孕镶金刚石钻头的局部体积破碎研究

针对孕镶金刚石钻头在坚硬岩石中的低钻速、高能耗问题,提出以体积破碎的碎岩方式来提高钻进效率的方法。为了进一步探究孕镶金刚石钻头的体积破碎形式,首先设计了单颗金刚石压入岩石全过程的室内实验。通过分析试验数据发现,金刚石压入岩石发生首次局部体积破碎即为金刚石钻头的体积破碎类型。然后,建立了金刚石压入岩石发生首次体积破碎时钻头的钻压和钻速计算模型,并通过对比理论值和实际值,进一步验证了单颗金刚石压入岩石试验结果以及计算模型的正确性。最后,通过分析计算结果,提出了在小粒径金刚石钻头中添加大颗粒金刚石来实现部分体积破碎的方法,并推导出钻头中应添加大颗粒金刚石的制品浓度,确定了大小粒径金刚石的添加量,并对大颗粒金刚石在钻头中的分布情况以及碎岩方式进行了探讨,可为实际中钻头参数设计提供参考依据。

钻头平端牙齿侵入岩石破碎机理

平端牙齿侵入岩石过程,能表征大部分钻头磨损后牙齿侵入地层的工作过程,对其破碎机理的认识是钻头设计和破碎效率分析的基础。依据平端牙齿-岩石压入过程岩石内部的应力分布特征,将岩石的破碎过程假设为三个阶段:初始起裂阶段、密实核形成阶段和体积破碎形成阶段,然后运用弹性力学和莫尔强度理论,建立了密实核和体积破碎坑的形成条件和形态参数计算模型,得到了岩石强度、泊松比、内摩擦角及外在条件对破碎过程及破碎坑形态的影响和控制规律。结果表明:产生体积破碎所需要的临界应力随泊松比的增大呈指数形式减小,随内摩擦角的增大呈指数形式增大,破碎坑顶角随泊松比增大线性较小,随摩擦角的增大线性增加。研究成果能够指导钻头破岩效率评价和钻进施工参数优化。

基于岩石破碎体积的滚刀效率评估模型

结合岩石的不同破坏方式,如剪切破坏、张拉破坏、挤压破坏及多种破坏方式混合作用等,探讨了岩石破碎体积的计算方法.根据在滚刀作用下岩石以剪切破坏和张拉破坏为主的特性,提出以岩石破坏时裂纹长度、剪切面在岩石自由表面投影长度及滚刀刀刃宽度间的关系来识别岩石破坏方式,计算岩石破碎体积.利用CSM模型计算破岩比能,评估滚刀破岩效率.并通过实例对该方法进行了计算验证,结果表明该方法能够为TBM的性能预测和优化提供一定参考.

非成岩水合物单喷嘴射流破碎规律实验研究

为了提高单喷嘴射流破碎采掘水合物的效率,推进海洋非成岩水合物固态流化开采的商业化进程,基于非成岩水合物替代试样,设计非成岩天然气水合物单喷嘴射流破碎实验方案,搭建单喷嘴射流破碎实验系统,研究射流时间、射流靶距、射流压力和喷嘴水平段直径等因素对替代样射流破碎深度和破碎体积的影响。研究结果表明:在所设的实验条件下,随时间增加,水合物破碎深度和破碎体积呈先增大后趋于平稳的趋势,水射流作用下达到极限破碎深度的时间为30 s;破碎体积和破碎深度与射流靶距呈反比例关系,与射流压力呈近似二次方正比例关系;破碎深度与水平段直径呈正比例线性关系,破碎体积与水平段直径呈二次方关系;在射流压力和直径的影响下,破碎相同体积所需要的耗能分别为0.91 W/cm^(3)和2.85 W/cm^(3),射流压力对非成岩水合物的射流破碎影响更大。该研究为海洋非成岩水合物的固态流化射流破碎缩扩型单喷嘴的设计及优化提供了实验依据。

绳锯牵拉破碎混凝土排水渠方案优化分析

针对隧道内排水渠排水量小的问题,选用绳锯牵拉方法对混凝土排水渠进行破碎加深。以正三角形钻孔方案为基础,采用有限元分析和函数逼近法研究不同钻孔间距、钻孔深度工况下,混凝土排水渠破碎特点与破碎加深最优方案。研究结果表明,孔间距是影响破碎体积的主要因素,钻孔深度也会对破碎体积产生影响,而且随钻孔深度增加其破碎难度也增加;当绳锯牵引力为2801 N,竖向钻孔深度为275 mm、纵向钻孔深度为200 mm、钻孔间距为240 mm时,破碎断面为300 mm×300 mm,C40素混凝土排水渠破碎加深效果最好,满足绳锯破碎加深混凝土排水渠的工作需要。

钻探工程中冲击载荷下冲击功和破碎比功理论模型研究

冲击荷载作用下破碎岩石是钻探工程中常用的碎岩方法之一。为了减少坚硬脆性岩层中的钻头磨损和提高冲击碎岩效率,本文针对动载碎岩原理和冲击碎岩效果,开展了其理论模型公式研究和分析。探讨了动静载碎岩效果的区别,详细分析了影响冲击碎岩效果的因素中的冲击功和破碎比功,基于岩石破碎比功建立了破碎体积的解析计算模型,这一研究的开展对于冲击钻进技术应用质量的提升,起到了有效的促进作用。

孕镶金刚石圆锯片的功耗

从理论和实践上研究孕镶金刚石圆锯片的单位体积破碎功与金刚石的粒径、浓度及工作间隙等因素的关系。研究认为 。

金刚石粒度、浓度、包镶能力对工具功耗、寿命的影响

从理论上分析研究了金刚石粒度、浓度和包镶能力与工具单位唇面上工作刃长的关系 ,结合试验资料 ,初步设定了刃长变化与引起的工作间隙变化之间的数学关系式 ,建立了包含工作间隙变化在内的粒度、浓度、包镶能力与工具功耗。

夹层式结构在金刚石钻头上的应用

采用冷压成型夹层和加灰(过渡层)热压烧结法制备了一种夹层结构金刚石钻头。经与普通金刚石钻头进行对比试验发现,夹层结构钻头速度和使用寿命比普通钻头有了明显的提高,其原因是由于钻头工作时岩脊的体积破碎作用。这样初步找到了一种既能提高金刚石钻头钻进速度,又能增加金刚石钻头寿命的制造方法。

空气潜孔锤钻进工艺在基岩钻进中的应用分析

介绍了空气潜孔锤钻进的工艺原理、操作规程及注意事项 ,分析了常见事故 ,提出了应对措施。

气测录井资料的影响分析及校正方法

现场气测录井受钻井施工条件的影响,对气体检测结果影响很大。通过开展钻井工程的影响因素分析,针对近平衡及过平衡钻井条件对气体检测的影响,特别是钻井取心对气测录井资料的影响因素分析,建立了钻头破碎岩石体积的校正方法和全烃积分校正方法,消除了取心井段破碎岩石体积较小和钻时较大对气测录井资料的影响,为综合解释提供了更准确的气测评价参数,并在实际生产应用中见到了较好效果。

绳索取心液动潜孔锤钻进技术在利比里亚邦山铁矿详查中的应用与探索

绳索取心液动锤技术集绳索取心技术与液动潜孔锤技术优势于一体,可比普通绳索取心钻进提高纯钻速30%～150%,在坚硬、脆性、"打滑"地层中钻进效果更为明显。介绍了绳索取心液动潜孔锤钻进技术在利比里亚邦州邦山铁矿详查中的应用情况,并对其应用效果进行了分析讨论。

影响夹层式钻头性能因素的研究

通过对夹层结构金刚石钻头的应用研究发现，与同类普通金刚石钻头相比，该钻头的胎体配方硬度可以高HRC3～5；可以适当采用部分细粒度的金刚石替代粗粒度，甚至可以细一个粒度级，在降低成本的同时也能取得较好的效果，特别是在中硬地层（8—10级）钻进时效果尤其明显；易磨损层宽度的设计影响因素很多，总宽度一般是钻头的径向厚度的1／5～1／4比较好；在内缘耐磨层中添加5％-8％的RVD，型70／80目的金刚石进行弥散强化，或者将内缘耐磨层宽度设计成钻头宽度的1／3左右，可解决内缘耐磨层过早磨损而使钻头提前失效的问题。这些经验完善了夹层结构金刚石钻头的制造技术。

一种新型金刚石锯片

该新型金刚石锯片由锯片基体和金刚石刀头。金刚石刀头是锯片的核心部件，金刚石刀头由含金刚石孕镶层和不含金刚石纯金层相间组成，切割岩石时，在岩体上形成锯齿状条带，造成构槽状破碎穴与突起的岩脊带相间。岩体的自由面增加，岩脊条带内微裂纹发育，是破碎穴效应的结果，岩脊强度很低，在锯片的机械振动下极易被破碎掉。

基于不同岩石破坏方式的滚刀效率评价模型研究

目前对TBM滚刀破岩效率评价大多采用量化计算破岩比能(ηse)的方法,其中岩石破碎体积为影响破岩比能的关键因素,岩石在滚刀作用下的破坏体积与其破坏方式关系密切。为此,结合岩石不同破坏方式,讨论了岩石破碎体积的一种简易实用的计算方法。基于岩石破坏过程中以剪切破坏和张拉破坏为主的特性,提出了以岩石破坏时裂纹长度与剪切面在岩石自由表面投影长度以及滚刀刀刃宽度之间的关系来识别岩石破坏方式,在此基础上计算岩石破碎体积,结合CSM预测模型,推导出一种破岩比能水平量化计算方法。通过实例对该方法进行计算验证,分析了破岩比能(ηse)与刀间距(S)、刀具磨损量(w)之间的关系,得出了ηse-S曲线与ηse-w曲线,表明存在最优刀间距,且随着磨损量增大,比能值也将增大。所述的预测模型能够对TBM破岩时刀间距的优化、刀具的更换提供理论依据。

上覆岩层冒落带高度计算公式合理性分析

通过深入剖析传统冒落带经验计算公式,推导出利用传统冒落带高度计算公式计算得到的冒落带高度h1,具有随岩石碎胀系数k增大而减小的趋势,与实际中顶板为坚硬岩石时冒落带高度较高、顶板为软岩时冒落带高度较低的情况相悖。利用岩石碎胀系数计算公式推导出冒落带高度与岩石碎胀系数成正比关系。因此提出了冒落带高度计算修正公式,为更加准确、科学地计算冒落带高度奠定了理论基础。

异形单牙轮钻头井底牙齿轨迹的Matlab仿真

首次使用Matlab软件进行单牙轮钻头的计算机模拟仿真,通过矩阵变换得到牙轮模型,并绘制出楔形齿井底牙齿轨迹图,通过岩石破碎体积的计算,得到了异形牙轮与球形牙轮的牙齿轨迹在井底覆盖方面的比较。对牙轮及牙齿的设计有指导意义。

海浪破碎统计及其在海-气通量估计中的应用——Ⅰ.理论模型

以5阶Stokes波作为破碎统计模型的原始波场,重新导出了破碎水体体积和白冠覆盖率等统计量。基于海浪破碎是海-气强交换过程中的重要控制机制这一观测事实,主要开展了破碎过程对海-气热通量和水汽通量交换的影响研究,导出了气泡在海面平均体积通量和浪花水滴海面谱分布的理论表达式,建立了破碎气泡和浪花水滴热通量和水汽通量交换的物理模型,为进一步深入研究海-气通量交换模式奠定了基础。