单齿圈复合运动破岩系统动力特性分析

牙轮钻头牙齿与岩石相互作用过程中的实际运动是很复杂的,它是变角度、斜向冲击压入加滚动和刮切等多种运动的复合。单齿圈复合运动破岩系统能够真实模拟全尺寸钻头上牙齿的运动、受力和破岩的状况,可获得较真实和完整的在一定钻头结构、钻压和转速下无重复破碎的井底破碎坑,从而为评价现有钻头性能和开发设计新型钻头提供重要的依据。研究单齿圈破岩理论,建立单齿圈复合破岩系统几何模型和动力学模型,对于分析不同类型钻头的破岩效率和建立钻头破岩的计算机仿真系统都具有非常重要的意义。通过ABAQUS有限元分析软件建立单齿圈复合运动破岩系统有限元分析模型,采用线性D-P模型模拟岩石材料,进行了单齿圈复合运动破岩系统的仿真。     

旋切方式作用的新型钻头破岩特性与试验分析

在分析传统三牙轮钻头破岩特性的基础上,提出一种旋切方式破岩的新型钻头(旋切钻头)。运用柱坐标与复合运动原理,建立破岩过程切削齿的位置方程、速度方程和加速度方程。同时结合算例参数,分析不同齿圈切削齿破岩过程接触段上的速度和加速度分布规律。根据加速度计算结果进行切削齿破岩工作力学和失效机制研究。结果表明:在钻进过程中,旋切钻头的切削齿以冲击、旋切方式破岩,不同齿圈切削齿同时切削井壁,且大齿圈切削齿过井眼中心,运动速度快,可有效地提高钻头心部破岩效率。试验结果验证了算例分析和计算方法的正确性,建立的计算方法修正了现有研究的部分错误,且适用于其他牙轮钻头与复合钻头的研究。     

三牙轮钻头井底破碎试验及井底模式初步分析

本文对五种不同类型的牙轮钻头在实验架上所作的井底破碎试验进行了分析比较。并根据它们的井底模式,研究分析其破碎岩石的效果。硬地层钻头采用不等距布齿,软地层钻头采用较大的移轴距和超顶距,可提高钻头破碎岩石的能力。由井底模式的研究分析还证明了三牙轮钻头的牙轮运动为变速转动。钻头钻进时,纯滚动点在牙轮上的位置是变化的,其变化规律主要取决于钻头的结构特点。     

牙轮钻头牙齿破岩有限元分析

牙轮钻头是石油钻井中主要的破岩工具。牙轮钻头的破岩是通过其齿圈上的牙齿和岩石相互作用完成的。本文通过建立牙轮钻头单个牙齿与岩石互作用模型,用有限元方法完成了牙轮钻头破岩过程的分析,获得岩石的破碎坑;进一步通过等效应力云图确定了牙齿破岩过程牙齿及岩石的应力分布情况,为进一步分析牙轮钻头破岩效率提供依据。     

大尺寸牙轮钻头结构设计问题的分析

针对深井上部大直径井段中牙轮钻头机械钻速低的问题，从设计角度对目前大尺寸牙轮钻头的齿面结构和水力结构进行了分析和讨论。与Φ２１５．９ｍｍ钻头相比，在相同地层条件下，Φ４４４．５ｍｍ钻头牙齿与井底岩石的最大接触应力低１８％～２８％，相同齿圈上的齿顶间距增大７０％～８０％，井底面积覆盖率减小了近５０％，平均单齿破岩量增加了１．７４倍，因而在硬地层和砾石层中破岩效率要低。在相同机泵条件下，Φ４４４．５ｍｍ钻头的井底比水功率远低于Φ２１５．９ｍｍ钻头，井底和钻头清洗状况不良，影响了机械钻速。因此，应根据大尺寸牙轮钻头的具体情况，对齿面结构和水力结构进行改造，以提高钻头的破岩效率和清洗效率。同时应增加钻头类型，完善钻头系列。     

全尺寸PDC钻头切削齿载荷分布规律的实验研究

根据实验应力分析原理,研究了三种剖面形状的全尺寸PDC刮刀钻头在常压下钻进红砂岩和白砂岩时,切削齿上的工作载荷.重点研究了切削齿上的轴向力、切削力、侧向力及其合力沿半径的分布规律及其与钻压和转速的关系,还分析讨论了岩石类型和钻头剖面形状对载荷分布规律的影响.结果表明,钻头形状不同,切削齿上的载荷分布亦不同;转速对切削齿上的载荷分布基本无影响.     

影响单牙轮钻头切削效率的原因分析

通过对单牙轮钻头切削机理的分析,从牙齿的露高、布置方式、形状三个方面,对单牙轮钻头牙齿在井底覆盖情况以及井底切削的均匀性进行分析研究。提出了在单牙轮钻头切削结构设计时:牙齿的露高设计应大于井底岩柱的高度;优化牙齿在球形牙轮经度和纬度方向的相差;在牙轮布齿面上,不同的布齿区域,选择适应该区域牙齿运动特点的齿形。     

泥包对破岩效率影响的PDC单齿切削模型研究

PDC钻头泥页岩地层钻进易发生泥包,严重影响机械钻速。钻进性能的变化归根结底源于切削齿与地层的相互作用,但是目前建立的单齿切削模型考虑的因素不全面,并不适用于钻头发生泥包的情况。建立了PDC钻头分别发生切削齿泥包和钻头整体泥包时的单齿切削模型,模型全面考虑了围压、切削齿倒角面、切削齿后底面、岩屑破碎带等因素,通过实例计算、利用前人实验数据验证了模型计算结果的可靠性。最后利用模型量化分析了泥包对破岩效率的影响规律,结果发现切削齿泥包和钻头泥包均严重影响破岩效率,且后者影响程度更大;切削齿泥包中,围压和"泥包团"长度对破岩效率影响显著,破岩效率均随两者的增大而减小;钻头泥包中,泥包面积对破岩效率影响显著,破岩效率随泥包面积的增大而减小。     

旋切钻头的纵向振动与破岩性能研究

针对现有钻头的破岩问题与井底模型的特点,提出了一种以旋切运动方式破岩的新型钻头.基于旋切钻头的结构和运动学原理对其进行动力学的振动分析,建立切削齿的振动方程,得到旋切钻头不同齿圈上切削齿的振动位移和速度.然后进行旋切钻头的破岩特性研究,根据建立的钻头不同齿圈切削齿破岩特性分析模型,得到不同齿圈切削齿的冲击力、剪切力、破岩体积等结果并对比分析.研究结果表明:与现有钻头技术相比,旋切钻头利用冲击与剪切作用复合破岩,大圈齿过中心,可有效提高钻头心部破岩效率;井底模型呈旋风状,可实现所有齿圈切井壁,实现破岩过程钻头的保径功能.同时,建立的分析模型通过对应参数的变换,也可用于其他类型包括复合钻头的分析.     

盘形钻头刮切实验数据分析处理

简要介绍了盘形钻头的结构特点及工作机理,着重对盘形牙轮钻头9种不同结构参数的盘形切削齿与目前镶齿牙轮钻头上使用的瓢形和楔形齿在重庆砂岩上进行了刮切对比实验的实验数据进行了分析处理。求出了刮切实验中测得的不同牙齿在刮切过程中的刮切力的最大值、最小值、平均值和刮切单位体积岩石所需的刮切力的大小,得到了不同结构牙齿在刮切重庆砂岩时的刮切效果,为进一步设计出实用于中硬及软地层并具有较高综合工作性能的盘形钻头提供了实验数据。     

用随机过程分析方法研究牙轮钻头轴承载荷

In this paper we have introduced a new method of measuring the radial loads on both big and small journal bearings and axial loads on the bearing thrust of the bit under steady or dynamic load. Using this method .we performed a series of experiments with the .bit made of real cone on our test stand .We have obtained some data with the second cone of the bit of 8 XHP 5 -3 type under dynamic loads, 0n the basis of these data we concentrated on how to study the loads on journal bearings with the help of harmonic and statistical analysis, Besides, we have found out that analysis of the density of the power spectrum is an important method of studying the load on the journal bearings and the tooth face structure of different cones.At the end of this paper we have discussed the results of our experiments,made to study the change of the load distribution on each bearing when the second thrust is on load.     

井底条件下牙轮钻头润滑系统工况的模拟实验研究

对牙轮钻头润滑密封储油系统在井底高温条件下的容积及压力变化进行了模拟实验。通过实验及对钻头实际工况的分析得出,在井底因高温及钻头动我所造成的密封储油系统的容积变化约为2％～3％,系统的内外压差约为0.3～0.5MPa.     

三牙轮钻头轴承受力分析

本文叙述了我室研究三牙轮滑动轴承钻头,其轴承受力分析时所用到的“试验钻头”的特点,该试验钻头是按四川石油局成都石油总机厂生产的XHP 215zy-3型钻头基本参数设计并制造的、通过试验,获得了一组记录曲线,经整理并计算出了各牙轮轴大小滑动轴承的径向和轴向负荷,以及各牙轮的载荷分配百分比。数据处理结果说明试验钻头设计是成功的,各种载荷随时间而变化的记录曲线是可靠的。同时还开展了人为地变化牙轮高度对轴承受力影响的试验,最后提出了我们对该型钻头现有设计中几点讨论意见。     

井底模式特征量的提取与模糊聚类分析

By studying the an approach to the shape of bottom-hole pattern, the paper has mainly made an approach to the bottom-hole pattern characteristics, presented a group of characteristic parameters, and the type of rock bit by fuzzy cluster. The results calculated by forecast equation of drilling speed,cone gear ratio etc. have accorded with those from experiments.     

全方向推进器叶片控制系统研究与实现

全方向推进器是由一组从船体中向水中的叶片组成，该组叶片绕垂直船体的轴线作公转运动的同时，还绕自身的固定轴自转．在此提供了全方向推进器叶片运动控制的一种实现方法．它主要以ATMega128和FPGA（现场可编程逻辑器件）为控制核心，完成了叶片自身旋转的位置伺服控制，成功实现了全方向推进器叶片的摆线轨迹运动．     

石油牙轮钻头滑动轴承的渗硼试验研究

本文介绍了两种不含BC的渗硼配方。用它对牙轮钻头滑动轴承进行渗硼时,可得到脆性较低的FeZB单相组织,渗层深0.12～0.17mm。文章在对渗硼前后施以不同热处理所得过渡区的组织进行分析的基础上提出:当牙轮内孔进行渗硼时,可采用具有一定过盈量的套圈进行先渗碳,后渗硼,正火处理后,压入牙轮内孔中。文章最后介绍了几种不同摩擦副的磨损试验情况,提出用牙轮内孔渗硼代替银锰合金与堆焊耐磨合金的牙爪轴颈构成摩擦副,从经济效果和使用性能上讲,都是适宜的。     

高速牙轮钻头轴承密封副设计与有限元分析

用于石油天然气勘探开发的牙轮钻头轴承润滑密封系统的寿命,在很大程度上决定了钻头的使用寿命。为了提高轴承密封的可靠性,根据其工作的摩擦学特性,通过有限元分析,对钻头轴承端面—径向组合密封的结构进行了分析研究,据此设计了新型密封副。理论与实践证明,采用该新型组合密封结构能适应高速牙轮钻头轴承密封的发展需要。     

滚动钻柱摩阻研究

现有计算钻柱摩阻力矩的模型是在假设钻柱自转的条件下建立的，不适宜计算钻柱出现反转时的阻力矩。通过引入滚动摩阻系数，建立了反转条件下摩阻力矩的计算方法，得出了计算公式，并给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。该研究成果有利于直井防斜和提高水平井钻井技术。     

椭圆喷雾规律初探

用激光全息技术研究了几种不同椭圆度喷孔的喷雾总体特性，发现其外观形状既非圆锥体也非椭圆锥体，而是横断面为椭圆但其长短轴沿射流方向交替变化的特殊锥体横断面长短轴交替变化是雾场涡结构自感应变形的表现，它使周围流体大量卷入喷雾区在喷孔近处，椭圆喷雾在长短轴平面内具有不同的横向扩散速率，但在远离喷嘴处，椭圆喷雾的各向扩散速率则趋于一致．实验观察表明，椭圆喷雾相对于轴对称喷雾有更好的卷吸效果．