撞击凿入系统的应力及效率分析

本文将弹性力学的赫兹接触应力理论引入冲击凿入理论研究,提出了撞击面局部变形的非线性理论模型。在文献的基础上,运用差分原理,系统地建立了分析撞击凿入系统应力状态和撞击、凿入效率的电算法。对一至三段型活塞和一至三段型钎杆(或钻头)的撞击凿入系统编写了一个通用的电算程序。通过改变输入的参变量数值,可获得各种撞击凿入系统中任意截面处的各力学参量、应力波形和系统的撞击、凿入效率。采用电算法与实验测定相结合的方法对潜孔冲击器的撞击凿入系统的应力状态和效率进行了研究。电算理论波形与实测波形吻合得相当好,从而验证了本文所提出的理论。     

撞击凿入系统应力的微机程序

给出的微机程序可以用来计算凿岩机，冲击器或其他撞击凿入系统的构件应力波形，同时给出了撞击凿入效率，程序用模块写成，易读易改。     

撞击凿入系统的矩阵方法

本文将撞击凿入系统离散成有限个单元，应用矩阵理论建立了撞击矩阵方程，凿入矩阵方程和撞击凿入矩阵方程。     

“直接冲击”凿入分析

通过钎杆和球锤直接冲击（凿入）岩石的试验，测定出凿入力波形及凿碎比功。以这种直接冲击的凿碎系统进行凿入分析可以简化其过程。在对这种直接冲击的凿碎系统分析后，得出直接冲击岩石的凿岩效率较高的结论，并给出了最佳入射波形的基本概念。     

潜孔钻机的凿岩系统分析

对潜孔钻机的凿岩系统进行分析时，可以把活塞撞击钎头并凿入岩石的工程实际问题简化为一个振动问题。通过力学分析与实验测定，发现在活塞质量大于钎头质量的情形下进行凿岩时，活塞与钎头的撞击面间发生多次短暂的离合现象，研究表明，这种现象有利于提高钻机的凿岩效率。     

岩石凿入过程的随机分析

实际凿入过程受多种随机因素的影响,单一的确定性描述不可能对其作出精确的解释。对凿岩状态下的钴杆应力波进行连续采样测定的结果表明,实际凿入过程具有较大的不确定性,可以认为是一随机过程。本文用随机分析方法研究了应力波,凿入力,凿深,凿入系数和凿入效率的分布特性,并建立了岩石的力-凿深特性随机方程。     

凿岩机和冲击凿入系统设计中的电算方法研究

本文介绍了作者近年来在凿岩机和冲击凿入系统设计中应用电子计算方法所进行的工作。其中包括:液压冲击机构的电算模拟;入射应力波形的计算;冲击凿入系统的受力分析;凿入效率的计算。     

用等径冲击获取不同加载应力波波形的新方法

基于一维波动力学理论, 从冲锤与杆间接撞击的原理出发, 分析了等径冲锤获取不同几何特征应力波的可行性。在此基础上, 提出了通过改变等径等质冲锤撞击端曲率半径获取不同形式应力波形的新方法, 并得到了实验的证实。     

对岩石凿入力-凿深曲线的测定和分析

对七种岩石作了凿入力和凿深关系的测定。测定的数据直接进入微机,处理后打印出结果来。测定结果表明,钎刃下方已产生裂隙的岩石仍具有一定的承载能力,这使得凿入力-凿深曲线下降部分往往出现负斜率。从凿入破碎机制及凿入方程对曲线作了分析,从而改进了对凿入端边界条件的认识。文中还给出了被测定岩石的侵入强度和凿入力-凿深模型的有关数据。     

粘弹性岩石凿力-凿深特性和能量传递研究

针对冲击钻进过程中粘弹性岩石力-凿深特性和能量传递问题进行了研究, 得出了杆体活塞模型情况下的冲击凿深函数和力-凿深曲线, 进一步分析了其能量传递过程和效率。结果表明, 弹粘性岩石的力-凿深曲线受速度阻尼的影响, 随着粘度增大, 其初始力从0点逐渐抬高, 最大凿深u_max逐渐变小; 由于岩石粘性耗能的原因, 传递到岩石中的总能量E_R加大, 最大凿深减少, 凿入效率降低。     

南极冰层钻进铠装钻具升降运动特性分析与试验

极地冰层取心钻具的升降运动特性对提高钻进效率、减少孔内事故具有重要影响。在总结极地冰钻特点的基础上,分析了钻孔直径、钻具质量和钻井液的流变特性对钻具在升降过程中的影响,钻具在钻孔过程中运动的两阶段特性、滞流层的存在与影响因素,确定了因钻具的运动所引起的流体扰动量与扰动范围。研制了用于测试铠装电缆悬挂式钻具升降测试试验台和测试的方法,通过对3个不同直径与3个不同质量的钻具在其下落过程的实际测试,得出了钻具下落速度与直径呈二次方关系,与钻具的质量成线性关系的结论。     

取心钻进工艺方法的技术经济学分析——施工时间分析

介绍了一项取心钻进技术经济学研究的成果。此研究将技术经济学研究的思想引入钻探技术设计,实现取心钻进方法的评价和优选。推导了钻进施工时间的计算公式,并对几种国内常用的或正在改进完善的取心钻进工艺方法进行了评价。评价结果表明,液动潜孔锤钻进方法是一种值得大力推广的高效钻进方法。     

煤矿井下复合定向钻进技术优势探讨

煤矿井下滑动定向钻进技术已是一种成熟的钻孔施工技术,随着该技术应用领域的不断扩大,其逐渐暴露出钻进效率低、钻进安全性差以及不利于实现深孔钻进等问题。介绍了滑动定向钻进技术与复合定向钻进技术（即滑动定向钻进技术和复合钻进技术结合的定向钻进方法）的特点,从安全、高效以及深孔钻进3个方面对复合定向钻进技术优势进行深入分析,实践证明,复合定向钻进技术可有效提高钻进效率、预防钻孔事故和实现深孔钻进,可作为煤矿井下安全、高效及深孔定向钻进新技术进行试验和推广。最后,针对复合钻进钻速的提高仅仅是由于钻头绝对转速的提高的观点之不足,提出应进行包括转速、扭矩、碎岩功率等与钻进效率之间关系的全方位研究。     

深孔取心钻探装备的优化配置

首先介绍了不同的钻探技术指标对钻探施工效率的影响作用,提出了“开展钻探装备优化配置是以获得最佳的钻探技术指标和最佳的钻探施工经济性为目标”的观点;然后逐项对深孔取心钻探装备的要素,包括钻机、钻进方法、绳索取心钻杆、钻头、定向钻进器具和泥浆泵,进行了分析,提出了对各要素优化的建议;在此基础上,形成了对深孔取心钻探装备优化配置的建议。     

大陆科学深孔取心钻进技术述评

文章介绍了目前世界上大陆科学深钻项目中采用的典型的取心钻进技术及其应用效果,提出了评价科学深钻取心技术的准则,即施工安全性、取心效果、施工效率和施工成本。根据这些准则对目前世界上主要的科学深钻取心技术进行了评价并得出结论：孔底马达/液动锤/金刚石钻进/提钻取心方法是最好的深孔取心钻进方法。     

哈得逊地区二叠系火成岩钻井钻井液配方优选室内实验研究

塔里木油田哈得逊地区二叠系火成岩层段微裂缝多、节理丰富易塌易漏,一直是制约该地区钻井速度的主要原因。针对火成岩易漏易塌的钻井难点,从钻井液性能方面入手,通过室内实验优选出强封堵抑制剂(环保型低荧光成膜降滤失剂CMF),聚磺体系钻井液配方,实验表明:该配方钻井液具有流变性好、滤失量低、抑制性强的特点,起到了有效的封堵作用。     

钻孔机器人基于专家数据库及差分进化算法的自适应钻进技术研究

煤矿井下钻孔施工过程具有非线性及难预测性,钻孔机器人应能根据地层的变化实时自适应调节钻进参数。通过前期大量试验建立了专家数据库,数据库包含了不同岩性、不同倾角及不同深度等的钻进控制向量,为自适应钻进提供了丰富的基础数据;形成了一套控制向量差分进化算法,对专家数据库的控制向量进行优化。钻孔机器人以优化后的控制向量进行控制,实现钻进效率较高、钻进事故较少的额定工作状态。     

气动孔口除尘系统在龙滩煤矿的应用

针对龙滩煤矿干式钻孔粉尘污染问题,应用了气动湿式孔口除尘技术。文章介绍了该系统的组成及主要特性,并对该系统在龙滩煤矿的现场应用及降尘效果进行了考察,降尘效率均在97%以上。该系统在龙滩煤矿的成功应用为治理煤矿井下干式钻孔粉尘污染问题提供了技术支撑,为煤矿工人的职业健康和煤矿的安全生产提供了有利的保障。     

矿用底座式全方位液压钻机的设计

针对钻场孔系特征和传统装备成孔效率低、深度较浅、孔径较小、劳动强度大等问题,研制了一种底座式全方位钻机,可高效完成多姿态孔系定位、锚固,提高了钻进效率、成孔精度,降低了劳动强度。应用结果表明,该装备达到了设计要求。     

琼东南盆地深水钻井关键技术及其实践效果

针对琼东南盆地深水钻井过程中存在的地层孔隙压力预测精度低、井身结构设计要求高、低温异常压力和较窄的钻井液密度安全窗口等难题,通过对区域地层压力预测方法、井身结构优化设计、钻井液技术优化、表层套管固井技术优化、环空圈闭压力控制技术等关键技术的研究和实践,形成了一套适用于该地区的深水钻井关键技术体系,已在该盆地近几年深水井的钻井作业中成功应用,实现了钻井作业时效高、事故率低、费用控制合理的目标。对该盆地后续的深水井钻井作业及类似地区深水井的钻井作业具有借鉴意义。