可切换式反循环潜孔锤钻头设计及优化

针对现有气动贯通式潜孔(DTH)锤反循环钻探技术在推广应用过程中遇到的岩矿心(样)丢失、卡钻埋钻事故时有发生等问题,提出一种可切换式反循环潜孔锤钻头的新结构,该结构在正常碎岩钻进和"强吹孔"时,可以通过花键套的辅助配合,从而实现反循环原理上的切换。与此同时,采用正交试验设计的方法,运用计算流体动力学(CFD)分析技术对该钻头中备用内喷孔的6个主要结构参数进行优化设计。研究结果表明:备用内喷孔个数(N)对钻头的反循环效果影响最大,其次依次是备用内喷孔直径(D)、倾角(Θ_s)、备用内喷孔与常开内喷孔间距(L)、水平偏角(Θ_d),而备用内喷孔距孔底高度(H)对钻头的反循环效果影响最小。当N=2,D=5 mm,Θ_s=30°,Θ_d=10°,L=0 mm,H=230 mm时,钻头备用内喷孔结构参数组合最优。     

基于引射原理的侧吸式反循环钻头结构参数数值研究

为进一步提高潜孔锤反循环连续取样钻进时反循环取样效果,减少环空岩粉(岩样)漏失,创新地设计出具有引射器结构的侧吸式反循环钻头,并在试验与计算流体动力学(CFD)数值模拟的基础上通过对钻头喷嘴与接受段入口的距离LNT、喷嘴直径DN、底喷孔直径DT、扩压槽深度LD 4个关键参数对环空气体泄漏量影响规律进行研究,探讨引射原理在提高钻头反循环能力上的可行性及其效果,同时为优化设计提供理论依据。研究结果表明:将引射原理引入到反循环钻头中用于降低环空泄漏,提高反循环效果是完全可行的,且效果明显要好于传统的国内传统反循环钻头的效果好;另外,侧吸式反循环钻头的反循环效果受LNT,DN,DT和LD影响明显,且总存在最优结构参数使其反循环效果达到最佳;对于直径为108 mm的侧吸式反循环钻头,LNT=-10 mm,DN=5 mm,DT=14 mm,LD=40 mm是比较理想的参数组合。     

潜孔锤反循环钻头二级引射装置结构参数研究

二级引射装置能够有效提高贯通式潜孔锤钻进技术的反循环效果。为确定其结构参数,借助计算流体动力学(CFD)数值模拟,研究二级引射孔直径d、中心孔直径D、引射孔角度θ和引射孔距反循环钻头底面距离h等4个结构参数对钻头引射系数n的影响,并利用试验方法对CFD计算结果进行验证。结果表明:随二级引射装置结构参数d、D、θ和h的改变,反循环效果发生不同程度变化,且存在某一结构参数组合使反循环效果达到最佳,综合考虑4个参数的影响效果,确定d=11 mm、D=44 mm、θ=30°和h=180 mm为比较合理的结构参数;试验结果与数值模拟结果基本吻合,CFD数值模拟可用于确定结构参数。     

大直径引射器式反循环钻头结构设计及数值模拟

针对油气勘探开发特点的要求,将贯通式潜孔锤反循环钻井技术应用于大直径井眼段、复杂地层深井段的油气勘探开发领域,并根据多喷嘴引射器原理,设计一种外径为660 mm的新型大直径引射器式反循环钻头,并进行计算流体动力学(CFD)分析以及野外钻井试验。研究结果表明:该新型大直径反循环钻头结构设计合理,所形成的一、二级引射结构均对反循环形成效果和抽吸能力有良好促进作用,最高钻进效率可达6.0 m/h,平均钻进效率为4.5 m/h,并将井底破碎下的不同颗粒粒度的岩渣屑及地层流体抽吸进入钻头内部形成稳定反循环携带至地表,孔底无沉渣,并且外环间隙无岩渣屑泄漏现象。     

旋风式反循环钻头结构设计与反循环效果分析

为解决引射式反循环钻头在裂隙地层反循环不足问题,基于人造龙卷风的诱发机理,设计旋风式反循环钻头。应用计算流体动力学方法(CFD)对旋风钻头孔底气固流场进行数值模拟,并进一步对比引射钻头与旋风钻头的反循环能力。研究结果表明:旋风钻头钻进过程中,中心通道内的上升旋流对孔底气相流体产生抽吸作用,同时孔底岩屑随气流由钻孔底面上升进入中心通道,形成反循环。与引射钻头相比,旋风钻头在裂隙地层的反循环能力更强,其中心通道内气相流体的最低压力小于-8 kPa、最大流速超过100 m/s,整体携岩效率高于95%,该型钻头可以解决裂隙地层反循环不足问题。     

T-型微混合器的优化与仿真

设计了一种内置周期性挡板T-型微混合器,并采用ANSYS软件对其进行建模与仿真.主要针对不同挡板排数、高度、间距、角度、宽度、混合单元数和不同雷洛数对微混合器出口处温度的影响进行了对比分析,并采用田口分析方法,减少试验次数,根据信噪比大小找寻最优混合器结构.仿真结果表明:对于混合效率的影响,W_3(挡板高度)W_1(挡板宽度)W_2(相邻挡板水平距离)θ(挡板角度),双排正向双排反向单排无挡板;对压降的影响,W_3(挡板高度)θ(挡板角度)W_1(挡板宽度)W_2(相邻挡板水平距离),双排正向双排反向单排无挡板;因此选定W_1=60μm; W_2=500μm; W_3=100μm;θ=45°,挡板排数为双排正向,混合单元数4为最优设计参数.该结构在雷洛数达到150时,达到完全混合.     

煤层割缝器用双梯度喷嘴结构设计与优化

为提高高压水射流煤层割缝器的切割能力,提出采用双梯度结构对喷嘴这一关键部件进行结构设计及优化来改善喷嘴喷射性能的新思路。针对安装于63割缝器总长为17 mm的双梯度喷嘴,在正交实验指导下,采用Realizable k-ε湍流模型对不同参数组合下喷嘴出口流场进行了模拟。数值模拟结果表明双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时,其轴向速度在150 mm靶距处最大且衰减较慢。通过对数值模拟优化喷嘴结构进行试制,在室内运用3DPIV对其性能实验测试。实验结果表明在本文实验条件下,双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时,其射流出口流场平均速度最大,速度场分布较为理想,在150 mm靶距处的平均速度为普通喷嘴的1.4倍。     

青铜器、彩陶和唐三彩陈列室的视觉环境研究

作者们应用语意差别量表和因子分析法研究了青铜器、无釉彩陶和唐三彩等古文物陈列室的视觉环境的最佳照明条件。实验中描述照明条件的参数为:方向性照明的方位角(α)、高度角(θ)和照度矢量/标量照度比(E/E_s)。结果为: 对于青铜器:α=60°,θ=75°,E/E_s=1.00-150; 对于无釉彩陶:α=90°,θ=0°-30°,E/E_s=2.00-2.50; 对于唐三彩:α=30°,θ=75°,E/E_s=2.50-3.00。     

新型点磨削砂轮磨削温度仿真实验

点磨削倾斜角α和新型砂轮粗磨区倾角θ的存在使得砂轮与工件接触区域发生变化,由线接触变为理论上的点接触,磨削区温度也随之发生变化.本文采用有限元法仿真点磨削温度,采用热电偶法测量磨削区温度,设计了五因素四水平L₁₆(4⁵)正交试验;通过极差分析,得出影响点磨削温度的主次因素为:粗磨区倾角θ>磨削深度a_○p>倾斜角α>进给速度v_○f>砂轮速度v_○s,降低磨削区温度的最优参数组合为:θ(20°),a_○p(0.01mm),α(1°),v_○f(0.6mm/min),v_○s(35m/s).最后采用单因素实验,验证仿真的正确性并且深入分析了各参数对点磨削温度的影响规律及原因.     

一种软硬互叠岩层钻孔灌注桩钻进技术

结合某桥梁的工程地质特征,运用泥浆护壁机理和粉砂质泥岩的水敏特性,通过室内试验确定泥浆的配合比,并选用阴离子型、相对分子质量为(300～500)万、水解度为30%的聚丙烯酰胺为絮凝剂来调制泥浆;根据滚刀的碎岩机理,探讨单把滚刀切削力和比能与刀间距的变化规律,并对滚刀破岩点侵深轨迹进行分析计算,在此基础上提出1种新的组合滚刀的布置方法;采用大扭矩动力头液压钻机配组合式滚刀钻头钻进的施工工艺,改进常规的气举反循环排渣方式,总结回次钻进技术方法,得出一套适应该地层的钻压、转速和小时进尺等工艺技术参数值。     

气体钻水平井钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响

气体钻水平井段,由于自身重力,钻杆倾向于下井壁,形成偏心环空,使得下环空岩屑运移困难,通过研究偏心环空正常携岩和岩屑床岩屑的运移规律对气体钻水平井井眼净化具有重要意义。针对钻杆偏心对气体钻水平井环空岩屑运移规律的影响问题,基于气固两相流理论,利用可视化实验并结合计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对其进行了研究。从环空气体速度分布、岩屑速度分布和岩屑相对体积分数分布等方面分析了正常循环和下井壁沉积20 mm岩屑床两种工况,钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响。实验现象和数值模拟结果表明:正常循环时,随着偏心度不断增大,下环空气体和岩屑速度逐渐减小,气体携带岩屑的能力降低;当下井壁沉积20 mm岩屑床时,随着偏心度的增大,气流对岩屑床的扰动能力降低,使得下环空岩屑相对体积分数明显增大,岩屑床的最高剩余厚度逐渐增大。     

冲顶开窗径向水平井转向送进关键技术

为解决传统径向水平井技术套管段铣和大直径扩孔困难等问题,提出在免扩孔条件下一次性实现径向水平井开窗及钻进的技术方案,设计在Φ139.7 mm套管内使用的转向工具,该工具利用液压冲顶方式进行套管开窗,并采用Φ14 mm无缝钢管作为喷射钻进的钻管。数值模拟与室内试验表明,采用纵向冲顶方式可满足套管开窗要求;在45 MPa泵压作用下钻管能够克服转向阻力实现送进;当冲头下倾角度为11°时能有效地实现钻管矫直与长距离送进;采用液压冲顶套管与金属钻管送进相结合的方式可满足超短半径径向水平井作业要求,为下一步联合水力钻头进行高压喷射破岩奠定基础。     

不扩孔径向水平井钻管转向仿真研究

针对177.8 mm套管内部空间尺寸的约束条件,建立转向器弯曲导向滑道及钻管模型,利用ANSYS软件,对钻管通过转向器滑道的转向过程进行有限元仿真研究。仿真结果表明:在钻管弯曲转向时钻管弯曲内侧更易发生失稳;转向器滑道曲率变化率是个非常重要的参数,钻管应力、截面变形、钻管阻力都与其有关,为了使钻管以低应力、较为安全的状态通过转向器,减小滑道轨迹的曲率变化率是必要的方式;材料为X的钻管可以安全穿过滑道,钻管转向后可以沿滑道水平钻进,钻管变形保持在许可范围内,能够满足径向水平井的钻进要求。     

非齐次泊松过程中向量参数极大似然估计的重对数律

对于具有向量参数的非齐次泊松过程的一般模型,论证了向量参数极大似然估计每个分量的收敛速度符合重对数律。     

拖式混凝土输送泵在水下灌注桩中的应用

拖式混凝土输送泵式水下灌注方法是结合了超流态混凝土灌注法和导管灌注法的特点,采用TL型反循环钻机成孔,下钢筋笼,再利用泵送力代替一次投入混凝土产生的冲击力排开孔内浆液,实现传统的水下灌注的目的。     

小井眼长水平段水平井摩阻扭矩控制技术

小井眼长水平段水平井+ 分段压裂的开发方式在大牛地气田的开发中取得了理想效果,然而仍然存在一系 列的问题,尤其是水平段后期的摩阻扭矩控制问题。以理论分析和实钻工程特征为基础,建立了摩阻扭矩分段计算 模型,并对水平段长度、轨迹剖面、钻具组合和钻井液流变性等影响规律进行了分析,结果表明：随着水平段长度的增 加,钻进和起钻的摩阻扭矩均在增加,当摩阻扭矩不再增加时,此时便是水平段的极限长度;随着单增剖面靶前位移的 增加,摩阻扭矩增加;采用组合钻杆（?101.6 mm/?114.3 mm+?88.9 mm）既有利于水平段和大斜度井段携岩,同时又能 有效地控制摩阻扭矩;钻井液屈服值和塑性黏度越低,摩阻扭矩越小。将摩阻扭矩综合控制技术应用于DPH7 井,水 平段轨迹平稳,平均全角变化率1.79°/30 m。     

线性回归模型中的最小距离估计：φ-混合情形

考虑线性回归模型 Y_ni=x_niβ+ e_ni,i=1,…,n,其中β是待估计的未知参数,x_ni是已知的常数。假定对每个 n, e_n1,…,e_nn 与ξ₁,…,ξ_n同分布,其中｛ξ_t, t=…,-1,0,1,…｝是定义于概率空间(Ω,B,P)上取值于R的严平稳φ-混合序列。研究了一类由Cramer-von Mises型距离所定义的参数β的最小距离估计的渐进性质。证明了β的估计β_d是渐进正态的。     

IALR生态系统流体动力学的数值分析(Ⅱ)--锥角对流场、压力场和剪应力场的影响

采用时间分裂有限元法对ＩＡＬＲ生态系统下降段的流体动力学ＮＳ方程进行求解, 讨论了锥角（θ＝５０°,５５°,６０°,６５°,７０°,７５°） 及雷诺数对ＩＡＬＲ 流动性能的重要影响．     

柔化辊旋切参数对旋切单板质量的影响

在胶合板生产中,用柔化辊取代固定压尺可释放单板内应力、降低单板厚度偏差和卷曲变形.为了考察柔化辊对单板柔化、单板质量改善的效果,在一部小型旋切机上安装齿形柔化辊和控制系统.设定3个变量为旋刀倾角(PA)、垂直间隙(VG)和水平间隙(HG),按照L9(34)正交试验组织试验,每组变量设定值2次重复,并用相应的旋切软件研究木段旋切时的压缩率,以及压缩率为零时木芯的直径,以确认每组可控变量设定都能进行旋切.单板质量的主要评价指标为湿单板厚度、干单板厚度及其偏差以及单板卷曲变形.试验结果表明,当旋刀倾角增加时,单板厚度偏差和卷曲变形值减少,但单板粗糙度加大;垂直间隙减小时,单板卷曲值减小,湿单板厚度偏差增大,但干单板厚度偏差变化很小;水平间隙增加时,单板厚度随之增大,而单板厚度偏差降低.最好的旋切变量设定值为旋刀倾角90.5°,垂直间隙9.84mm,水平间隙2.79mm.     

基于实验和数值仿真的钻具防顶卡瓦结构优化

现有技术及装备中对预防钻具上顶的研究较少,目前没有一套成熟的装置能够解决钻具在溢流关井后高套压引起的上顶问题。设计的钻具防上顶装置能够有效解决这个问题,装置所用卡瓦在工作过程中承受较大夹持力,其齿尖易发生磨损,直接影响防上顶装置的锚定性能。运用有限元和室内实验相印证的方法对卡瓦工作过程进行分析,分析了牙前角、牙顶圆角和齿顶距等参数变化对钻具应力分布的影响,通过数值模拟得到钻具Mises应力、接触压力及钻具轴向滑移量的变化趋势,优化出牙前角60°、牙尖部截面形状为圆角,且半径0.3 mm时为最合理的防上顶卡瓦牙型,并通过室内实验进行了验证。研究结果对钻具防上顶装置的卡瓦结构优化设计提供了理论依据。