牙轮钻头浮动套轴承的机理研究

由于浮动套轴承的浮动套可以转动,降低了摩擦功率,从而可以提高牙轮钻头的转速.使浮动套转动的主要参数是浮动套的内、外间隙值.根据牙轮钻头轴固定,牙轮转动的工作特点,进行牙轮钻头浮动套轴承单元实验,发现按国内、外现用内小外大的间隙值配置参数,浮动套不会转动.通过对重载低速工况下的牙轮钻头浮动套轴承的润滑状态进行理论分析,得出属于混合润滑或边界润滑状态的结论.并证明全膜润滑状态下的浮动套轴承计算公式,不适用于牙轮钻头浮动套轴承,后者需考虑金属接触及弹性变形的影响,间隙配置应使外间隙远小于内间隙.实验结果与理论分析相一致.本文得出的间隙配置原则,可供牙轮钻头浮动套轴承设计使用.     

牙轮钻头单金属浮动密封结构的密封机理

在牙轮钻头中成功应用单金属浮动金属密封结构的关键在于控制密封端面之间的接触压力。应用当今最先进的非线性有限元分析软件Msc Marc ,结合单金属浮动金属密封结构的装配过程对其密封机理进行了有限元分析。通过对装配和工作过程中密封面的接触应力分布以及关键部位的应力变化的分析 ,提出实际应用中应注意的问题 ,并探讨了结构形式、设计参数、材料、润滑脂对密封能力的影响 ,为国内钻头厂家掌握单金属浮动密封结构的设计开发技术提供一定的借鉴和帮助。     

牙轮钻头金属浮动密封研究及设计

介绍了牙轮钻头金属浮动密封设计的主要参数牙爪轴锥长ｈ、半推角β、浮动环半锥角α等及其设计方法。给出了由实验确定的这些参数的选择范围。指出：密封设计时，须选定浮动环宽度ｂ，然后由密封比压ｐ和密封力Ｐ计算出浮动环的直径尺寸。文中给出了设计实例。为了保证密封零件及密封的质量，还介绍了质量检测设备和检测方法。     

牙轮钻头单金属浮动密封结构的密封机理

在牙轮钻头中成功应用单金属浮动金属密封结构的关键在于控制密封端面之间的接触压力。应用当今最先进的非线性有限元分析软件Msc.Marc，结合单金属浮动金属密封结构的装配过程对其密封机理进行了有限元分析。通过对装配和工作过程中密封面的接触应力分布以及关键部位的应力变化的分析，提出实际应用中应注意的问题，并探讨了结构形式、设计参数、材料、润滑脂对密封能力的影响，为国内钻头厂家掌握单金属浮动密封结构的设计开发技术提供一定的借鉴和帮助。     

浮动端面密封结构的性能分析

运用有限元法对高速牙轮钻头浮动端面密封的性能进行分析,计算模拟了浮动端面密封在装配过程和不同工作条件下结构的变形和接触表面应力变化。对照计算结果对实际使用中的问题进行了分析。对同类浮动端面密封结构的设计有指导意义,并使进一步研究浮动端面密封的机理成为可能。     

金属封制的钻头

HughesChristensen引进MXL经过延长保质期处理的电动机钻头,它具有根据实际需求而设计的高速三牙轮钻头,新的切削构造,可配置的水力学和非常可靠的轴承。钻头系列使用了一个单一的通电金属密封轴承包,所有相关的旋转运动在两润滑金属密封表面发生,金属密封表面可使密封容量增加20%。特有的耐磨表面延缓了密封磨损。支撑环使用延长了操作寿命和提高抗岩屑能力的应力设计形状。这项设计可改善密封表面的密封效率,钻头使用优化的硬质合金钢、再设计牙形以及策略安置的锥形节电装置。这个锥形节电装置可保护锥形钢免受切削的磨损。钻头使用了…     

钻头厂研制成功高技术金属浮动密封钻头

7月28日，从中原油田32174钻井队传出喜讯，钻头厂技术开发研究所设计研制的一只8％H447A高技术金属浮动密封钻头，在中原油田濮3—389井的2197m-2674m的沙1～沙2深井段灰质泥岩沙岩地层中钻进，钻头纯钻时间为118．5h；进尺479m，平均机械钻速为4m／h。打出了高指标，现场试验获得成功。浮动密封新技术在牙轮钻头上的成功应用，这在国内外尚属首创。     

仿真技术在牙轮钻头浮动套轴承设计中的应用

如何提高现有牙轮钻头轴承的工作性能，延长其在高转速下的使用寿命，是目前钻井工程领域迫切需要解决的问题之一。采用计算机仿真技术分析了牙轮钻头浮动套轴承的摩擦因数、扭矩、温度等性能参数与轴承结构参数的变化关系，找到了同一结构参数时载荷和钻头转速对轴承摩擦学性能的影响规律，认为215．9mm（8 1/2英寸）牙轮钻头浮动套内外间隙比应为2．0～3．0，为给定工况下牙轮钻头浮动套轴承结构的设计与优化提供了理论依据和方法。     

粗糙表面下牙轮钻头浮动套轴承润滑机理研究

以流变学、摩擦学及固体力学为理论依据,在φ215.9mm(821英寸)牙轮钻头滑动轴承结构的基础上,综合考虑浮动套滑动轴承的特点及牙轮钻头轴承的特殊性,以牙轮钻头轴承系统结构及失效分析、牙轮钻头润滑脂的高温流变性分析结果为研究基础,建立了粗糙表面牙轮钻头浮动套轴承润滑性能参数的数学模型,并对模型进行了求解。通过计算结果分析得出牙轮钻头浮动套轴承内外间隙比在2.0~3.0之间时,有利于浮动套轴承的正常运转,该结论为牙轮钻头浮动套轴承的设计提供了理论和技术基础。     

碟型密封圈的试验研究

牙轮钻头碟型密封圈具有其它轴向密封所不及的优点—单向密封性和自动调节压力平衡。本文通过模拟钻头工况的台架单元试验及分析,认为影响润滑油脂漏失量的主要因素是密封圈两侧的压力差、密封面接触比压、密封圈的线速度、轴向振动和牙轮密封面的光洁度。因此,合理控制上述因素可提高密封的可靠性及寿命。作者在实验的基础上导出控制漏失量的经验公式,可供钻头设计参考。     

牙轮钻头大圆弧鼓形滚子轴承设计

大圆弧鼓形滚子轴承对牙轮牙爪轴的轴线相互倾斜具有调节功能，因此实际接触应力相对较低，承载能力高，寿命长。它用于三牙轮钻头，特别是大规径钻头和高速钻头，是一种较好的轴承结构形式。在分析三牙轮钻头轴承结构和载荷特点的基础上，探讨了三牙轮钻头鼓形滚子轴承设计的原理和方法，以限制轴承的塑性变形为出发点，建立了鼓形滚子设计时应满足的接触静强度条件和几何条件，给出了有关的计算公式，并对钻头轴承的接触疲劳强度问题作了简要分析。     

牙轮钻头破岩机理的探讨和各齿圈载荷的预测

简要介绍以钻头牙齿作为传感器,在钻进岩石的实验工况下,对镶齿三牙轮钻头牙齿工作载荷进行三维(牙齿轴向、切向、径向)动态测试的实验原理和方法。经过对牙齿载荷谱的分析研究,着重阐述了作者对钻头牙齿与井底岩石相互作用机理的新认识,将牙齿载荷与钻头布齿结构参数的关系数学模型化,从而建立了在钻头设计中具有一定工程实用价值的镶齿钻头牙齿载荷的预测方法。     

山前构造砾石层大尺寸钻头优化设计及现场试验

塔里木盆地天山南探区为山前构造,钻井地质环境复杂,3 000 m以浅地层含有大段砾石层,可钻性差。为此,在深入分析砾石层物性特征的基础上,有针对性地设计了适合于砾石层的660.4和444.5 mm牙轮钻头和适合于微砾石层的444.5 mmPDC钻头。设计牙轮钻头时,通过优化钻头齿高、齿长及齿顶宽,调整布齿密度,及采用螺旋式双稳定掌背、滚滑复合轴承、中心喷嘴和中长喷嘴等方式,以增强钻头的攻击性,提高钻进效率和工作的稳定性;设计PDC钻头为7个喷嘴,采用耐磨性和抗冲击性较好的19.0 mm复合片和中低布齿密度、肩部双排齿结构、加强保径,以期在较低钻压下提高钻头的破岩效率。设计的3种钻头在天山南探区库2井一开、二开井段进行了现场试验,结果表明:与邻井实钻数据相比,660.4 mm牙轮钻头钻速和单只钻头进尺分别提高84.62%和445.04%,444.5 mm牙轮钻头和PDC钻头的钻速分别提高46.15%和128.85%。在大北、克深两地区3口井的推广试验结果也表明,660.4 mm牙轮钻头可大幅提高机械钻速、节约钻时。综合分析各试验井数据认为,设计的3种钻头适合于在山前构造探区砾石层钻井,且提速提效明显。      

三牙轮钻头轮体速比仿真模型研究

三牙轮钻头轮体速比对进行仿真研究，指导钻头结构设计、钻头选型等都起着关键性的作用。从理论上分析了三牙轮钻头的几何结构与牙齿受力的关系，确定牙轮存在一个主动齿圈，并结合最小功原理建立了求解轮体速比的模型，结合钻压以及岩石性质对轮体速比的影响，对该模型进行了修正。将钻头钻进砂岩时的台架试验牙轮/钻头速比实验值和利用模型计算所得牙轮/钻头速比计算值进行了对比，结果表明，该仿真模型能够有效地预测三牙轮钻头的轮体速比。     

牙轮钻头轮体速比的计算机仿真

在分析牙轮钻头牙轮运动特点的基础上，提出了牙轮以最小动方式运转的假设。借助于钻头几何学与运动学关系，利用计算机仿真的方法对牙轮转速与钻头转速的比值（轮体速比）进行试算。仿真求得的轮体速比与实测值的对比结果证实最小功假设是可以成立的。用这一仿真试验方法能较好估计牙轮钻头的轮体速比值。     

直井牙轮钻头碎岩功率研究

针对国内外现用计算钻头碎岩功率的经验公式不能完全反映功率与各参数之间的定量关系的现状，在考虑牙轮钻头和岩石各向异性的基础上，首先建立了牙轮钻头与岩石碎屑间的摩擦力所消耗功率和牙轮钻头破碎岩石所消耗功率的模型，综合两模型建立了更适用直井牙轮钻头碎宕功率的模型。由此模型可知：合理增加钻压、选择合理的转速和牙轮结构能提高牙轮钻头的碎岩功率，从而达到提高机械钻速的目的。这对实际的钻探工程来说具有十分重要的指导意义。     

牙轮钻头浮动卡销锁紧结构的研制

针对目前应用的牙轮锁紧结构存在的问题，研制了牙轮钻头浮动卡销锁紧结构，该结构能有效地减少轴承径向磨损、控制牙轮的轴向窜动量、保护轴承密封，减少锁紧结构上的载荷并能适应一定的高转速，使钻头使用寿命得以大幅度提高。     

研究钻头破岩机理的新设备和新方法

介绍一种研究钻头(特别是牙轮钻头)破岩机理的新型试验装置和试验方法.这套由微机控制操作和光电扫描采样的试验和分析装置,在上作原理和组成结构上与国内外现有的任何一种钻头试验架都不相同)它能真实地模拟钻头牙齿破岩时的运动及受力状态,更准确地测童、分析试验结果,因而能为研究钻头的破岩机理和钻头设计技术提供更有实用价仇的试验成果和数据.     

牙轮钻头钻进岩石过程的数学模型和模拟方法——承力区假说与旋转压入法

根据“承力区假说”,建立了牙轮钻头钻进岩石过程的数学模型和模拟方法。利用这种模型和方法,可在计算机上实现对实际钻进过程的仿真和对牙齿载荷时间历程等的模拟。换言之,也就是借助于计算机仿真的手段,可把钻头机械钻速、牙齿载荷谱等与钻头结构设计参数、齿形和岩性联系起来。这对于牙轮钻头的研究无疑具有重大意义。