聚晶金刚石复合片 金刚石聚晶PDC复合片

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品牌：海明润型号：1913,1613类型：PDC复合片材质：金刚石规格尺寸：19.05*13.2 15.88*13.2mm重量：0.1kg详细说明

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。

联系电话：18102283661 赵经理

近几年来，PCD及PDC钻头被广泛应用于地质勘探

中，PDC钻头常被用在中硬地质的钻井中，这种地质形态

比较特殊，在钻井过程中受地质影响的程度较大，深部钻

井的速度会降低。采用PDC钻头进行钻井可以取得较好的

效果。PCD则多用于钻头扩孔器的保径中，效果显著。

1　PCD及PDC钻头优缺点分析

人造金刚石具有比硬质合金更高的耐磨性，PDC探头

主要优点是钻头的结构相对简单，PDC切削齿为其主要工

作部件，耐磨性较强，钻头自身无旋转部件，因此也被称

为“固定式探头”。早期这一探头只可在软页岩地层内使

用，后来随着其性能逐渐提升，同时钻头结构不断优化，

故现阶段PDC钻头已可在硬夹层、长段中硬岩地层中使

用。另外，PDC钻头对于地层有很强的针对性，在应用时

需根据地层深度、各区块地层特征展开针对性工艺试验，

并对PDC钻头进行合理选型。PDC钻头比牙轮钻头的机械

钻速更高，在较小钻压下即可实现高压牙轮钻头所实现的

机械钻速，且可促使钻机负荷降低，同时可降低整个系统

的运行成本。聚晶PCD主要拉拔用有色金属和黑色金属线

材，与硬质合金拉丝模相比，其耐用度要高出数百倍，且

比人造及天然大颗粒单晶金刚石拉丝模更高。目前市场

中所用PCD是由钴做结合剂的，这是因其具有较好的耐磨

性、强度较高，使用使命较长，且拉丝的成本较低。

2　适合PCD及PDC钻头的地质分析

对于石油工业的钻井而言，选择合适的钻头至关重

要，对于深井且地质为岩石的区域需选择PDC钻头以及与

之相应的钻井工具。例如胜利油田，它的地层较为复杂，

多为沉积岩。岩石的直径较大，粗砂岩的分布密度较强，

对钻头的磨损强度相对较强，而PCD及PDC钻头以破岩为

主，面对强大的岩石也会受到一定的损害，因此PDC钻头

在进行钻井的过程中，选取适合型号的钻头是非常重要

的。对于胜利油田而言，应选择刮刀式的PDC钻头。

3　PCD及PDC钻头在石油钻井中的具体应用

以胜利油田为例，分析其应用的效果，选用PCD及

PDC钻头进行下井200次，共使用钻头90个，进井的长度

为60000.25米，共用时间为6252小时左右，平均的钻进速

度相对较高，总体费用有所降低，整体的效益得到了增

加。由于带来的经济效益较高，此钻井方式的发展速度也越来越快。

现阶段，我国对PCD及PDC钻头的应用处于起步、发

展阶段，在石油钻井中的应用未得到普及，只能通过不

断试验、不断摸索才能取得较好的成绩。PDC钻头作为较

为先进的钻头，硬度可媲美金刚石，对硬物的抗冲击力较

强，PCD及PDC钻头在在具体的应用中我们可以发现以下

优点：第一，钻头的使用寿命长，因为PCD具有较高的耐

磨性，对硬物的抗冲击力较强，两者的结合弥补了的缺

点。第二，碎岩的效果较好，在钻井过程的效率较高，

PDC钻头主要以破碎岩石的方式进行，而非压碎的方式钻

进，且抗钝效果较明显，混装钻头所具备的优点过多，钻

进的过程中，若PDC脱落后，PCD钻头则可受补片合金的

保护进行正常的钻进，具有较高的效率。第三，中硬以及

软地层采用PCD及PDC钻头可减少耗损。第四，防斜作用

较好。PCD及PDC钻头在使用过程的优点较多，也一定程

度上降低了费用，提高了效益。

4　PCD及PDC钻头的发展

在进行石油钻井时，采用PCD及PDC钻头也会遇到各

样的情况，但这也给石油工业及工作人员带来的挑战和机

遇，通过技术人员的共同努力和攻关，以及科学合理的维

护，定能将性能得到稳定，设计出更适合、更完美的方

案，并积累出更多的经验。石油钻井是一个不断出现挑战

和问题的工作，这就要求着工作人员应在工作中，不断分

析、不断解决问题，在工作中提升经验、在问题中提升效

益。我国石油工业发展脚步越来越快，要求着我们应提升

钻头性能，来更好的适应社会需求。

ＰＤＣ 钻头不适用于深部砂泥岩互层 ，而采用牙轮钻头钻进该类地层 ，存在钻头寿命短 、进尺少 、机械钻

速低等问题 ，为解决该问题 ，研制了新型孕镶金刚石钻头 。 首先通过钻进试验 ，确定金刚石浓度为 ８０％ 。 该金刚石

由 ４０／４５ 目和 ７０／８０ 目两种粒度组成 ，两种粒度的金刚石分别占金刚石总量的 ６５％ 和 ３５％ ，其中 ４０／４５ 目金刚石

起提高机械钻速的作用 ，７０／８０ 目金刚石起增强耐磨性 、延长钻头寿命的作用 。 接着通过测试不同配方基体的力学

性能 ，优选出了碳化钨含量 ２４％ 、其他骨架料 ２２％ 、粘接剂 ５４％ 的 Ｄ ６ 号基体配方 。 最后设计了“Ｂ”形冠部 、１４０°

内锥角 、２０°后倾角 、心部 ７ 颗 矱１６.０ ｍｍ 优质 ＰＤＣ 复合片防掏心结构的新型孕镶金刚石钻头 。 该钻头在元坝气田

进行了试验 ，结果表明 ，在相同井段单只钻头的进尺与其他钻头相比平均增加了 ４８４.７％ ，机械钻速平均提高了

１５０.８％ 。 这表明 ，新型孕镶金刚石钻头为深部砂泥岩互层提供了一种新的高效破岩工具 。

现有金刚石合成装置，是利用叶蜡石的流动性进

行密封，但合成之后只有１２条棱边部位的叶蜡石起到

了密封作用，而其他部分的叶蜡石均不参与结构的密

封，由合成效果剖面图分析可知，棱角内部叶蜡石使用

量存在过剩现象，相应的还会影响一定的传压性［１］。

白云石外衬具有很好的保温性能和传压性能，但

白云石不直接与硬质合金顶锤接触，而是通过叶蜡石

传导压力，由于叶蜡石流动性较好的缘故，使得硬质合

金顶锤前进的位移较大，相应的顶锤之间的相互作用

力增大，减少了压力向内部传导。同时由于叶蜡石保

温性能较白云石差，导致内部温度散失到顶锤的热量

偏多，造成部分电能浪费并降低了顶锤的使用寿命。　ＰＤＣ钻头 具 有 切 削 破 岩 效 率 高、寿 命 长、钻 井

故障少等优点，在石油钻井中应用越来越广泛。目

前，ＰＤＣ 钻头主要用于钻进可钻性Ⅵ级以下的均质

地层。为了将 ＰＤＣ 钻头的应用范围拓宽到更硬的

地层，国内外研究人员加快了研究适合硬地层 ＰＤＣ

钻头的步伐，并取得了一定进展［１－５］。

现场钻井实践表明，ＰＤＣ 钻头在钻进可钻性Ⅵ

级以上地层时，破岩效率较低。如川东北地区的海

相碳酸盐岩地 层，岩 石 可 钻 性 级 值６．０８～７．４２，最高可达７．９５，现 场 多 采 用 ＰＤＣ 钻 头 配 合 螺 杆 进 行

复合钻进，平均机械钻速仅约２ｍ／ｈ。要提高 ＰＤＣ

钻头在硬地层中的破岩效率，除研制新型 ＰＤＣ复合

片外，钻头的结构设计也非常关键。切削齿尺寸、后

倾角 等 是 ＰＤＣ 钻 头 设 计 的 重 要 参 数，直 接 影 响

ＰＤＣ钻头的破岩效率。但在目前的硬地层 ＰＤＣ 钻

头设计中，由于缺乏足够的理论依据，切削齿尺寸、

后倾角等的设计多凭经验，ＰＤＣ 钻头的设计存在很

大不确定性，无法满足个性化钻头设计的要求［６－９］。

为此，笔者通过室内微钻头切削试验，分 析 了 ＰＤＣ

切削齿尺寸和后倾角等对切削破岩效率的影响规

律，确定了适合可钻性为Ⅵ—Ⅶ级地层的最优切削

齿尺寸和后倾角，为 ＰＤＣ钻头的个性化设计提供了

理论依据。

金刚石复合片(PDC)作为新型的超硬材料产品,

经过多年的研究和推广, 现已广泛地应用于石油、地

质、煤田的开采钻探及机械加工的多个领域中 ,取得了

越来越好的经济效益和社会效益 。因此 ,怎样使 PDC

产品的性能保持稳定和不断提高, 不仅直接关系到客

户的利益 ,而且也是各生产厂家一直追求的目标。

目前 ,国内的各 PDC 生产厂家 ,在其生产过程中,

绝大多数采用的是六面顶压机进行合成 , 这是一种在

1450 ～ 1700 ℃、55 ～ 60kb 的高温高压下把两种不同的

材料烧结在一起的过程。作为一种复合材料, PDC 的

硬质合金层与金刚石层如何能结合牢固 ,减少内应力,

使之在恶劣的使用环境中彼此不发生剥落 、分层或断

裂,保持良好的使用效果 ,其生产工艺的稳定起着决定

性的作用 。

PDC 的生产组装件一般由 5 个部分组成, 它们由

内到外分别为:

①金刚石微粉和硬质合金 。目前市场上出售的金

刚石微粉由于生产厂家的工艺不尽相同 , 很难保持其

非常干净 。因此 ,为了保证金刚石微粉的纯洁性, 在投

入使用前一般都需要重新进行酸碱处理 , 以尽可能地

去除杂质;另外 ,硬质合金的结合面也必须保证清洁,

不得有任何腐蚀或粘有其它物质。

②屏蔽层(又叫保护层)。要求其内壁光滑、干净、

无破损、尺寸准确。

③均压介质 。可以作为导热均压的材料有 ZrO2 、

盐岩等。

④发热元件 。通常采用发热量稳定 、均匀的碳管。

⑤传压介质 。传压介质主要为无机非金属材料,

有叶蜡石 、白云石、伊利石 、高岭石等,目前在行业上主

要采用的是粉压叶蜡石块 ,在压制成型后使用前需要

进行必要的焙烧和烘烤, 并保持其干燥 。

由于 PDC 产品一般是大批量重复性生产 , 每片产

品只是在宏观条件相对相同的情况下进行合成,因而,

每片产品之间在性能上必然存在着一定的分散性和差

异,造成产品出现一些缺陷,这些缺陷会影响产品的成品率。下面 ,我们把产品最容易出现的主要缺陷及产

生的原因分析如下:

1 分层

主要表现为金刚石层与硬质合金衬底在其结合面

上出现裂缝。用 50MHz 超声波探伤仪可以检测出其

结合面上的烧结情况, 金刚石与硬质合金粘结牢固的

PDC 在探伤中不发生界面反射波;而界面上有裂缝的

PDC 可以对超声波产生多次的反射和折射 , 使其在探

伤图像上出现非正常的杂波 ,不同的裂缝产生的杂波

图像也有所不同 。

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。