深圳海明润金刚石复合片PDC复合片聚晶金刚石厂家

金刚石复合片的现状及新的应用范围
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
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。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。
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