钻头磨损在线监测研究

本文研究了钻头磨损对钻削过程中振动加速度信号的动态特性的影响。发现加速度信号中敏感频率分量随着钻头磨损的增加呈明显的“碟形”规律变化。我们提出用敏感频率分量的自功率谱值(PSD)作为特征量。建立了特征量与钻孔数之间的状态空间方程;提出了钻头磨损在线自适应监测方法。该方法打破了故障诊断和状态识别中设置“阈值”的传统做法;另辟蹊径。     

一种新的小波分维数及其在钻头磨损监测中的应用

根据小波变换与分形理论在认识事物的本质上都是基于从总体向局部、从宏观向微观的自相似原理,提出一种以小波作为标尺来定义分维数的思想,从而建立了一种以信号的绝对和作为度量参数的小波分维数。对钻头整个磨损历程中钻削力信号小波分维数变化规律的研究表明:运用小波分维数可更加有效地刻画信号的本质特征,钻削过程扭矩和轴向力信号小波分维数的变化与钻头磨损之间表现出密切的相关性,采用该方法可准确实现钻头磨损状态的监测。     

基于深孔钻削噪声信号的钻头磨损特征提取方法研究

采用深孔钻削过程中的噪声信号对钻头的磨损状态进行监测,建立了钻削过程噪声信号采集系统。运用改进的经验模态分解方法对经过广义形态滤波后的噪声信号进行了模态分解,获得了钻削噪声信号的本征模态函数。采用希尔伯特变换对本征模态函数进行处理,获得了与本征模态函数对应的边际谱。研究了谱频段能量和峰值随钻头磨损的变化规律。结果表明,边际谱频段能量和峰值与钻头磨损状态之间存在密切联系,根据噪声信号边际谱特征参数的变化规律可实现钻头磨损状态的监测。     

基于小波重构的钻头磨损切削力特征提取

采用小波分析对钻头不同磨损状态的切削力信号进行分解与重构处理,获得了切削力信号在不同频段的时域变化特征,并分析了各个频段重构信号的方差随钻头磨损的变化规律,实验结果表明,采用小波分析技术可有效地实现钻头磨损特征信息提取,且提取的信息特征对钻头磨损状态的变化十分敏感。     

石油文摘

<正> 利用中枢网络判断钻头磨损情况/R.A.Arehart(Exxon production Res Co).64 TH ANNU.SPE TECH CONF.(San Antonic,10/8-11/89)PROC(△-DRILLING] pp.401-408,1989,(SPE-19558,-4refs). 钻井过程中,测定钻头的磨损情况和状态是很重要的.钻头主要以其齿的长度分级,一个新钻头称为零级,在钻井当中,随着钻头磨损,级别呈线性上升直至钻头齿完全磨掉,此时称为8级.为了确定钻井过程中钻头的级别(磨损状态)设计了一种中枢网络系     

PDC磨损齿切削破岩过程的实验研究

为探究深部钻井PDC钻头切削齿在磨损状态下的切削破岩过程,选取深部钻井PDC钻头上不同磨损程度的PDC齿开展单齿切削实验,借助应力测试系统、高速摄影机和热红外成像仪分析磨损齿的受力状态、温度变化规律以及岩石裂纹扩展过程。结果表明,与未磨损齿相比,磨损齿所受切削力更大、温度变化更明显,且更易产生大体积岩屑,这将导致钻头在井下振动加剧,磨损急剧加快,严重影响其使用寿命;切削花岗岩时切削力和温度大幅上升的问题更加突出,但更容易发生体积破碎,产生较大块的块状岩屑。研究成果将有助于重新认识真实井底磨损齿切削破岩及温度变化规律,并为钻头设计及井下寿命评估提供重要参考。     

牙轮钻头滑动轴承的工作情况及磨损机理

本文在各种试验的基础上,分析了牙轮钻头滑动轴承的磨损机理。钻头滑动轴承由于承载高、转速低、难于在滑动面形成连续的润滑膜,从而使轴承处于边界润滑状态,它的主要磨损失效形式为粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损。轴承副的类型、材质、硬度、显微组织等均会影响轴承的磨损性能。本文还探讨了如何提高牙轮钻头滑动轴承的寿命和转速问题。     

模糊控制理论在铣刀磨损监控中的应用

研究一种铣刀磨监控方法,信号采集采用声发射传感器,信号特征生成采用小波变换方法,将变换后的尺度系数和各个频段的小波系数作为特征,采用自行设计的Sugeno模糊控制系统进行状态识别,模糊控制系统的输出是刀具磨损值,有利于对刀具磨损进行各种实时补偿,实验表明,模糊控制作为刀具磨损状态识别的方法,取得了良好的效果。     

基于麻雀搜索算法优化支持向量机的刀具磨损识别

针对微小深孔钻削刀具磨损状态检测的工程需求,提出了基于钻削声信号的麻花钻头磨损状态识别方法。根据不同磨损程度的麻花钻在钻削过程中的声信号,使用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)将声信号分解成若干个固有模态函数(intrinsic mode functions, IMFs),通过时频联合分析探索刀具磨损与声信号特征之间的关联规律;再使用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化支持向量机(support vector machine, SVM)的参数,并利用SVM实现基于声信号特征的刀具磨损状态识别。实验结果表明,微小深孔钻头磨损程度与钻削声信号特征之间存在非线性耦合关系,声信号高频特征对钻头磨损程度的变化非常敏感;采用经过SSA优化后的SVM算法,基于优选的IMF特征能够准确识别钻削刀具磨损状态,识别准确率可达98.246%。     

新型TiCN涂层钻头的磨损机理

以M35钴高速钢为基体材料开发出新型TiN、TiCN和TiAlN涂层钻头,通过切削奥氏体不锈钢1Crl8Ni9Ti对比试验发现,TiCN涂层钻头的使用寿命最长、磨损形态最好．为了进一步揭示TiCN涂层的磨损机理,以该新型钻头在加工过程中刀具表面成分变化动态跟踪的方式,分析TiCN涂层钻头在切削过程中成分变化规律和后刀面的磨损过程,归纳出了TiCN涂层钻头的磨损机理并解释了该涂层在加工不锈钢时所表现出优良切削性能的原因．研究结果对奥氏体不锈钢加工钻头的开发、钻削加工参数的优化具有指导意义．     

深井/超深井双作用强侧切开窗钻头研究

针对深井/超深井套管开窗侧钻中套管壁厚且强度高、岩石可钻性差、钻头切削齿极易先期钝化导致的开窗效率低/开窗失败的问题,创新性地设计了一种双作用强侧切开窗钻头。设计中考虑了开窗钻头钻进的稳定性及载荷分布的均匀性,钻头冠部设计为内锥双圆弧面和柱面,采用"等切削、等功率与等磨损"布齿理念和"螺旋高低交错"布齿规律,既能满足高效侧切金属又能快速切削岩石的设计目标;通过专有加工工艺技术的研究,完成了该新型开窗钻头的加工制造,并进行了现场应用。现场实际应用结果表明,与传统磨铣式铣锥开窗相比,研制的双作用强侧切开窗钻头由于采用了优化的布齿设计,钻头轮廓剖面扁平、切削面较短、横纵比较小,在窗口处有较强侧切力,切削套管产生的铁屑为大片状,效率提高了2.6倍以上,节省了窗口形成的施工时间和施工成本,能很好地适应深井/超深井硬地层的开窗侧钻作业。     

可加工陶瓷材料ZrO2/CePO4钻削刀具的磨损

通过ZrO2/CePO4陶瓷的钻削实验,研究刀具磨损特性,分析各因素对刀具磨损的影响.分别应用硬质合金和高速钢钻头对制备的可加工陶瓷ZrO2/CePO4进行钻削加工.通过主后刀面的磨损测试和电镜观察,考察ZrO2/CePO4钻削中的刀具磨损形态、过程以及刀具材料、刀具角度、冷却条件对刀具磨损的影响.结果表明,高速钢刀具因磨损严重,不适于ZrO2/CePO4陶瓷的钻削.可加工陶瓷ZrO2/CePO4钻削过程中,硬质合金钻头的磨损主要包括3种形态:主后刀面磨损、第一副后刀面磨损和横刃磨损.与低碳钢比较,钻削ZrO2/CePO4陶瓷时硬质合金刀具的磨损速度增长较快,冷却条件对刀具磨损的影响显著.刀具材料和冷却条件是影响ZrO2/CePO4陶瓷钻削刀具磨损的主要因素.     

化学镀Ni-P合金的化学腐蚀磨损机理

从实验和理论两方面研究了化学镀Ｎｉ－Ｐ合金在无润滑磨损条件下的化学腐蚀磨损机理,探讨了化学镀Ｎｉ－Ｐ合金作为钻杆耐腐蚀磨损功能性镀层的可行性,结果表明：化学镀Ｎｉ－Ｐ合金在无润滑磨损条件下的磨损机理主要为剥层磨损,并们随少量磨粒磨损,在无泣滑磨损状态下,化学镀Ｎｉ－Ｐ合金不适合作为Ｇ１０５钢抵抗化学腐蚀磨损的功能性镀层。     

一个用于钻削的专家学习系统

本文把专家系统的方法用于解决钻削、主要是群钻钻削中的一些问题。该系统涉及群钻的钻刃几何设计、群钻刃磨、钻头磨损监测以及钻削条件(速度和进给量)的优化等。系统还具有处理模糊问题及学习的能力。     

庆深气田水平钻井水基泥浆中套管磨损机理实验研究

水平井钻井过程中,钻杆与技术套管的接触力较大,套管磨损比较严重,套管强度降低较多,给后续试油及完井投产作业留下隐患。为了深入了解水平井水基泥浆中钻杆-套管的磨损机理,为准确评价庆深气田套管磨损程度及剩余强度提供依据,在西安石油大学创新研制的环块式钻杆-套管磨损实验机上,模拟实际钻进参数,进行了该气田常用的水基泥浆中钻杆-套管磨损实验,考察了接触压力、转盘转速、磨损时间等因素对套管磨损效率的影响。利用试件磨损表面扫描电镜(SEM)图片进行了形貌分析,确定了水基泥浆中套管的磨损机理。实验结果表明:水基泥浆中,套管的磨损类型兼有粘着磨损、疲劳磨损和犁沟磨损等。黏着磨损是最主要的类型,采用基于黏着磨损机理的White磨损效率模型预测井下套管的磨损是可信的。水基泥浆中P110套管的磨损效率在(2~8)×10-131/Pa之间,稍大于钻井手册中的套管磨损效率(2×10-131/Pa);磨损效率随接触压力和转速的增加而增加,前期增长速率小,后期增长速率大;磨损效率随磨损时间的增加先增加,后逐渐减少,最后趋于稳定。     

枪钻几何结构参数对钻削力影响规律的研究

枪钻钻头自身独特的复杂结构使深孔钻削的过程变得较为复杂。钻头几何结构参数设计的不合理会引起钻削力较大,导致温度升高、刀具磨损严重和降低孔加工质量等一系列问题。本文通过对钻头静力学分析,借助群钻钻削力的计算方法,将刀具内、外刃分解为微切削单元进行分析进而建立枪钻钻头的力学模型。通过数值仿真研究枪钻钻头几何结构参数的改变对钻削力变化的影响规律,从而进一步优化相关参数并通过实验验证。试验结果表明,钻削力的变化与仿真分析的规律相吻合,进而为枪钻几何结构的优化设计提供了依据。     

用于监控的切削过程参数估计与刀具磨损特征选取

切削过程的故障诸如刀具磨损、颤振等均与过程的动态特征密切相关,为提供监控所必须的故障模式识别的特征值,本文介绍了适用于监控的切削过程连模与动态参数在线估计方法;刀具磨损特征值的计算;最后通过钻头磨损实验结果的分析、比较,证明了本文提出的用阻尼比的正则滑动平均值 M 以及阻尼比的正则方差 D 作特征值,可有效地监控刀具磨损.     

电镀金刚石刀具钻削碳纤维复合材料磨粒磨损特征研究

采用电镀金刚石钻磨组合刀具钻削碳纤维复合材料能够有效地减小或消除毛刺和分层等加工缺陷,刀具的使用寿命主要取决于电镀金刚石磨粒的使用寿命．为此,对研制的刀具表面电镀金刚石磨粒的加工磨损形态进行了系统的统计观测．研究结果表明：采用电镀金刚石钻磨组合刀具钻削T300碳纤维复合材料过程中,电镀层的金刚石磨粒具有独特的初期不稳定磨损、混合磨损和正常磨损3个阶段,其磨损形态与钻削产生的轴向力具有显著的线性关系．随着钻孔数目的增加,钻磨孔的轴向力逐渐增大,但是加工出的孔径在刀具经过初期磨损后仍然能够较长时间地稳定在0．024mm误差范围内．