基于电测法的定向钻杆接头应力分布实验研究

煤矿定向钻杆在孔内受弯曲、扭转、振动及拉压等各种载荷作用,施工过程中经常出现钻杆断裂事故,应力集中是造成钻杆断裂的重要原因之一,研究钻杆接头螺纹的应力分布对预防钻杆断裂具有重要的意义。本文以电阻应变测量为基础,搭建定向钻杆全尺寸实物应力测试实验平台,对钻杆接头进行了拉伸应力实验,并将各个实验数据绘制成应力分布曲线。研究结果表明:钻杆公接头应力大于母接头应力,公接头和母接头的最大应力均在齿3的位置。通过应力分布趋势和各齿应力值的方式验证了仿真模型的正确性,提供了一种验证钻杆仿真模型正确性的方法。本研究的实验数据和应力分布曲线为钻杆有限元仿真提供了可靠的数据支撑。

煤矿定向钻杆接头螺纹牙形角对应力分布的影响

煤矿定向钻孔技术具有钻孔深、轨迹可控、瓦斯抽放孔覆盖面积大等优点,在煤矿瓦斯治理中得到广泛应用。定向钻杆接头螺纹是最薄弱部位,经常出现钻杆螺纹断裂事故。基于非线性接触理论建立二维轴对称有限元模型,分析了不同牙形角对螺纹应力分布的影响。研究发现,公螺纹和母螺纹的最大应力均出现在台阶处的牙根部,公螺纹的应力大于母螺纹的应力。该研究对优化钻杆设计、降低钻孔事故率、保证正常钻进具有十分重要的意义。

煤矿定向钻杆接头螺纹应力集中性研究

煤矿定向钻杆使用载荷在远低于钻杆屈服强度的情况下依然经常发生钻杆断裂事故,经过事后分析发现煤矿定向钻杆螺纹应力集中是主要原因,这不仅影响正常生产而且还难以打捞,造成人力、财力的损失。采用非线性接触单元对螺纹配合面之间的接触建立有限元模型,不同类型的加载由拉压、纯预紧力和它们的组合组成应用于模型,通过分析得出了公接头和母接头的最大应力集中系数。

煤矿定向钻杆接头螺纹应力分布研究

煤矿定向钻孔技术具有钻孔深、轨迹可控、瓦斯抽放孔覆盖面积大等优势,在煤矿瓦斯治理中得到广泛应用,但是钻杆在孔内受弯曲、扭转、振动及拉压各种载荷作用,因此在施工过程中经常出现钻杆断裂事故,不仅影响正常生产,而且还难于打捞,造成人力、财力的损失。开展定向钻杆牙形应力分布研究,研究结果对提高钻杆质量、降低钻孔事故率、保证正常钻进具有十分重要的意义。

定向钻杆辅助上杆及搬运技术

针对煤矿井下定向钻杆采用人工方式加接和搬运劳动强度大、安全性差的问题,基于大直径定向钻机结构布局和钻进工艺特点,提出了一种定向钻杆辅助上杆及搬运组合方案,对其工作原理和设计要点进行了详细介绍。测试和试验结果表明:该方案能够实现长度3 m大直径定向钻杆的快速加接和机械化搬运,为煤矿井下大直径定向钻机的推广应用提供了有力支持。

影响定向钻杆信号传输可靠性的关键因素分析

为了提高定向钻杆传输信号的可靠性,分析影响定向钻杆信号传输的相关因素,据此制定了科学规范的系统检测流程。所有批次定向钻杆按该系统检测流程控制后,信号传输的稳定性、可靠性显著提高。

摩擦焊型定向钻杆加工工艺研究

研究一种新型的定向钻杆加工工艺,提供一种加工方便、快捷、钻杆使用寿命长、安全可靠的摩擦焊接型定向钻杆加工工艺。该加工方法特殊设备投入少、工序集中、加工方便、可靠性较高。试验结果表明,采用该工艺路线加工的定向钻杆,解决了原工艺方法的诸多问题,产品质量优良,现已用于批量加工。

定向钻杆对称消磁新方法研究

分析了千米钻机定向钻杆中剩磁的产生机理以及剩磁对角度测量的影响,基于现有的仪器,根据其特点设计了一套对称消磁新方法,使钻杆中铁磁物质处于二维空间旋转磁场中在交变磁场衰减到0后,磁矩在各方向的分布相对均匀。通过多个验证性实验,对该消磁方法的消磁效果进行了验证,结果证明该方法有效消除了剩磁对角度测量精度带来的不利影响,比传统消磁方法的稳定性和效率都有了很大提高,达到了理想的效果。

定向钻杆接头螺纹胀扣失效分析

钻杆接头内螺纹胀扣失效问题严重制约了钻孔效率,并导致了大量的经济损失。为了揭示其失效的主要原因,基于非线性接触理论建立了定向钻杆三维有限元模型,对钻杆接头抗扭性能进行有限元分析;基于有限元分析结论开展钻杆胀扣试验,分析了转矩和钻杆内螺纹外径尺寸变化的关系。研究结果表明:转矩和弯矩的共同作用导致定向钻杆胀扣;当钻杆承受转矩时,弹性变形量应小于0.08mm。

接头结构对钻杆内部流动特性影响的仿真分析与试验研究

为了研究接头结构对定向钻机钻杆内部流动特性的影响规律,揭示接头内径、收缩结构与钻杆内部压损曲线的定量关系,对多种接头结构的钻杆模型进行三维数值模拟与试验验证。研究结果表明:钻杆出口内径越大,钻杆内部流动越平稳,能量损失和压力损失越小;使用锥形过渡接头,能够明显改善钻杆能量损失,且随收缩角的增大,钻杆压降损失整体呈增大趋势,在收缩角为14°~21°时最为适宜。该研究可为定向钻杆的优化设计提供一定参考。

唐口煤矿高位定向钻孔工艺的优化及应用

基于采空区顶板竖"三带"理论和"O"形圈理论,并结合矿井实际情况,确定了唐口煤矿高位定向钻孔轨迹设计参数。针对开孔煤层段和泥岩段的钻进情况,对高位定向钻孔工艺进行优化设计,提出将套管下入顶板以及采用螺旋定向钻杆用于泥岩段的方案。通过对高位定向钻孔工艺进行优化设计,可保证高位定向钻孔在泥岩段顺利爬升至设计高度,提高了瓦斯抽采效果。后期瓦斯抽采数据表明,高位钻孔轨迹参数选择合理,经过优化的高位定向钻孔工艺充分发挥了高位定向钻孔钻孔成本低、瓦斯抽采效果理想的优势。并针对现有的施工情况,提出终孔直径对抽采效果影响的研究思路。

一种适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺研究

随着煤矿瓦斯治理技术的发展,井下定向钻孔瓦斯治理技术在国内得到了广泛应用。但定向钻进技术在破碎煤层中钻进时经常遇到垮孔、塌孔、钻孔不返水等问题,从而导致钻进效率低,更严重的会引起卡钻、埋钻,导致掉钻钻井事故。通过对常规定向钻进工艺及钻具进行研究,针对性地研发了凹槽螺旋定向钻杆、煤矿坑道水平定向钻进安全接头及适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺并进行现场试验。通过现场试验表明,适用于破碎煤层的安全定向钻进工艺成功解决了破碎煤层定向钻进问题,减少了卡钻、埋钻事故的发生,提高了钻孔深度,降低了设备风险,实现了破碎煤层的高效、安全钻进。

松软破碎煤层定向钻孔工艺的研究与实践

针对定向钻孔工艺在松软破碎煤层成孔困难问题,介绍了一种新型螺旋定向钻杆,并对钻杆的结构特点及抗扭强度做了分析和验证。据晋煤集团寺河煤矿的工业性试验,该定向钻孔工艺的抗事故能力强,试验中未发生压杆、卡钻等事故,是该区域目前钻孔平均深度的3倍以上。

底抽巷全倾角多方位定向钻机及配套机具的研制与应用

为解决常规履带式钻机施工底抽巷近水平中深穿层孔无法见煤的难题,研制了底抽巷全倾角多方位定向钻机及配套机具,满足了底抽巷各类扇形穿层孔的施工要求;研制了小尺寸大扭矩螺杆马达和小型轻量化定向钻杆,降低了工人劳动强度,提高了加接钻杆的便捷性;进行了打靶试验和近水平穿层孔试验,试验结果表明钻机性能优越,具有操作便捷,钻进效率高,能精确定位见煤点的优点,为煤矿井下底抽巷穿层孔施工提供了新装备和新技术。

破碎煤层定向钻进工艺在万峰煤矿的应用

定向钻进技术及装备作为国内近几年来煤矿井下钻孔施工领域最先进的技术,在煤矿井下瓦斯治理方面发挥着越来越重要的作用,但通过调研发现,由于该技术装备的结构特点决定了其在稳定地层中钻孔效果较好,而在破碎地层中钻孔效果较差。开发了破碎煤层定向钻进工艺,并在金晖万峰煤矿进行了应用。从试验结果来看,对于万峰煤矿这种地质构造复杂的破碎地层,虽然施工难度大且突发状况较多,但应用破碎煤层定向钻进工艺也可施工定向长钻孔。