PDC钻头胎体性能研究

随着ＰＤＣ钻头结构的变化以及质量的提高，ＰＤＣ钻头对地层的适用范围也在不断扩大，在石油勘探开发中发挥了新的优势，已成为不可替代的重要钻井工具之一。

尤其是焊片式胎体ＰＤＣ钻头，它通过模具可以一次成型，制造出结构形状复杂的钻头，不受齿柱式布齿受限的影响，具有钻头基体耐冲蚀、抗高压、使用寿命长的特点，因此受到了用户的认可。

为了发挥胎体ＰＤＣ钻头的特长，必须保证钻头胎体有足够的强度和冲击韧性，防止正常使用中受到破坏，保证使用安全，所以针对钻头结构特点，开展了钻头胎体性能方面的试验研究。

胎体ＰＤＣ钻头从结构上分主要有两种：一种是西瓜皮型的齿柱式，一种是刀翼型的焊片式ＰＤＣ钻头。

目前，市场上主要以刀翼型的胎体ＰＤＣ钻头为主，因为刀翼型有较大的排屑空间能及时排屑，防止钻进中重复破碎，对提高钻速起到了明显作用。

国内外的ＰＤＣ钻头生产厂家也基本是刀翼形式，因此刀翼型的ＰＤＣ钻头具有结构简单、钻速快等特点，所以被广泛采用。

刀翼型ＰＤＣ钻头在钻进过程中施加的钻压集中在几个刀翼上，刀翼的受力与金刚石胎体表镶或孕镶钻头、齿柱式西瓜皮钻头有很大的区别，主要表现在钻头结构整体受力和刀翼的局部受力分布上。

在钻压和扭转力的联合作用下，保证刀翼不会断裂，胎体和钢体结合牢固，除机械加强外，要求胎体具有较高的综合强度才能满足这种刀翼结构。

根据多年的经验和现场验证，胎体ＰＤＣ钻头结构不同、刀翼的长短不同，对胎体性能要求也有所不同。

对胎体钻头而言，钻头设计不仅是结构设计，还应包括胎体性能及工艺方面的设计。

因此，设计再好的钻头结构必须由胎体材料性能来保证，二者是相辅相成的，单一的要求都是偏面的。

所以，开展对钻头胎体配方、性能方面的试验研究是实施钻头设计思想、保证钻头质量的关键。

胎体是由骨架料和浸渍合金经烧结而形成的统一体。

骨架料是由不同粒度的粉末冶金组成，而浸渍合金也是由不同的铜基焊料成份所组成。

胎体的性能取决于骨架料和浸渍合金的选择。

同样的骨架料，使用不同的浸渍合金会得到不同的胎体性能，反之同样的浸渍合金、不同的骨架料也会得到不同的胎体性能。

２００３年～２００４年间，我们重点做了７种骨架料的配方试验，其试验情况如下：骨架料配方１、２、３、４、５、６、新４，７种骨架料主要以不同粒度的ＷＣ＼ＷＣ和其它金属所组成的。

浸渍合金：７种骨架料的浸渍合金为２或５１６焊料。

试样的规格尺寸：抗弯试验试块：５×５×４０ｍｍ；冲击试验试块：１０×８×５５ｍｍ。

第一批烧结试块配方有：１、２、３、４、５，焊料均为２。

从烧结性能看，每套模具六块中，保证４块至５块的烧结成功率。

第二批试验骨架料配方为３、５、６，主要针对不同镍粉生产厂家和不同焊料进行对比，验证镍粉不同生产厂家对胎体性能和烧结过程的影响。

验证同配方、不同焊料对胎体性能的影响。

通过烧结，发现３配方烧结正常，浸渍良好，５、６配方烧结时涨力很大，排气不畅，模具涨裂。

反复烧结几次，解决了排气问题，才烧结成功。

第三批试验骨架料配方为新４、５、６，焊料均为２，在第二批烧结实验的基础上，解决了排气问题，烧结成功。

１－６配方胎体性能测试见表１：
从测试表看出，均为２焊料的１－６骨架料配方中，抗弯、冲击
强度最高的是５、６、３，其次为４、２、新４配方，强度最低的为１配方。

１、２和４配方中，主要骨架成分有明显的区别，３、５、
６配方接近，只是镍含量不同。

使用５１６焊料的３、５配方中，强度最低。

试验、测试综合分析初步认为有以下几方面。

（１）同种骨架料配方，同种焊料分批烧出的试块，性能检测数据有出入，而且同一模具烧出的试块性能也不尽相同。

只要符合规律和趋势变化，即是达到了试验目的，如５、６配方。

因此几次的试验结果趋势是一致的。

（２）镍粉的生产厂家不同，从试验数据看，没有明显的差别，误差在２％以内。

（３）不同焊料配同种骨架料配方，对强度影响很大。

如３、５配方分别以２＃和５１６焊料烧结，５１６焊料烧结的试块强度（抗弯、冲击）低很多，有明显的差别。

５１６焊料显示脆性。

可能由于胎体烧结后的冷却工艺不同，对强度有影响，现无实际钻头取样，无法验证。

通过以上三批的试验、测试、分析，得出以下规律：
（１）骨架料的密度大，胎体密度就大，胎体硬度高。

同时，胎体的密度随骨架料密度的增加而增加。

胎体的密度与骨架料的主要成分以及粒度的大小有直接关系。

（２）镍粉能提高强度，综合性能较好。

强度随镍粉含量的增加而提高。

但不是越高越好，镍粉超过一定含量，强度是提高了，而硬度却降低。

另外，镍粉含量增加，烧结过程涨力大，含气量大，容易造成模具涨裂。

如５、６配方试验时，存在明显的不易烧结的现象。

（３）胎体的耐磨性、耐冲蚀性与胎体的硬度有关。

硬度高，胎体的耐磨性、耐冲蚀性就好。

胎体配方的确定原则：首先应保证钻头井下使用安全，胎体与钢体有足够的连接强度；二是保证不断刀翼，胎体的抗冲击性能好，抗弯强度高；三是胎体的耐冲蚀性、耐磨性好，否则造成复合片的先期脱落。

这三项原则是对胎体性能的基本要求。

对于钻头胎体而言，不仅要求胎体本身的强度，胎体与钢体的连接强度是关键，它直接涉及到井下的使用安全。

对此，我们在钻头钢体的选材上以及钢体与胎体连接部位的结构上作了一些改进。

其改进情况如下：
（１）钢体由３５ＣＭ改为２０钢，因为低碳钢比结构钢与胎体有更好的粘结性能。

（２）钢体与胎体连接部位的结构由圆弧阶梯形改为马牙扣型，增加了钢体对胎体的焊接面，提高了钻头的抗扭强度。

（３）根据钻头外径大小以及刀翼长短，增加了刀１
钻头结构与胎体性能
２
钻头胎体配方试验
３
胎体力学性能检测分析
４
胎体配方选择的确定
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＃２ｒＯ翼（转１５２页）
PDC 钻头胎体性能研究
潘信众
（胜利石油管理局钻井工艺研究院）
摘要关键词通过实际应用的胎体配方和初步选定的配方试验，进行了胎体的物理机械性能测定、分析，找出了规律，选定了配方，为今后改进胎体配方打下了基础。

钻头结构骨架料浸渍金属胎体性能
配方选择表胎体力学性能试验表
１
３．３建立健全学校心理健康教育体系
３．４重视高职教师职业兴趣的培养和人格力量的提升３．５定期开展心理健康教育活动及心理健康讲座３．６通过让学生参加学生会等社团及各种实践活动来培养学生适应社会的能力
以课堂教学、课外教育为主要渠道和基本环节，形成课内外、教育与指导、咨询与自我开导和缓解紧密结合的心理健康教育网络和体系。

充分地利用图书馆和网络资源，多购买一些立志和激励的书籍，在校园网络上开设心理咨询专栏，并且有专人维护和解答学生的心理问题。

另外既要考虑个别心理障碍的学生，更要顾及全体同学的需要，建立以教育为主、医疗补救为辅的高职学生心理健康教育模式；最后形成以心理健康教育专业教师为主导，以学生管理队伍为主体，以学生自我调节和互助为主要形式的教育、教学、管理全面渗透的心理教育服务体系。

首先，职业高校教师能对自己所从事的职业有很清楚的认识，认识到自己是在做一份对社会有很大贡献的职业，使教师热爱职业教育，全身心地投入到职业教育中来，不断提高自身的修养，努力学习职业教育教学的知识，认清职业教育发展的方向。

其次教师要对高职学生的实际情况做细致的分析，从学生的思想上、学习上和生活上去关心他们，体贴学生、尊重学生。

这样就能改变高职学校的教师认为的“学生素质低、学习差、不好教，学生混日子，教师也跟着一起混日子，结果是误人子弟”等观念，而达到双赢的效果，不但学生学到了知识，教师也从教学教育中体现了自己的人生价值，这是促使教师对教师职业产生浓厚兴趣的重要途径。

另外高职教师也要不断提高自己的人格力量，在教育教学过程中强调教师的人格力量，强调教师用自己的高尚人格去影响学生，为学生指点迷津，引导学生健康成长是非常重要的。

在培养学生健康人格的过程中，教师要充当几个角色——严父、慈母、知心朋友，而这之中更重要的是用教师高尚人格去潜移默化地影响学生。

教师在教育实践中用自己的高尚品德熏陶、感染学生的品德，用自己的智慧启迪学生的智慧，用自己的人格影响学生的人格，用自己的灵魂塑造学生的灵魂。

利用学校内外资源，采用学校内部教师和从外聘请知名心理专家相结合的方式开展心理健康教育讲座。

学生通过听讲座获得的心理健康知识，判断自己是否存在心理问题，寻求自己解决心理问题的途径。

另外也可以起到提前预防的效果，防止自己得上一些心理疾病，起到心理保健作用。

学生要想适应社会就要在学校好好学习，并且要多参加一些实践活动，比如加入学生会等学生社团，在实践活动中培养自己的人际交往能力。

很多的实践表明，在学校当过学生干部、参加过学生社团的学生，不论是在找工作上和实际工作能力上都要比一般学生要强很多，而且这些学生心理健康问题也少于没有做过学生干部的学生。

另外学校多举办一些活动让学生参加，培养他们的组织能力和协调能力。

通过学校培养大量优秀的毕业学生在就业单位的优秀表现，来改变社会对职业教育的不良看法。

总之，刚进入学校的新生，学校一定要掌握学生的心理特征，利用各种条件为学生服务，并创设必要的条件设施及活动，使学生能够在一个和谐健康的环境中学习，让学生心理问题及时得到化解、疏导、预防和自治，使每名学生健康成长，发展成为社会有用的人才。

参考文献
作者简介
［１］裴海艳，候敏．浅析高职院校新生的心理特点及教育引导．科技信息
［２］陈谊，魏俊桃．高职学生的心理特点及其教育策略．科技信息
［３］姚志鹏．高职生心理问题表征分析与对策研究．上海商学院学报，２００８，（３）
［４］祁慰．高职生心理问题研究．科技信息
［５］尹子臣，林琴．职技高师学生心理问题分析与心理健康教育策略．心理教育
［６］张大均．大学生健康教育若干理论探讨．西南师范大学学报（人文社会科学版），２００６，（５）
［７］徐晓芳，郭德华等．当代大学生心理健康教育实践模式的构建．教育科学，２００６，（１０）
郭军权（１９７７－），硕士，延安职业技术学院教师。

（收稿日期：２００８·０８·０７）
（接１１２页）拉筋，加强了刀翼的抗弯能力和整个钻头的抗扭能力。

通过三批的胎体性能测试以及现场验证认为：胎体的抗弯强度、冲击韧性并不是越高越好。

钻头胎体需要的是综合性能良好。

从试验数据可以看出，胎体强度高，硬度就低，胎体偏软，不耐冲蚀，钻头使用寿命短；若胎体硬度高，胎体材料变脆，易产生裂纹，刀翼会断裂。

因此，必须兼顾其综合性能。

综合１－６骨架料配方试验数据以及钻头结构现场使用情况，分析认为：
１骨架料配方：配方单一，无镍粉，抗弯强度和冲击韧性最低，不可使用。

２骨架料配方：强度较高，但硬度高，耐冲蚀，可适用于西瓜皮式以及刀翼式、刀翼长度短的钻头结构。

３骨架料配方：综合强度较高，硬度偏低一点，可适用于刀翼式且刀翼较长的钻头结构。

４骨架料配方：强度较高，硬度也较高，从性能上较２骨架料配方好，可适用于西瓜皮式以及刀翼式、刀翼长度短的钻头结构。

５骨架料配方：综合强度高，但硬度低，耐磨、耐冲蚀性能差，骨架料含镍量大，存在烧结困难的现状。

可适用于刀翼式且刀翼长的钻头结构。

６骨架料配方：含镍量最高，综合强度较好，但硬度低，试块烧结中，存在着含气量大，涨力大、模具裂、不好烧的现象。

该配方只是做试块试验，未进行钻头的应用，实际使用效果尚不能定论。

从试验数据看，２、３、４、５骨架料配方的胎体性能均已达到标准所规定的力学性能（ＳＹ／Ｔ５２１７－２０００标准规定，抗弯强度不得低于５３０ＭＰａ，抗冲击韧性不得低于２Ｊ）。

在钻头结构设计时，刀翼的厚度与胎体的性能应综合考虑，才能满足钻头强度的要求。

（１）目前所做的胎体配方试验较少，仅有７种，而且是现有配方试验，两种焊料。

５１６焊料仅是第一次做试验，试验数据的稳定性、准确性有待于进一步验证。

根据所做的配方试验，可做调整，找出１种－２种最佳配方。

总之，需要做交叉配方试验，以求得根据钻头结构来选择配方。

（２）需要做焊料的强度试验，以认识焊料性能及与胎体性能的关联作用，达到选用最佳焊料，提高强度的目的。

（３）现在所做的胎体性能检测只是试块，与实际钻头取样检测可能存在较大差异，应加强这方面工作的开展以进一步验证。

（４）应做钻头胎体与钢体的连接强度试验，以求得到更多的依据来选择配方，这个强度与骨架料成分以及焊料成分相关。

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５存在问题及建议
作者简介潘信众，工程师，１９７４年毕业于华东石油学院钻井专业，现在胜利石油管理局钻井工艺研究院工作。

（收稿日期：２００８·０８·０１）
（接１１３页）［２］李秀凤等．油田注水水质研究．胜利油田地质科学研究院，１９８１
［３］地层原油物性分析方法．ＳＹ／Ｔ５５４２－２０００
顾辉亮，１９９２年毕业于成都地质学院，工程师，现从事地层流体物性及相态分析工作。

（收稿日期：２００８·０９·１２）作者简介。