冷却润滑方式对CFRP/Al叠层钻孔质量及轴向力的影响

为了探究碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金(Al)叠层钻孔时不同冷却润滑方式对刀具磨损、钻削轴向力和钻孔质量的影响,进行了微量润滑和干式钻削条件下的钻孔实验。通过建立积屑瘤存在时CFRP钻削模型,揭示了影响轴向力诸因素的内在联系,解释了钻削CFRP层轴向力随加工孔数增加而逐渐变大的原因,分析了CFRP切屑分离原理和叠层制孔质量数据。结果表明:积屑瘤通过改变横刃实际工作长度、积屑瘤夹角、主切削刃摩擦角以及碳纤维实际剪切面上应力状态来影响CFRP钻削轴向力;积屑瘤存在时两种冷却润滑方式下CFRP总钻削轴向力的差异主要来源于横刃处的差异。采用干式钻削方式加工CFRP/Al叠层更易形成积屑瘤,连续加工时CFRP层高硬度的碳纤维挤压刀刃导致积屑瘤较软段不断生长脱落,是影响钻孔质量的重要原因;相比干式钻削,采用半程微量润滑方式加工CFRP/Al叠层能获得更好的钻孔质量。     

考虑颗粒群阻力效应的跃移运动

考虑到风沙流中颗粒群阻力效应,采用修正后的单球模型阻力系数公式,计算了跃移运动达到稳定状态时的风速廓线、输沙量、沙粒相体积分数.结果表明:当跃移达到稳定状态时,考虑颗粒群阻力效应对阻力系数修正时计算所得的输沙量、沙粒相体积分数均大于不修正时的相应值.当摩阻风速增大时,输沙量及颗粒相体积分数也会随之增大,而以相同速度起跳的颗粒跃移长度随之增大,高度有所降低.     

基于开挖面实际破坏模式的盾构隧道稳定性分析模型

基于开挖面实际破坏模式,考虑分层土体的差异性和土体拱效应,对太沙基松动土压力计算公式进行修正,提出了一种新型楔形体计算模型,并由此算出开挖面的临界支护压力.结果表明：上覆土压力影响临界支护压力的取值,且随着隧道埋深的增加,其影响程度急剧增大;所得开挖面的临界支护压力的大小与楔形体张开角α及其倾角θ密切相关,当α=90°－θ时,可以确定所对应的临界支护压力值.同时,通过工程实例,验证了所提出的新型楔形体计算模型及临界支护压力确定方法的可靠性.     

基于XFEM的垂直于双材料界面的裂纹扩展问题

 基于扩展有限元法,提出了双材料界面上垂向裂纹应力强度因子的计算方案。导出由6 项组成的新型裂纹尖端位移增强函数,基于裂尖应力场和位移场的解析解,建立路径无关J_kε积分与应力强度因子K_ⅠK_Ⅱ的关系式,利用扩展有限元法计算J_kε积分,通过上述关系式求得应力强度因子,用最大周向应力准则确定裂纹扩展角θ_p。数值计算表明,J_kε积分与XFEM 结合可有效解决垂直于双材料界面的裂纹扩展问题;当裂纹由弹模较小材料朝着弹模较大材料扩展时,裂纹扩展角θ_p较小,而由弹模较大材料朝着弹模较小材料扩展时,θ_p较大;4 点弯曲试验结果表明,裂纹扩展角θ_p与界面两侧材料的泊松比比值v₁/v₂无关,而与弹性模量比值的对数lg（E₁/E₂）成指数关系。     

三粒子GHZ态隐形传输令牌环网的保真度分析

通过对三粒子纠缠GHZ态隐形传输令牌环网通信过程的分析,得到了影响保真度的2个关节点,并分别对其保真度进行了计算.计算结果表明：当|a|=0、|b|=1或|a|=1、|b|=0时,保真度达最大值1;当|a|=|b|=2/2时,Bell基测量时的保真度为0.5,平均保真度为0.67.Von Neuman测量时的保真度与分析角θ有关,若θ=π/4±kπ （k=0,1,2,…）,保真度取最大值1;若θ=π/4±kπ/2 （k=0,1,3,5…）时,保真度取最小值0,平均保真度为0.5.     

侧钻水平井套管段铣铣屑运移实验研究

对钻井液的环空返速、流变性能、密度及井眼倾角、铣屑尺寸等参数对侧钻水平井套管段铣铣屑环空运移的影响进行了实验研究。结果表明,钻井液的环空返速、流变参数及密度增大时,井眼净化效果较好;铣屑的环空返出率随着井眼倾角、铣屑尺寸的增大呈下降趋势。给出了对铣屑进行定量描述和分类的可行方法。运用实验观察方法对比分析了铣屑和岩屑的环空运移机理,运用多元统计分析的方法建立了考虑上述诸影响因素时井眼净化的经验模式     

侧钻水平井套管段铣铣屑运移实验研究

对钻井液的环空返速、流变性能、密度及井眼倾角、铣屑尺寸等参数对侧钻水平井套管段铣铣屑环空运移的影响进行了实验研究.结果表明,钻井液的环空返速、流变参数及密度增大时,井眼净化效果较好;铣屑的环空返出率随着井眼倾角、铣屑尺寸的增大呈下降趋势.给出了对铣屑进行定量描述和分类的可行方法.运用实验观察方法对比分析了铣屑和岩屑的环空运移机理,运用多元统计分析的方法建立了考虑上述诸影响因素时井眼净化的经验模式.     

竹屑/氯氧镁水泥复合材料性能试验研究

利用竹屑制备氯氧镁水泥复合材料,采用正交试验法研究H₂O/MgCl₂摩尔比、竹屑掺量、竹屑粒径、硼酸掺量对材料抗压强度、抗折强度及耐水性的影响,并用方差分析讨论了各因素对其力学性能及耐水性的影响规律。研究结果表明：随着H₂O/MgCl₂摩尔比的增加,材料的抗压和抗折强度呈下降趋势,当H₂O/MgCl₂摩尔比为15时,材料的抗压强度值和抗折强度值较高;随竹屑掺量的增加,材料抗压和抗折强度降低;当竹屑掺量为20%时,材料存在较高的抗压和抗折强度值;随竹屑粒径的增大材料抗压和抗折强度降低,竹屑粒径应以16～12目为宜,此时材料的抗压强度值和抗折强度值较高;随硼酸掺量的增加,材料抗压强度和抗折强度有所降低,耐水性提高。综合分析可得：材料的最优组合为A₁B₁C₁D₂,即当H₂O/MgCl₂摩尔比为15,竹屑掺量为20%,竹屑粒径为16～...     

NiCo/纳米SiO2复合镀层的耐腐蚀及其摩擦学性能研究

采用电沉积法在铜基底上沉积了NiCo/纳米SiO2复合镀层和NiCo合金镀层,用扫描电子显微镜、CHI660A电化学工作站及UMT-2M摩擦磨损测试机考查了镀层的表面形貌、磨损形貌、耐腐蚀性能及摩擦学性能.结果表明,纳米SiO2颗粒的加入抑制了NiCo晶体的增长,使得镀层中NiCo颗粒明显得到细化,镀层更加均匀致密;在相同的腐蚀和摩擦条件下,纳米复合镀层的耐蚀性、耐磨性能明显高于NiCo合金镀层;随着镀液中纳米颗粒悬浮量的增加,复合镀层的摩擦系数先降低后增大,当镀液中SiO2纳米颗粒含量为5 g/L时复合镀层的摩擦系数最小.     

不同试验条件下C/C复合材料的摩擦磨损性能

利用MM-W1型立式万能摩擦磨损试验机测试C/C复合材料在不同载荷(0.5, 1.0,1.5 MPa)及不同润滑(干态、水润滑、油润滑)条件下的摩擦磨损性能,借助扫描电子显微镜对不同状态下的磨损表面形貌进行观察分析.结果表明:摩擦系数均随摩擦时间的增加而增大至一定范围内保持稳定;随着载荷的增大,干态条件下的摩擦系数不断减小;相同载荷下,干态摩擦试样的摩擦系数最大,磨损率最小;干态条件下能形成完整、光滑的磨屑膜,有效隔离了材料与对磨销之间的接触,降低了磨损率;油润滑和水润滑条件下形成的液态膜具有润滑作用,降低了摩擦系数,但不利于磨屑膜的形成,导致磨损率较大.     

冰层回转钻进冰屑温度计算及影响因素分析

为了分析冰层回转切削钻进时冰屑温度的变化规律,借鉴金属切削理论,建立了切削温度计算模型,对钻压、转速、切削具刃前角、切削具切入冰层深度、冰与切削具之间的摩擦系数、冰的抗剪强度以及切削具导热系数等因素对切削温度的影响规律进行了研究.结果表明,上述参数对切削温度均有一定的影响,其中摩擦系数对冰屑的温升影响最大,当摩擦系数增大到0.3时,冰屑的温升可高达9.11℃.钻头转速以及切削具刃前角对冰屑温升也有较大的影响,当钻头转速由30 r/min增大到130 r/min时,冰屑的温升由2.35℃增大到4.35℃;切削具刃前角由15°增大到75°时,冰屑的温升由3.48℃降低到2.42℃.     

压力泥浆帽钻井中牺牲流体排量优化的模拟计算

摘要：压力泥浆帽钻井技术是一项解决恶性漏层中存在的又漏又喷问题的有效技术,然而该技术的理论尚不完善,仍然有制约其广泛应用的因素存在,其中牺牲流体的携岩能力不足会导致沉砂卡钻等问题出现,而影响环空井底岩屑浓度的因素主要为钻井液排量、机械钻速和岩屑直径等。本文就压力泥浆帽钻井技术中低密度低粘度的“牺牲流体”携岩能力较弱展开研究,分析了岩屑在“牺牲”钻井液中的沉降速度规律以及摩阻系数,并建立了环空岩屑浓度模型和井底压力模型,利用计算机模拟计算,对实例井进行分析,以井底岩屑含量低于5%为安全标准并且尽量减小井底压力以保证钻井速度最快,优选出防止沉砂卡钻的牺牲流体排量。     

摩擦参数对压电执行器振动特性的影响

提出了一种考虑运动学和振动解的摩擦振动模型,并用迭代法求解了压电执行器在运动体摩擦力作用下的振动响应.通过数值模拟和参数分析研究了运动体的速度v,正压力F_○N,相对滑动速度控制系数的延迟率C,静摩擦系数μ_○S及其下限μ_D,阻尼比ξ对于动态摩擦力和振动特性的影响趋势.结果表明压电堆的振幅随着F_○N,v,μ_S和C的增加而变大,随着μ_D和ξ的增加而减小.F_N和μ_S影响最大静摩擦力,μ_○D影响滑动摩擦力,v和C对黏着状态与滑动状态的转换以及摩擦状态转换过程中摩擦力的变化有明显的影响.     

LEM-Ⅱ钻井液润滑仪合理使用方法的研究

针对使用较为广泛的美国Ｍ－Ⅰ泥浆公司生产的ＬＥＭ－Ⅱ钻井液润滑仪使用中存在的问题,剖析了该仪器的测试原理,建立了相关数学模型,研究了该仪器的稳定测量范围,并与钻井工程中实际操作过程参数的范围进行了比较,分析了正确使用该仪器测定钻井液润滑性能的方法,评定并推荐了该仪器的操作规范     

页岩气钻井岩屑运移规律仿真分析

页岩气水平井钻井过程中岩屑在重力作用下极易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床,清洁难度大,进而导致井底高摩阻、高扭矩和阻卡,严重时造成卡钻、钻具断落井下安全事故。基于液固两相流理论,建立了三维井眼环空岩屑运移模型,通过控制变量法分别分析了钻杆转速、排量、岩屑粒径、偏心度、井斜角度等因素变化对环空井筒岩屑体积分数及运移轴向速度的影响规律。研究结果表明：随着转速和钻偏心度增大,岩屑体积分数降低及轴向速度增大;随着岩屑粒径增大,岩屑体积分数增加及轴向速度降低;随着井斜角降低,岩屑体积分数降低及轴向速度增加。可见提高转速、钻井液排量和控制钻头破坏岩屑粒径大小有利于提高井眼清洁,降低井下安全事故。     

内螺旋刀翼PDC钻头研究

针对自掩埋钻井新方法需要内排屑的问题,采用螺旋刀翼、内锥面、中心腔体等结构设计内螺旋刀翼PDC钻头,研究刀翼螺旋升角的变化规律,分析岩屑在刀翼刃部和刀翼面上的受力,建立岩屑推动力与刀翼螺旋升角的关系,优化刀翼螺旋升角,并进行台架实验。结果表明:内螺旋刀翼PDC钻头刀翼螺旋升角的理想设计范围为9°~52°,考虑加工和排屑通道大小等影响因素,其合理的设计范围为26°~52°,研制的钻头能迫使岩屑向其中心运移,并实现岩屑的良好流动,满足内排屑要求。     

非开挖水平定向钻喷射式反循环扩孔器设计及其排屑性能试验

为解决大直径水平定向钻扩孔施工中环空岩屑清理困难的问题,基于射流泵原理设计了一种水平定向钻喷射式反循环扩孔器,并通过室内试验研究了其排屑性能.室内试验选取了3种粒径的石英砂颗粒(0.5～1、1～2和2～4 mm),配制了2种不同马氏漏斗黏度的泥浆,采用控制变量法研究了岩屑粒径、泥浆类型、扩孔器转速和岩屑浓度等因素对反循环扩孔器排屑效率的影响.试验结果表明:单纯考虑反循环形成抽吸作用设计的扩孔器,实际排屑效率较低,凸起的牙轮结构搅拌作用和扩孔器与孔壁紧密贴合两方面因素对提高岩屑排除效率有积极影响;在一定条件下,岩屑粒径越小,泥浆黏度越大,岩屑浓度越大,喷射式反循环扩孔器的岩屑排出效率越高;当其他条件一定时,岩屑排出效率在扩孔器转速为40 r/min左右达到最大值;在试验条件允许的范围内扩孔器最大排屑效率高达73.15％,具有很强的实用价值.     

页岩气钻水平井段岩屑床破坏及岩屑运移机理研究

针对页岩气开采成本高,以及清水钻井在垂直井段具有成本低和机械钻速快的优点,且页岩气清水钻井岩屑运移规律尚认识不清。基于流体力学基本控制方程和湍流输运方程,建立了三维井眼环空岩屑运移模型。使用全隐式多网格耦合求解技术进行数值计算。利用该模型开展清水钻水平井段岩屑运移可行性研究,以及钻井液排量、岩屑床高度、岩屑粒径、清水黏度和钻柱转速对岩屑运移规律的影响研究。研究表明,在水平井段清水钻井液携岩是可行的,数值计算结果对比,得出钻井液排量、岩屑床高度和岩屑粒径是影响清水携岩能力的敏感参数。建议钻井过程岩屑床厚度不要超过井眼直径的10%,岩屑颗粒直径为5 mm左右,根据钻井需要选用合适的钻井液排量、钻井液黏度和钻柱转速。清水钻井岩屑运移机理研究可为页岩气安全高效开采提供技术支撑,同时将加快页岩气工程的开发进程。     

页岩气开发水基钻屑中含油率的测定方法研究

以页岩气开发过程中产生的废弃水基钻屑中含油率测试方法为研究对象，采用超声协同萃取法对模拟水基钻屑中油类污染物萃取，以四氯化碳和四氯乙烯为萃取剂，考察在不同的萃取条件（温度、超声功率、时间、液固比）下萃取，利用红外测油仪测量时对其含油率的影响。结果表明，在超声协同萃取的温度为25 ℃，功率为120 W，时间为20 min，液固比为4 mL/g时，两种萃取剂对模拟水基钻屑（含油率610%）中萃取后测量其含油率都在9.6%以上，相对误差<5%，四氯化碳的萃取效率高于四氯乙烯；对页岩气开发平台现场的废弃水基钻屑与模拟水基钻屑中的含油率进行对比测量，并计算其加标回收率和相对标准偏差R_SD，两者R_SD<5%，加标回收率高。两类萃取剂在相同的萃取条件下对水基钻屑中含油率测试结果变化规律一致，可选择对环境危害较小的四氯乙烯作为水基钻屑中含油率测试的萃取剂，测试结果精度满足测试要求。