槽形反循环PDC刮刀钻头设计与应用

针对常规反循环钻头在表层井作业施工中存在的工具面不稳定、机械钻速低、钻头使用寿命短等问题,设计了一种新型的槽型反循环PDC刮刀钻头。该钻头采用阶梯式槽型刀翼形状,对切削齿参数进行了优化设计,提高了钻头的稳定性能和机械钻速,延长了钻头的使用寿命。现场试验表明,与常规反循环钻头相比,槽型反循环PDC刮刀钻头的平均机械钻速和钻头进尺有了大幅提高,这能为钻井公司节省大量的作业成本,具有较高的推广价值。     

基于ABAQUS的机载锚杆钻机钻头优化方法

针对传统机载锚杆钻机钻头使用寿命短、排屑能力不理想等问题,提出了一种基于ABAQUS的机载锚杆钻机钻头优化方法。通过分析机载钻机旋转冲击破岩机理来获取钻头冲击速度和侵入深度等变化规律,运用拓扑优化方法改进钻头的结构,并以常用的三翼钻头为例来构建三维仿真模型,利用ABAQUS软件对钻头的钻进过程进行有限元分析。结果表明：优化后钻头的最大等效应变和最大等效应力相较于未优化前,分别降低了22.6%和24.1%,有效改善了钻头应力集中的现象,能够在一定程度上提升钻头的使用寿命;排屑口截面面积增加了21.3%,防阻塞能力得到了加强。     

反循环钻头底部结构参数优化

为解决煤矿井下瓦斯抽排孔施工过程中正循环压风钻进工艺产生的粉尘污染问题,借鉴引射器原理设计近水平反循环钻头,利用单因素试验设计原理对钻头底部5个结构参数进行试验优化研究,得到钻头底部最优结构参数。当近水平反循环钻头直径为96 mm时,其最优底部结构参数是:底喷孔直径D1=3 mm、底喷孔扩大段直径D2=10 mm、底喷孔扩大段厚度H1=20mm、扩压槽深度H2=20 mm、扩压槽螺旋角度A=10°。     

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。     

KX732-250型矿用牙轮钻头滚子轴承失效分析

矿用牙轮钻头是矿山开采的重要工具之一,高达86.56%的轴承失效是制约矿用牙轮钻头寿命的关键因素。为探究KX732-250矿用牙轮钻头滚子轴承失效的原因,通过宏微观观测、能谱分析、金相组织分析等方法,对钻头轴承的滚柱和轴颈损伤痕迹进行研究。结果表明,轴承出现明显的失效分区以及变形,轴颈上表现为以磨粒磨损和黏着磨损两种形式为主的非承载侧、以疲劳剥落为主的承载侧。轴承滚柱及轴颈上均出现应力集中现象,而轴承的硬度不均、未淬透和气孔等问题致使轴颈成为引发失效的诱因。因此建议,对轴承滚柱进行修型以减小应力集中防止轴颈凹陷变形,及对轴颈的热处理工艺进行优化减小热处理所带来的缺陷问题,以此延长轴颈使用寿命,进而延长整个钻头的使用寿命。     

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。     

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。     

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。     

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。     

小秦岭复杂地层潜孔锤反循环钻探技术试验研究

贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进技术具有效率高、钻孔质量好、钻探成本低等特点,尤其对复杂地层有较强的适应性。在反循环钻头及钻具进行优化组合的基础上,结合小秦岭金矿田程村矿区钻探项目开展野外生产试验。试验结果表明：潜孔锤反循环钻进系统对复杂地层条件适应性强,解决了该矿区的系列钻探技术难题。试验深化了对贯通式潜孔锤反循环钻探机理和反循环钻头结构的创新研究,对贯通式潜孔锤及配套钻具的进一步合理优化,实现高效率、低成本、短工期和良好的地质利用效果提供了技术支撑。     

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。     

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%。     

切削齿型结构对金刚石钻头钻进性能影响的仿真分析

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了孕镶金刚石钻头的三维有限元模型,研究了钻头切削齿结构对钻进性能的影响并进行现场试验验证,提出了一种基于Image-Pro Plus的应力面积分布对比方式。结果表明:同心环齿型钻头在钻进初期沿旋转方向切削齿前缘出现应力集中现象,花齿型钻头未出现明显的应力集中;2种齿型钻头在钻进后期均会不同程度出现内外径边缘靠近水口部位应力集中现象,易导致钻头内外径部位变相磨损;花齿型钻头的钻进效率要优于同心环型钻头,但是钻进寿命有所下降。     

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。     

硬岩超高胎体偏心齿钻头的研制及应用

本文针对硬地层钻头寿命短、钻进效率低等问题,研制了一种新型超高胎体偏心齿钻头。该钻头通过条状或类条状设计提高了单齿工作压力;偏心布齿设计改善了钻进过程中钻头的切削齿受力状态,不但提高了钻头的强度,而且使得排浆更加通畅;扭面后支撑结构保证了钻头具有最高可至30 mm的超高胎体工作层。在钻头的制造工艺上,将无压烧结、热压烧结与二次镶焊3种工艺进行了有机结合,钻头金刚石热损伤小、钻头胎体强度高,保径优势明显,为深部硬地层高效长寿命钻进提供了技术支撑。     

凸包型仿生耦合金刚石钻头模拟分析

研究发现仿生耦合钻头较普通钻头钻进时效提高很多。仿生耦合钻头一方面能使钻头唇面有较高的比压;另一方面能使钻头具有很好的冷却效果,因此在钻探工程中有很好的应用前景。应用数值模拟软件ansys,模拟分析了凸包型非光滑表面对金刚石钻头性能的影响。对比分析了4种不同非光滑度状况下,钻头在一定的钻压作用下在岩石表面产生滑动摩擦的过程。主要分析了该过程中岩层的等效应力、钻头底唇面的接触摩擦应力和接触压力的变化规律。研究发现,凸包型非光滑表面在一定程度上可以提高钻头的使用寿命和钻进效率。     

潜孔锤反循环钻进技术及应用

贯通式潜孔锤的研制为流体介质反循环开辟了通道。采用计算机模拟仿真电算方法，实现了潜孔锤的计算机辅助设计，优化了潜孔锤性能、将多喷嘴引射器原理用于钻头的结构设计，使反循环形成稳定可靠，并能取出柱状岩矿心。在复杂地层地质岩心勘探、水文水井钻凿、大直径硬岩基桩孔钻进等领域全面应用，取得了显著经济与社会效益。     

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。     

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。     

液动贯通式冲击器用于水力反循环连续取心钻进

将液动贯通式冲击器同水力反循环连续取心钻进工艺相结合，较好地解决了岩心卡堵问题，提高了钻进效率及钻头寿命，具有很好的应用前景。