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。     

牙轮钻头镶齿结合面应力分析的边界元法

应用二维弹性问题边界元法的基本理论，对过盈配合结合面间的应力状态进行了分析，用分块子矩阵的形式推导出相应的系统方程。以牙轮钻头镶齿过盈配合结合面间的应力状态分析为实例，编制了相应的过盈配合通用计算程序。计算结果表明，应用边界元法得到的牙轮钻头镶齿和孔之间的应力和位移的数值解与弹性力学的解析解相当接近。     

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。     

81／2XHP3型牙轮钻头楔形牙齿受力有限元分析

建立了８１／２ＸＨＰ３型牙轮钻头形牙齿的空间有限元力学模型，并按三种工况的载荷模拟了牙齿工作过程中的实际受力民政部根据力学模型得出的计算结果说明，牙齿内产生民不可忽视的拉应国区，且在第３种工况下，拉应力区内的拉应力破坏起主导作用。     

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。     

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。     

三牙轮钻头牙齿动载的测试

文章介绍的测试牙轮牙齿动载的方法,可以获得钻头工作状态下同一瞬时各牙轮各齿圈牙齿上的受载情况。作者利用轴向力、切向力和径向力对一个牙齿上的载荷进行了讨论,研究出有关牙齿载荷的一些性质。作者称,这种测试方法适合于各型三牙轮钻头。     

牙轮钻头轴承套装配应力有限元分析及试验

应用弹性力学理论对新型牙轮钻头的轴承套过盈配合进行受力分析,指出该方法具有局限性。采用ANSYS有限元分析软件和接触问题的有限元法,对新型牙轮钻头轴承套的装配进行仿真研究,确定了装配过盈量的最佳值。通过试验验证了理论分析的正确性和结构改进的可行性。     

小尺寸单牙轮钻头轴承设计研究

目前,在我国单牙轮钻头的结构设计还没有标准系列,因此本文应用有限元法,建立了小尺寸单牙轮钻头轴承的力学模型,并推导出了轴承与牙轮接触区域的分布载荷p(θ)的具体表达式,突破了常规的集中载荷法的钻头轴承设计。文中所建立的有限元力学模型,可对轴承内部的应力进行详细地分析,并能确定出轴承内的危险点及危险区域,为轴承强度设计提供理论依据。同时文中给出了轴倾角β=30°时,小尺寸单牙轮钻头结构尺寸系列及其相应的屈服钻压和设计钻压。     

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。     

复合运动条件下牙轮钻头牙齿破岩仿真

牙轮钻头的破岩过程是通过其牙齿直接完成的,清楚牙齿的破岩过程对研究整个牙轮钻头的破岩机理有重要意义.本文基于大型非线性有限元分析软件LS-DYNA,对牙轮钻头牙齿破岩过程进行计算机仿真.通过对同一齿圈不同齿形牙齿破岩效果的比较,为合理选择每个齿圈上牙齿的齿形,提高牙轮钻头的破岩效率提供依据.通过对比不同齿形牙齿在相同条件下的应力,还可以对不同齿形在相同条件下的使用寿命作出评价.     

能量平衡牙轮钻头的钻井特性

一种新一代的能量平衡牙轮钻头业已研制推出 ,这种新型能量平衡牙轮钻头的设计与制造采用了 3种专利技术 ,即钻头齿面结构动态平衡技术、钻齿方位优化技术和抗弧形轨迹技术。现场试验结果表明 ,新型能量平衡牙轮钻头可提高钻井作业的机械钻速与钻井进尺 ,提高钻头齿面结构的耐久性和密封 /轴承组件的可靠性     

单牙轮钻头齿面结构设计探讨

在地层、钻井参数和钻头新度相同的情况下，钻头机械钻速的快慢主要取决于钻头齿面结构是否合理。欲设计合理的齿面结构必须研究齿面的几何形状、运动状态、受力状态和岩石破碎过程。从研究单牙轮钻头几何学、运动学入手，着重探讨单牙轮钻头齿面结构设计方法。     

机加工工艺对钻头牙轮开裂的影响

造成钻头牙轮破裂的原因是多方面的。其中钻头机加工对牙轮开裂的影响较大。为此从齿孔锥度、过盈量的工艺和机加工角度分析了牙轮开裂的原因．提出了防止机加工钻头牙轮开裂的建议。     

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。     

钢齿牙轮钻头齿面强化材料及强化工艺进展

综述了国内外钢齿牙轮钻头齿面强化材料以及强化工艺的研究现状。简要分析了各发展阶段齿面强化材料以及强化工艺的主要特点和存在的主要问题 ,国内外多以金刚石作为牙轮钻头强化材料 ,比较成熟的技术是制造金刚石的PDC复合片 ,采用钎焊或机械装配的方法实现钻头的齿面强化。目前研究较多的是应用电镀或化学镀工艺在钢齿牙轮钻头齿面镀覆一层金刚石 ,以其高耐磨性达到钻头的齿面强化。     

单牙轮钻头滑动轴承组接触应力分布研究

为了提高单牙轮钻头滑动轴承的使用寿命 ,采用有限元软件对其轴承组的接触应力分布进行了研究。得出结论 :(1)接触应力的大小与轴承组的磨损情况直接相关 ,通过降低轴承组的最大接触应力及使接触应力的分布更合理可改善其磨损 ;(2 )钻头的最大接触应力出现在止推面 ,在保持牙轮和牙爪止推面垂直度接近的前提下 ,尽量同步减小其垂直度可降低最大接触应力 ;(3)止推面接触应力呈明显的上大下小的阶梯分布 ,适当增加小轴颈的直径 ,可使止推面接触应力分布更均匀 ;(4)调整牙轮止推面和小轴孔之间的倒角可降低倒角处应力 ;(5 )只有合理的轴倾角才能使外载荷的合力方向垂直向上 ,以避免钻头过大摆动而影响钻进。     

单牙轮钻头牙齿网状切削破岩试验研究

通过在平面岩样上进行牙齿网状切削组合试验,获得每种情况下的岩石破碎平均深度、破碎面积和破碎体积。根据获得的切削力和破碎体积,计算出单位长度破碎体积和单位体积破碎功,研究这2项指标与各种组合试验参数之间的关系,得到牙齿齿形、岩石性质、切削深度、切槽间距和切槽交叉角度对牙齿破岩的影响规律,找出每种牙齿的最佳切削参数组合,并对齿形的优劣进行评价。试验研究结果表明,网状切削破岩效果优于单向切削破岩方式和以压入为主的破岩方式。此外,无论是软砂岩地层还是硬砂岩地层,在单牙轮钻头上采用楔形齿要优于锥球齿。加大钻压,相当于加大切深,可以获得好的破岩效果。不同的切削组合,各有合理的间距。