空隙率对潜孔锤凿岩瞬态冲击过程的影响

潜孔锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破碎岩石的过程,利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DY-NA研究了在凿岩过程中,球齿凿入不同空隙率(塑性体积应变)岩石的冲击力特性。结果表明,岩石空隙率对钻头球齿与岩石之间的凿入冲击力幅值有很大影响,随着空隙率的增大,球齿凿入的冲击力显著减小,而对活塞与钻头间冲击力幅值影响甚微。通过ANSYS/LS-DYNA瞬态冲击数值模拟,形象地再现了潜孔锤钻凿系统冲击岩石发生侵入破坏的物理过程,为冲击碎岩瞬态研究提供了一个有效的分析方法。     

潜孔锤钻进方法介绍

潜孔锤钻进方法，是在钻头或岩心管之上联接一个孔底冲击器（潜孔锤），在钻具于一定给进压力（钻压）下迴转的同时，给钻头以高频冲击能量，进行孔底冲击迴转钻进。根据岩石破碎的弹性理论，在一定予压下的岩石冲击破碎强度低50—80％。潜孔锤钻进比无予压的钢绳冲击钻进的效率高3—5倍以上。由于冲击能量传递散失少，潜孔锤钻进比地表的     

高温硬岩空气潜孔锤钻头设计

干热岩试验性开发井钻井施工,在高温硬岩的地层条件下,如何实现高效钻进仍存在很多技术难点。空气潜孔锤钻进技术是解决硬岩地层钻进的有效方法之一,潜孔锤钻头是空气潜孔锤钻进的关键器具。根据青海共和干热岩GH-01井空气潜孔锤钻进技术应用情况,分析探讨了空气潜孔锤钻头断齿、掉齿、磨损严重、使用寿命短等问题,从钻头结构设计、钻头材料选取、钻头冷压固齿工艺等几个方面对空气潜孔锤钻头进行了优化。固齿优化过程中采用有限元分析方法,对钻头冷压固齿过盈量进行仿真分析计算,根据分析计算结果确定最优固齿过盈量。通过对潜孔锤钻头结构、材料、加工等优化,为适用于高温硬岩的空气潜孔锤钻头研制提供了借鉴。为提高空气潜孔锤钻进综合效率,为干热岩钻探开发提供了技术支持和技术储备。     

基于LS-DYNA的大容腔潜孔锤钻头结构研究

提出通过大容腔结构改善潜孔锤钻头与冲锤质量比来提高液动潜孔锤钻进效率的方法,并应用LS-DYNA显示动力学分析手段,对常规潜孔锤钻头和新型大容腔结构潜孔锤钻头的碎岩效果及应力状态进行仿真分析,结果表明:采用大容腔结构减小潜孔锤钻头的质量,调整钻头与冲锤质量比,可明显提升碎岩效果;冲锤与钻头质量比由0.79变化到0.91,岩石碰撞过程中吸收的最大冲击能变化牢以及碰撞结束后的最终吸能变化率分别为41.13%和67.17%;两种大容腔潜孔锤钻头的受力均满足长期作业的疲劳强度要求,数值模拟计算结果表明,该钻头结构在施工中具备可行性。     

跟管钻进用潜孔锤扩孔钻头

除常规钻直孔用的钻具外，日本利根公司又研制了跟管钻进用气动潜孔锤扩孔钻头。·潜孔锤扩孔钻头（见下表）虽然用气动潜孔锤钻进硬岩层的效率最高，但由于强力冲击影响围岩，在覆盖层或裂隙性发育的不稳     

气动潜孔锤球齿碎岩机理研究

气动潜孔锤钻进技术作为一种高效钻进手段已普遍应用于各种工程孔钻进,为进一步促进该项技术的发展,深入研究潜孔锤球齿碎岩机理,是十分必要的。球齿碎岩过程是一个动态、非线性破坏过程,常规实验手段不能反映岩石内部应力变化和破坏过程。利用软件ANSYS／LS—DYNA对球齿冲击碎岩过程进行模拟仿真,并总结球齿碎岩机理,为设计潜孔锤钻头,优化钻进参数提供理论基础。由此机理指导设计的贯通式潜孔锤钻头在生产试验中取得良好的钻进效果。     

空气潜孔锤冲击钻头打捞技术

空气潜孔锤冲击钻头落井是钻井工程中非典型井下事故,一般需要耗费较多时间来处理,如方式不当有可能造成井眼报废。西村煤田勘探的ZK-1902抽水井二开钻井过程中发生了冲击钻头断裂落井事故,在对该井基本情况和事故发生经过介绍的基础上,对潜孔锤钻头打捞难点做了说明,并详细介绍了打捞思路和过程,最终使用金刚石套取成功打捞出落井钻头。     

大直径潜孔锤冲击能量传递模拟试验研究

通过大量的试验研究发现，影响大直径潜孔锤冲击能量传递的因素可归纳为：冲锤与钻头体质量比；冲锤与钻头体直径比；钻压大小等，这一规律的发现使潜孔锤与钻头达到了合理的级配，提高了能量利用率，从而提高了潜孔锤使用效果。     

空气潜孔锤反循环钻头试验研究

介绍了空气潜孔锤反循环钻进技术,针对反循环钻具中的钻头做了系统研究。空气潜孔锤反循环钻进技术是集欠平衡钻进、冲击回转钻进、潜孔锤反循环钻进三种钻进技术于一身的先进的钻进工艺,在矿产开采方面已经成功应用。首次将引射原理应用到钻头结构设计上,根据引射角度不同设计出两种不同类型的反循环钻头,并运用FLUENT流体工程仿真软件对设计的钻头分别进行数值模拟,以获得最优反循环钻头结构。对加工出的引射装置进行试验研究,试验数据与仿真结果比较,二者基本吻合,验证了仿真技术的可靠性。最后确定了适合空气潜孔锤反循环钻井使用的最佳反循环钻头结构,为其进一步应用开拓了广泛的空间。     

霍各气露天铜矿的深孔爆破

为了解决某露天铜矿开采中的炮眼问题，选用DPP-100型油压汽车钻，配备φ60、φ89min的钻杆,J-100型冲击器及φ110mm潜孔锤钻头，可以实现冲击式潜孔锤穿凿炮眼。     

偏心跟管钻具钻进的仿真分析

针对偏心跟管钻具工作环境与受力作用复杂的情况,通过建立跟管钻具在地层中钻进的有限元模型,设定各种边界条件及载荷,运用有限元分析软件ANSYS 12.0对跟管钻具的钻进工况进行仿真模拟,分析钻具在钻进时与地层岩土体相互作用下的应力应变情况。根据模拟分析结果能够更清楚地了解钻具钻进时的应力状态,并对钻具的设计、优化起到指导性作用以及为钻具设计结构的合理性提供了理论依据。     

新型偏心跟管钻具的设计与有限元分析

介绍了新型偏心跟管钻具的结构组成以及设计思路。针对跟管钻具工作环境与受力作用复杂的情况,通过对跟管钻具进行建模,设定各种载荷条件,运用有限元分析软件ANSYS11．0对跟管钻具的工况进行模拟。根据模拟分析结果能够对钻具的设计进行改进,并为新型跟管钻具设计结构的合理性和可靠性提供理论依据。     

冲击锤钻凿系统纵向冲击数值模拟

冲击锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破坏的过程。利用非线性有限元程序LS-DYNA3D 研究了冲击锤钻凿系统的纵向冲击混凝土过程,分析了冲锤不同冲击速度下混凝土的变形及破碎机理,钻凿系统的冲击力,侵入混凝土的位移及冲击力-侵入深度曲线等。结果表明,由于砧子及钎头的反弹,导致冲击锤钻凿系统发生多次冲击现象。在整个冲击侵入过程中,最大冲击力峰值点并不出现在最大侵入深度处。混凝土在气动冲击锤冲击作用下的破碎过程经历4个阶段：弹塑性变形阶段,脆性崩裂阶段,挤凿破碎阶段及卸载阶段。通过LS-DYNA3D数值模拟计算,形象地再现了冲击锤冲击作用下混凝土发生侵入破坏的物理过程,为研究冲击锤与脆性材料的作用过程及冲击锤的优化设计提供了一种有效的分析方法。     

潜孔锤反循环钻进技术及应用

贯通式潜孔锤的研制为流体介质反循环开辟了通道。采用计算机模拟仿真电算方法，实现了潜孔锤的计算机辅助设计，优化了潜孔锤性能、将多喷嘴引射器原理用于钻头的结构设计，使反循环形成稳定可靠，并能取出柱状岩矿心。在复杂地层地质岩心勘探、水文水井钻凿、大直径硬岩基桩孔钻进等领域全面应用，取得了显著经济与社会效益。     

空气潜孔锤孔底局部反循环封堵工具研究与应用

空气潜孔锤钻进工艺钻进效率是常规钻井工艺的10~20倍,对提高矿产资源勘探开发效率,促进贵州省经济发展具有重大意义。西南(贵州)喀斯特地区是全球最大的喀斯特连片分布区,碳酸盐岩地层分布广泛,溶洞及溶隙、裂隙发育,在使用空气潜孔锤钻进工艺钻进时,容易发生漏风现象,导致返渣困难,甚至发生卡钻、埋钻事故。双壁钻杆空气潜孔锤局部反循环钻进工艺可以有效解决喀斯特地区空气潜孔锤钻进工艺使用困难的问题,但该工艺使用的封堵工具极易磨损,限制了该工艺在深井钻探中的使用。本项目主要以双壁钻杆空气潜孔锤局部反循环封堵工具为对象,通过调整封堵工具结构,增加封堵环旋转性能等手段,对封堵环进行改良和优化设计,增加封堵工具的使用寿命,实现双壁钻杆空气潜孔锤局部反循环钻进工艺在深井钻探中的应用。     

岩溶地区水文水井钻进探讨

详细介绍了岩溶地层水井钻进中存在的各项技术难题,并针对目前施工中的困难提出贯通式潜孔锤反循环连续排渣钻进工艺,分析了该先进工艺的应用前景。     

一种新型节能气动潜孔锤的初步研究

气动潜孔锤是一种高效的凿岩工具,应用广泛,但气动潜孔锤存在着能量利用率低、耗气量大等缺陷.提出的差动容积式气动潜孔锤,完全改变了传统气动潜孔锤的双面配气结构,从机理性的层面保证了新型气动潜孔锤的节气、节能和高效的特点;预计其能量利用率比已有的潜孔锤提高20%,工效提高20%.     

Numerical solution for dynamics of pneumatic DTH hammer system

The pneumatic down-the-hole(DTH)hammer is one of the efficient equipments used in medium hard to very hard rock drilling frield,and any change in its structure design affects all performance parameters of a pneuamtic DTH hammer directly.Yet,owing to the complexity of the dynamic interaction among the components in DTH hammer systems,until now it has been difficult to obtain reliable estimates of the design parameter affects.Thus providing an design parameter optimization and the layout of dynamics behavior of DTH hammer is of great importance.This paper documents the development and solution of a computational model for the dynamic response of a pneumatic DTH hammer.The model consists of rigid piston dynamics equation and chamber thermodynamics equations.The resulting model represented by a set of coupled nonlinear differential equations were computed in Visual C++ program.The developed solutions are used to perform a parametric study to illustrate the inffluence of the piston mass and supply pressure on the impact performance of DTH hammer system.     

泡沫潜孔锤钻进技术的国内外研究现状

综述了国内外泡沫潜孔锤的研究现状,并分析了泡沫潜孔锤的特点及研究意义。