钻探用金刚石复合片抗冲击性能测试装置研究

发布时间：2017-05-10 12:15

  本文关键词：钻探用金刚石复合片抗冲击性能测试装置研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在过去的三十年中,聚晶金刚石复合片(PDC)钻头对油气及地质岩心钻井(探)在提高经济效益与钻井效率上贡献十分巨大。PDC切削岩石时,接触压力与压入深度呈非线性比例关系。使用PDC钻头时,应合理控制钻压。在失效形式上,单个PDC齿的失效形式主要包括断裂、脱落和碎齿。钻头边齿受力最大,其折断或者碎裂的几率也最大,因此在使用PDC钻头时应注意对边齿定期检查。聚晶金刚石复合片的性能测试方法主要有耐磨性测试、抗冲击性能测试等。抗冲击性能反映了PDC韧性和粘结强度,是一个综合性指标,也是决定其使用效果好坏的关键所在。因此,对PDC抗冲击性能测试方法及测试装置进行研究具有非常重要的实际意义。目前,国内外常用的PDC抗冲击性能测试方法主要有高速运动颗粒冲蚀法、PDC车削带槽花岗岩棒旋转撞击法、重砣冲击法及可变换冲击功落球式冲击法等。对于PDC抗冲击性能测试方法的改进,关键在于对测试的仪器设备性能进行改进,使得测试方法更先进,仪器操作及数据记录上更简便,以及在最重要的受力模拟情况上更贴合实际孔内受力情况。本论文设计、制造了一种大冲击功的电磁吸附式冲击性能测试装置,并对PDC抗冲击性能进行评价。电磁吸附式冲击测试仪的工作原理是利用一个大功率电磁线圈通电把冲锤吸起,再断电,冲锤靠自重下落产生冲击能量作用于PDC,PDC承受一定冲击次数后被破坏,此时仪器控制部分即能显示冲击次数,用冲击次数乘以落锤的单次冲击功,即可得到复合片的抗冲击性能。由于冲锤重量固定,可通过调节定位螺杆和横梁高度来调节冲锤行程和单次冲击功,以适用于不同规格及不同性能PDC的测试。落锤重量为6Kg,最大下落高度为160mm,即最大冲击功为9.41焦耳。为实现此冲击功,本文对仪器的核心器件电磁线圈的参数进行了设计计算。确定了铜线的直径为0.8mm,漆包线直径为0.85mm,线圈匝数为8344匝。为解决冲击性能测试仪长时间工作过程中线圈温度升高导致仪器不能正常工作的问题,本文设计了一套水冷系统,对线圈进行降温。试验结果表明,通过使用该水冷系统,冲锤在连续冲击2300次后,线圈温度可控制在105℃,仪器还可以正常工作,可满足不同规格及性能的PDC的测试需求。利用所研制的抗冲击性能测试装置,对具有不同规格尺寸及金刚石粒度的PDC及金刚石复合球齿的抗冲击性能进行了测试。设定冲锤下落的高度为160mm,冲锤的重量为6kg。测试结果表明,随着PDC中金刚石层厚度增加,其抗冲击性能增强;PDC中金刚石聚晶粒度越大,其抗冲击的性能越好,金刚石聚晶粒度越小,PDC的抗冲击性能越差。
【关键词】：聚晶金刚石复合片 抗冲击性能 落锤式冲击装置 电磁线圈设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 金刚石复合片的性能及在钻探中的应用10-13
• 1.2 钻探用金刚石复合片的失效形式13-14
• 1.3 力学分析评价（测试）金刚石复合片抗冲击性能的意义14-20
• 第2章 电磁吸附式冲击试验仪的研制20-51
• 2.1 电磁吸附式冲击试验仪的工作原理20
• 2.2 电磁吸附式冲击试验仪的机械设计20-23
• 2.2.1 电磁吸附式冲击试验仪用途20
• 2.2.2 电磁吸附式冲击试验仪主要组成部分20-22
• 2.2.3 电磁吸附式冲击试验仪的仪器参数22-23
• 2.3 电磁吸附式冲击试验仪电磁铁理论设计计算23-43
• 2.3.1 电磁吸附式冲击试验仪电磁铁概述23-24
• 2.3.2 电磁吸附式冲击试验仪电磁铁的分类24-26
• 2.3.3 电磁铁设计26-35
• 2.3.4 电磁铁复算35-41
• 2.3.5 电磁铁其它结构设计计算41-43
• 2.4 冷却系统设计43-45
• 2.5 电磁吸附式冲击试验仪的电控设计45-51
• 2.5.1 控制箱外观说明45-47
• 2.5.2 控制箱电控原理47-48
• 2.5.3 各项功能介绍48-51
• 第3章 钻探用金刚石复合片抗冲击性能测试51-59
• 3.1 PDC抗冲击性能检测方法51
• 3.2 PDC抗冲击性能试验51-59
• 3.2.1 检测原理51-52
• 3.2.2 检测方案52-54
• 3.2.3 冲锤上下夹具的设计与制作54-56
• 3.2.4 实验结果与分析56-59
• 第4章 结论与展望59-60
• 参考文献60-64
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果64-65
• 致谢65

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