浅谈聚晶金刚石复合片(1)

浅谈聚晶金刚石复合片（PDC）钻头失效的原因及解决对策

作者：冯强

【摘要】聚晶金刚石复合片目前应用广泛，但是仍有存在钻头失效的问题，本文将就PDC钻井钻头的设计

及生产工艺进行分析，并对失效形式和形成原因进行探讨，一定程度上预防PDC钻头的早期失效。

【关键词】聚晶金刚石、复合片、失效、钻头、完善

一、聚晶金刚石PDC钻头设计及生产工艺。

1、聚晶金刚石复合片(Poly crystalline Diamond Compact )，简称PDC。随着材料工业技术水平和PDC 钻头设计技术的发展，硬地层PDC钻头技术也随之出现了较快的发展。它可用较低钻压和较高转速,钻头进尺高,单位进尺成本低。中国某些油田利用金刚石聚晶复合片镶焊在刮刀上,也获得了良好的效果。复合片外形是圆形被镶焊在圆柱的切削具上,将切削具镶装在钻头体上,成为PDC钻头。PDC钻头远比天然金刚石钻头成本低,但是只适用于软到中硬地层。随着石油勘探工业的发展及其相关技术水平的不断提高，加上目前钻探深探井的数量逐年增加，钻井难度也在逐步加大。因此，钻头的设计和生产工艺成为提高深探井钻探的钻井速度、降低全井钻进成本的关键因素。

2、在材料性质而言，聚晶金刚石复合片是一种新型复合材料，已经广泛应用于是有钻探、地质勘探等多方面领域，并已经开始逐渐涉及到一些需要的材料切削加工领域等。无论是油井复合片钻头或地勘复合片钻头，其钻头通常都是由复合片和钻头基体两部分组成。聚晶金刚石复合片也是，聚晶金刚石和硬质合金层是聚晶金刚石复合片的主要材料，需要通过高温高压压制而成的，其中金刚石层是厚度较薄的一层，钨钻类硬质合金材料的厚度一般稍厚作为基底，聚晶金刚石复合片具有很多有益的性能，比如有比硬质合金更

高的硬度和耐磨性，强于硬质合金的抗冲击性。

3、钻头设计方面的问题，钻头的设计包括有复合片的定向、排粉、保径的方法、冲洗等。其中钻头的基体是复合片的载体，是钻头的主要部分。因此它的质量问题直接影响了钻头的使用效果。根据材料使用的不同，钻头基体大致上可以分为钢体式和胎体式。目前，国内的地勘复合片钻头大多数采用的是钢体式，其中钢体式钻头的基体大多直接采用钢材加工而成。钢体式钻头具有制造简单、材料费用低等优点，但同时也有存在保径效果较差、基体易被冲刷磨损、复合片支撑体易损坏等缺点，钻头的最终使用寿命较短。随着复合片质量的提高，钢体超前损坏已成为复合片钻头损坏的主要形式之一，在钢体钻头中可以使用喷焊工艺，可在钢体上喷焊碳化钨粉，增加抗磨性能。胎体式钻头的基体采用粉末冶金的方法制造，制造费用较高，但其它性能明显优于钢体式。但是如果采用圆片状的复合片，其弧度太小，速度高但同时磨损也快，