联系电话： 赵经理 金刚石复合片
PDC钻头选择
目标的出发点：
1、高钻速：
浅井、地层可钻性好。如：大庆、吉林油田的浅井；大港的明化、馆陶上部。
日费高；如：海洋钻井。
2、命
深井；深井的下部如5、6000米时。
岩性复杂可钻性差的地层。
3、钻速和寿命兼顾
通常多数选择钻速和寿命兼顾，主要是经济和稳定。在地层、岩性比较清楚，井段比较长的情况下，更加有利。
1PDC 发展简史
人们对制造聚晶金刚石 ( Po lycrystalline D ia2 mond) 的设想大概来源于对天然“卡布纳多”(Ca r2 bonado ) 金刚石的认识, 这种金刚石由无数微小的金刚石颗粒组成, 含有少量的杂质, 颗粒呈无序排列、无解理面, 具有很高的硬度、强度和耐磨性, 在自然界很。从上世纪60 年代起美国与苏联的科学家就尝试人工合成“卡布纳多”, 1964 年GE 公司的D elai 申请了以某些金属添加剂使金刚石与金刚石之间产生直接结合的美国专利, 1966 年 D e Beers 的B la in ley 等人提出用亲和性金属为结合剂的金刚石聚结体, 1967 年前后苏联的斯拉乌季契- 金刚石与硬质合金的混合烧结体以及由石墨相变聚结的人造巴拉斯和人造卡布纳多的报告相继发表, 1970 年美国的H all 和Strom berg 完成烧结金刚石的试验, 1971 年katzm an 公布金刚石微粒通过钴融熔再结晶聚结的报告。1971 年GE 公司发明了由硬质合金支撑的聚晶金刚石复合片(PDC ) , 1972～ 1973 年正式用于商品化生产, 起初应用于机械加工刀具, 其商品名称为Compax, 1976 年GE 公司正式向市场提供名为Strat2 apax 的石油、地质钻头系列产品, 1981 年该产品获美国近海技术工程特别有功奖。30 多年来PDC 在诸多应用领域的表现证明: GE 公司先研制成功的PDC 是材料科学领域具有划时代意义的发明。英国D e Bees 公司晚于GE 公司5 年直到1977 年才研制成功适合于机械加工用的PDC —— Syndite, 1983 年才向市场出售石油、地质钻头系列PDC 产品Syndrill。美国合成公司于1983 年才进入PDC 市场, 1991 年其在钻井市场试验与推销其产品, 经过卓有成效的研发工作及坚持不懈的努力, 使其产品的耐磨性, 抗冲击性大为提高, 从而使该公司于1997 年成为了钻井PDC 市场份额的者。另外美国梅加金刚石公司(M ega D iamoned)、N ovatek、丹尼斯工具(D enn is Too l) 以及凤凰晶体公司(Phoen ix C rystal) 也分别向钻头公司及其他钻井工具服务公司或一些定向的终端用户提供PDC、牙轮钻头的一些异形PDC 齿及轴承用PDC。如今世界上钻井用PDC 的主要供货商是合成公司D I(D iamond Innova2 t io n s 即原来的GE 公司) , E 6 (E lem en t 6 即原来的D e Beers) 公司, 其次是梅加金刚石公司等。
我国郑州三磨所1965～ 1975 年间研制聚晶人造金刚石, 这是一种用硅为主, 镍为辅作为结合剂的金刚石烧结体, 其结合相为Β—S ic 与N i—Si 合金, 相对以钴作结合剂的聚晶金刚石而言, 其耐热性高, 但耐磨性、抗冲击性低, 其产品通常称之为热稳定性聚晶金刚石(T SP) , 这类产品 1975～ 1990 年间在国内曾大量应用于石油、天然气钻井及煤田地质、矿山勘探的表镶钻头, 以之取代大颗粒天然金刚石。从上世纪80 年代初起石油大学蔡镜仑教授及大港油田钻井研究所等从事钻井研究及钻头制造的及机构就呼吁国内超硬材料行业尽快开发出PDC, 因此郑州三磨所、北京钻探工具厂、上海硅酸盐研究所等单位组织了相关科技攻关。郑州三磨所于1986 年接受机械委科技司的攻关项目与资金资助, 经一年多的试验研究, 于1987 年完成了预定的研究目标。1988 年郑州三磨所邀请人造金刚石之父——H all 教授( 从GE 退休, 并组建了梅加金刚石公司) 来郑讲学, 笔者有幸与他一起进行了为期10 天的PDC 试验, 受益匪浅。1990 年郑州三磨所在高新区合资建立了郑州新亚复合超硬材料有限公司, 于 1992 年开始工业化生产PDC、PcBN (立方氮化硼复合片) 及其刀具。大概与此同期, 深圳兆丰达公司从美国合成公司、江汉钻头厂从美国凤凰晶体公司分别引进了制造PDC 的设备与技术, 随后从新亚、兆丰达、江汉钻头厂技术扩散而形成的PDC 生产企业近十家, 但目前新亚的生产规模在国内是大的, 与国际同行相比, 大概仅次于U SS 公司、D I 公司与E 6 公司, 处于四位, 生产的PDC 虽约一半销往国际市场, 使我国石油、天然气钻井钻头及
煤田勘探、坑道工程钻头所用的PDC 国产化率达到80% 以上, 大大促进了我国能源工业的发展与技术进步。
2PDC 钻头发展简史
在 PDC 的生产技术尚未成熟, 或者说PDC 钻头刚开始开发之前的一段时间, 就有厂家用无硬质合金衬底的聚晶人造金刚石取代天然大颗粒金刚石来制造表镶钻头。聚晶体的形状有一端为圆锥的圆柱形、三角块形、圆片形及矩形、块形等多种, 如GE 公司的Geo set、Fom set, D e Beers 公司的Syndax 3 以及郑州三磨所的T SP, 它们的共同特点是具有高热稳定性, 即耐1000℃～ 1100℃的高温, 可直接烧结到由碳化钨粉未及粘结金属组成的钻头胎体的冠部作为钻齿, 破碎与切削地层。1969～ 1975 年郑州三磨所分别生产了几种不同直径的JR 20SN - 2 聚晶体, 用于保径的孕镶钻头和扩孔器的制造, 钻进矿山7 级以下的地层, 而后用 5 6×6mm 聚晶体制造石油刮刀钻头, 在胜利油田进行试验, 以钻进同一井深2400m 为例, 聚晶刮刀钻头与硬质合金刮刀钻头相比, 每口井可节约1. 1～ 1. 2 万元, 并节省78% 的时间; 聚晶刮刀钻头与牙轮钻头相比, 节省成本50% 以上, 钻井时间减少5
～ 8 天。另外5 1. 8×5mm 聚晶体制造的地质取芯钻
头、扩孔器以及 5 2. 5×5mm 聚晶体用于冶金、煤田及地质孕镶钻头的保径, 其效果也与天然金刚石相近。在上世纪80 年代初期我国自主研发的PDC 尚未成功之前, 5 6×6mm 聚晶体曾大量用于石油、天然气钻井的取芯钻头和西瓜皮式的全面钻进钻头。三角块形聚晶也曾大量用于制造中硬至硬地层( 如石灰岩、白云岩)、轻微研磨性地层的取芯或全面钻进钻头。自90 年代国产PDC 大规模生产之后, 聚晶人造金刚石逐渐退出了钻井市场, 被PDC 全面取代。
石油、天然气钻井用PDC 钻头的研发与应用经历了一个相当长的时间, 早期PDC 的抗冲击性不高、存在分层现象, 加上钻头设计制造方面存在问题及石油、天然气钻井具有风险性, 占据钻井市场较大份额的牙轮钻头制造厂商表现不是那么积极, 因此PDC 钻头的研发和应用遇到了较大的困难与阻力。美国在1973～ 1975 年间采用 GE 公司生产的 5 8. 38 ×
2. 8mm、金刚石层为0. 5mm 厚的PDC (Compax) 焊接到硬质合金齿柱上再安装到钢体钻头上进行试验, 大量的原始试验数据表明: PDC 可取代用于钻进硬和磨蚀性很高的岩石的表镶钻头上的天然金刚石。但
考虑到PDC 的结构与性能特点以及石油、天然气地层大都为软- 中硬地层, 于是钻头制造厂商把PDC 应用放到了具有重大市场前景的石油钻井市场。美国 T u lsa 大学钻井研究中心参与了初的平面PDC 钻头设计, 并对PDC 本身进行了关键性试验。在此期间GE 公司在南得克萨斯州、科罗拉多州、犹他州、上密歇根州进行了4 只PDC 钻头的试验, 暴露了PDC 柱齿、钻头设计与制造方面的一些问题。初期试验存在的问题解决后, 1976 年 12 月GE 公司推出了钻头PDC 系列产品Stratapax, 其性能有所改进, 更耐冲击, 也更有利于固定到钻头体上。与此同时D iam an t Boart 公司在波斯湾和北海盐岩中、Ea st2 m an Ch risten sen 公司在北海也进行了一些较为成功的PDC 钻头试验。通过上述初步探索性试验之后, 80 年代末一直到现在, PDC 制造厂对PDC 进行了一系列的改进与创新, 使PDC 的各项性能得到了很大提高, 而各大钻头公司随着能源市场的景气、原油价格的不断创新高, 他们与石油公司一起积极开发了一系列新型PDC 钻头, 改善了使用效果与扩大了使用领域。90 年代起, 从钻头水力学角度出发, 通过完善钻井泥浆以控制页岩中钻头泥包现象获得了成功, 使解决钻进页岩夹层存在的问题获得了突破性进展。PDC 钻头的大发展是Amoco 公司发现了钻头损坏的主要原因是钻头旋转偏摆(回旋) 造成的, 随之发展了防钻头偏摆设计技术, 各钻头制造厂从钻头设计角度出发对布齿结构、刀翼结构、钻头剖面形状等采用了一系列防偏摆设计技术, 将旋转偏摆程度降低到小。此外, Eastm an Ch risten sen 公司将Am oco 的防偏摆产品实现了商品化, 采用了稳定钻头工作装置, 使PDC 在钻进时降低导致其破坏的剧烈偏摆载荷, 正式推出了防旋转偏摆钻头, 这种钻头在多层(非均质夹层) 岩层钻进中更为有利。此外, 钻头冠部形状也由平面状变为3～ 8 刀翼甚至更多刀翼(螺旋形) 的西瓜皮状。PDC 钻头不断提高与创新的另一原因是开发与应用了更为现代、更为复杂的计算机数据模型系统(CAD ƒCAM ) , 并与实验室验证相结合, 增加了钻头成功应用的把握。
在我国, PDC 钻头的开发因为受到PDC 国产化的影响, 相对美国要晚15 年左右, 在上世纪80 年代中期, 江汉钻头厂、大港总机厂钻井研究所及北京石油大学等单位开始着手研发PDC 钻头, 1985 年川石- 克里斯坦森金刚石钻头公司与1990 年新疆—帝陛艾斯钻头工具公司成立后分别引进了国外成熟的PDC 钻头技术及后续新技术, 并采用GE、D eB eers、U SS
公司生产的质量稳定可靠的PDC, 它们制造的钻头在钻井中均有的表现, 为我国PDC 钻头的开发与应用迅速铺平了道路, 展现了PDC 钻头在石油、天然气钻井市场的光明前景。但因钻头成本过高及售价昂贵, 其应用主要在新疆地区油田及海洋油田钻井中推广。1988 年郑州三磨所自主研制的价格十分低廉的PDC 投放市场后, 加速了我国PDC 钻头国产化的步伐, 先后出现了江汉钻头厂钻井研究所、大港石油总机厂、胜利油田钻井院、大庆石油管理局钻头厂等一批PDC 钻头制造厂, 完全国产化的PDC 钻头在大庆油田、中原油田、大港油田、胜利油田、辽河油田、吉林油田等地区得到了推广和普及。由于20 世纪90 年代初国产PDC 的性能还不令人满意以及部分钻头厂家钻头设计与制造水平相对较低, 钻井效果尚不太理想, 直到郑州新亚复合超硬材料有限公司投产后, 在PDC 制造技术上坚持不懈地进行研究和创新, 产品的规格与国外产品一致, 产品的质量及可靠性提高, 才基本上满足国内外钻头客户用于钻进软—中硬地层钻头的技术要求, 目前该公司主要致力于开发适合于硬地层、夹层、深井等难攻地层钻头用的PDC。另外, 在钻头制造方面, 除川石—克里斯坦森金刚石钻头公司、新疆帝陛艾斯钻头工具公司外, 又涌现了一批具有水平的钻头制造公司: 如成都百施特金刚石钻头公司、武汉亿斯达工具公司、成都迪普金刚石钻头公司及四川川石金刚石钻头公司等。可以相信, 不久的将来, 国产PDC 钻头的使用效果及应用领域会随着PDC 品质的改善以及钻头设计、制造水平的提高而迅速进步。
当今, 在世界钻井市场上, 在钻头制造技术与生产数量上占主导地位的公司有休斯 (Baker H ughes) 公司、DB S (H allibu rton 的Secarity DBS) 公司、史 密斯 ( Sm ith In ternat io nal) 公司以及瑞特(H yca lo g Too l- R eed) 公司四家。
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。公司通过的管理体系建设规范公司管理,产品质量及服务质量。在2010年被认定为“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“战略合作伙伴”关系。
金刚石复合片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，以国内的，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。
海明润金刚石复合片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。目前金刚石复合片公司已通过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。
金刚石复合片公司注重引进技术人才，研究目标始终对准国际水平，已获得一批拥有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)等的检测设备。金刚石复合片
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