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。     

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。     

牙轮钻头牙齿测力试验中数据的小波去噪分析

在石油钻井过程中牙轮钻头破岩时牙齿的受力是相当复杂的,钻头的使用寿命与牙齿的受力大小直接相关,为了探索钻头牙齿在破岩过程中的受力规律,在实验室条件下对牙轮钻头牙齿进行了测力试验研究,但获得的试验数据中却存在大量噪声,严重影响了对试验数据的处理和分析,采用小波变换对试验数据进行了去噪处理,获得了很好的结果,有效解决了试验数据中存在大量噪声的难题。     

新型磨料水射流钻头岩石钻进过程关键水力学参数研究

喷嘴直径、泵压、磨料浓度是磨料水射流辅助岩石钻进技术的关键水力学参数,这3个因素直接影响磨料射流的冲孔速度,从而影响磨料水射流钻头的破岩效率.通过理论分析建立了冲孔速度与关键水力学参数的关系式,并进行了磨料射流冲蚀灰岩试验.理论分析和试验结果表明:喷嘴直径对冲孔速度影响最大,其次是泵压和磨料浓度的影响.对试验数据进行回归分析,得到了方便现场应用的冲孔速度计算公式.本文的研究成果为新型磨料水射流钻头岩石钻进速度的选择提供了依据.     

PDC钻头钻进的岩石可钻性研究

用微型PDC试验钻头模拟全尺寸PDC钻头的切削破岩方式在岩样上钻孔,测定了石油钻井所遇地层岩心的微PDC钻头可钻性指数(PDT).研究了微PDC钻头可钻性指数和微牙轮钻头可钻性指数(UDT)的关系.研究表明,基于牙轮钻头钻进特点的油矿地层可钻性分级.同样适用于PDC钻头钻井.在岩石可钻性方面.PDC钻头对地层的适应性较差.PDC钻头钻进时,存在着极限等级值和有效等级值.当地层等级值大于极限等级值时。其破岩效果差,当等于或小于有效等级值时,效果最好.     

智能仿生PDC钻头的破岩数值模拟

为解决普通孕镶金刚石钻头(普通钻头)破岩效率低、钻进不稳定、不耐磨以及不能根据地层选择合适形态破岩等问题,结合仿生原理和非平面结构设计了新型聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact, PDC)齿和钻头底唇面,提出一种在钻头底唇面安装传感器进行岩性识别,可选择合适形态破岩的智能仿生PDC钻头(智能钻头)。利用机器学习,基于现场钻井数据对岩石性质进行分类。分析了智能钻头切削结构针对软中硬地层和硬地层具有两种工作形态,基于建立的切削模型和岩石失效准则,对智能钻头和普通钻头的破岩过程进行数值模拟对比,结果表明：机器学习的加权KNN(K-nearest neighbor)算法可很好避免样本重叠问题,可精确对岩石性质分类,其训练模型可提供给传感器进行岩性识别。破碎砂岩时,智能钻头经传感器调节将具有PDC齿的底唇面和仿生底唇面保持同一高度破岩,对比普通钻头,其破岩比能和切削力明显更小,表明其效率更高、切削更稳定;破碎花岗岩时,智能钻头经传感器调节将具有PDC齿的底唇面下放破岩,其破岩效率明显高于普通钻头,也更稳定。研究成果对石油钻井设备智能化发展有重要意义。     

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.     

用相似材料模型研究大断面岩石的机械破碎

1 引言作者使用行星钻头,研究相似材料模型试验的大断面岩石机械破碎.模型试验的特点是:a.大断面破岩.钻头直径为0.85米,模型直径为1.10米;b.采用了行星钻头破岩,此钻头使工作面主要产生剪切破坏,破岩效率高;c.所模拟的原岩是砂岩、石灰岩及页岩等中硬岩石.2 机械破岩的特点     

煤矿井下用内锥型PDC钻头工作状态模拟分析

为提高煤矿井下硬岩钻进破岩效率,设计了Φ94mm内锥型PDC钻头,并对其进行了破岩过程仿真分析,以研究其受力特性。结果表明：与相同规格三翼内凹PDC钻头相比,在同等工况条件下,内锥型PDC钻头所需轴向载荷降低近13%,破岩效率提高近30%;内锥型PDC钻头破岩受到的径向不平衡力占钻压的9.8%,钻头容易产生涡动,因此对于内锥型PDC钻头应关注其侧向力平衡的设计。根据分析结果,试制Φ94mm钢体内锥PDC钻头并进行现场试验,相比于工区现用Φ94mm普通钢体三翼内凹PDC钻头,试验钻头平均寿命提高2倍左右、破岩效率提高40%以上,表明研制的新型内锥PDC钻头有助于降低钻进成本,提高破岩效率。     

三牙轮钻头齿面结构对破岩效率影响的研究

本文叙述了三牙轮钻头齿面结构对破岩效率影响的研究方法,研究工作是用全尺寸钻头在地面钻头试验架上进行。作者根据试验钻头对不同岩石钻进时所测得的钻进参数、钻进指标和钻头的井底模式,结合它们的齿面结构,分析其对破岩效率的影响,找出各钻头齿面结构的优缺点。从而对现有国产钻头提出改进意见,并将所获得的认识用于新钻头的设计之中。     

两种典型岩石在围压下的三轴应力实验研究

本文提供了两种标准岩石 和 在围压下的三轴应力试验,它对钻头设计及选型非常重要。通过岩石在围压下的三轴应力试验,获得了钻头使用及设计的一些有用数据。     

Improved Data Compression Scheme for Multi-Scan Designs

This paper presents an improved test data compression scheme based on a combination of test data compatibility and dictionary for multi-scan designs to reduce test data volume and thus test cost. The proposed method includes two steps. First a drive bit matrix with less columns is generated by the compatibilities between the columns of the initial scan bit matrix, also the inverse compatibilities and the logic dependencies between the columns of mid bit matrixes. Secondly a dictionary bit matrix with limited rows is constructed, which has the properties that for each row of the drive bit matrix, a compatible row exists or can be generated by XOR operation of multiple rows in the dictionary bit matrix and the total number of rows used to compute all compatible rows is minimal. The rows in the dictionary matrix are encoded to further reduce the number of ATE channels and test data volume. Experimental results for the large ISCAS 89 benchmarks show that the proposed method significantly reduces test data volume for multi-scan designs.     

固体燃气洗井器试验效果分析

固体燃气洗井器是根据国家专利技术"旋喷式快速洗井器"原理,设计研制的一种新型地下水管井快速洗井器.利用固体火箭发动机作为水下气体发生器,在井下产生强烈的气举作用、水体振荡作用、增温作用、气水混合、汽化作用和复杂的涡流现象等,形成综合的洗井效能.这种洗井方法对洗井动力的利用比现今任何洗井方法都更为充分,具有强力快速洗井的特点,能对含水层产生多种冲洗和疏通作用.与传统的洗井设备比较,这种新型洗井器具有体积小、轻便、快捷、高效的特性,可以大幅度提高现场作业效率.介绍了固体燃气洗井器的基本结构、设计原理和现场试验情况,根据样机的现场洗井试验数据,分析论述了固体燃气洗井器的性能特点、洗井机理和洗井效果.该洗井器样机适用水深小于200 m范围的水井.由于固体燃气洗井器机动性能好、安装操作简便、减少了许多中间作业环节,施工周期远小于传统的洗井方法,显现出良好的综合效益.     

基于分层原理的纠错码测试平台设计

纠错技术是现代通信系统不可缺少的技术,针对目前纠错码测试可重构性要求高和测试数据量大的特点,提出了一种针对纠错码的基于分层原理的软硬件联合测试平台.采用分层的设计结构,使得该平台具备高度的可重构性.能够在不同纠错码测试之间进行迅速重构.利用高速的PCI数据采集卡PCI-7300A在Pc和FPGA之间进行数据传输,并在PC和FPGA端对数据进行分层封装和添加校验与确认-重传机制,以此保证数据高速、顺序、无差错地传输.通过利用该平台对多进制LDPC码进行测试,结果表明,在传输时钟为20 MHz的时候,平台吞吐量达到446.83 Mbit/s.     

大功率涡桨发动机整机吞砂试验装置设计与研究

吞砂试验作为新型发动机设计定型必须考核项目之一,其主要考核涡桨发动机在吞咽砂尘后工作能力。但目前尚无针对大功率涡桨发动机吞砂试验需求的吞砂设备。针对此情况,设计了新型吞砂试验装置,重点研究了砂桶、进给运动机构、刮砂机构的设计方法,分析了混合器和分配器中砂尘的运动轨迹,对滚珠丝杆驱动能力和安装支架结构强度进行了校核,并且在涡桨发动机轴功率试车台完成了整机吞砂试验。试验结果表明:随着吞砂时间的增加,发动机功率衰减,耗油率增加,证明设计的吞砂试验装置满足发动机试验要求。可见该套吞砂试验装置结构设计合理,技术指标和结构强度满足要求,为航空发动机整机吞砂试验设备研制提供了设计参考。     

牙轮钻头喷嘴射流破岩机理研究

本文以喷嘴射流冲蚀岩石为依据,对牙轮钻头的破岩方式、喷嘴射流的水力破岩和水力辅助破岩机理以及破岩的基本作用和影响因素进行了分析研究。结果表明,在现有机泵条件下牙轮钻头喷嘴射流对泥岩、页岩和粗粒砂岩具有直接水力破岩作用,对石灰岩、细粒砂岩有较好的水力辅助破岩作用。喷嘴射流冲击压力、射流的脉动特性、岩石的孔隙度和裂缝发育条件是影响水力破岩和水力辅助破岩的三个重要因素。     

PDC钻头水力结构研究进展

以近年来国内外头水力学研究的文献为基础，综合论述了ＰＤＣ钻头水力学中钻头井底流场和水力结构优化研究的新方法、新动态和新成果，并提出了研究中存在的问题和今后的展望。分析表明，示踪颗粒轨迹测法和井底测压法是目前研究ＰＤＣ钻头井底速度场和井底压力场的比较有效和可行的方法，采用数值模拟方法来描述ＰＤＣ钻头井底流场，进行钻头水力结构优化将是ＰＤＣ钻头水力学研究的一个方向，到目前为止，还没有一个评价ＰＤＣ钻头水力结构和井底流场优劣的合适的定量标准，因而，水力结构设计很难谈得上优化，今后应开展这方面的研究工作。     

路面铣刨机刀具的工艺设计研究

路面铣刨机是一种普遍使用的道路维修设备。分析了铣刨机刀具失效的机理和刀具硬质合金刀头脱落的主要原因,研究了刀体材料及刀具的工艺设计,提出了新的刀体使用材料及改进钎焊及热处理工艺的方法。     

姚地隧道岩溶整治施工技术探讨

以渝怀铁路姚地隧道为例,探讨了铁路隧道工程施工中岩溶整治的一些技术问题。     

岩样切割机革新研究

对工程岩体钻取芯样进行试验是获得其物理力学性质的必要手段,而其中切割岩样又是一个必不可少的关键环节。传统的岩样切割机在耗能、效率、安全以及切割质量等方面仍然存在一些弊端需要改革,创新研究更具技术进步的新型岩样切割机尤为必要。研究内容主要针对传统机型刀架设置为悬臂,其支座处于运动状态,来回一趟仅能切出一个试样,空耗能源太大,而且悬臂端的微小位移给切出的试样带来较大误差。几年来,对切割机各主要部件的工作原理、运行协调、节能高效、安全环保等因素进行了一系列的革新研究,得出新型岩样切割机成果,其刀架主轴为简支梁,两端为固定铰支座,在主轴上可以等距离安装4～7个刀片,岩样在机外另有各种规格的送料板进行装卸,并由传输螺杆运送。与传统机型相比具有能源省、效率高、保安全、保质量、性能稳等许多优点,在岩土工程试验设备中值得推广应用。