石灰岩地层PDC钻头仿生PDC齿工作角优化试验研究

在仿生耦合理论的指导下,根据贝壳的表面非光滑的结构特性设计研制一种仿生PDC齿。设计PDC钻头时,主要考虑切削齿的后倾角与侧转角,二者对钻头碎岩效率有重要影响。通过理论分析仿生PDC齿在钻头的最优安装角度,并通过钻进试验来优选仿生PDC齿在钻进石灰岩的最优安装角度。试验结果表明:在相同的转速、钻压的条件下,切削齿后倾角为20°、侧转角为0°时,钻头钻速最快。此试验结果可以为石灰岩地层用PDC钻头的设计提供参考依据。     

凸包型仿生耦合金刚石钻头模拟分析

研究发现仿生耦合钻头较普通钻头钻进时效提高很多。仿生耦合钻头一方面能使钻头唇面有较高的比压;另一方面能使钻头具有很好的冷却效果,因此在钻探工程中有很好的应用前景。应用数值模拟软件ansys,模拟分析了凸包型非光滑表面对金刚石钻头性能的影响。对比分析了4种不同非光滑度状况下,钻头在一定的钻压作用下在岩石表面产生滑动摩擦的过程。主要分析了该过程中岩层的等效应力、钻头底唇面的接触摩擦应力和接触压力的变化规律。研究发现,凸包型非光滑表面在一定程度上可以提高钻头的使用寿命和钻进效率。     

JBD-75S仿生非光滑绳索取心金刚石钻头的研制

将仿生学的非光滑理论应用到金刚石钻头的设计上,研制出了JBD-75S仿生非光滑绳索取心金刚石钻头.野外试验证明,仿生金刚石钻头无论是钻进时效还是寿命都优于常规金刚石钻头.     

仿生孕镶金刚石钻头在漠河冻土区天然气水合物勘探钻进中的应用

仿生孕镶金刚石钻头具有高效、耐磨的特点,符合漠河天然气水合物勘探的要求及漠河钻探施工现场的条件。介绍了符合漠河地层特点的仿生孕镶金刚石钻头的设计与制造。同时对效果不理想的钻头的钻进情况进行了分析,提出了评价钻头性能时需要综合分析,从而客观、真实地反映钻头的实际钻进能力。漠河天然气水合物MK-2科学钻探试验井的钻进结果表明,仿生孕镶金刚石钻头的寿命比普通孕镶金刚石钻头长73%,钻速比普通孕镶金刚石钻头高22%。     

金矿复杂地层金刚石取心钻头选型试验研究

金矿复杂地层金刚石钻进存在岩石坚硬、地层打滑、漏失等问题,影响钻头寿命和钻进效率。在山东招远某金矿勘探中,通过对3个单位制造的金刚石钻头进行现场对比试验研究,证明JBD-75S仿生金刚石钻头在提高钻头寿命方面具有较大的优越性,适合该复杂地层钻进。     

仿生非光滑凸包和凹坑表面二维模型的建立及仿真研究

仿生学研究发现非光滑表面对耐磨性有影响,并且不同的非光滑表面对耐磨性的影响是不同的。为了进一步研究非光滑形态的磨损过程,笔者基于ANSYS建立了仿生非光滑凸包表面、凹坑表面和光滑表面的二维模型,分别对仿生非光滑凸包表面、凹坑表面和光滑表面滑动磨损过程进行了模拟分析。通过分析发现,非光滑凹坑表面等效应力远比光滑表面的小。由此可知,非光滑表面具有较好耐磨性的原因,并与试验结果对比,证明模型建立的正确性。     

基于AutoLisP的仿生金刚石钻头计算机设计软件系统研究

通过计算机辅助设计语言AutoLisp实现仿生钻头的参数化设计.软件系统将仿生钻头设计者输入的参数,通过专家系统分析与计算,完成仿生钻头非光滑分布图设计、钻头水口设计和钢体设计.在仿生钻头绘制函数中提供了多种图元绘制方法,可以根据设计者的选择,实现不同方法的钻头结构图输出,加强了软件效率和兼容性.     

仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头研究

针对孕镶金刚石钻头齿间相互独立,在坚硬地层中钻进极易产生打滑和单齿受力太大导致钻头损坏的难题,引入仿生爪趾结构原理和自补偿理念,研制了仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头。钻头的一体式切削齿设计,主要在单齿的齿单元间采用加强筋方式强化单齿强度,单齿与单齿间设置齿间加强筋加强,使得钻头相邻齿单元、相邻单齿间相互连接形成一个整体,在钻进过程中,钻头齿的工作唇面会产生多个超过岩石极限破坏强度但远低于钻头胎体强度的应力集中区域,不容易出现少数几个接近或超过钻头胎体强度的应力集中区域的情况。如此,钻头的整体性更好,受力均匀,切削岩石的效率更高,寿命更长,尤其对于坚硬地层,防打滑效果更好。经现场试验表明:仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头较常规钻头具有更高的碎岩效率和更长的使用寿命。     

具有仿生特征的球磨机提升条耐磨性数值模拟

球磨机是磨矿领域重要的设备之一,为了延长球磨机衬板上提升条的使用寿命,以提升条的磨损失效为研究对象,建立了比例缩小后的球磨机物理模型;在现有衬板结构参数的基础上,依托仿生耦合理论和磨粒磨损相关理论,根据提取到的生物耐磨特征的尺寸参数和比例关系,分别建立了加装不同形态非光滑特征提升条的物理模型和现有的提升条物理模型;利用EDEM离散元分析软件及其自带的BPM粘接模型,在不同的非光滑单元条件下衬板上受到的累积力和累积能量来分析装有不同表面特征的提升条的耐磨性;通过统计加装不同表面特征提升条的球磨机物理模型在仿真中BPM粘接键的断裂数目来评价不同提升条表面结构对矿石破碎效果的影响。仿真中,矿石颗粒的粘结键断裂数目较无非光滑特征的提升条提高了6.4%,其对磨损性能影响较大的切向累积力和累积能量分别较无非光滑特征的提升条减少了59.5%和32%。     

具有非光滑表面的仿生减阻材料的研究简介

介绍了几种典型的水生和陆生动物体表非光滑表面的减阻特性、减阻机理及对其进行仿生研究与应用的成果.这种基于非光滑表面的仿生减阻抗粘技术已成为仿生学研究和应用的一个新领域.     

新型仿生PDC齿高效切削机理及试验研究

利用仿生耦合理论,根据贝壳和蝼蛄等动植物的非光滑形态结构研制了一种新型的仿生PDC齿,并利用有限元软件abaqus对单个齿磨损前后的运动过程进行分析,与普通PDC齿的应力分布状态进行对比,可以看出,在同等条件下,非光滑PDC切削齿的应力大小及分布情况要明显优于普通的PDC切削齿,具有良好的碎岩效果。此外还对这2种切削齿进行了磨耗比试验,试验结果进一步证明了仿生PDC齿具有一定的优越性。     

仿生高效切削齿试验研究

在仿生高效耐磨理论的指导下,以鼹鼠爪趾为仿生原型,引入了其经长期进化而具有的高效、耐磨的特性。选用CVD多晶金刚石为切削齿的切削单元,采用真空热压烧结工艺制备仿生高效切削齿,并将其与常规PDC齿、仿生PDC齿的耐磨性和切削效率进行对比试验,结果显示:仿生高效切削齿的耐磨性较常规PDC齿提高23%;切削效率较常规PDC齿提高1.49倍,较仿生PDC齿提高48%。初步证明了仿生高效切削齿工艺的可行性,为下一步高效切削钻头的研究奠定了坚实的基础。     

硬岩钻进用仿生PDC切削齿优化与破岩机理研究

为了提高聚晶金刚石复合片(PDC)切削齿的破岩效率,将仿生非光滑理论应用到PDC切削齿的表面形态设计中,通过对波浪形、三角形和梯形金刚石层表面形态的仿真模拟,优选出三角形表面形态为最佳结构;以φ13.44 mm×8 mm的PDC切削齿为例,通过仿真模拟对三角形凹槽数量进行了分析,最终确定3个三角形凹槽为最佳;按照确定的优化设计方案,根据不同材料和工艺设计加工了4种大锯齿仿生PDC切削齿,通过微钻试验台进一步对比分析了仿生PDC切削齿与平面PDC切削齿的钻进效率。结果表明:大锯齿仿生PDC切削齿钻进效率明显优于普通平面片,但是破岩过程中容易出现"崩片"现象,为保证使用寿命,在材料和加工工艺方面应比普通平面片要求更高。     

钻头泥包的土壤动物仿生学分析研究

从土壤动物适应生存环境而进化出在潮湿土壤中不粘土的特性出发,介绍了土壤动物非光滑体表结构有利于减粘脱土的原因和穿山甲特殊爪趾形状不粘土的特性.在此基础上,提出了仿生钻头的想法,希望能够解决钻探工作中遇到的钻头泥包问题.     

基于仿生非光滑表面的采煤机滚筒设计

摩擦学行为在煤矿机械中有着重要应用,自然界中一些生物的非光滑体表具有良好的减黏降阻和脱附功能。采煤机滚筒表面经常存在黏煤现象,为了降低采煤机滚筒的黏煤量,提高截割电机工作效率,利用VHX-600超景深三维显微系统研究典型土壤动物蜣螂的非光滑表面形态,发现蜣螂体表的凸包形非光滑体表形态对脱黏附有着重要作用,分析了凸包形非光滑表面脱附的受力状态,建立了凸包形非光滑表面的数学模型,模拟蜣螂体表凸包形非光滑形态设计出具有良好减黏降阻功能的采煤机滚筒。     

提高深孔钻进绳索取芯金刚石钻头寿命的措施

绳索取芯钻进在深孔或超深孔中应用特别广泛,为了发挥绳索取芯钻进的优势,应使金刚石钻头的寿命尽量达到最高,因此为提高其寿命而提出几点增加钻头寿命的建议.     

用PLC提高钻孔精度

Ｃｕｂｅｘ公司的Ａｃｃｒａ钻进系统是一套可编程序逻辑控制系统,可提高钻孔精度,延长钻头寿命,从而提高凿岩机生产率。借助该系统可使钻孔更直,钻头寿命更长。来自若干地下矿的试验结果表明,Ａｃｃｒａ钻进系统可使精度达到长30ｍ以上的钻孔偏差在1%以下。该系统可监测钻进压力、转数和其他指标,而且可根据不同的岩层条件进行连续调节,保持钻头的适当受力水平。这就可提高破碎岩层中钻孔的平直度,避免卡钻及延长钻头寿命用PLC提高钻孔精度@张德岭@苏悦     

针状合金在八种岩层中的钻进试验

我队为了解决斜孔和深孔钻进钻孔弯曲和部份硬脆碎地层的取芯问题,对针状合金钻进进行了生产试验。一年多来,在25个钻孔的八种岩层中钻进3000余米。试验表明:较普通合金钻进具有钻速稳定、回次时间长、钻头寿命高、不易崩刃、操作简便等优点。较钢     

煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进的效率,在分析硬岩定向钻进PDC钻头的结构要求的基础上,选择了3种不同类型的PDC钻头进行煤矿井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,平底型PDC钻头不适用于定向钻进硬岩,而三翼抛物线型钻头和四翼平角型钻头在定向钻进硬岩时,表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层,大大提高了煤矿井下定向钻进硬岩地层的效率。     

云安002—2井在须家河组地层提高钻速的方法

川东地区须家河地层以砂岩为主,其研磨性强,可钻性差,牙轮钻头机械钻速较低,寿命较短,严重影响了钻进效率和危及到井下安全.介绍了HCM507ZXPDC钻头特点,以及针对地层岩性钻井参数的确定.实践证明在须家河地层钻进选择该钻头,其机械钻速与牙轮钻头相比可提高210%以上,大大提高了钻进效率,取得了显著的技术经济效益.