应用离子注入和爆炸喷涂技术提高液动锤射流元件寿命

射流元件是射流式液动锤的动力控制元件。其寿命的长短制约着射流式液动锤钻探技术的推广和应用。本文在分析其元件磨损机制的基础上。应用离子注入技术和爆炸喷涂技术对射流元件进行内表面处理。从而提高射流元件的使用寿命。     

基于LS-DYNA的射流式液动锤活塞回程缓冲结构的研究

为了减弱射流式液动锤活塞回程撞击缸体的应力波对射流元件的破坏,延长射流元件的寿命,提出在缸体中设置碟簧缓冲结构来吸收冲锤回程的冲击能,并应用LS-DYNA显示动力学分析手段,对活塞回程进行仿真分析,探究碟簧缓冲对射流元件受力状态的影响,结果表明:采用碟簧缓冲结构,射流元件的最大应力可降低40%~57%,有效改善了射流元件的应力状态,在液动锤实际工作中具有可行性。     

控制道及劈高对气动射流元件射流切换的影响

液动射流冲击器冲锤受力具有不受围压影响能在深井工作的优点,而现有气动冲击器单次冲击功大但无法在深孔钻进。为此有必要研究一种新型气动射流冲击器,使之具有二者优点。由于气液物性不同,故新型气动射流冲击器的核心部件——气动射流元件的切换性能需进行研究。改变气动射流元件控制道宽度、劈高进行试验,研究其对射流切换性能的影响,结果是控制道宽度较小,元件易实现射流切换;劈高对射流切换影响不大。     

高能射流式液动锤在花岗岩中的钻进研究

由于干热岩地层通常为火成岩,研磨性强、可钻性差,现有常规工艺方法钻进效率低,为此专门研制了用于干热岩钻进用的SC-86H型高能射流式液动锤,并对该高能射流式液动锤样机进行了地面钻进试验。试验采用可钻性等级为10级的完整花岗岩作为钻进对象,观测了冲锤质量、活塞行程和泵量对机械钻速的影响。试验结果表明:增大冲锤质量、活塞行程和泵量有利于提高机械钻速。试验过程中获得的最大机械钻速为5.19m/h,较常规回转钻进机械钻速提升显著。     

喷嘴宽度及劈型对气动射流元件切换性能影响模拟试验研究

液动射流冲击器冲锤受力具有不受围压影响能在深井工作的优点．而现有气动冲击器单次冲击功大但无法在深孔中钻进。为此研究一种新型气动射流冲击器，使之具有二者优点。由于气液物性不同，故新型气动射流冲击器的核心部件——气动射流元件的切换性能需进行研究。改变气动射流元件喷嘴宽度、劈型进行试验，研究其对射流切换性能的影响。结果是喷嘴宽度较小的凹劈元件易实现射流切换。     

新型双作用液动锤的研究

针对传统射流式和射吸式液动锤在坚硬岩层中施工近水平孔或仰孔时效率低下的情况，根据普通液动锤的工作原理，设计了一种阀控式双作用液动锤。结合液动锤的结构特点，利用牛顿第二定律，建立了液动锤的活塞的动力学模型，编制了Matlab软件的M文件，对液动锤的活塞在回程和冲程阶段的启动性能进行了仿真分析；研制了1台Φ89 mm液动锤样机，进行了试验室和井下工业性试验，验证了液动锤的冲击性能与设计的合理性，为煤矿井下及隧道坚硬岩层的近水平孔或仰孔施工提供了一种可供借鉴的方法。同时，通过试验发现液动锤的配流元件容易出现划伤、变形等快速磨损问题，为液动锤的可靠性研究提出了新的方向。     

喷嘴宽度对凹凸劈射流元件切换性能影响模拟试验研究

液动射流式冲击器在实验室进行深井模拟试验,其结果展现出了良好的应用潜景,其可行性在野外实验,生产中（如石油钻井,大陆科学深钻中）得到了验证,但与此同时,其在应用过程中也出现了一些问题,如射流冲击器的核心部件射流元件使用寿命不长,具体表现在喷嘴,凹劈,侧壁等破坏严重。     

高能射流式液动锤低阻高效冲锤结构研究

为了对SC-86H型高能射流式液动锤冲锤结构进行优化,应用CFD动态分析,对2种不同冲锤结构的射流式液动锤模型进行了研究。计算表明:在相同输入流量下,新型冲锤结构的射流式液动锤与原冲锤结构相比性能具有优势,冲击末速度得到了提高,冲击功与能量利用率平均增长7.9%与12.7%,新型冲锤结构减小了流体阻力消耗的能量,更有利于高能输出。另外,通过Ls-dyna非线性动力学分析,对2种冲锤结构的碎岩效果进行了研究,并对新型冲锤应力强度进行了分析。结果表明:新型冲锤结构的能量传递效率更高,且满足疲劳强度校核,相同冲击末速度下,岩层吸能值高于原冲锤结构;新型冲锤结构的吸能率较高,2种冲锤模型的吸能率随入射能量成非线性增长。     

喷嘴宽度对射流元件切换性能影响的模拟试验研究

液动射流式冲击器在实验室中进行深井模拟试验。其结果展现出了良好的应用前景，其可行性在实际应用中得到了验证。但与此同时。也出现了一些问题。原因之一是由于射流元件喷嘴过水断面较小造成的。解决的办法之一就是增大喷嘴宽度。而这种改变可能会影响射流的切换性能。为此有必要进行模拟试验。其结果是射流切换与喷嘴宽度有关，喷嘴宽度过大，射流切换反而无法实现，其只能在一定喷嘴宽度范围内存在。为了更多地增大喷嘴过水断面，需设计新的结构射流元件或其它类型的元件。     

液动射流冲击器射流元件深井失效研究及对策

液动射流冲击器在深井模拟实验室进行了试验，其结果显示出了良好的应用前景，其可行性在实际应用中得到验证。但出现了一些问题。通过对不同液动射流冲击器射流元件在增加泵量的情况下进行实验。发现射流元件内部出现了水射流近似反射及脉冲现象；活塞及孔底岩石对元件的间接冲击会导致合金与射流元件胎体脱落；循环介质中的磨料粒子（来自硬岩、钻头），对元件进行切割；元件工作室内存在气穴现象，气泡的溃灭对元件造成损坏。为了防止射流元件失效。可采取加大喷嘴宽度、改变劈形、净化泥浆、加大冲锤质量及活塞行程、加缓冲器等措施。     

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的贯通式潜孔锤反循环钻头强度的优化分析

通体花键式贯通式潜孔锤反循环钻头在实际施工中尾部较易损坏,影响反循环钻头的使用寿命。为提高反循环钻头的使用寿命,对反循环钻头尾部结构进行了优化设计,并采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA对改进前后的反循环钻头进行了仿真分析。分析结果表明:由于在冲锤的高频冲击作用下,反循环钻头尾部易出现较大的局部应力集中,导致钻头体出现疲劳破坏;通过对钻头尾部结构设计优化后,与通体花键式反循环钻头相比,新结构钻头在无泄风槽情况下,应力集中值减小44%,在有泄风槽的情况下,应力集中值减小19%。数值模拟分析表明,优化后能大幅度提高钻头寿命。     

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。     

SYZX系列绳索取心液动锤在新余梅山煤矿易斜深孔防斜钻进中的应用

为了解决江西新余梅山煤矿深孔勘查中存在的孔斜问题,采用绳索取心液动锤钻进为主的防斜工艺,优化钻具结构组合,合理地选择钻进技术参数和措施,在该矿区取得了明显的减斜防斜效果。总结了SYZX系列绳索取心液动锤在江西新余梅山煤矿勘查深孔施工中的防斜经验。     

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。     

旋冲钻井技术在内蒙古意1井的应用

为了提高内蒙古意1井3000 m以深下部井段机械钻速,采用了射流冲击器旋冲钻井提速技术。根据地层岩性特点,通过冲击器台架性能测试,优选出了冲击器的冲击功及冲击频率,确定了旋冲钻井参数。射流冲击器配合牙轮钻头应用井段为3675~3817 m,通过合理确定水力参数及冲击器的性能参数,取得了预期的提速效果,达到了提速增效的目的。冲击器纯钻共计185 h,总进尺142 m,采用旋冲钻井技术,在相同地层及钻头条件下,旋冲钻井2趟钻进进尺较以前转盘钻进4趟钻进进尺多10 m,提高机械钻速达42%,为白音查干区块钻井提供了一项新的技术手段。     

绳索取心液动锤在中国岩金勘查第一深钻的应用和最新进展

在中国岩金勘查第一深钻ZK96-5钻孔的深部施工中,应用绳索取心液动锤技术在破碎复杂地层中钻进,增加回次进尺,提高时效,延长钻头寿命;在比较完整地层中提高钻速,减少辅助时间,体现了绳索取心液动锤技术的优越性,目前3911.34 m的使用深度创造了绳索取心液动锤适应孔深的最新记录。对绳索取心液动锤在深部钻进的优势和易出现的问题进行了分析总结。     

贯通式空气反循环潜孔锤连续取心锤头改进与试验效果

贯通式空气反循环潜孔锤连续取心技术主要适用于干旱无水或缺水地区的地质钻探工作。为了了解该工艺的普遍适用性,在某大水矿区进行了一系列试验,通过对锤头和钻杆的局部改造,解决了钻探、取心、治水等一系列重大难题,为提高该工艺的普遍适用性和推广性提供了可靠的技术支撑。