机床与液压

作者：陈霖，贺育贤，马海云，张慧，庞合善，陈伟林，易先中

单位：长江大学机械工程学院；长江大学机械工程学院；中国石油长庆油田分公司；川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司；川庆钻探工程有限公司长庆固井公司；川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司；长江大学机械工程学院

关键词：PDC钻头胎体;热应力;断裂失效;金相组织;理化性能

基金：国家自然科学基金

聚晶金刚石复合片（PDC）钻头在陇东致密油井作业时出现胎体裂纹和刀翼断裂的问题，严重影响了整个钻头的使用寿命和钻井时效。针对此问题，通过理化性能试验，分析PDC钻头胎体化学成分、力学性能、硬度和金相组织，采用电子显微镜扫描和能谱分析，对PDC钻头裂纹断面的物质进行定量。基于热-弹塑性理论，建立PDC钻头胎体热应力模型，探究预热温度和银钎焊温度对PDC钻头胎体的影响，提出了PDC钻头制造工艺改进措施，开展了现场试验。结果表明：热应力是引起PDC钻头开裂的根源，残余应力和组织应力共同作用是PDC钻头开裂的直接原因； PDC钻头胎体残余应力主要集中在刀翼根部和水眼部位，以1、4号刀翼和3、5号水眼最为显著； PDC钻头胎体与复合片钎焊温度过高会产生较大残余应力，钎焊温度在700 ℃、胎体预热温度在380 ℃为宜；改进预热温度和钎焊温度后的PDC钻头施工并未有断裂异常，可以安全作业。

来源：2024年第20期

《机床与液压》期刊编辑部

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