混合钻头切削齿工作部位几何面离散化研究

为更好地研究混合钻头的性能，分析混合钻头与岩石相互作用机制，使用C#语言对混合钻头牙齿的几何表面进行离散化，再将离散化得到的数据导入MATLAB软件生成模型。结果表明：用离散点绘制的牙齿模型与牙齿的三维实体模型基本一致，牙齿离散化的可行性和准确度非常高。切削齿工作部位几何面离散化有利于改进牙齿设计，优化钻头结构，从而提高破岩效率，为后续钻头的工作行为研究及钻头与岩石相互作用的研究提供参考。     

双层套管开窗侧钻中钻头力学分析

在双层套管开窗侧钻中,油层套管、水泥环、技术套管和地层岩石的硬度都各不相同,并且钻头在双层套管开窗过程中和导向器、油层套管、水泥环、技术套管、地层岩石的接触面不同。考虑开窗钻头在双层套管开窗侧钻时和油层套管壁、水泥环、技术套管壁及地层岩石的实际接触情况,建立双层套管开窗钻头弯矩数学模型,并结合现场工程实例,利用Matlab软件求解出三种不同工况下钻头弯矩与钻头水平移动距离的关系曲线。进而借鉴金属切削力学理论,研究钻头在开窗侧钻过程中的切削力、切削扭矩,校验开窗钻头的强度,提出了防止双层套管开窗侧钻过程中发生钻头憋卡断裂事故的技术建议。分析计算可为双层套管开窗钻头的设计与施工参数确定提供参考。     

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。     

硬地层单牙轮-PDC钻扩联合钻头破岩特性

提出了新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头,先依靠单牙轮破岩钻孔,释放地应力,产生岩石损伤,再助推PDC钻头刮切破岩。运用有限元法,建立钻扩联合钻头、双级PDC和常规PDC钻头破岩的非线性动力学模型。通过对岩石本构关系进行D-P准则描述以及确定岩石破碎的判据,分析钻扩联合钻头钻进硬地层的破岩机理,开展了3种钻头动态破岩过程的对比研究。结果表明：钻扩联合钻头在钻进过程中井底井壁的岩石应力得到明显释放,大大提高了岩层可钻性;在硬地层中钻扩联合钻头钻进速度提高的主要原因是拉应力破岩;钻扩联合钻头在硬地层钻进过程中的扭转振动大大降低,破岩效率更高,钻头寿命更长;由于单牙轮领眼破碎岩石的作用,钻扩联合钻头对井底岩石的冲击破碎能力更强,在硬地层中钻进更快。研究结果为新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头的研发提供了参考。     

刮刀式钻头机机械加工工艺改进及工装研制

刮刀钻头是钻油井的专用刀具,加工的对象是泥土和岩石。要求钻头钻探效率高,使用寿命长。为了保证钻头的制造质量,提高生产率,减少工人的劳动强度,文中针对钻头体、钻头帽的一些重要的加工工序进行专用夹具设计,包括钻头帽铣槽气动夹具、钻头帽钻孔气动夹具及组焊后钻头体的铣槽夹具的设计。     

PDC钻头切削破岩机理及数值模拟研究

由于PDC钻头几何外形、岩石材料以及井底钻井工况的复杂性,PDC钻头切削破岩机理的研究一直都是难点问题。基于单齿切削机理,引入岩石比功ε,推导出钻井钻压W、扭矩t和切削厚度d之间的关系,建立切削比功E与钻井强度S的二维图;同时结合接触摩擦分量,分析并阐述了破岩过程的概念模型;通过有限元方法建立全尺寸PDC钻头动态破岩的非线性动力学三维仿真模型,开展PDC钻头切削破岩机理的研究,进一步分析PDC钻头破岩过程的响应规律。结果表明:岩石损伤与应力云图可直观反映钻井过程岩石损伤剥落形成井眼及井底应力分布状况;PDC钻头钻进方向的位移、加速度和扭矩响应规律与理论分析相一致,并揭示了PDC钻头钻进过程中的"进尺台阶"现象,亦佐证了破岩过程的概念模型。     

硬地层复合钻头破岩特性与提速机理研究

PDC-牙轮复合钻头是一种综合了PDC钻头与牙轮钻头结构特点和工作原理的新型钻头,能更高效地钻进硬地层。但由于对其破岩机理认识不足,使得PDC-牙轮复合钻头的研发具有盲目性,推广受限。基于弹塑性力学和岩石破碎学,采用Drucker-Prager准则描述岩石本构关系,塑形应变作为破岩判据,通过有限元法建立全尺寸复合钻头和PDC钻头动态破岩的非线性动力学模型,分析了复合钻头作用下硬地层岩石的破坏机制,对比了硬地层中两种钻头的动态破岩过程。结果表明:复合钻头钻井能满足井壁稳定性的要求,然而一旦井壁失稳,井壁岩石将大块脱落;以拉应力破岩为主是复合钻头在硬地层中大幅提高机械钻速的原因之一;硬地层中复合钻头扭转振动低于PDC钻头,破岩效率更高;由于牙轮滚动的多边形效应,复合钻头沿钻进方向对岩石的冲击较PDC钻头更大,能更快钻进硬地层。     

钻头特性的测试设备

介绍了诺丁汉大学研制的一种在实验室测试岩石钻头的钻机，该钻机可以为各种不同的岩石钻头提供严格的测试平台，从而实现在很宽范围的工作条件下最经济地获取实验数据。     

异形单牙轮钻头的传动比计算仿真模型研究

在牙轮钻头的几何关系以及动力学和运动学基础上,通过牙轮工作过程中的运动平衡和力矩平衡,建立牙齿与岩石的相互作用力以及牙轮扭矩、角速度、角加速度仿真模型。在仿真中将牙轮钻头连续转动过程离散化,通过对每个瞬时离散点的传动比的计算得到钻头的平均传动比。仿真模型中将牙轮钻头结构、岩石特性等参数综合考虑,使仿真模型更加贴切钻头实际钻进环境。仿真出来的平均传动比值对牙轮钻头设计、分析提供一定的参考依据。     

考虑钻头-岩石非线性相互作用的钻柱动力学研究

钻头作为底部钻具组合的重要组成部分,直接与岩石接触,其动态特性对底部钻具组合有重要影响。提出了聚晶金刚石钻头（PDC钻头）与岩石的非线性相互作用模型,采用PDC钻头动态特性作为钻柱动态模型的边界条件。为了更真实地模拟钻柱动力学,基于哈密顿原理,采用梁有限元法建立了钻柱动力学模型,通过广义-α法求解,并分析了PDC钻头的动态特性。研究结果表明：轴向振动是钻头最剧烈的振动形式,而当轴向振动传递到钻柱时,产生大幅度衰减,横向振动成为钻柱的主要振动;中性点附近的钻柱不再与井筒碰撞,其运动轨迹接近井眼轴线。     

测量小钻头硬度三种方法的对比

<正> 由于钻头的使用寿命与硬度密切相关,因此无论热处理钻头的中间序检、成品检验,还是钻头断裂分析,都离不开硬度的测量。直径较大的钻头可通过机加工磨出一平面,直接进行硬度测量。而直径较小的钻头不能使用此种方法,需要将小钻头固定磨制后方可进行硬度溺量。试验工作选择了φ0.6mm、φ1.0mm的小钻头为代表,将其上夹具、镶嵌及胶粘后,分别进行硬度测量,并对三种方法进行比较,找出准确、简便的方法,对生产具有一定的实际意义。     

微型钻头结构优化设计

通过分析微孔钻削的特点，提出了一种微型钻头结构优化方法。按此方法进行设计，可以得到对于实际加工情况具有最大强度、刚度和最佳排屑状态的钻头结构。     

微型钻头结构的有限元分析

运用ＡＤＩＮＡ有限元程序对微型钻头的结构和工作应力应变状态进行了分析,所得结论对微型钻头的设计和使用有一定的指导意义。     

非开挖市政道路施工钻孔组合型多级破岩钻头设计

通过对破岩机理及钻头冲旋破碎岩石过程的研究,设计了两种适用于市政道路非开挖干法输送泥屑的组合型多级破岩钻头。通过实验,验证了采用组合型多级破岩钻头对含有大卵砾石土层进行钻削,可以得到气力输送所期望的碎泥屑,为干法气力输送泥屑奠定了技术基础。     

基于ABAQUS的PDC钻头切削齿温度场分析与仿真

基于有限元分析软件ABAQUS的Drucker-Prager材料模型以及破坏准则,模拟PDC钻头切削齿在切削过程中的温度场,并讨论在切削过程中摩擦产生的热在切削齿后倾角的温度分布和磨损平面的温度分布情况。仿真分析结果能真实地表明在切削齿与岩石作用过程中的温度场、应力场的分布情况,为以后PDC钻头的设计提供有效的依据。     

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。     

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。     

简化钻头圆锥面刃磨法的研究

传统或简化的圆锥面钻头刃磨法被广泛地应用于钻头生产 ,通过钻头重磨与教学实验 ,在对直线钻头圆锥面刃磨法研究的基础上 ,对传统的简化圆锥面刃磨法进行数学建模 ,给出刃磨后的各项切削几何参数公式 ,并对推荐的刃磨工艺参数的可行性做了数值模拟分析。     

高性能钻头刃形的研究

本文比较系统地介绍了日本细井钻头刃形与其它常用钻头的比较试验,指出在切削力、刀具寿命、磨损特性等方面,细井钻头均优于其它钻头。作者对新刃形的切入性能和切屑形成机理、对加厚钻芯和进行涂层的优越性等作了比较深入的分析,为钻头的刃形设计提供了有益的参考。     

微细钻头的应用

<正>微细钻头应用于多种领域,其使用条件如切削速度、进给量等,都需要专门的经验,不能简单地从标准钻头引伸得出。 所谓微细钻头,是指直径在2mm以内的麻花钻头。直径1～2mm的钻头在一定程度上可以移植大直径钻头的加工技术经验,但直径1mm以下的微细钻头,其切削状况不同于一般加工,而是发生了根本的变化。