小井眼超深井井筒温度预测模型及降温方法研究

顺北区块超深小井眼钻井井底高温问题突出,明确井筒温度场分布规律并探讨高效降温方法对于保障该地区钻井安全具有重要工程意义。文章基于超深小井眼钻井工艺,综合考虑钻井液黏性耗散、钻柱偏心和旋转及钻头破岩等多种热源项对井筒温度的影响,建立了适用于小井眼超深井的井筒瞬态传热模型,并提出针对性的降温方法,然后采用MWD实测数据及商业软件Drillbench进行对比验证,本模型预测值与随钻数据更为吻合,误差在2%以内;钻柱隔热可降低井底温度33℃,钻井提速、增加排量等其它方法可使井底温度降低3~10℃,采用地面降温法的降温效率呈现显著的边际递减效应,即井越深其降温能力越有限。针对单一降温方法降温效果不够显著,建议综合多种降温方法有效降低井筒温度。本研究成果可为小井眼超深井的井筒温度准确预测和降温方法优选提供理论指导。

铝合金深盲小孔管电极电解加工试验研究

针对瓶口阀铝合金阀体深盲小孔难加工问题,应用管电极电解加工方法解决该问题。为提高铝合金深盲小孔管电极电解加工稳定性,仿真分析了不同电极进给速度下加工间隙内电场、流场的分布规律;以6061铝合金为对象,使用内径为0.6 mm、外径为1.0 mm的管电极进行电解加工,研究了初始间隙、电极进给速度以及电极旋转对管电极电解加工的影响。仿真和试验结果表明,电极进给速度过大或过小,均不利于铝合金深盲小孔的稳定加工,电极进给速度大于1.4 mm/min时孔底易形成凸起,电极进给速度小于1.0 mm/min时孔底易形成凹坑;初始间隙取0.3 mm能获得质量更好的孔口形貌;电极旋转有利于产物和热量的排出,从而提高加工精度。采用最优参数加工得到了孔间距为2.46 mm、平均直径为1.28 mm的密集孔和平均直径为1.29 mm、深度为50 mm的深盲小孔。

中厚煤层小煤柱沿空掘巷控制技术与应用

以成庄矿回采面53151巷地质条件为工程背景,拟定采用小煤柱沿空掘巷技术,现场留设6.0 m煤柱;采用“深孔预爆破卸压+锚网索补强支护+滞后注浆加固”多重支护手段;矿压监测数据表明,该巷道围岩处于稳定状态,支护措施合理有效。

基于Deform-3D的单刃内排屑刀具钻削仿真研究

针对某航空液压伺服阀芯的内孔难加工问题,设计了一款直径0.85mm的单刃内排屑深孔钻,并使用Deform-3D软件进行加工过程的仿真模拟,对不同工艺参数下的轴向力、扭矩和切削温度进行对比分析。仿真结果表明:转速为15000r/min时,进给量越大,加工时轴向力和扭矩越大;进给量为0.04mm/r时,转速对加工中的轴向力和扭矩影响较小;不同转速和进给量下,钻削温度在145℃~165℃之内。仿真结果可以为航空液压伺服阀芯的内孔加工工艺参数的选择提供一定参考。

小井眼深层侧钻井钻柱力学分析与应用

江苏油田老区挖潜不断深入,小井眼深层侧钻井增多,施工难度增大,针对深层侧钻井特点,以Cao32C井为例,分析摩阻系数、井眼轨迹、BHA底部钻具组合等因素对深层侧钻井钻具屈曲的影响,通过优化钻井液性能,调整BHA钻具组合,控制轨迹,保障了深层侧钻井顺利钻进,为今后类似井的钻井优化设计和施工提供参考。

短电弧-电解复合加工深小孔间隙流固耦合特性研究

针对深小孔结构加工存在的质量要求高、孔径小、数量多、加工难度大等问题,提出了短电弧-电解复合加工深小孔的方法。短电弧-电解复合加工具有不受材料影响、加工效率高以及表面质量好等优点,但由于深小孔加工阴极柔性大,加工易震颤且电弧放电能量大会引起排屑不畅、短路、二次放电问题。针对上述问题,对短电弧-电解复合加工深小孔间隙流固耦合特性展开研究。从间隙流场角度出发,研究了不同进给速度以及不同加工深度下间隙流场的运动特性,并设计实验验证仿真结果。结果表明:在一定范围内,短电弧-电解复合加工进给速度越快,极间介质平均运动速度越快,颗粒分布越均匀,排屑效果越好,因此通过增加进给速度可以促进排屑,提高短电弧-电解复合加工的稳定性。

大深径比深小孔圆柱度误差评价

针对直径在1 mm以下、深径比超过10∶1的深小孔检测及评价困难的问题,提出使用超声波设备对大深径比的深小孔进行检测的方法。利用电火花穿孔机在实验工件上加工出直径1 mm、深度为100 mm的通孔,借助搭建的超声波检测平台将深小孔视作工件的内部缺陷,在工件表面对加工的深小孔工件进行检测;将超声波设备检测获取的声程时间数据通过坐标化处理,转化为深小孔的坐标数据,在MATLAB软件中利用遗传算法优化的最大内接圆柱法、最小外接圆柱法、最小二乘法和最小区域法等4种圆柱度误差评价模型,对深小孔的坐标数据进行误差分析。结果表明:采用提出的检测方法可成功检测大深径比深小孔;采用遗传算法优化的4种圆柱度误差评价模型均可求解出对应的圆柱度误差,且符合最小区域法误差最小的准则。

厚煤层残煤复采工作面小煤柱留设关键技术研究

老窑破坏区回采面临采掘困难、围岩稳定性差、采空区漏风及有害气体侵入等问题。以微子镇煤业15103工作面为研究背景,针对其小煤柱留设及老空区治理等关键问题,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,开展了煤柱稳定性分析、高应力小煤柱巷道切顶卸压、老空巷对煤柱稳定性影响程度及老空巷充填等研究工作。研究得出如下结论:确定煤柱合理留设宽度为7 m;制定了切缝高度、孔间距、装药量等深孔爆破技术参数;明确了老空巷对煤柱失稳的主要影响范围,并提出发泡混凝土充填方案。方案现场应用效果良好,减小了小煤柱巷道变形量,老空区影响范围内围岩稳定性较好,消除了采空区漏风、积水或有害气体侵入的隐患,取得了预期效果。

隧道穿越岩体破碎带超前支护施工技术

九绵高速桂溪隧道区内裂隙带或破碎带(L2、L3及L4)发育,裂隙带或破碎带岩体稳定性非常差,成洞质量差,存在严重的安全隐患。通过采用超前锚杆+超前小导管+预注浆联合的支护技术,可很好地适应不同地质条件,实现对隧道围岩的提前加固,并形成一个稳定的围岩结构体系,促使隧道施工的各道工序都能高效、安全、有序地开展,可为类似工程施工提供一定的经验。

双巷掘进留小煤柱护巷下深浅孔组合爆破卸压技术研究

为防控双巷掘进留小煤柱护巷布置下邻空巷道大变形及强矿压灾害,以赵庄煤业为工程背景,提出了深浅孔组合爆破卸压技术。通过开展小煤柱护巷顶板力学结构和深浅孔聚能组合爆破机制研究,揭示了邻空巷道挠度和采空区顶板L的关联性,并确定顶板倾向断裂位置,明晰深浅孔组合双层位爆破消冲护巷的作用机制和深浅孔组合导向力学作用机理;并通过铰接块体等理论计算和现场试验确定了爆破方案参数。工程实践表明:深浅孔组合爆破卸压技术能够弱化坚硬复合顶板介质的储能蓄力属性,优化采空区边界顶板三角块结构,同等尺度下顶板积聚能量密度降低4000 J左右;1313工作面回采后采空区边界顶板及时垮塌,降低顶板对煤柱挤压作用,煤柱不同深度测点处应力集中系数分别为1.38和1.29,应力集中程度明显减小;邻空巷道扇形窥视结果表明低位岩层裂隙发育明显,高位岩层呈现逐步损伤、断裂状态,在顶板倾向上组合爆破能够缩减岩块B悬顶长度,破坏基本顶铰接结构,减弱岩块的回转下沉作用;13163巷顶底板、两帮最大移近量分别为440 mm和205 mm,爆破措施有效抑制了巷道变形,且未发生片帮冒顶等动力现象,达到了深浅孔组合爆破施工目的。

暗挖地铁隧道下穿高铁隧道关键技术研究

为研究暗挖地铁隧道下穿高铁路隧道的施工控制技术,以北京地铁12号线大钟寺站-蓟门桥站区间隧道下穿京张高铁隧道为工程背景,阐述穿越施工工序及洞内外综合控制措施,对复杂环境条件下临时仰拱+台阶法开挖、管棚、超前小导管、深孔注浆、过渡段施工等关键技术环节进行分析,明确其设计施工中的技术要点,并对施工监测数据进行分析。研究得出采用洞内施工控制措施,使得高铁隧道沉降满足控制标准;后行隧道施工对先行隧道存在一定扰动影响;暗挖地铁隧道下穿施工引起上方的高铁隧道轴线方向上明显的不均匀沉降。

小口径深孔钻探管柱扭转振动特性分析

在小口径深孔取心钻探领域中,除了传统的提钻取心方法外,绳索取心工艺、螺杆马达孔底动力工具等钻进方法也被广泛地应用,不同的钻具组合与钻杆柱一起组成了长细比很大的柔性杆件,在钻进过程中产生复杂的振动,极大地影响了钻探工程的安全性。目前,以钻井工程为代表的管柱振动理论已经发展出了很多成熟的分析方法,但是针对小口径深孔钻探的垂直孔身结构、金刚石钻头磨削岩层、特别是选择不同钻具组合和钻进方法时,相关的管柱扭转振动特性研究依然不足。有限元分析方法适用于求解边界条件复杂的问题,用于钻探管柱的振动特性分析有很好的效果。基于ANSYS软件,选取适用于小口径深孔钻探的多种典型钻具组合,建立相应的有限元分析模型,求解孔深、钻压等因素与管柱扭转振动特性之间的关系,并给出了不同孔深条件下可能引起管柱共振的临界转速求解方法。该研究可在钻具组合选择、转速选择和管柱安全性评价等方面为小口径深孔取心钻探工程提供一定参考。

顶板深孔爆破防治6m小煤柱冲击地压的实践研究

以高庄煤业113_(上)05回风巷6 m小煤柱区域为对象,采用数值模拟、钻孔窥视等方法设计了顶板深孔爆破卸压方案。钻孔窥视及巷道变形监测结果表明:深孔爆破能有效地控制顶板的来压活动,深孔爆破卸压后巷道两帮变形量及顶板下沉量分别为268 mm、77 mm,对比之前降低了90%、88%,巷道变形控制效果理想。

小孔径钻机在露天台阶爆破中的应用研究

云南某矿前期通过优化中深孔爆破装药结构、严格施工规范等控制硫化锌矿石大块率,取得较好的成果,爆破后硫化锌矿石大块率得到一定控制,但硫化锌矿石均匀度还达不到现场挖装高效要求。针对这一问题,矿山采用小孔径潜孔钻机进行穿孔爆破,优化网孔结构参数,有效降低了大块率,提高了铲装效率。

超声轴向振动钻削机构的设计与研究

基于振动切削机理研制出一种轴向振动钻削机构,并将该机构应用于立式加工中心上对难加工材料进行切削加工实验。结果表明,超声振动钻削具有传统孔加工技术无可比拟的工艺效果,可提高小直径深孔的加工质量和效率,实现了在难加工材料上进行深孔的钻削加工。

微细电火花加工脉冲电源及其脉冲控制技术

为了提高微细电火花加工效率,通过分析微细电火花加工特点,改进了主放电回路,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的微细电火花加工脉冲电源.该电源集成了放电状态检测功能,能够判断每一个脉冲的放电状态,并及时切断有害脉冲.设计了应用于微细电火花加工的清扫脉冲回路,可在极间加载高能量窄脉宽的清扫脉冲,以清除积聚在极间的加工屑.利用该电源在桌面式微细电火花加工机床上进行了微细深孔加工实验和微细孔极限加工实验,取得了较好的加工效果.

钛合金深小孔的微细超声电火花加工技术

本文分析了钛合金深小孔加工的技术难点 ,研究了超声振动在深小孔电火花加工中的作用机理 ,并据此研制出了四轴联动微细超声电火花加工机床。在所研制的机床上 ,成功地在 TC4钛合金上加工出了直径为 Φ0 .2 mm,深径比为 1 5的深小孔。

小深孔内径电容传感测量系统的研究

采用电容传感器测量小深孔的孔径,该系统使用直径较小的电容探针作为传感器件,电容仪器将孔径的变化转换为电压的变化,并通过USB接口将此电压信号输入到计算机系统中进行处理.论述了电容传感器的工作原理和电容仪器的转换电路的基本原理,设计了电容传感器测量小盲深孔孔径系统的总体方案,特别使用小于Φ3而大于Φ1深孔的内径自动检测,并对Φ3和7mm孔径进行了实际测量,并分析了测量所得到的数据,多次测量的标准差小于0.5μm,测量分辨率为0.05μm.

枪钻的刀具磨损及监测技术

综合国内外研究现状,介绍了枪钻的基本结构和加工系统,总结了枪钻加工过程中刀具磨损的主要形式:扩散磨损和粘结磨损,分析两种磨损形式的机理。阐述了枪钻加工过程中刀具监测技术,目前主要通过采集力、扭矩和声发射信号对刀具状态进行监测,声发射信号等可以对刀具磨损状态进行表征,提出了抑制枪钻磨损方法以及监测技术的发展趋势。

高灵敏度深小孔压电钻削测力仪的研制

研制了用于测量深小孔钻削加工的高灵敏度压电式动态测力仪。通过分析深小孔钻削加工的特点,明确了该条件下测力仪应具备的高灵敏度等性能。为了使测力仪具有高灵敏度的性能,从传感器测力原理及测力仪的结构等方面进行了详细论述。讨论了两种扭矩测量方法,分别设计了最简捷的测力仪结构形式,进行了相应的实验,对结果进行了比较和分析。静、动态标定结果证明,双传感器分布结构的测力仪灵敏度高,动态性能、精度等均达到规定标准。在此基础上,分别进行了测力仪灵敏度一致性实验和实际钻削加工验证测试,测量结果表明,在测力仪的测试区域内均可准确、可靠地测量出深小孔钻削力。