基于随机过程理论短螺旋钻头载荷的数学模型

为了揭示短螺旋钻头载荷随切削厚度和岩石接触强度变化规律,根据岩石的物理力学特性,结合单个镐型截齿切削破岩的工作机理和短螺旋钻头的结构特征,分析短螺旋钻头入岩工况下的受载情况;运用随机过程理论,建立短螺旋钻头随机载荷的数学模型。针对不同的岩石接触强度和钻头切削深度,借助MATLAB仿真求解钻头的扭矩和轴向力,采用数学统计方法对实测结果进行处理分析,并与理论值相比较。研究结果表明:理论求解的钻头扭矩和轴向力的幅值与均值和实际测试值都比较接近,且两者的变化规律一致;在切削厚度一定时,扭矩和轴向力的幅值和均值随着岩石接触强度的增大而迅速增大;在岩石接触强度一定时,扭矩和轴向力的幅值和均值也会随着切削厚度的增大而迅速增大。

短螺旋钻头入岩最优切削厚度的理论与实验研究

根据岩石的物理力学特性和截齿的破岩机理,建立了单个镐型截齿破岩时受力的数学模型;在此基础上,对安装12个镐型截齿的短螺旋钻头进行整体受力分析,并建立钻头扭矩的数学模型,结合旋挖钻机恒功率钻进的特点,得到钻头转速的数学表达式,从而求得钻头钻进速度关于切削厚度和岩石接触强度的关系式。针对几种不同接触强度的岩层,运用Matlab程序分别求得钻机在不同切削厚度下的钻进速度,并与同等条件下的实验数据相比较。结果表明:若切削厚度过小,钻机钻速达不到最大,钻进效率偏低;若切削厚度过大,钻机提供的扭矩因无法克服负载(即钻速为零),导致钻机损伤。

PDC钻头的螺旋线布齿方法

采用等距螺旋线和变距螺旋线作为ＰＤＣ钻头的布齿基线，解决了ＰＤＣ钻头设计中的布齿问题；详细介绍了这两类螺旋线布齿的方法及各应用实例．

内螺旋刀翼PDC钻头研究

针对自掩埋钻井新方法需要内排屑的问题,采用螺旋刀翼、内锥面、中心腔体等结构设计内螺旋刀翼PDC钻头,研究刀翼螺旋升角的变化规律,分析岩屑在刀翼刃部和刀翼面上的受力,建立岩屑推动力与刀翼螺旋升角的关系,优化刀翼螺旋升角,并进行台架实验。结果表明：内螺旋刀翼PDC钻头刀翼螺旋升角的理想设计范围为9°-52°,考虑加工和排屑通道大小等影响因素,其合理的设计范围为26°-52°,研制的钻头能迫使岩屑向其中心运移,并实现岩屑的良好流动,满足内排屑要求。

PDC钻头保径块结构参数流场特性模拟研究

利用数值模拟手段,在k-ε双方程模型基础上计算封闭的N-S方程,对保径块结构进行流场模拟。随着保径块螺旋角度增大,流体旋流作用加剧,保径块内流速增加明显,10～20°螺旋角度的保径块最适合PDC钻头。在常用保径长度范围内,保径块长度对PDC钻头流场影响微小。随着保径宽度增加,保径块下端涡流区域增大,保径宽度大于30°时,涡流区域急速扩张,五刀翼PDC钻头保径宽度应小于30°。

深孔PDC扩孔钻头研究及计算机辅助设计

介绍了深孔PDC扩孔钻头设计方法,参考了全面钻进PDC钻头设计理论,进行了冠部轮廓设计及等切削布齿理论研究,借助CAD/CAM/CAE一体化三维软件Pro/ENGINEER完成PDC扩孔钻头三维建模,参数化设计提高了PDC布齿的准确性,PDC扩孔钻头可应用到各种扩孔施工,应用前景十分广阔。

基于SolidWorks三维设计的短螺旋钻头引导叶片受力分析

以SolidWorks为平台,对短螺旋钻头引导叶片的受力进行了模拟分析。从螺旋锥角与最低安全系数变化关系中得出,当引导螺旋钻头承压一定时,其安全系数随着螺旋锥角增大而增大,但增大到一定值时又随之减小。

小钻头设计与制造的改进

在机械制造中 ,小钻头容易破损。文章根据小钻头破损的原因 ,对小钻头的设计、制造及其使用提出一些改进意见及措施。

多级变径钻头与双螺旋防抱钻杆的设计与应用

漳村煤矿松软煤层现场井下打钻经常出现塌孔、抱钻、顶钻等现象,成孔率低,为了提高成孔率及解决钻进困难问题,研制了多级变径钻头与双螺旋防抱钻孔,通过在漳村煤矿2506工作面的应用,得出多级变径钻头与双螺旋防抱钻孔可以克服圆形钻杆排渣慢、钻进速度低的问题,达到成孔率高且成孔速度快的目的,经过多次验证,解决了松软煤层井下打钻出现的塌孔、抱钻、顶钻及成孔率低的问题,为松软煤层钻进提供了新技术和新思路。

煤矿下护孔筛管成套设备改进

针对井下复杂地层瓦斯抽采孔钻进技术的不足,对下护孔筛管成套设备进行了研究。首先改进了内芯可脱式PDC钻头的设计,达到了筛管通过性要求;设计加工的40 mm规格的丝扣式筛管,从钻杆内孔人工下入顺畅连接可靠性好,拧卸方便;研制的孔底固管装置有效的解决了提钻时筛管被带出现象,保证安设筛管牢靠,组装方便灵活;与传统提钻下筛管技术相比,具有明显的工艺先进性,下管效率提高了2倍以上,平均下管深度达到钻孔深度的91%以上,而且从抽采效果上也表明,使用该技术后工作面瓦斯抽采浓度平均提高10%-20%。