近水平孔PDC反循环取心钻头孔底岩心卡堵机理研究

为了揭示近水平状态下水力反循环取心钻进过程中岩心在钻头体内卡堵的机理,采用数值模拟软件对PDC反循环取心钻头局部流场进行了数值模拟,分析了PDC取心钻头不同数量底喷孔和内喷孔组合对流量分配的影响规律,由现场试验进行了验证。结果表明:当钻头体底喷孔数量一定时,钻头体中心通道的返出流量随着内喷孔数量的增加而增大;当钻头体内喷孔数量一定时,钻头体中心通道的返出流量随着底喷孔数量的减少而增大,通过不同模型数值模拟结果的对比,确定底喷孔数量为2个,内喷孔数量为6个时,中心通道具有较合理的返出流量和流出速度,理论上能够最大程度地保证岩心的顺利运移。     

空气潜孔锤反循环钻头试验研究

介绍了空气潜孔锤反循环钻进技术,针对反循环钻具中的钻头做了系统研究。空气潜孔锤反循环钻进技术是集欠平衡钻进、冲击回转钻进、潜孔锤反循环钻进三种钻进技术于一身的先进的钻进工艺,在矿产开采方面已经成功应用。首次将引射原理应用到钻头结构设计上,根据引射角度不同设计出两种不同类型的反循环钻头,并运用FLUENT流体工程仿真软件对设计的钻头分别进行数值模拟,以获得最优反循环钻头结构。对加工出的引射装置进行试验研究,试验数据与仿真结果比较,二者基本吻合,验证了仿真技术的可靠性。最后确定了适合空气潜孔锤反循环钻井使用的最佳反循环钻头结构,为其进一步应用开拓了广泛的空间。     

基于Fluent的空气射流切削式反循环钻头参数优化

针对黄土地层,提出利用空气代替钻井液的反循环气体喷射技术。但现有技术对反循环气体喷射钻头切削土体的能力没有具体优化讨论。利用fluent软件,优化反循环喷射钻头结构参数,对不同底喷孔直径、底喷孔数量、底喷孔扩大段直径、底喷孔扩大段数量、喷射孔数量5个结构参数进行模拟分析。分析结果表明,在进风流量一定的情况下,增加底喷孔的数量或增大底喷孔的直径会削弱钻头的空气射流切削能力和反循环能力。底喷孔直径为3 mm,底喷孔个数为2个,底喷孔扩大段直径为8 mm,底喷孔扩大段长度为5 mm,内喷孔数量为5个时,反循环喷射钻头喷射能力和反循环能力最优。     

新型旋流式反循环钻头的结构设计

反循环钻头是气动贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进技术的最为关键的部件,其结构、性能及钻进过程中内部流动特征对钻孔取心作业能否顺利进行具有至关重要的影响。本文结合已有钻头钻进复杂底层存在的问题,对反循环连续取心钻头进行优化设计,气体通过钻头时能够在孔底形成具有强力抽吸作用的旋转流场,使改进后的反循环钻头更有利于形成反循环,效果更良好。     

内喷孔式反循环钻头结构优化设计及CFD模拟分析

为解决贯通式潜孔锤反循环连续取心(样)技术在钻进"硬、脆、碎"等复杂地层时反循环排不出渣或者排渣不彻底的现象,在现有贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头结构的基础上,优化设计一种新型内喷孔式反循环钻头,能在孔底形成强有力的多股引射抽吸流场,并模拟分析了内喷孔轴线水平偏角和内喷孔轴线与钻头中心的偏距2个结构参数对新型反循环钻头结构抽吸能力的影响。通过模拟分析的验证,此种反循环钻头的结构更加简单,反循环效果比较优良。     

贯通式风动潜孔锤反循环钻头结构流场的分析与结构优化

简要介绍了流体力学计算软件，详细阐述了运用该软件分析取心钻头内外流场的原理和步骤，通过仿真分析GQ-89贯通式风动潜孔锤反循环取心钻头周围的流场，优化设计了钻头的反循环结构参数，取得满意效果。     

煤矿井下反循环取样钻头外喷孔参数优化

煤矿井下空气反循环取样技术对提高直接法测定瓦斯含量准确性具有重要的作用。采用数值模拟的方法对煤矿井下空气反循环取样钻头外喷孔的倾角和位置进行了优化研究;研究结果表明,当外喷孔倾角为15°,适当远离钻齿位置布置时,能够使取样钻头产生更好的反循环效果,可增大取样深度、提高取样质量、防止钻头损坏和埋钻事故的发生。     

本煤层空气反循环钻进技术先导性研究

 本文介绍了本煤层空气反循环形成机理,将人造龙卷风控制抽吸及反螺旋密封技术引入到钻头的结构设计中,研制出两种专用钻头及孔底钻具组合,通过工业性试验,得出了本煤层适用空气反循环技术的初步结论,并提出下一步改进建议。     

本煤层空气反循环钻具的研究及应用

文章介绍了本煤层空气反循环形成机理,将人造龙卷风控制抽吸及反螺旋密封技术引入到钻头的结构设计中,研制出两种专用钻头及孔底钻具的组合,通过工业性试验,验证了本煤层空气反循环钻具的优越性,并提出下一步改进建议.     

钻探工程“七五”科技进展和主要成果

钻探工程是获取地质成果实物资料最主要的方法.“七五”期间共确定了“多工艺空气钻探技术”、“人造金刚石超硬复合材料及其钻头”两个部级科技攻关项目;“水力反循环连续取心”、“气举反循环连续取样”钻探新技术、新设备,以及涉及工程钻     

脉冲式射流技术在大直径反循环钻头中的应用

在石油钻井中,空气正循环钻进技术应用很广泛,然而大直径反循环钻进技术的应用却受到限制,大直径钻头在钻进过程中依然无法实现反循环。针对该技术难题,以450 mm钻头为例,作者将脉冲射流技术应用于钻头结构设计中,并提出新的钻头底部结构,运用数值模拟与实验研究相结合的分析手段,对该结构进行优化设计,通过实验验证了其合理性和可行性。     

大口径嵌岩钻进技术发展与展望

分析了大口径嵌岩钻进面临的主要技术难点，并对目前国内常用的３种大口径嵌岩钻进方法牙轮／滚刀钻进法、冲击钻进法（包括无循环和反循环）和气动／液动潜孔锤钻进法的技术现状作了介绍，提出了提高我国大口径嵌岩钻进技术水平的建议。     

大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法先导性试验

依托某煤矿区大直径钻井工程项目展开了大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法的先导性试验。在试验过程中,采用Φ710/311 mm扩孔用集束式反循环潜孔锤和Φ127/70 mm双壁钻具,通过优化风量、风压、转速等反循环钻进工艺参数,取得了良好的反循环效果,最高机械钻速达到了4 m/h,平均机械钻速2.1 m/h,与同条件下常规牙轮钻头扩孔钻进方法相比提高了2.6倍以上。试验结果表明：大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法是解决大直径钻孔硬岩钻进难题的一种行之有效、值得深入研究与推广应用的高效钻进方法。     

Study on dust control performance of a hammer drill bit

A computational fluid dynamics (CFD) study was conducted to investigate the effect of several important factors on the dust control performance of a down-the-hole (DTH) air hammer drill bit for reverse circulation drilling in mines. It was shown that an increasing number of suction nozzles or inclination angles of suction nozzles was advantageous to improve dust control performance of the drill bit. Lowering the location of suction nozzles in the drill bit body is another way to increase its ability to control dust. There exists a critical diameter of suction nozzles for dust control performance. A series of experimental tests in the laboratory were carried out to validate the results of CFD modelling. It was shown that the CFD simulation results were in good agreement with experimental data. A prototype of the drill bit was built for testing in laboratory experiments. The same prototype was field-tested by drilling vertically downward exploration boreholes in one of the largest Molybdenum Ore Districts in Luanchuan of Henan Province, China. Field test results indicate that the modified drill bit could control drilling dust effectively. No cuttings escaped from the borehole when it was used for downward drilling. The DTH air hammer drill bit has not been tested for drilling a vertically upward hole, and therefore, future studies are required to improve the suction capacity of the drill bit for drilling vertically upward holes.     

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。     

大直径集束式潜孔锤反循环钻进技术研究

针对大直径集束式潜孔锤反循环钻进试验发现的问题,选型配套了大规格双壁钻杆,改进设计了大直径集束式反循环潜孔锤和孔口密封装置等关键装置。依托某大直径工程项目进行了现场试验,结果显示:大直径集束式潜孔锤反循环钻进平均机械钻速3.41 m/h,与同条件下大直径牙轮钻头正循环钻进相比,效率提高了3.2倍;与原大直径集束式潜孔锤反循环钻进相比,效率提高了60%。     

大直径反循环回转钻井底冲洗液流速的研究

对大直径反循环平底钻头口转钻进井底冲洗液流速进行了研究，得出在模拟实验条件下，井底各点切向速度、径向速度及合速度的大小及钻头转速、冲洗液流量对井底流速的影响规律。     

风管式气举反循环钻具及其在大口径钻井施工中的应用

目前大口径钻井施工中常用的泥浆正循环钻进存在着泥浆流速慢、携渣能力差、重复破碎严重、钻井效率低、钻头磨损快、能源消耗大、钻井事故发生率高等问题,气举反循环钻进工艺可有效解决上述问题。风管式气举反循环钻井工艺简单易实现,能有效减少重复破碎,钻进效率高,能源消耗少,钻头寿命长,成井质量好,对涌水和漏失均有很好的抑制作用。介绍了风管式气举反循环钻井工艺原理、专用钻具及其现场使用情况。