修復質量,從而提高經濟效益;(2)與使用PDC鉆頭企業(yè)聯(lián)系、溝通,在PDC鉆頭使用過程中及時進行跟蹤調查,在鉆頭出現(xiàn)大的損壞情況前及時發(fā)現(xiàn)(指目前比較好修復的狀況),并進行修復,防止鉆頭損壞嚴重后,增加修復難度和成本,從而幫助企業(yè)降低成本,并且提高鉆頭使用壽命;(3)跟蹤反饋修復后鉆頭的信息,及時改進修復技術,改進生產工藝,提高鉆頭修復工藝;(4)對復合條件的舊鉆頭進行再制造,對于質量好的舊鉆頭可以不僅僅進行簡單的修復,可以進行深加工,再制造,提高其性能,使其能適用于更復雜的地況,提高其自身價值。

        本項目研究的預期目標是希望通過本技術修復的PDC 鉆頭質量與新加工的PDC鉆頭質量無明顯差別,解決PDC 鉆頭的回收及再制造問題,既能滿足生產需要,又將大幅度降低鉆頭成本,使得廢舊材料重新發(fā)揮其應用價值,爭取實現(xiàn)較好的經濟效益。

        參考文獻:

        [1]孔麗麗.胎體PDC鉆頭修復技術的探討[J].工業(yè)技術,2012(11) :49.

        [2]周龍昌等.鋼體PDC鉆頭修復技術之研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2005(9):41-45.

        [3]周龍昌.鋼體PDC鉆頭新型制造工藝研究[J].石油礦場機械, 2004.33(05):105-107.endprint

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