孕镶金刚石钻头磨损研究现状与发展趋势

作     者：段隆臣 孙武成 王志明 谭松成 高辉 方小红 DUAN Longchen;SUN Wucheng;WANG Zhiming;TAN Songcheng;GAO Hui;FANG Xiaohong

作者机构：中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074 中国地质大学(武汉)地球深部钻探与深地资源开发国际联合研究中心武汉430074 

出 版 物：《地质科技通报》 (Bulletin of Geological Science and Technology)

年 卷 期：2024年第43卷第3期

页      面：200-217页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 081801[工学-矿产普查与勘探] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41972327 42272365) 

主　　题：孕镶金刚石钻头 岩石破碎 钻头磨损 磨损机理 磨损评价 机器学习 

摘      要：孕镶金刚石钻头广泛应用于各种硬岩钻进,尤其是深部硬岩钻探钻井的工程实践活动中,其碎岩机制表现为金属胎体包裹的金刚石出刃后压入、刻划和破碎岩石。金刚石钻头的磨损形式反映了孔底钻头-岩石的相互作用过程,以及磨粒(包括岩屑、胎体碎屑和金刚石碎屑等)在孔底的存在状态,它决定了金刚石钻头的钻进效率和使用寿命。目前关于孕镶金刚石钻头磨损理论、方法的研究大部分属于定性判断,且常局限于区域特殊情况,无法形成统一或可借鉴的实用指导体系。以地质钻探领域的孕镶金刚石钻头磨损相关研究文献为主,讨论了孕镶金刚石钻头磨损的研究现状。首先结合地质钻探工业实践和行业规程归纳了钻头的非正常磨损类型,然后从磨损图像、钻进信号2个方面介绍了钻头磨损评价方法,从钻头整体、金刚石和金属胎体3个方面梳理了钻头钻进过程磨损机理与影响因素,另外列举了主流的钻头磨损性能调控方法,介绍了磨损分析方程的研究进展,并探讨了机器学习方法如何辅助钻头磨损研究。孕镶金刚石钻头在深部硬岩钻探中有极大的潜力,而其磨损性能是决定其最终使用效果的关键。为此,对人工智能方法辅助数据分析、微观尺度计算模拟、增材制造和材料处理改性等研究方向进行了分析展望,探索先进的金刚石钻头的磨损监测分析和调控方法,以期满足地质深部钻探和地外星系钻探等远程监控钻进的需求。