PDC钻头切削齿破岩载荷规律的分析

对PDC钻头冠部形状及不同的布齿密度和切削齿在不同的磨损状态下对PDC钻头切削齿受力的影响进行了分析；用相邻的3个切削齿之间的关系（不同的切削齿与切削齿之间的径向距离和切削齿之间的高度差）来分析PDC钻头冠部形状和切削齿布齿密度对切削齿受力的影响，以及将切削齿的磨损状态简化成与切削齿在钻头上装配方向垂直的平面来分析切削齿磨损状态对切削齿受力的影响。     

基于离散元方法的PDC钻头切削齿破岩机理数值模拟

工具破岩机理研究对于石油钻探、煤炭和矿物开采、隧道和地下硐室建造等工程领域具有重要意义.切削工具的结构参数及真实物理环境对破岩效果影响显著.采用离散元方法模拟PDC齿在不同切削速度、切削角度、切削深度以及围压参数下的切削破岩效果,得出PDC齿受到的切削力及岩石裂纹发育情况的变化规律.研究结果表明:在PDC钻头切削岩石过...     

混合钻头破岩机理浅析

随着我国油气资源的不断开发,钻井深度也不断的加大,因而各钻井公司对钻头的质量有了更高的要求,近年来国外提出的将PDC钻头和牙轮钻头的优点结合,形成了具有PDC结构和牙轮结构的混合钻头,混合钻头设计合理,在钻井过程中会合理地融合两种钻头的切削作用,使其相互影响,从而在硬地层中利用牙轮钻头切削结构的缓冲作用,较好地减缓了P...     

模拟深井条件下的PDC钻头破岩试验研究

利用深井破岩试验装置模拟不同井深（0～5km）压力条件下对泥岩进行了PDC钻头破岩试验，试验结果表明：随着井深（围压）的增加，岩石强度增加，破碎岩石的切削力增加，同时，PDC钻头齿形和结构对破岩效率影响较大，因此必须按深井条件和岩石特点进行PDC钻头齿形和结构设计，以达到提高机械钻速的目的。     

单齿切削试验PDC参数与破岩功耗的关系

ＰＤＣ切削齿形状、切削深度、纵向前角和横向前角等切削多数是进行ＰＤＣ钻头优化设计的基础。通过实验室单齿切削试验，研究上述切削参数与ＰＤＣ切削齿破岩功耗的关系，确定各切削参数优化值。     

基于有限元的PDC钻头单齿工作参数仿真研究

采用显式动力学中的接触、侵蚀有限元分析方法,对PDC钻头的单齿工作参数变化进行了仿真。当绕钻头中心轴线旋转的单粒PDC切削齿在切削深度为2mm时,研究了具有不同前倾角、侧倾角破岩时切削齿的受力分布及岩石破碎情况。仿真结果较真实地表明了单粒PDC切削齿应力分布、接触压力分布随钻头破岩过程的动态变化情况,为PDC钻头的设计提供了有效的依据。     

改进型PDC钻头切削齿室内破岩试验研究

表面带碳化钨保护层的新型聚晶金刚石复合片既可保持复合片的自锐特性及耐磨性，又可以避免切削齿的崩裂、掉块现象。试验结果表明，在硬地层中，新型ＰＤＣ切削齿在钻速、切削齿强度和寿命方面与常规ＰＤＣ齿相比具有更好的工作性能。     

加长马达配PDC钻头快速钻井试验研究

从分析PDC钻头特点着手,选用与PDC钻头特点相适应的加长马达来进行快速钻井试验,取得了良好的试验效果,试验结果表明,使用加长马达配PDC钻头加转盘复合旋转钻井方式能大幅度提高机械钻速,降低钻井成本,保证井身质量,从而达到提高钻井效率,增加经济效益的目的。     

PDC切削齿后倾角与破岩关系的数值模拟

PDC钻头在煤炭行业中应用广泛,但在煤层顶、底板硬岩穿层钻进中出现了效率低的状况。基于这一问题,以切削齿为单位对钻头破岩作用机制进行研究,在有限差分软件FLAC~(3D)中建立切削齿与岩石相互作用仿真模型。通过改变切削齿空间参数,模拟不同后倾角对切削齿破岩效果的影响。研究结果表明,切削齿的后倾角为15°时,切削齿对岩石产生应力及位移最大,破岩效果最为明显。     

钻头破岩振动低频特征室内实验研究

钻头破碎岩石时会产生宽频的振动信号,不同频段的信号蕴含了不同的信息,由于高频段信号能量低、衰减大,不易检测,因此,就钻头破岩信号在低频段特征进行了研究,通过不同岩性岩样的微钻实验数据分析,发现破碎不同岩性的岩石产生的信号在低频段具有固定的频率特征。     

中硬岩层钻进孕镶金刚石复合片钻头的研究与应用

针对中硬岩层的特点设计了一种孕镶金刚石复合片钻头,介绍了其切削结构、特点及切削原理。在钻进中硬岩层时,复合片切削齿和孕镶金刚石后支撑能够共同发挥切削作用,提高钻头钻进效率和钻头的稳定性并且能使钻头具有较长的寿命。     

PDC钻头钻进岩石破碎过程及其与钻进规程参数关系的分析研究

PDC复合片钻头在地质勘探和石油天然气钻井等领域得到了广泛的应用,取得了很好的技术经济效果。但是,对于其碎岩过程及其与钻进规程参数间的关系研究不够深入,影响了技术经济指标的进一步提高。俄罗斯钻探工作者在这方面做了很多工作,取得了一定效果,值得引起我们的注意。例如,他们建议,由于岩石破碎方式是变化的,所以,尽量使岩石破碎处于体积破碎状态;如果把钻头每转进尺能耗量指标作为一个评价指标考虑进去,则评价系统会更加科学和更加全面;钻头每转进尺,不是越高越好,有一个最优值,这个最优值与钻进规程参数密切相关;提出了临界钻进规程的概念,即当轴载和转速的乘积高达一定数值时,切削具温度急剧上升、钻头磨损明显加剧,冲洗液量再大也无济于事,因此,此时应该采取措施,及时调整规程参数,避免钻进过程处于临界规程状态,以便使钻进处于正常状态,继续钻进下去。     

龙凤山气田火山岩地层个性化PDC钻头设计与应用

长岭断陷龙凤山气田主力储层主要分布在火山岩发育的营城组和火石岭组。储层岩石石英含量高、研磨性强,导致机械钻速低、单只钻头进尺短,大幅增加了起下钻换钻头等非生产时间,严重制约钻井提速。本文通过开展岩石力学实验研究,利用测井资料建立并修正岩石力学剖面,开展了异型PDC齿研发和钻头切削结构设计优化,研发出一种适合该区块火山岩地层的6刀翼异形齿PDC钻头,现场应用3井次,较其他普通PDC钻头平均进尺提高42.2%,平均机械钻速提高36%,提速降本效果显著。     

不同支护条件下巷道围岩稳定性数值模拟研究

为了确保矿井的安全生产,模拟分析了不同支护方案下的围岩稳定性,然后结合双壳支护理论,最终确定最优的支护断面,介绍了原支护方案的缺点,采用双壳锚注支护理论,结合现场实际地质条件,设计了不同锚杆、锚索支护参数,建立了巷道数值模型,对4种支护方案进行了模拟,分析了巷道围岩位移特性。     

恒定载荷作用下巷道围岩承载特性数值模拟研究

不同锚杆支护参数条件下,围岩形成的锚固承载体的承载性能不同。采用数值模拟软件,研究了围岩在支护后,锚杆支护参数与锚固复合承载体的关系。研究得出:随着支护密度的增大,围岩承载体强度逐渐增大、围岩两帮塑性区范围逐渐变小、垂直应力峰值逐渐由深部向浅部转移、围岩变形量小;随着锚杆长度的增加,应力峰值越靠近两帮、应力值也越大。但是锚杆长度达到一定值时,承载体强度的增长幅值逐渐减小;随着锚杆直径的增大,巷道的围岩变形量逐渐减小。研究为巷道围岩的控制提供了借鉴。     

深部软岩巷道围岩变形特征及数值模拟分析

针对深部煤矿开采条件下软岩巷道围岩出现持续流变时间长、变形大、地压高、巷道难以维护等特点,首先分析了深部软岩巷道变形特征,采用FLAC^3D数值模拟软件,分析了不同埋深条件下巷道围岩垂直应力分布、水平应力分布以及巷道围岩塑性区扩展规律。研究得出,深部软岩巷道的围岩岩块呈松散破碎形态,相互翻转和滑移,岩体的模量和强度低;随着巷道埋深的逐渐增加,巷道围岩应力集中系数逐渐减小,巷道垂直、水平应力峰值逐渐变大,塑性破坏范围扩展速率逐渐增加。研究为深部软岩巷道支护提供理论基础。     

巷道支护参数优化设计及数值模拟研究

为解决煤矿巷道支护参数欠妥、限制快速掘进问题,进行了巷道支护参数优化设计,研究形成了一套以高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则的创新支护体系,然后采用数值模拟软件,对原支护方案和优化后支护方案进行了分析对比。研究得出,新支护方案能够缓解巷道围岩应力集中,增大了锚杆间排距,减少了锚杆用量,降低了巷道支护成本,为提高巷道掘进速度创造了条件。     

公路隧道石门揭煤安全岩柱的数值模拟研究

为探究瓦斯隧道不同地质条件下对安全岩柱的影响,以重遵高速松坎隧道为工程背景,基于隧道揭煤应力演化等相关理论,建立了瓦斯隧道三维模型和数学模型,利用FLAC软件对2种开挖断面和3种煤层倾角的隧道进行了模拟计算,对比分析了隧道开挖过程中的煤岩应力变化规律,获得了开挖断面面积和煤层倾角对安全岩柱的影响。研究表明:同一煤层倾角,开挖断面越大,所需安全岩柱越厚,反之越薄;开挖断面面积相同时,煤层倾角越大,所需安全岩柱越厚。