三牙轮钻头牙齿造坑的几何模拟模型

以牙轮钻头上的单齿圈为对象进行台架实验，用以研究钻头牙齿破碎岩石后所得的破碎坑，在此基础上，提出了模拟破碎坑的几何模型，通过与实际破碎坑的对比计算表明，所提出的几何模型能较好地反映各种大小的破碎坑体积。     

牙轮钻头牙齿受力研究

系统分析了牙轮钻头破岩过程中的受力和运动状态,给出牙轮钻头在运动过程中牙齿是否触底的判据后,研究了触底牙齿与井底岩石之间的作用规律。     

牙轮钻头牙齿破岩过程仿真

从运动学角度研究了牙轮钻头牙齿在井底的运动轨迹，并对牙齿的破岩过程进行了仿真分析。结果表明，牙齿的径向滑移主要与移轴距和吃入深度有关；牙齿的周向滑移主要与轮体转速比和吃入深度有关。移轴距、轮体转速比和吃入深度对破碎坑形状、大小和破碎环带宽度都有明显的影响。随着移轴距增大，破碎环带变宽，钻头对井底覆盖能力增强；随着轮体转速比增加，破碎坑明显变小。锥顶齿主要以刮削和挤压方式破碎井底中心区域；外排齿规径部位以切削方式破碎井壁过渡区。     

镶齿牙轮钻头牙齿失效特征分析

主要论述镶齿牙轮钻头在工作中因受井下复杂载荷的影响产生牙齿脱落、磨损、断裂、破裂和剥落失效的特征和原因,根据各种失效原因从设计、加工和使用等方面提出若干措施,以延长牙齿的使用寿命。     

流道强化三牙轮钻头

针对三牙轮钻头的流道在高泵压、大排量、组合喷嘴和高固相泥浆条件下钻井时，易发生流道冲蚀破坏，流道强化三牙轮钻头利用现有钻头将牙掌喷嘴座孔的入口倒成圆角，在流道易冲蚀部位刷镀一层高堆积镍，从而提高了流道的耐冲蚀能力，延长了钻头的工作寿命，基本满足了当前强化钻井的要求。     

单牙轮钻头牙齿齿形研究

目前,单牙轮钻头的牙齿使用的是三牙轮钻头的牙齿。由于单牙轮钻头的结构、运动规律和破岩方式与三牙轮钻头有很大区别,使得单牙轮钻头特有的作用及潜力受到限制。建立了单牙轮钻头的坐标系,推导出几何公式,并引入有向距离的概念对单牙轮钻头的牙齿进行研究。根据等磨损原理,提出适用于单牙轮钻头的结构特点和运动规律的牙齿齿形,并提出新的布齿方案,即,在牙轮工作面的永远接触区域内使用轴对称的牙齿;在轮换接触区域内使用椭圆形牙齿。     

三牙轮钻头动力学

系统分析了三牙轮钻头破岩过程中的受力和运动状态。建立了牙轮钻头动力学的一般模型,给出了牙轮钻头动力学基本方程,进行合理的简化后得到实用的计算模型。     

三牙轮钻头啮合设计的新方法

针对三牙轮钻头传统的二维啮合设计方法的低效率和二维啮合图的不真实性，开发出一个三牙轮钻头啮合设计新程序。利用新程序可对啮合图上的牙齿布置进行动态联动修改，画出真实啮合间隙分布图，还可进行真实啮合间隙的计算。计算结果表明，新程序啮合设计效率比手工方法提高２０～４０倍，比人机交互法提高６～１０倍，计算出的啮合间隙是真实可信的。     

牙轮钻头牙齿破碎坑几何特征分析

用勺形齿和楔形齿在不同的钻压、钻头移轴距、钻头转速条件下破碎砂岩、石灰岩,得到多组不同的破碎坑试验数据。通过对破碎坑的观察与分析,利用几何造型技术,建立了能够综合反映齿形特征和岩石性质的理论破碎坑三维几何模型。并确立了岩石特性、钻压、钻头移轴距、转速、齿形和破碎坑特征参数的对应关系。当给定钻井参数,不同结构的钻头在进行破岩时,可以根据几何模型计算出岩石的破碎量。     

三牙轮钻头牙轮齿孔表面装配应力测试分析

采用应力电测法对三牙轮钻头牙轮齿孔表面装配应力进行了实际测试 ,测试结果表明 :单齿压入时 ,齿孔变形将受到牙轮纵横向刚度差异的影响 ,在一定过盈量情况下 ,齿孔变形呈椭圆趋势 ;随着过盈量的增加 ,齿孔孔表的周向应力和径向应力将全部变成拉应力 ,这是导致齿孔产生裂纹的重要因素 ;邻孔压齿对测试孔装配应力有明显的影响 ,影响程度与齿孔距有关 ;齿孔计算模型以及牙轮设计和加工过程中 ,必须考虑牙轮纵横向刚度以及邻孔压齿的影响。     

单牙轮钻头传动比测试与分析

单牙轮钻头的牙轮转速与钻头转速之比（传动比）是研究和设计钻头的重要参数。笔者在钻头试验台架上测试了单牙轮钻头的传动比。为了解不同轴倾角β对传动比的影响，分别设计了具有１５°、３０°和４５°轴倾角的牙爪，并作了测试与分析，获得了单牙轮钻头传动比的一些规律。由实验获知，轴倾角β和岩石性质等对传动比均有影响，还证实了单牙轮钻头传动比ｉ始终小于１，此特点为研制与井下动力钻具相匹配的钻头提供了新的途径。     

三牙轮钻头直径的工艺计算

保证三牙轮钻头的直径是钻头制造工艺的重点。给出各有关参数误差传递比计算公式和设计时各参数给定后钻头实际尺寸的校核方法;分析了装配时牙爪之间错位和焊接收缩对钻头直径的影响;提出了通过参数调整提高钻头一次装配合格率、钻头直径装配测量和超差调整的方法,并进行了钻头直径实例校核计算。     

牙轮钻头滑动轴承混合润滑时的载荷计算

牙轮钻头滑动轴承实际工作时摩擦副之间处于混合润滑状态，此时金属微凸体和油膜一起承担载荷。文中给出了计算混合润滑时油膜和微凸体承载比例的计算方法，并以８１／２ＸＨＰ滑动轴承牙轮钻头为例，分析了钻头运转参数和最小油膜厚度对轴承摩擦副间载荷分配的影响，结果表明：钻头的运转参数直接影响轴承摩擦副间的润滑状况，在一定范围内，提高转速能够改善润滑状况。混合润滑时最小油膜厚度有一个下限门槛值，若低于此门槛值，则这种载荷分配计算方法不再适用。     

高速滑动轴承三牙轮钻头的研制与探讨

目前的ＸＨＰ系列钻头只适合于高钻压，低转速的工作参数下作用，而现场为了提高钻井速度，降低成本和提高经济效益，往往要求提高钻头的使用转速，显然，ＸＨＰ系列钻头的轴承寿命与此不相适应。为此，开发了能适应高速转速工作参数下保持较长寿命的高速滑动车承钻头。     

国外牙轮钻头的新进展

介绍代表世界领先水平的ＳＭＩＴＨ、ＨＵＧＨＥＳ和ＲＥＥＤ公司牙轮钻头新技术。包括：ＨＵＧＨＥＳ公司的系列钻头，ＳＭＩＴＨ的ＦＤＳ＋系列钢齿钻头、ＳＭＩＴＨ的轴承系统、ＲＥＥＤ的水力系统以及针对特殊需要设计制造的专用钻头等，为我国钻头行业的技术发展提供参考与借鉴。     

牙轮钻头流体动压密封圈的实验研究

在自建钻头密封实验机上，对不同类型密封圈的动摩擦性能进行了对比实验，然后较系统地进行了牙轮钻头流体动压密封的摩擦性能和密封性能实验。实验结果表明，新型流体动压密封圈的摩擦特性、密封特性良好；在高转速下密封寿命仍然较长，值得推广应用。     

牙轮钻头牙齿外形的计算机描述

根据牙轮钻头牙齿的形状特点及结构参数，利用空间解析几何方法，建立了能在计算机上详细描述牙齿形状特点及尺寸大小的数学模型，实现了楔形齿、勺形齿、偏顶勺形齿等钻头牙齿外形的计算机描述。这种模型是牙轮钻头工作行为的计算机仿真研究及钻头与岩石互作用仿真研究的基础模型之一。     

三牙轮钻头传动比的测试实验及分析

用两种不同类型的三牙轮钻头在不同钻压和转速的条件下对两种不同性质的岩石钻进，测试各牙轮的传动比。发现各牙轮的传动比总是稳定在某一系列数值或在其间发生“阶跃”波动。经分析得出，牙轮钻头的传动比主要取决于各牙轮上某一齿圈并与井底模式有必然的联系，钻头转速对传动比基本上不发生影响，而钻压与岩石性质对传动比有一定的影响；铣齿钻头中各牙轮的相互影响较突出，镶齿钻头中各牙轮的相互影响不明显。