单牙轮钻头研究

本文简述了单牙轮钻头的工作原理和工作特性,采用空间解析几何学的方法,毫无简化地、完整地建立了单牙轮钻头几何学和运动学基本方程,通过台架试验对单牙轮钻头轴承载荷进行了测试分析,并根据单牙轮钻头运动基本方程编制了计算机仿真软件．采用本文的研究方法,能完成单牙轮钻头几何结构设计、性能设计,能在短时间内作出许多设计方案的对比。     

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。     

定北深井小井眼钻井技术研究

定北深井小井眼三开井段钻遇奥陶系、寒武系、前古生界,下部地层以石英砂岩居多,可钻性差。定8井实钻资料表明,三牙轮钻头、PDC钻头、巴拉斯钻头、单牙轮钻头与地层不匹配,天然金刚石钻头有望解决该问题。现场采用柔性钻具防斜,或PDC钻头吊打防斜,并加强井斜监测,能够有效控制井斜,还可以提高机械钻速。     

单齿圈牙轮钻头运动学实验研究

本文根据实验结果,着重分析了单齿圈单牙轮钻头的运动规律。指出:牙轮绕牙轮轴的转动和钻头绕钻头轴线的转动都不是匀速的,而是变速的。此外,还简要分析了牙轮的受力情况及牙轮齿与钢井底的相互作用过程。文章结合实验结果,还分别讨论了单齿圈双牙轮钻头和单齿圈三牙轮钻头的基本运动规律。以往,国内外关于牙轮钻头运动学的文章大多假定钻头的转动和牙轮的转动是匀速转动。这与实际情况不相符。为了真正掌握牙轮钻头的运动规律,我们拟实测钻头的转速和牙轮的转速,并从最简单的,既无移轴又无超顶的单齿圈等布齿的牙轮钻头入手进行研究。     

从摩擦学观点选用新的牙轮钻头主轴承的减摩材料

本文通过8 1/2″XHP3型牙轮钻头主轴承的磨损试验及摩擦学分析得出:价廉的铜合金可以取代轴承中稀贵的减摩材料银锰合金(Ag85 Mn15),从而降低牙轮钻头的生产成本。该结果目前已推广应用。     

三牙轮钻头的计算机仿真模型

本文将牙轮钻头上各牙齿置于易于描述的坐标系下．通过坐标变换方法,实现了各牙齿的空间位置交换．在钻头几何学和运动学的基础上,建立了随钻运动的牙轮钻头的计算机仿真模型。该仿真模型可真实反映牙轮钻头钻进过程中牙轮上各牙齿的形状、大小,钻头上各牙齿的布置及钻头钻进过程中各牙齿间的相互位置关系。该项研究不但是钻头与岩石互作用仿真研究的核心问题之一,也是分析研究牙轮钻头工作行为的基础。     

适合于研磨性硬地层的新型孕镶金刚石钻头优化设计试验研究

针对现有钻头在研磨性硬地层中普遍存在钻速低、寿命短的问题,研制了一种孕镶钻齿,通过室内试验优选胎体配方和金刚石参数,设计了一种新型孕镶金刚石钻头,并进行了现场应用。孕镶钻齿设计为圆柱形,以铸造碳化钨和碳化钨为胎体骨架材料,以浓度为25%、粒度为80目的天然金刚石颗粒为磨削元件,采用热压工艺烧结合成。新型孕镶金刚石钻头冠部形状设计为直线-圆弧-圆弧型双锥剖面,采用等间距高密度径向布齿,布齿间距为2 mm,采用横卧和竖立两种方式周向布齿。现场应用结果表明,新型孕镶金刚石钻头可提速79%左右,使用寿命是牙轮钻头寿命的2倍以上。     

复合钻头钻进过程的有限元模拟

设计了一种新型的“2+2”型牙轮PDC复合钻头（包括CL型和BL型两种结构）,并采用显式动力学有限元分析方法对两种结构的钻头钻进凝灰岩和花岗岩的物理过程进行了数值模拟。结果表明,CL型钻头适合于钻进较硬的地层,而BL型钻头适合于钻进较软的地层;两种钻头钻进硬岩时的牙轮切削齿轴向力均比钻进软岩时的牙轮切削齿轴向力大,在相同岩石中钻进时,CL型钻头比BL型钻头的牙轮切削齿轴向力大;PDC切削齿轴向载荷沿钻头径向的分布形态与刀翼的冠部形状相似,位于锥顶的切削齿轴向载荷最大;钻压在牙轮和刀翼上的分配与钻头的结构类型相关。     

牙轮钻头以车代磨加工工艺研究

介绍了石油钻井用三牙轮钻头的结构特点和工作原理。分析了牙轮钻头目前采用的加工方法和工艺特点,着重分析了三牙轮钻头主要零件牙轮的内孔、二止推面采用常规磨削加工工艺方法存在的问题;并从加工机床、刀具材料的性能及选择、切削用量的选择、切削液的性能以及安装定位等方面对采用以车代磨加工工艺方法进行了分析研究。现场统计数据资料表明,采用以车代磨加工工艺方法生产的牙轮钻头,不仅降低了加工成本,而且使钻头的使用寿命有大幅度提高,进一步说明采用以车代磨的加工工艺方法的合理性和实用价值。     

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。     

自激振荡脉冲消泡机制分析与性能优化

经济、环保、高效的消泡技术是泡沫钻井液循环利用的基础,基于该认识,提出自激振荡脉冲消泡技术。将数值模拟和试验研究相结合,分析自激振荡脉冲消泡的机制,探索消泡器性能的优化方法。采用正交试验法,优选自激振荡脉冲消泡器的结构参数。结果表明:自激振荡腔内能够形成显著的涡量扰动,激发局部负压和强烈湍流协同作用,致使泡沫破裂;自激振荡脉冲腔室内最大负压的绝对值和最大湍流强度均与消泡效率呈显著的指数相关,证实了自激振荡脉冲消泡机制;数值计算与试验结果吻合良好,提出的消泡技术可行。     

频带反射腔控振荡的有源传感器

频带反射腔控振荡器具有单调谐特性,适当调整振荡器耦合系数K等参数,可使振荡器振荡频率极为接近频带反射腔的谐振频率,文中讨论了耦合系数K值的近似计算,对调整耿氏有源传感器具有指导意义,分析与实验均表明,频带反射腔体受介质微扰所产生的频偏计算值与振荡器振荡频率变化值相当一致,在三厘米波段,两者一致的带宽≥200MHz,因此,频带反射腔控振荡器适于作为高精度的有源传感器。     

自激振荡脉冲射流曝气器的实验

根据流体力学中边界层理论和旋涡理论,自吸式自激振荡脉冲射流曝气器利用自激振荡腔室代替现有曝气器中的混合管,使吸入的空气和需氧水体在自激振荡腔室内获得充分的搅拌、混合和充氧,以脉冲流的方式通过特殊扩散管释放．理论分析和工业性初步实验表明,该曝气器具有优良的搅拌、混合和曝气性能,并从扩散管喷射出的需氧水体具有较强的脉冲效应．     

外腔半导体激光器的实验研究

本文报道了外腔半导体激光器的一些研究成果。利用闪耀光栅作反馈元件，对808nm波长的半导体激光器形成弱耦合外腔，实现了光谱特笥较好的窄线宽单模激光输出，线宽小于0.06nm，边模抑制比大于30dB，最大输出功率为35.4mW，总的光－光转换效率为46％。通过调整光栅转角，可以得到11.66nm的波长调谐范围。设计了光栅－反向镜联动结构，使外腔半导体激光器的输出方向不再随调谐而变化。     

寄生电容对运算放大器电路稳定性的影响及补偿的分析

运算放大器电路中常存在寄生电容,本文分析了这些寄生电容使电路产生自激的原因及提高闭环稳定性的补偿措施。     

自激振动空化水射流的冲蚀研究

基于文献〔1,2,3〕,我们设计了一自激振动空化射流装置,对其空化机理和冲蚀白沙砖的结果进行了分析;并在同种条件下,以冲蚀体积为指标,与普通水射流的冲蚀结果进行了比较。实验发现,空气引入位置和引入量,装置几何参数对自激振动空化射流的冲蚀强度影响很大。而且由于空化射流以脉冲形式喷出,靶物遭受空泡和水滴作用,故在一定靶距范围内,冲蚀效果随靶距变化不明显。与连续水射流相比较,自激振动空化射流的冲蚀体积和冲蚀面积均比普通连续水射流大一倍以上。     

辐射腔体的空腔效应

由辐射性能一致的漫射表面组成的腔体,在温度一致的条件下,其辐射行为可以归结到由腔体开口的表现来描述,这就是所谓空腔效应。本文从辐射表面之间的换热规律出发,推导出反映空腔效应的定量概念－空腔因子,建立了空腔因子与腔体形状和腔体材料的关系。     

腔体气动噪声的研究现状及发展趋势

空腔流动在运输、航天等行业中广泛存在。当高速流体通过空腔时,在腔内产生自激振荡,流场和声场相互耦合产生的气动噪声会引起结构的振动和疲劳破坏,甚至影响结构的使用寿命,因此如何控制和降低腔体气动噪声已成为国内外学者研究的焦点问题。本文在阅读大量文献的基础上,概述了当前腔体气动噪声的研究现状,分析和归纳腔体气动噪声的预测理论、实验研究,数值模拟方法以及噪声控制技术,展望腔体气动噪声研究的未来发展趋势。     

外延腔铜蒸气激光器用于飞秒光脉冲放大系统

实验研究了外延腔铜蒸气激光器（ＣＶＬ）的输出特性。利用延长腔长方法压缩ＣＶＬ脉冲宽度及光束发散角，得出脉宽及光束发散角随腔长变化规律。找出ＣＰＭ染料激光放大器的ＣＶＬ最佳运转状态。