软岩的旋转触探诸参数间的内在关系

为经济快速合理地确定不同地层的旋转触探运行参数,及进一步研究通过触探诸参数确定岩石力学参数的方法,必须明确旋转触探软岩样时探头上的负荷、扭矩与探头的转速、钻进速度之间的内在关系.在理论研究分析的基础上,用角片式探头在笔者研制的"旋进式触探机"上系统地进行砌块的旋转触探试验,且结合已报道的对石灰岩和砂岩用PDC钻头在室内进行的钻进试验数据分析验证了触探岩土体时探头上的负荷、扭矩和其钻进参数间内在关系的正确性.得到了以下结论:当探头的转速不变,则扭矩和负荷与钻进速度呈线性关系;当探头的钻进速度不变时,负荷和扭矩与转速呈-1次曲线关系;当探头的钻进速度和转速不变时,扭矩与负荷间呈线性变化关系:当探头上的扭矩与负荷不变时,转速与钻进速度呈正比关系.     

锥度误差对高压辊磨机组合辊承载扭矩影响分析

通过建立辊轴锥度误差的数学模型,以GM 1 400×800高压辊磨机组合辊为研究对象,分析了组合辊接触表面锥度误差对组合辊承载扭矩的影响。分析结果表明:圆锥大端存在锥度误差的情况下,组合辊的承载扭矩随锥度误差的增大基本成线性减小;与此相反,圆锥小端存在锥度误差时,组合辊的承载扭矩随锥度误差的增大基本成线性增大。当单边过盈量等于0.45 mm,大端锥度正误差每增大0.01 mm,承载扭矩平均减小65 kN·m,大端锥度负误差每增大-0.01 mm,承载扭矩平均增大45 kN·m,可见承载扭矩随大端锥度正误差变化的趋势大;而小端锥度正误差每增大0.01 mm,承载扭矩平均增大15kN·m,小端锥度负误差每增大-0.01 mm,承载扭矩平均减小35 kN·m,可见承载扭矩随小端锥度负误差变化的趋势大。     

反井钻机ZX315镐型镶齿滚刀有效钻压分析

反井钻机在金属和非金属矿山坚硬岩石地层中钻进井筒时,在因反井钻杆和硐室空间问题限制钻机能力的情况下,经常需要采用略高于有效破岩钻压进行钻进,而通过全尺寸滚刀破岩实验或单齿压入实验可以判断有效钻压.选用ZX315镐型镶齿滚刀和单轴抗压强度141.6 MPa的花岗岩,进行直线往复式滚刀破岩实验对.在25～150 kN不同钻压时,通过观察破岩面、称重破碎岩碴、记录实验数据,分析得到钻压与破岩体积关系曲线拐点,进而获得有效钻压为100 kN,根据钻压与滚动力关系曲线得到滚刀的滚动摩擦因数为0.203,通过对岩石单轴抗压强度和有效钻压的拟合,得到单轴抗压强度与有效钻压的关系公式,可计算得到有效扭矩.通过对不同岩石的有效破岩钻压分析,得到有效破岩钻压与岩石单轴抗压强度的关系,并推算得出ZX315镐型镶齿滚刀的有效钻进钻压近似为岩石单轴抗压强度的75.48％.     

粒子冲击及其辅助钻齿破岩规律研究

粒子冲击钻井是一种新型高效的钻井技术,结合冲击技术和机械破岩,实现了钻头在研磨性硬地层的高效钻进。当前粒子冲击辅助破岩的机理还不够明确,为优化粒子冲击钻井参数,提高钻井效率,基于离散元颗粒流方法,建立了具有微观聚团特性的黑砂岩数值模型。在考虑黑砂岩的矿物组分及占比情况下,研究了粒子在不同粒径、入射角度、入射速度条件下的单粒子冲击、多粒子冲击及辅助切削破岩规律。研究表明:1)粒子冲击辅助切削破岩相比传统切削破岩效率更高,粒子粒径在1.5和3.0 mm时,破岩比功会呈现急剧降低的现象,粒径在1.5～2.5 mm破岩比功变化不大;2)粒子粒径、入射角度和入射速度对辅助破岩有重要影响,为提高辅助破岩效率,建议使用粒径为3.0 mm的粒子和0°～25°的入射角度,同时加大入射速度。研究表明,粒子冲击钻井技术是提高研磨性硬地层高效钻进的有效手段,研究结果能为该技术的发展提供一定的指导意义。     

国产摆式飞剪的平衡研究

本文探讨了国产摆式飞剪在剪切速度由1.5m/s提高到2m/s时,摆动力、摆动力矩、输入扭矩波动及各运动副反力的合理平衡途径,提出了配重与气缸综合平衡方法及其合理参数的确定方法,最后在摆式飞剪模型样机上测试验证了气缸的平衡作用以及本文所采用的动力分析计算方法的正确性。     

盾构下穿及列车荷载作用下既有高铁桥梁动力响应分析

以盾构下穿某高速铁路简支梁桥为工程背景,运用有限元软件Midas/GTS建立盾构隧道先后下穿高铁桥梁模型,分析盾构下穿时列车荷载作用下高速铁路简支桥梁动力响应。研究首先分析了当盾构开挖至桥梁近侧,列车以不同速度200～350km.h-1、不同轴重110～220kN运行时对高速铁路简支梁桥墩顶沉降的影响。接着探讨在不同开挖阶段下,速度200 km.h-1轴重110kN的列车动荷载冲击下高铁桥梁墩台顶变形规律。结果表明：盾构开挖至桥梁近侧时,不同速度、轴重列车荷载冲击下,高铁桥梁墩台顶的变形规律基本一致,其沉降在一定时间达到峰值,其后迅速降低并稳定在某一波动范围内;随着列车速度与轴重的增加,墩台顶沉降峰值越大;盾构开挖时,列车时速低于200 km.h-1、轴重小于110kN时其墩台顶沉降峰值当满足高铁桥梁单墩顶竖向沉降控制标准,与列车速度相比,列车轴重对桥梁的动力响应影响更大;列车动荷载作用下,盾构隧道开挖对高铁桥梁墩顶变形的影响主要为盾构开挖至桥梁近侧的初开挖阶段,盾构开挖远离桥侧后墩顶变形基本处于稳定状态。     

湘潭市住宅公司综合楼结构加固施工技术的探讨

湘潭市住宅公司综合楼因改变使用功能,3～4楼原办公室隔墙拆除作湘潭市房屋产权管理处大空间档案库,楼面活荷载由2.0kN/m2加至8.0kN/m2,通过对梁、柱加固改造,使梁、柱的承载能力、强度、刚度、扭矩、挠度、抗裂性能、结构安全度都得到了保证。加固后经使用观察3年效果良好。     

富水砂层地铁区间隧道盾构掘进参数分析

依托哈尔滨轨道交通2号线一期工程耿家站至龙川路站区间的施工情况,对富水砂层盾构隧道开挖过程中的相关掘进参数进行分析。结果表明,盾构机主推力控制范围为10～18 MN,刀盘转速约为1.3 r/min,刀盘扭矩为2～4 MN·m。掘进速度保持在40～70 mm/min范围内,此时土压力主要为0.1～0.2 MPa,平均出土量约为43 m~3。采用太沙基理论对土压力进行计算,计算值验证了土压力监测结果的准确性。     

CO2激光焊接快速凝固耐热铝合金AA8009

采用3种不同的焊接速度（0.6, 1.5和2.4 m/min）, 对板厚为1 mm的耐热铝合金AA8009进行CO2激光焊接. 研究结果表明： 在焊接冷却速度为102～103 ℃/s时, 焊缝中心凝固组织为亚共晶组织, 大量细小的第二相粒子弥散分布在细小近等轴的α-Al中;在熔化区边界存在大量粗大的针状相分布在粗大胞状枝晶α-Al中;提高焊接速度可改善焊接接头组织和性能, 当焊接速度为2.4 m/min时, 焊缝组织类似于基材组织;焊接接头断裂发生在熔化区边界.     

复合地层土压平衡盾构刀盘掘进参数

土压平衡盾构在复合地层中掘进时常出现推力和扭矩波动幅度过大的问题,为了研究盾构机在复合地层中刀盘受力特点,基于扩展模型建立了不同类型全刀盘掘土数值模型,研究了全刀盘Mises应力以及推力和扭矩的变化规律,验证了数值计算结果的合理性。基于室内土压平衡盾构掘进试验,研究了盾构机掘进参数在不同地层中的变化规律。研究结果表明,随着刀盘推进深度增加,各类刀盘Mises应力最大值呈增加的趋势。各类地层全刀盘掘进模型的推力及扭矩计算误差均未超过10%,利用扩展Drucker-Prager模型所建立的全刀盘掘进模型是合理的。土压平衡盾构掘进模型试验表明,随着中风化泥质粉砂岩地层占比逐渐增大,盾构机推力有增大的趋势;盾构刀盘扭矩先增大后减小,最后趋于稳定;出土器扭矩变化不明显。整个推进过程中盾构机推力变化范围为6.0～7.7 kN,扭矩变化范围为773.4～1 195.8 N·m,出土器扭矩变化范围为32.5～104 N·m。     

3NB2200型大功率钻井泵的泵压分析研究

钻井泵是输送泥浆及执行钻井水力程序的关键设备,其性能与可靠性在钻井作业中的重要性已为人们所公认.泵压的高低直接影响到高压喷射钻井的速度.为了保证大功率钻井泵具有高泵压,提高钻井泵的效率和钻井的速率,对影响钻井泵的排出压力因素做了分析,为今后大型钻井泵的设计及使用提供参考.     

基于应力分析的钻具设计方法优化

钻具钻进过程中不断振动,其产生的交变应力促使钻具发生疲劳失效。钻具组合设计时多是考虑轴向应力对钻具的影响,很少考虑到振动的影响,考虑因素单一。为提高钻具钻进过程的安全性,基于钻柱所受轴向应力,考虑钻柱振动时所受动态应力,结合疲劳失效原理,建立了一种应力安全分析模型,并通过室内试验验证模型的合理性,进而分析钻柱整体在不同钻进条件下的安全系数和存在的危险位置,总结提出钻具组合优化方法。结果表明：转速对钻具的安全系数影响较大,钻压的影响程度较小;除了钻具井口位置,加重钻杆底部、钻铤底部均存在疲劳失效的可能;钻具优化方法可以提高钻具整体安全性。本文从应力方向角度分析了钻具的安全情况,提出了优化方法,为以后的钻具设计提供了参考。     

水平旋转钻柱横向振动特性试验

利用水平井钻柱动力学特性模拟装置,对不同钻压和转速条件下水平旋转钻柱横向振动特性进行试验研究。结果表明:钻压和转速是影响水平井旋转钻柱横向振动特性的重要因素;随着转速增加,两横向振动的频率逐渐变大而相位差变小,两横向振动频率与钻柱自转频率呈线性关系;钻压增大对两横向振动频率的影响不大,但两横向振动的相位差会随着钻压的增大而逐渐变小;实际钻进中,钻柱一直处于井筒的右下部,转速选取时应尽量避开52.1 r/min。     

考虑粒径分布的深水环空岩屑浓度研究及应用

深水低温对钻井液性能影响显著,其粘度和切力的改变使深水携岩与常规陆上钻井不同。由于温度降低带来钻井液性能的改变对不同粒径岩屑上返速度的影响程度不同,因此在深水携岩研究中,考虑岩屑粒径分布是必要的。本研究分析了温度变化对钻井液影响,建立了考虑岩屑粒径大小及粒径分布、机械钻速及钻井循环时间等影响因素的深水钻井分岩屑粒径的环空浓度计算新模型,从而获得了深水钻井中全井及井眼各段环空内岩屑浓度大小及其浓度随循环时间变化的分布与变化规律,并在现场深水钻井岩屑浓度的分析计算中,取得了良好的应用效果。     

瓦斯抽采钻孔受限空间内钻屑运移特征

 应用气力输送理论,建立钻屑颗粒群孔内悬浮模型,推导钻屑颗粒群启动最小气流速度求解方程,结合案例分析钻屑颗粒直径、摩擦系数及钻孔倾角对钻屑颗粒群启动速度的影响规律.结果表明,施工俯孔时,最小启动风速存在极值θ_D,θ_D<θ<0 时,伴随钻孔倾角θ绝对值增大,所需最小启动风速v_a逐渐增大,在θ_D～-π/2 范围,伴随钻孔倾角绝对值的增大,所需最小启动风速va呈现小幅度减小趋势;施工仰孔时,存在角度θ_U,当0<θ<θ_U时,伴随仰孔倾角逐渐增大,所需最小启动风速逐渐降低,当θ>θ_U时,钻屑在自重作用下自行滑落;摩擦系数对最小启动风速的影响规律与钻孔倾角类似,当俯孔倾角θ=-π/2 时,不同摩擦系数曲线交于同一点,表明当θ=-π/2 时,最小启动风速与摩擦系数无关.     

聚合物低固相泥浆水眼粘度与钻速的回归关系

寻求水眼粘度与钻井速度二者之关系和钻井液性能参数对水眼粘度的影响,对陕甘宁盆地使用聚合物低固相钻井液的性能参数和该参数下获得的钻井速度数据进行统计和优选,应用一元线性回归分析法和最小二乘法,拟合得出了钻井速度与水眼粘度的关系的幂函数方程;密度和滤失量与水眼粘度之间的关系是幂函数方程;漏斗粘度和塑性粘度与水眼粘度的关系是一元直线方程,动塑比与水眼粘度二者之关系是一元二次方程．根据回归方程和回归曲线分析得出提高钻井速度合理选择钻井液水眼粘度和与此相配伍的其它钻井液性能参数的取值范围．为现场安全快速钻井提供选择钻井液性能参数的依据．     

水平井井底钻压波动规律的实验研究

利用水平井钻柱动力学模拟实验装置,进行了水平井井底钻压波动的模拟实验。实验结果表明:水平井井底的钻压波动为一正弦波动,其波动频率与钻柱的自转频率相等,钻压对波动频率的影响不大。水平井井底的实际钻压始终与名义钻压近似相等;随着钻压和转速的增加,水平井井底钻压的波动会变得越稳定。水平井实际钻进时,建议转速大于52.08 r/min,钻压大于90 kN。     

烟叶松散率影响因素研究

【目的】探索TB-S松散回潮机合理的烟叶松散率加工参数,为提高其松散回潮效果提供科学依据。【方法】分别对TB-S松散回潮机的加水比例、滚筒转速、松散流量和喷嘴蒸汽压力等因素进行单因素和正交试验,探讨这4个因素对烟叶松散率的影响。【结果】加水比例与烟叶松散率呈一元线性关系;滚筒转速和喷嘴蒸汽压力与烟叶松散率呈一元二次关系;松散流量明显影响烟叶松散率。影响主次顺序:滚筒转速加水比例喷嘴蒸汽压力松散流量;最优工艺条件:松散回潮机加水比例为4.0%,滚筒转速为9.0r/min,松散流量7 050kg/h和喷嘴蒸汽压力为150kPa时,可使烟叶松散率达到99.6%。【结论】合理控制松散回潮机的各关键设备参数,特别是滚筒转速,加水比例、喷嘴蒸汽压力等,可有效提高烟叶松散率。     

基于静电流量计的气体钻井返出岩屑流量监测

气体钻井以其经济、环保,高效等优势已逐步成为油气勘探开发的重要手段。由于地质的复杂性,在钻井过程中容易发生井壁失稳以及井下燃爆等问题,通过井口返出岩屑可以了解井下复杂情况,防止井下事故的发生。本文基于静电积累原理,利用COMSOL软件建立了岩屑监测模型,模拟分析不同质量流量下静电传感器的电势分布,设计了岩屑流量测量装置,以石英砂代替岩屑,测量了输出电压与气体流量以及石英砂颗粒质量流量的关系。研究结果表明,静电传感器电势与带电颗粒质量流量具有较好的线性关系,影响静电传感器信号强度的因素主要为岩屑质量流量,两者之间具有较强的线性关系;静电传感器的信号受风速影响明显,风速越大,灵敏度越高,且线性相关性越好。该方法可为气体钻井岩屑监测提供一种新的方法,对气体钻井现场安全作用具有重要意义。     

圆筒内旋转细长梁振动分析的关键参数

根据有限元理论,利用ANSYS软件建立了旋转细长梁有限元理论模型。在转速为100 r/min、钻压为200 N条件下,研究内筒轴向压力、细长比的因素影响以及内筒转速对内筒横向位移的变化情况。结果表明:随着细长比的增长,距离中间节点越远的节点,起始时间越滞后。在有自重影响下,下节点的横向位移随轴向力变化,位移依次变大。内筒随着转速的增加,内筒的横向位移也逐渐变大。