聚晶金剛石複合片的設計方法和應變能的利用(doc 12頁)

聚晶金剛石複合片的設計方法和應變能的利用內容提要：
聚晶金剛石複合片（PDC）鑽頭由於其高滲透率，使用壽命長和生產工藝簡單等優點，已經在石油和天然氣鑽探領域得到了廣泛的商業性認可。不過，PDC鑽頭應用在鑽孔高抗壓強度和高耐磨性岩石方麵所取得的成功卻很有限，原因之一就在於刀具容易發生折斷。本篇論文就是試驗用結構所能承受的應變能的能力來作為在動態和靜態負荷條件下刀具抗折斷能力的一個指標。當刀具向下鑽孔時，刀具會受應力產生形變因此，鑽孔時的衝擊力就被刀片和PDC鑽頭吸收轉化為應變能。刀具本身能承載的應變能越高，就能吸收越多的衝擊能，使應力形變不超過金剛石的拉伸極限。PDC刀具中的各種金剛石/碳化物界麵的幾何形狀和金剛石厚度可以用有限元分析法（FEA）來模擬。這種FEA模型包括了剩餘應力負載和模擬衝擊負載。應變能承載能力可以通過調整衝擊負載使金剛石表麵產生臨界拉伸壓力之後計算出來。之後對每個計算得出的設計結果進行實驗室落塔衝擊實驗。然後將這些設計結果依計算出的承受應變能能力和落塔實驗的結果排序。使用這種方法和工具，可以在工具設計時直觀的在顯示屏上快速的進行性能預測，而不必冒風險去實際鑽一個向下鑽眼，而且這種方法也可以將剩餘應力和釺焊應力合並進去，因此是非常有意義的。
簡介：PDC刀具麵世20多年來，已經對石油和天然氣鑽探產業產生了巨大的影響。如今在所有鑽進進尺中，使用裝配了PDC刀片的鑽頭的比例已經很大。高滲透率、長壽命和工藝簡單是PDC鑽頭的顯著優點。但是在鑽孔高抗壓強度和高耐磨岩石時，PDC鑽頭表現一般，原因之一就是鑽孔堅硬的岩石時容易折斷刀具。PDC刀具的斷裂韌性是鑽頭工作是尤其重要的一項指標。
新的PDC刀具設計時必須在工地實際應用前對其進行斷裂韌性的評估。如何正確的模擬鑽孔時刀具受到的衝擊是已經被廣泛研究的一項課題，並且已經有幾種不同的方法被使用。有些是通過對帶有標靶和抗衝擊板的刀頭進行動態衝擊的嚴格衝擊實驗，還有些是在動態岩石切割實驗中被更準確的檢測。

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