空气锤钎头的结构优化及疲劳寿命研究

空气锤钎头在钻井过程中表现的低疲劳寿命,大大降低钻井效率,提高了钻井成本。为此,研究空气锤钎头的疲劳寿命并对其结构优化,以提高空气锤钎头的服役寿命。在12.25 in(1 in=2.54 cm)空气锤钎头的基础上,考虑防掉结构,对空气锤钎头整体结构进行设计。提出微型钎头概念并完成了微型钎头样品疲劳寿命实验,使用Ansys/Ls-Dyna和nCode DesignLife软件对微型钎头进行动力学与疲劳寿命分析并与实验结果相验证,对钎头基本结构和材料进行确定。将仿真过程运用到钎头本体,考虑钎头本体尺寸和活塞冲击速度等问题对钎头疲劳寿命的影响,对钎头本体进行结构优化。研究表明,采用40CrMnSiMoV的钎头疲劳寿命最佳;钎头本体基本尺寸中,直径对钎头疲劳寿命影响最大;当冲击功变化时,钎头疲劳寿命随末速度的增加而减小;冲击功恒定情况下,当钎头末速度的平方与钎头质量接近时,钎头疲劳寿命最佳。

燃气涡轮发动机PHM系统设计与实现技术研究

基于燃气涡轮发动机由计划维修模式向视情维修(Condition Based Maintenance, CBM)模式转变、由被动保障向主动保障发展的实际需求,针对目前燃气涡轮发动机在故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management, PHM)系统设计上存在的整体性与系统性不强的问题,通过开展燃气涡轮发动机的PHM技术研究,围绕故障诊断、寿命预测、保障决策等PHM系统的核心功能要素,提出了一种新型燃气涡轮发动机PHM系统架构。该架构包括实时监测模块与保障决策模块,实时监测模块主要基于测试性建模实现故障诊断逻辑设计以满足涡轮发动机故障检测与健康管理的实时性要求,保障决策模块为燃气涡轮发动机的CBM保障提供了一种数据驱动的决策生成方法,通过长短时记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)算法预测关键部件寿命,以匹配最佳的维修保障方案,提升燃气涡轮发动机的保障效能,最后给出了该系统架构的部分核心功能的设计。

牙轮钻头密封试验技术研究及密封圈性能评价

牙轮钻头在深井钻进时会受到高温、高压、摩擦以及腐蚀等多个因素的共同作用,直接影响密封圈的使用寿命,进而影响钻头寿命。为此,进行了牙轮钻头密封试验技术研究。首先,设计了牙轮钻头密封试验机,设计了试验机各功能模块;其次,对O形橡胶密封圈和径向对称扁平橡胶密封圈在多因素影响下的密封性能进行了有限元分析,同时结合接触应力评判准则和von Mises准则对密封圈性能进行了评价和对比;最后,进行了密封圈在多因素作用下的寿命测试实验,并将实验结果与仿真结果进行了对比。实验结果验证了试验机进行牙轮钻头密封试验的可行性及可靠性。所设计的牙轮钻头密封试验机能预测牙轮钻头密封圈的使用寿命,具有广阔的工程应用前景。

Quality evaluation and control of impregnated dia-mond bit

ＱＵＡＬＩＴＹＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬＯＦＩＭＰＲＥＧＮＡＴＥＤＤＩＡＭＯＮＤＢＩＴＴｕＨｏｕｚｅＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８３，ＣｈｉｎａＱＵＡＬＩＴＹＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮＡＮ...

基于BIT故障诊断的常规配电技术研究

为了解决常规配电设备的故障诊断和快速定位的问题,以飞机常规配电系统为背景,选取设备自身状态决策项、电气参数决策项和生命周期决策项,建立故障诊断方程,提出了一种基于机内自检(Built-in Test,BIT)的故障诊断方法。经实践应用表明,该方法对常规配电设备出现的故障能快速定位,可实现故障综合诊断、告警和信息上报等功能,提升了飞机的外场保障能力和故障排查效率。同时,该技术也可应用于国内现有其他机型常规配电系统中,意义重大。

硬质合金钻头绿色钻削镍基高温合金的试验研究

通过硬质合金钻头YG10在常规干钻削、气冷、低温二氧化碳(LCO_(2))冷却三种绿色切削条件下钻削镍基高温合金GH4169,研究镍基高温合金的钻削性能和钻头磨损机理,旨在提高钻头加工寿命。通过分析不同切削条件下的钻头寿命、钻削力、钻削温度、钻头磨损形貌和加工表面粗糙度,结果表明,气冷与LCO_(2)冷却均能改善切削工况,降低钻削力和钻削温度,并延长钻头寿命。气冷切削和LCO_(2)冷却可使钻头寿命比常规干钻削分别延长33%和2.33倍。硬质合金钻头钻削镍基高温合金时对工况要求较高,不适宜工况的主要失效形式是崩刃甚至断刃,在工况适宜时的主要失效形式是黏结磨损。

高性能高温合金钻头试验研究

高温合金切削加工性能差,采用传统钻头加工高温合金存在零件效率低和刀具寿命很短等问题,因此需要研制新型钻头。新型钻头从基材、涂层、几何结构到冷却方式都进行了系统性和针对性优化。切削试验表明,新型钻头的最大轴向钻削力仅为传统钻头的72%左右,孔壁的表面粗糙度Ra值仅传统钻头的1/2,切削800mm后仍处于可继续切削的正常磨损状态,与其他厂家钻头相比,磨损量小且寿命优势明显。新型钻头能够满足高温合金和钛合金钻削加工中的长寿命和高精度要求。

江苏油田套管开窗侧钻井“一趟钻”技术

开窗侧钻井由于井眼尺寸小,设备、工具受限,实现“一趟钻”面临着更大挑战。通过分析侧钻井地质工程难点,开展“一趟钻”关键技术与工具研究。优化PDC钻头刀翼布局和流道的线性设计,增强钻头工具面稳定性及防泥包特性;优化螺杆设计,延长螺杆的使用寿命,提高输出功率,有利于提升水力清洁效果和轨迹调整的效率,确保“一趟钻”的实现。通过应用“一趟钻”钻井技术,7口井实现侧钻一趟钻完钻,钻井周期缩短90.2%。结果表明,江苏油田套管开窗侧钻井“一趟钻”技术能顺利实施,且提速效果显著,可为国内侧钻井提速提效提供有益的借鉴。

有序排列金刚石工具发展现状及制备工艺

本文介绍了有序排列金刚石工具与传统工具对比的优势,以及有序排列金刚石工具发展的国内外现状。通过介绍有序排列金刚石工具在工程上以及地质油气勘探方面的应用,揭示了实现有序排列金刚石设计的方法,包括真空法、粘胶法、真空吸附多工位法及包裹球法,对我国深部固体矿产及油气勘探用金刚石钻头的设计与制造具有一定借鉴意义。

一种新型地质钻头镀层复合材料制备及综合性能测定

针对地质钻探用的复合钻头钻进效率低、钻头使用寿命短的问题,提出一种新型镀层金刚石复合钻头材料的制备。试验对金刚石镀层合成温度进行优化,以优化后镀层金刚石为原料制备了镀层金刚石铁镍基钻头,并对钻头性能进行研究。试验结果表明,合成温度为1 000℃的复合镀层金刚石镀层表面完整光滑,金刚石棱角和边缘部分也被完全包裹。以此金刚石制备的铁镍基复合材料相对密度为99.4%,抗弯强度约为1 432 MPa,磨耗比为1 026。制备的钻头金刚石与胎体间孔隙度和界面宽度分别为1%和4.9μm,在使用的过程中,钻头胎体的单位进尺磨损量得到有效降低,同时提高了钻进速度和钻头使用寿命。

雄安新区D05井燧石白云岩地层钻头应用探索

D05井是雄安新区一眼地热勘探井,完钻井深4014.42 m,揭露了雾迷山组和高于庄组两个热储层。在高于庄组石英含量较高的燧石白云岩地层钻进中,出现了钻头严重磨损、钻头使用寿命短的状况。为解决钻探施工中的难题,进行了钻头应用探索,通过分析研究、实践应用优化,探索出了一种适宜于石英含量较高的燧石白云岩地层?215.9 mm井径使用的牙轮钻头,平衡了钻头磨损和钻进效率方面的难题。使用该型号钻头顺利地完成了D05井三开?215.9 mm孔径钻探施工任务。通过本次钻头应用探索,为类似地层钻头应用提供了参考方案,丰富了深部地热钻探工艺技术,为深部地热钻探的发展提供了技术支撑。

凿岩钎头用钢及其热处理工艺研究

对高端凿岩钎头材料进行成分及工艺的优化,得到Si-Mn-Mo微合金化的新材料。调整热处理工艺,Si-Mn-Mo新材料具有高的强度、韧性及抗回火稳定性。利用该材料较高的抗回火稳定性及热膨胀系数,生产的高端凿岩钎头钢体冷却后对合金齿形成强大的固紧力,同时具有优良的强度、耐磨性和抗腐蚀性。在中硬岩凿岩作业条件下试验对比,新材料钎头同Cr-Ni-Mo材料钎头的凿岩进尺寿命相当,而材料成本下降较大。

PDC钻头发展与应用概况

PDC钻头有多种失效形式,本文根据PDC钻头失效的部位对其进行了分类,分析了PDC钻头失效的原因。从提高PDC钻头材料品质、优化制造工艺与结构几个方面介绍了PDC钻头品质提高的途径,最后总结了提高PDC钻头工作效率的方法。

特种孕镶块加强PDC钻头的研制与试验

为提高PDC钻头在研磨性硬地层中的机械钻速、延长钻头寿命,研制了特种孕镶块加强PDC钻头。该钻头以PDC切削齿为主切削元件,天然金刚石孕镶块为副切削元件,既具有常规PDC钻头破岩效率较高的特点,又具有孕镶金刚石钻头在研磨性硬地层寿命长的特点。在钻头开始工作时,主要为PDC切削齿"犁切"式破岩,当PDC切削齿磨损到一定程度后,天然金刚石开始磨削岩石,形成"犁沟",有助于PDC切削齿吃入并切削岩石。该钻头在东北金山气田金古1-1HF水平井基底花岗岩硬地层进行了现场试验,平均机械钻速达到4.46m/h,是同井同地层常规PDC钻头机械钻速的1.5倍,是2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头机械钻速的2倍以上,其使用寿命也达到2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头的2倍以上,取得了良好的现场应用效果。特种孕镶块加强PDC钻头的成功研制,为钻进强研磨性硬地层提供了一种新的高效破岩工具。

基于NSGA2的钻进参数多目标优化

在钻进参数优化过程中,机械钻速、钻头寿命和钻头比能是衡量钻井整体技术的重要依据。针对以单位进尺成本为目标的钻进参数优化问题,提出了钻进参数多目标优化方法,建立了以机械钻速、钻头寿命和钻头比能为组合的钻进参数多目标优化模型,并采用NSGA2多目标优化算法对模型进行仿真计算。仿真结果表明,采用NSGA2求解优化问题,能以较快的收敛速度在解空间内得出分布均匀的pareto最优解集,为决策者在工程实际中选择优化方案提供有效方法,大大提高了工作效率,同时也为优化钻井提供了一种新方法。

鞍千矿矿石特性及可钻性研究

对鞍千矿和齐大山铁矿主要矿种的岩石力学参数、矿物组成、颗粒粒度、细观结构等进行了对比分析研究,探求了矿石细观组成、结构特征、矿物成分、化学成分等矿石特性对可钻性的影响,摸清了影响矿石可钻性的内在因素,揭示了鞍千矿矿石难钻、钻头寿命低的根本原因。在此基础上,对鞍千矿和齐大山矿主要矿种进行了可钻性分级和钻头寿命预估,为鞍千矿提供了钻头消耗定额的科学依据,为下一步优选与矿石特性匹配的钻头和优化钻机工作参数提供了基础数据,具有指导意义。

不同刨削深度MK型刨刀强度与疲劳寿命研究

为了研究不同刨削深度下MK97-002型刨刀的强度和寿命特征,提出了一种实体模型刨刀刨削煤层过程的仿真方法。采用柔性体材料建立刨刀实体模型,根据无网格光滑质点动力学SPH理论、等向硬化理论、关联流动法则,构建煤层的本构模型,通过对刨刀薄弱位置(刀体和硬质合金头连接处)3种刨削深度刨削过程的仿真,得出该位置的应力变化及其统计值;采用改进雨流法、线性Miner疲劳累积损伤模型对刨刀疲劳寿命进行预测。结果表明,刨刀的应力随刨削深度增加而增加;刨刀的强度接近许用值,其裕量很小;随刨削深度增加,刨刀的累积损伤增长,有效工作时间减少,疲劳寿命降低,刨刀损坏加剧;所得结论与实际情况相符。

提高深井钻井速度的有效技术方法

在旋冲钻井技术应用的基础上 ,对旋冲钻井破岩特点进了描述 ,论述了旋冲钻井技术应用对钻头寿命的影响以及旋冲钻井工具 (液动射流式冲击器 )的工作原理和室内研究 ,确定了旋冲钻井参数 ,进行了现场 6次入井试验 ,试验表明旋冲钻井工艺技术在深井钻井中应用 ,可提高机械钻速 2 0 %～ 160 %,为深井快速钻井探索出了一条有效的途径 ,丰富了深井钻井技术内容。

稀土渗碳提高矿用牙轮钻头轴承寿命的应用研究

研究了稀土元素对牙轮钻头渗碳过程的影响。试验结果表明 ,加入稀土元素使渗碳速度提高 2 0 %～ 30 % ,经渗碳 渗硼复合强化后 ,钻头的轴承寿命提高 2 4 8%～ 2 7.8% ,钻头的穿孔进尺增加了 15 3～ 190m ,提高率达 2 5 %～ 2 8%。

钻进过程中金刚石钻头磨损规律试验研究

为了研究人造金刚石孕镶钻头 (以下简称钻头 )磨损规律 ,采用均质人造岩石 (瓷砖 )进行钻进试验 ,并在试验过程中采用对钻头唇面进行连续显微照相和将钻头称重的方法 ,获得以下三点结论 :(1)在钻进过程中 ,钻头唇面上出露出的金刚石量呈周期性变化 ,每变化一个周期钻头就换一层新的金刚石 ;(2 )钻头的钻速随钻头唇面出露金刚石量而变化 ,金刚石出露多 ,钻头钻速高 ,反之亦然 ;(3 )钻头磨损速度随钻头钻速的变化而变化 ,钻头钻速高 ,钻头磨损速度快 ,反之亦然。