石油天然气钻井用金刚石复合片

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品牌：海明润型号：1613类型：其他材质：金刚石涂层：否特性：其他进口：否是否标准件：是规格尺寸：1613mm重量：0.1kgarea class="lazyLoad">

深圳市海明润超硬材料股份有限公司,成立于2000年8月,国家高新技术企业。公司主导产品为石油天然气钻探用金刚石复合片、聚晶金刚石和聚晶金刚石喷砂喷嘴。经营场地面积15000多平米。目前深圳公司具有年产各种规格石油天然气钻探用金刚石复合片、聚晶金刚石和聚晶金刚石喷砂喷嘴等超硬材料产品200万件以上的生产能力。2008年在黑龙江建立了哈尔滨海明润超硬材料有限公司全资子公司，占地4万平米。目前已建成年产200万片金刚石复合片生产线。

　　公司先后建立了绩效管理体系、流程管理体系、财务预算管理、ERP系统管理及生产执行信息化管理MES系统。公司通过先进的管理体系建设规范公司管理,保证产品质量及服务质量。在2010年被认定为“国家级高新技术企业”。于2013年与世界四大石油技术服务企业之一的一家美国公司建立了“全球战略合作伙伴”关系。

　　海明润创造了具有自主知识产权的核心技术，形成了具有自身特点的技术体系。公司拥有一支实力较强的研发队伍，研发硬件和检测分析手段已达到国际先进水平。

　　海明润生产的金刚石复合片出口销往美国、加拿大、俄罗斯、欧洲等国家和地区，并被国内各大油田和大型钻头厂长期选用，以国内领先的高品质，高稳定性，高性价比为主要特色而树立了良好的海明润品牌形象。

　　海明润始终把产品质量看作生命线，在工作中遵循“勤恳做事、踏实做人，认真对待每一个细节”的企业精神。目前公司已通过ISO9001:2008质量管理体系、ISO14000:2004环境管理体系及OHSAS18001:2007职业健康安全管理体系认证。

　　公司注重引进优秀技术人才，研究目标始终对准国际先进水平，已获得一批拥有独立知识产权的专利技术，为公司长期可持续发展打下坚实基础。目前已获得7项发明专利和11项实用新型专利1项外观专利，专利申请数量一直在快速增长。拥有先进的研发硬件实力，现有扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDX)、X射线物相分(XRD)、定量金相显微镜、超声波无损探伤检测仪(C扫描)、抗冲击测定仪、大型磨耗比检测立式数控车床(VTL)等先进的检测设备。

着广泛的应用。１９７３年，美国 ＧＥ 公司成功地研制出

聚晶 金 刚 石 复 合 片 Ｃｏｍｐａｘ，引 起 了世 界 各 国 的 广 泛

关 注。 聚 晶 金 刚 石 复 合 片 （ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｄｉａ－

ｍｏｎｄｃｏｍｐａｃｔｓ，简称 ＰＤＣ）是以金刚石微粒与硬质合

金基体在高温高压下烧结而成的，避免了单晶的各向

异性，克服了单晶金刚石受冲击易解理破损的缺陷，并

具有硬质合金的韧性和易 加 工 的 特 性。因 此 ＰＤＣ 在

有色 金 属 切 削 加 工、木材加工等方面得到广泛的

应用。

聚晶金刚石刀具较合金类刀具昂贵，主 要 表 现 在

刀具的材料成本和制造成 本 上。增 大 ＰＤＣ 的直 径和

提高 ＰＤＣ的导电性是降低金刚石刀具成本的有效手

段，前者可提高切割时的出材率，后者可提高刀具生产

效率。所以刀具用金刚石复合片正朝着规格尺寸大型

化、质量优化、性能均匀化的方向发展［６］。

美国的 ＤＩ公司和英国的元素六公司在该类产品

上代表了世界先进水平，他们采用两面顶技术可以生

产５８ｍｍ 和７４ｍｍ 的大直径ＰＤＣ复合片。本团队

采用独特的六面顶技术，在国内率先试验成功并量产

５１ｍｍ 直径的聚晶金刚石复合片。近 期，在 国 产 六

面顶压机上，又成 功 合 成 出５８ｍｍ 直径的聚晶金刚

石复合片，并进行了一系列的性能检测。

PDC 钻头选型的基本原理与方法

在剪切强度和单位进尺钻井成本之间建立相关

关系来进行 PDC 钻头选型, 这是本文的主体思想。

在本文中, 剪切强度和单位进尺钻井成本是优选

PDC 钻头的两个指标。

在进行PDC 钻头选型之前, 必须对研究区块过

去所使用的 PDC 钻头使用记录进行整理、筛选, 然

后建立一个 PDC 钻头使用资料数据库。并利用给

定的钻机作业费 Cs、以及相关井的测井曲线进行

PDC 钻头选型。其基本步骤为:

( 1) 选择计划井的测井资料, 这依赖于同一区块

邻井的测井资料; ( 2) 通过计算机程序处理此测井资

料, 算出整个井深范围内对应于每个点的地层剪切

强度。本文按每间隔一米取一个点; ( 3) 对于计划井

绘制剪切强度
与井深H 的关系曲线; ( 4) 选择感兴

趣的井段, 计算该段平均剪切强度
; ( 5) 给定平均

剪切强度的标准偏差
, 检索数据库中
+
范围

内的所有钻头, 将其挑出; ( 6) 利用钻头直径 Db、
、

PDC 钻头使用资料数据库和给定的钻机作业费 Cs

计算这些钻头的单位进尺钻井成本 CE ; ( 7) 选择CE 最低的钻头, 即为最优钻头。

我国金刚石复合片产业取得了突飞猛进的发展，

可以说是世界上的生产大国，基本上能满足国内油气

田和地质勘探的需求，但尚存在一些问题，特别是对

金刚石复合片的热性能仍研究不深，致使复合片仅限

用于软———中硬地层，要扩大其应用范围，应 研 究 提

高复合片的抗热性能以及改变复合片的结构，更为有

效的是研究复合片和牙轮钻头的组合，可使复合片应

用于复杂地层，拓展复合片的应用领域。

１ 国内外金刚石复合片的水平

目前国内外复合片性能指标已发生质的飞跃，指

标的大幅度提高，为钻进硬地层奠定了坚实的基础。

在上世纪９０年代，我国复合片耐磨性平均值为

８．３万，抗冲击韧性平均值为３２７Ｊ，而国 外 复 合 片 耐

磨性达到２０万，抗冲击韧性达到４００～６００Ｊ。

目前国内复合片耐磨性平均值已达到 １８～２２

万，抗冲 击 韧 性 平 均 值 达 到４００～６００Ｊ，而国 外 复 合

片耐磨性却达到２０～２５万，抗冲击韧性＞６００Ｊ。

上述检测指标和方法是按照“国土资源地质钻探

工具监督与检测中心”的检测标准进行的。

发展到今天，可见国内复合片的磨耗比，抗冲击

韧性指标和国外已十分接近，为什么在使用中的效果

仍有相当差距？导致售价差距更大？这是我们要深

入研究的问题。

２ 复合片发展方向

钻进硬地层的三高 ＰＤＣ复合片，即高耐磨、高冲

击强度、高耐热性，是该材料的发展方向。复合片的

主要性能通常指的是耐磨性和抗冲击韧性，现在进一

步地研究和试验发现了第三种性能———热性能更为

重要，它导致 ＰＤＣ的热损坏，其原因是热侵蚀后形成

磨损和应力，即热侵蚀导致 ＰＤＣ 金刚石层中金刚石

的碳化和氧化及产生裂纹，这是 ＰＤＣ 损坏的重要原

因之一。

所以高质量的复合片其性能除了耐磨性、抗冲击

韧性要高以外，高耐热性也十分重要。

研究提高复合片的耐热损伤，应从以下几个方面

着手：

（１）原料金刚石的净化，在真空净化系统中进行

表面处理。

（２）金刚石单晶粉末的配置。

（３）为提高 ＰＤＣ热稳定性滤去钴粘结相。

由于金属钴的热膨胀系数比周围聚晶金刚石颗

粒大，在７００℃～７６０℃范围内钴的膨胀会使金刚石

颗粒之间的联接发生分离。导致金属石层的迅速破

坏，从而降低 ＰＤＣ钻头的耐磨性。

一般采用的工艺是用酸滤去金刚石层金刚石颗

粒之间的钴，使金刚石层出现更多的孔隙，因此降低

了 ＰＤＣ机械结构强度，对策是在 ＰＤＣ金刚石层外圈

加上一个金刚石环，因此形成了两个切削刃即形成两

个月牙，在增加切削力的同时也增强了切削齿的整体

强度。

根据 有 关 报 道，国 内 脱 钴 的 深 度 为 ０．１～

０．２ｍｍ。而国外脱钴达到０．５ｍｍ。故国外复合片的

抗热性较高。

（４）金刚石层表面设计通水槽，设计爪型复合片。

在ＰＤＣ表面设计通水槽，在钻进过程中，槽中会

始终有冷却水，有利于散热，减少热损伤。

复合片综合性能的提高，除耐磨性和抗冲击韧性

之外，耐热性能亦是十分重要的，重视它的研究深度，

方可提高复合片的质量，使之达到国际先进水平。

重视原始金刚石单晶的精选、表面真空处理、金

刚石层与硬质合金之间接触面的结构及硬质合金后

衬的性能，更重要的是进行脱钴的研究。最好研究金

刚石和金刚石之间的直接相连，完全除去钴粘结相的

影响，增强金刚石复合片的热稳定性。

３ 金刚石复合片在钻探方面的新用途

目前某国页岩气开发取得成功，不仅使其本国的

能源结构发生了变化，而且也改变了全球能源的市场

格局，具有重要意义。但是页岩气作为一种非常规油

气能源，开发技术难度大，投资成本高，为减低成本，

增加利润，开展了技术创新，尤以钻头的创新更为突

出，取得了显著的进展。国内在铀矿勘探中为解决硬

的泥岩钻进效率低，打滑不进尺而设计了尖齿形复合

片钻头，国外为在油气田钻进中大幅度全面提速，设

计了大刀翼新型复合片钻头，现分别介绍如下。

３．１ Ｋｙｍｅｒａ组合式钻头

随着近年来金刚石复合片性能不断提高，其应用

范围已逐步由软至中硬岩层向硬岩层扩展。但是，对

于坚硬、高研磨性地层，特别是非均质、软硬互层和含

夹层的地层，ＰＤＣ 钻头的钻进效果仍不理想。此外，

在上述地层定向钻进中井底产生较大扭震时，ＰＤＣ钻

头控制工具面向角效果差，易引起钻井偏离设计方向。

２００９年，贝 克 · 休 斯 公 司 克 里 斯 坦 森 （Ｂａｋｅｒ

ＨｕｇｈｅｓＣｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ）分公司研发出将金刚石复合片

与 牙 轮 相 结 合 的 钻 头———Ｋｙｍｅｒａ组 合 式 钻 头 （图

１）。借助于牙轮在硬岩层中的侵入能力，可提高碎岩

效率，改善 ＰＤＣ的冷却，还能明显降低钻头在井底的

扭矩，提高钻井方向的控制能力。该新型组合式钻头

特别适用于页岩气钻井钻进坚硬地层、黏－滑（ｓｔｉｃｋ－

ｓｌｉｐ）地层、软硬互层与含夹层的地层，以及定向井、水

平井钻进等，但却不适宜在较软地层中钻进。

图１ Ｋｙｍｅｒａ组合式钻头

Ｆｉｇ．１ Ｋｙｍｅｒａｉｎｔｅｇｒａｌｄｒｉｌｌｂｉｔ

该型钻头发展到２０１２年，已应用于世界上２１个

国家，下井钻进超过１０００个回次，图２为现场应用照

片

联系电话：18102283661 赵经理