小直径深孔的加工

在生产中，小直径深孔的加工较为困难，主要表现在几个方面：1）钻头易折断；2）钻头偏摆，不易定心；3）钻头烧伤，工件表面质量差。我们针对这几种现象逐一分析了原因。１钻头易折断梗死是这类加工中最主要的现象，这是因为钻头承受的扭矩过大，即径向力过大。钻头所受径向力来自两方面，一方面是钻尖部分的切削力，另一方面来自于钻头棱边与孔壁的摩擦。标准麻花钻头顶角常取118°～120°，当钻头直径小于5mm时，钻头顶角在这个范围内显得过小，产生的切削力过大。理论上顶角值取得越大，切削力就越小，钻头就越不易折断，但顶角值取得过…     

螺旋孔内冷式钻头成孔过程及磨损试验研究

介绍了螺旋孔内冷式钻头的成孔过程，并进行了钻头后刀面磨损试验，通过与普通钻头对比，在相同切削条件下，双螺旋孔内冷式钻头的寿命比普通钻头寿命提高3～4倍。     

PDC钻头的三维设计方法

PDC钻头在设计上的最大难度是无法精确定位，一般根据钻头冠部剖面形状的设计参数，靠经验和类比同型钻头来进行设计，设计的反复性比较大。介绍了PDC钻头的三维设计方法以及数据转换方法，从而克服了设计的复杂性，利用三维设计方法和NUMECA分析软件对PDC钻头进行设计和分析，可以大大提高钻头设计的效率。     

全局力平衡PDC钻头布齿优化设计

针对聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在钻井破岩过程中因受力不平衡，导致钻井倾斜、井径扩大、钻头产生横向振动和涡动，造成钻头早期失效的问题，基于已有PDC钻头切削力学知识，构建了PDC钻头弯曲力矩及全局力平衡布齿优化设计模型，并提出模型求解方法。布齿设计实例结果表明，采用全局力平衡布齿设计方法得到的布齿结构可使PDC钻头在不同进尺条件下均能保持全局力平衡状态，尤其低进尺（小于1 mm）时的力平衡状态得到极大改善，提高了PDC钻头的钻井稳定性，对于改善钻头受力、提升钻头使用寿命、提高钻井质量与效率具有重要意义。     

自适应PDC钻头研制

传统固定式PDC钻头在一次性钻穿不同岩性地层时，会出现扭转振动、跳钻、黏滑等问题，导致钻头磨损严重，甚至崩齿，影响钻头使用寿命，降低钻井速度。为此，研制一种在钻井过程中可自主调节切削深度的PDC钻头，从其结构特点、工作原理、技术参数选取等方面进行了详细阐述，并通过CAD三维仿真软件对自适应PDC钻头进行力学性能分析，评价其结构合理性和方案可行性。分析结果表明：PDC钻头刀翼采用独立悬挂模式，利用活塞原理使钻头刀翼根据地层变化进行轴向运动来避免钻头振动、黏滑的结构是合理可靠的，满足现场应用条件。自适应PDC钻头研制推动了钻井智能化发展，为解决钻头使用寿命短、钻井效率低问题提供了新的思路和方法。     

电沉积金刚石钻头的结构优化设计与试验

在钻削高硬度材料时，钻头结构的合理选择关系到工件钻削的加工效率和成本。对钻削过程中的钻头磨损及寿命进行分析，并对不同结构的电沉积金刚石钻头使用有限元软件进行仿真分析及优化，以提高电沉积金刚石钻头在钻削SiC陶瓷材料时的钻削性能。从多个角度分析排屑对于提高电沉积金刚石钻头钻削高硬度陶瓷材料的可钻削性和钻头寿命的重要性，通过两种试验得出钻削扭矩、钻头磨损、工件表面质量与钻头结构的关系趋势，并据此设计出最佳电沉积金刚石钻头结构。     

任意形状钻头切削刃的受力预测模型

建立了钻头切削刃的数学模型，并通过钻头切削上任意微元的几何关系，运动关系、受力关系及切削原理，建立了钻头任意形状切削刃的受力预测模型，同时推导出了其具体表达式，由第一只钻头的实验结果，确定了模型中的相关系数，并用第二只不同形状的钻头实验和预测进行了验证，证明了模型的准确性，为钻头寿命的预测模型提供了力的模型，同时也为同行学者提供了该论著的研究方法。     

麻花钻刚度的有限元分析

钻头的刚度对于研究钻削机理和改进钻头结构具有重要意义。利用有限元分析方法，建立了麻花钻有限元力学模型，对钻头的扭转刚度、弯曲刚度和受压刚度进行了分析计算。结果表明在钻削过程中，横刃处和钻头螺旋槽根部应力最集中，最容易产生损坏，加大钻芯厚度可以大大提高钻头刚度和强度。为优化钻头结构参数，提高其切削性能和耐用度的研究提供了基础。     

牙轮钻头纵向横向扭转振动动力学仿真研究

随着石油资源钻探难度的不断加大，有效地预测和控制井下钻头和钻柱动力学性能和运动规律，以提高钻头和钻柱的强度，实现对井眼轨迹的精确控制是目前钻井工程中的拟解决的关键技术难题。根据牙轮钻头的实际振动状态，分析了钻头产生各种振动的机理，讨论了钻头－岩石互作用力，用能量法建立了考虑牙轮钻头纵向、横向、扭转三个方向振动相互耦合的系统动力学模型，并结合实例对牙轮钻头系统进行了动态仿真。     

新型尖齿内折线刃深孔钻的设计与研究

在分析了现有深孔钻头结构与刃形特点的基础上，设计了一种新型尖齿内折线刃深孔钻头，通过钻削证实该钻头具有轻快平稳，钻孔质量优良，钻头经久耐用，排屑顺畅，断屑可靠，冷却良好的特点。     

基于Hopkinson压杆试验的小钎杆动态应力特性研究

在对锥体连接钎杆和整体钎杆2种典型小钎杆的应力传播模型进行理论分析的基础上,通过Hopkinson压杆试验系统对这2种钎杆杆体中部和钎头端部进行了动态应力测试。测试结果表明:2种钎杆杆体中部应力幅值基本没有差异,但锥体连接钎杆接头处具有30%的应力波反射,而整体钎杆没有;整体钎杆钎头端部最大入射应力波幅值的平均值比锥体连接钎杆的相应均值高出23%,使得整体钎杆的凿速比锥体连接钎杆的要高,但其损坏更快,预期寿命只有锥体连接钎杆寿命的18%,故整体钎杆更适用于软岩钻孔作业,而锥体连接钎杆更适用于硬岩钻孔作业,该试验研究为技术人员如何选用钎杆提供了理论指导。     

带自动报警装置的导轨式液压钻架设计研究

钻架承载着地质钻机各部件的重量,因此钻架的稳定性、合理性,决定了钻机的性能。钻进时钻机会对钻架施加一定的作用力,致使钻架表现出复杂的动力学状态。目前市场上的钻架如锚柱式、立柱式、圆盘式等,针对现有钻架的不足,结合工程实际,根据钻架工作时的力学机制,我们提出的带自动报警装置的导轨式液压钻架设计思路,由液压驱动导轨式钻架,可以根据实际需要调节钻架的长度和角度,以适应不同场地的开钻要求。同时还安装自动报警装置以避免钻架安全事故。除此之外,该设备还装配了滚轮以方便钻机的整体快速移动。     

钻铤因素对钻柱振动的影响分析

钻铤因素直接影响着钻柱振动的整体效果。钻铤长度是硬岩钻井中引起钻柱剧烈振动的一方面原因,同时也是解决钻柱振动的主要突破口。文中从钻铤的长度、固有频率、激励来源、钻铤共振及其临界转速、振动的控制等方面对钻柱振动问题进行全面分析论证,以公式的形式给出论证结果,便于钻井工程师们直接应用于生产实践。     

硬质合金群钻钻尖的试验研究

群钻钻尖具有较好的排屑性能,但群钻钻尖参数源于高速工具钢材料,其几何参数不适合于硬质合金。本文设计出一种排屑性能良好的硬质合金群钻钻尖,试验证明其分屑、断屑能力及切削性能优于硬质合金标准钻尖钻头。     

基于连续小波变换的钻削力信号灰度矩特征提取

利用小波分析良好的时频特性,分析了钻削过程中钻削力信号在时间-尺度域中的变化特征,提出用“灰度矩”的概念来描述连续小波变换的统计特性,并通过实验研究了整个钻头磨损历程中钻削力信号小波变换结果的“1 1”阶矩的变化规律。结果表明:随着钻头磨损的增加,其“1 1”阶矩统计特征呈上升趋势,根据其变化特征可有效实现钻头磨损状态的监测。     

钻杆螺纹的结构优化与有限元模拟

钻杆螺纹破坏的主要原因是钻杆所受的交变载荷大,产生了较大的应力集中。为缓解内螺纹小端应力集中,在钻杆（如普通钻杆、方钻杆等）上设计和使用了应力减轻槽结构,这些钻杆在使用过程中取得了良好的效果。基于螺纹牙的强度计算公式,用ANSYS软件建立了钻杆螺纹连接有限元分析模型,对有应力减轻槽的钻杆螺纹接触处进行应力分析,并和普通螺纹进行了对比,结果表明加应力减轻槽的钻杆螺纹所受应力大大减小,有益于延长钻杆的使用寿命。     

枪钻与麻花钻加工质量的对比研究

利用台式钻床和深孔加工机床分别对常用Q235钢、45钢和铝材进行孔加工试验。通过对孔表面质量的观测和粗糙度的检测,对比研究上述两种加工方法的表面质量。结果表明:麻花钻加工材料越软孔口毛刺越明显,枪钻加工软硬材料的孔口部都呈平整无毛刺。一般条件下,枪钻加工铝合金有色金属材料的孔表面粗糙度值Ra为0.9μm左右,麻花钻为1.6μm左右;枪钻加工碳钢材料孔的表面粗糙度值Ra为1.8μm左右,麻花钻孔的表面粗糙度值Ra9.6-5.6μm;对于不同硬度的碳钢,麻花钻加工孔质量变化明显,一般硬度高的质量较好,枪钻则变化不显著;相比有色金属,麻花钻及枪钻加工孔的质量都优于碳钢。     

STUDY ON THE MATHEMATICAL MODEL FOR DRILL WANDERING MOTION

~TIONSa--Major axis Of the elliptical motionig--Phase deferenceO--Drill rotational center after initial ski(ldingN--Number of chatter Per drill revolutionco.--Angular velocity of the spindle rotationco.--FreqUency of drill wandering inchon(also angular velocity of the elliptical motion or main chatter freqUency)O,--Drill POint center, its motion relative to the drill mp is an ellipsex, y, z--Sforionary coordinate system, watch is fixed on the workpiecegb' Yb' gb--Drill body ocr)r'linat…     

钻轴承钢的钻型优化试验

选用四种钻型在轴承钢上钻深孔进行了对比试验,得出了较优的钻型。在此基础上,对较优的钻型初选了顶角和后角对钻头寿命的影响进行了试验,结果表明,顶角对寿命的影响显著。     

钻柱在钻井液和井壁摩阻共同作用下的涡动

把旋转钻柱简化为一内外有流体的柔性转子系统，分析了在内外钻井液流体作用下的钻柱涡动行为。研究表明，钻柱内钻井液将影响钻柱的受力状况及运动形式，钻柱外钻井液使钻柱承受一个与其旋转运动速度同向的侧向力，加大了钻柱涡动行为；钻柱与井壁接触摩擦，使钻柱在低速时也发生涡动。建立和求解了内外钻井液对钻柱动压力的数学模型，探讨和描述了内外钻井液作用下钻柱涡动过程的动力学机理和运行规律，得到了钻柱涡动失稳的临界条件。