钻孔作业中反向扩孔气动冲击器尾气携岩特性

建立了由反向扩孔气动冲击器排气孔到后封头的排屑流场,运用计算流体力学理论和FLUENT仿真软件研究了冲击器工作过程中尾气的携岩特性。基于冲击器的结构和工作原理,对气固两相排屑流场进行了数值仿真模拟,进而得到流场的气相特性以及岩屑颗粒运动轨迹和浓度分布规律。结果表明:冲击器排气孔尾气进入排屑流场后流速降低,流场压力由入口到出口逐渐降低;岩屑颗粒向流场底部聚集,颗粒平均浓度沿着远离入口方向变化不大,最大浓度沿着远离入口方向逐渐下降,最终趋于平稳。分析了钻进速度和尾气流量对携岩特性的影响,结果表明:随着钻进速度的增加尾气携岩能力下降,额定工作压力0.8 MPa时钻进速度应小于12.6 m/h;随着尾气质量流量的增加携岩能力提高,施工时应该在保证冲击器工作性能的情况下适当增加尾气质量流量。

反向扩孔气动冲击器内活塞结构的仿真研究与优化设计

分析了反向扩孔气动冲击器工作原理,运用牛顿运动定律、热力学能量守恒定律、定常流动能量方程、波动理论等建立活塞运动的数学模型——冲击器性能(钻头获得的冲击能和破岩的有效功率)与内活塞结构参数的函数关系.利用Matlab数学软件对反向扩孔气动冲击器活塞运动的数学模型进行数值求解.对影响反向扩孔气动冲击器性能的各内活塞结构参数进行了详细的仿真分析,得到了各结构参数与气动冲击器性能之间的关系.钻头所获的冲击能和破岩有效功率会随着内活塞外径、内活塞长度、内活塞前端到钻头的距离的增大而减小.

反向扩孔气动冲击器的计算机仿真与优化研究

分析了反向扩孔气动冲击器工作原理,并对活塞进行运动和动力学分析,建立活塞运动的微分方程组;对工作过程中冲击器内三个气腔的容积和压力变化规律进行分析,建立活塞在不同运动阶段期间三个气腔的容积和压力变化方程组,以及活塞在不同运动阶段期间三个气腔间气体质量交换的流量方程组。通过上述研究建立反向扩孔气动冲击器工作过程的数学模型和仿真方法。研究冲击器的性能参数与结构参数之间的理论关系,在此基础上建立冲击器的优化设计方法,为反向扩孔气动冲击器的应用提供理论支持。

反向扩孔气动冲击器活塞结构优化设计研究

研究反向扩孔气动冲击器活塞结构与工作性能的关系,对活塞各结构参数进行优化设计。为了解决上述问题,从反向扩孔气动冲击器工作原理出发,运用活塞运动微分方程、热力学能量守恒定律、定常绝能流动能量方程、波动理论等建立活塞运动数学模型,利用MATLAB数学软件对其进行数值求解,分析活塞结构参数对反向扩孔气动冲击器性能的影响,并进一步运用优化设计理论,对活塞各结构参数进行优化设计。仿真结果表明:冲旋钻头所获得的冲击能随着活塞质量和活塞内径的增大而减小;随活塞直径,阀孔直径和阀孔到活塞前端距离的增大而增大。通过对正交试验结果的分析,得到了活塞结构参数的最佳组合。

气动冲击器研究现状及发展趋势

阐述了气动冲击旋转钻井用气动冲击器国内外近期的研究现状,以及各类冲击器的结构和性能参数,并提出了气动冲击器的发展趋势。

集束式扩孔气动冲击器排屑性能的仿真研究

为了研究集束式扩孔气动冲击器的排屑性能。建立了其排屑流场模型,运用计算流体力学理论和FLUENT仿真软件,对气固两相流场进行仿真计算,并进一步分析冲击器不同钻进速度和尾气质量流量对其排屑能力的影响,得到排屑流场气相特性规律,岩屑分布规律,不同钻进速度和入口气相质量流量下的颗粒浓度分布。研究结果表明:冲击器排气孔尾气进入排屑流场后流速降低,流场压力由入口到出口呈梯度分布且逐渐降低;岩屑颗粒向流场底部聚集,颗粒平均浓度沿着远离入口方向变化不大,最大浓度沿着远离入口方向逐渐下降,最终趋于平稳;施工时最大钻进速度应低于8.4m/h,增大尾气质量流量排屑能力增强。

反向扩孔气动冲击器结构对其性能影响的仿真研究

分析了反向扩孔气动冲击器的工作原理,建立了反向扩孔气动冲击器系统内部动力过程的的微分方程组。运用计算机仿真技术,对微分方程组进行求解,分析和研究反向扩孔气动冲击器的性能(冲击能、冲击频率、活塞行程和耗气量)与结构参数(阀孔到活塞前端距离、内活塞前端到锤头的距离)之间的相互关系。求得结构参数与性能参数相应的仿真数据与曲线。

气动冲击器系统的机理与方案分析

气动冲击器是非开挖技术的一种关键冲击设备,该设备可在地表不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线。目前国内外有关气动冲击器设计理论和方法的文献几乎没有。该文将以国内某公司研制的PM系列气动冲击器作为结构模型,对冲击器的工作机理进行理论研究,并提出两种新型气动冲击器的结构方案,供大家参考。

气体流动阻力损失对反向扩孔气动冲击器性能的影响

为了研究反向扩孔气动冲击器内部气体流动阻力损失对其性能的影响,在简化复杂的气路基础上,从其结构和工作原理出发,分析了冲击器工作过程中气体流动所产生的压力损失;在有压力损失的条件下,研究冲击器气腔内气体变化特性,建立了冲击器的工作过程数学模型;根据数学模型,应用MATLAB程序进行计算机仿真运算,得到了冲击器工作过程中压力损失曲线,以及压力损失条件下活塞运动特性和各腔压力变化规律.研究结果表明:气体流动阻力损失影响冲击器破岩效率,使得冲击器活塞运动末速度从5.05 m/s下降到4.22 m/s,冲击频率从5.00 Hz下降到4.28 Hz;冲击器尾气压力仅为0.140 MPa,低于设计值0.185 MPa,影响冲击器尾气排屑.

物探钻井气动冲击器的发展研究

冲旋钻井技术是一种新型、高效钻进硬地层的方法。本文论述了冲击旋转钻井技术在石油钻探中应用的技术优势,探讨了冲击旋转钻井工具的发展现状及存在的问题。阐述了影响冲击旋转钻井技术发展的主要因素,提出了气动冲击器用于物探钻井开发方面存在的问题和研究方向。

基于排屑性能的扩孔气动冲击器设计方法

为了提高硬质地层中扩孔气动冲击器的排屑性能,基于岩屑颗粒在排屑流场中的临界流速原则,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件,研究了一种与排屑性能相关的扩孔气动冲击器设计方法,并将该设计方法在反向扩孔气动冲击器上进行应用.得到设计前后冲击器排屑流场内气相速度分布规律,岩屑颗粒速度及轨迹变化情况和环路内岩屑颗粒浓度分布情况.研究结果表明:反向扩孔气动冲击器排屑流场环路内岩屑颗粒临界流速为6.02 m/s,采用该设计方法能够有效地增加反向扩孔气动冲击器的排屑性能,使得排屑流场环路内气流速度增加到10 m/s左右,岩屑颗粒在排屑流场的停留时间减短,流场内颗粒浓度分布范围由0~100 kg/m3下降到0~4 kg/m3.

反向扩孔气动冲击器长距扩孔性能研究

为了改善反向扩孔气动冲击器长距离扩孔性能,从其结构和工作原理出发,建立工作过程数学模型和由冲击器排气孔到其后封头的排屑流场模型,运用微分数值求解和有限元方法,对其工作过程和气固两相流场进行仿真计算,并进一步优化长距扩孔时冲击器钻头结构参数,得到冲击器性能随扩孔距离变化曲线,排屑流场出口岩屑浓度分布规律和不同钻头结构参数时流场出口最大颗粒浓度变化情况。研究结果表明:随着扩孔距离的增长,应该增大冲击器入口压力;钻头排气孔直径D=28 mm、排气孔角度β=16°和出屑口直径d_1=60 mm时排屑流场岩屑浓度低于5%,岩屑能够顺利排出孔外。

HC80型气动冲击器机械结构优化设计

在岩土工程穿凿作业中,气动冲击器被广泛应用于多种中、高硬的可钻性差的坚韧性岩石开凿。开凿过程中,要求气动冲击器具备良好的排岩效果、低的岩渣重复破碎率、高的钻头耐磨性和钻进效率。通过对HC80型气动冲击器的优化设计,利用最新凿岩理论进行设计计算,验证证实结构优化后具有理想能量传递效果,具有凿岩速度快、耗风量低的优点。气动冲击器采用先进的热处理工艺,保证稳定的使用性能、较高使用寿命。优化后前接头和与外缸采用多头螺纹连接结构设计,方便钻头拆卸和维修维护。

气动冲击器碟形弹簧损坏原因的分析比较

分析讨论了三种型号气动冲击器碟形弹簧所受的各种外力,计算出各种情况下这些碟形弹簧的最大工作应力。通过对不同型号碟形弹簧的不同受损情况的研究和比较,找出碟形弹簧损坏的原因,由此提出改进冲击器的设计,使碟形弹簧免受损坏的办法。

气动冲击器活塞的非线性有限元分析

应用有限元软件ANSYS,建立了非线性接触有限元分析模型,分析了活塞与钻头碰撞的整个过程,得出了各个时刻的应力应变情况,以及关键节点的密塞斯应力和径向位移随时间的变化曲线。活塞应力最大的位置与活塞经常断裂处相吻合。

基于仿真计算的气动潜孔冲击器性能分析

通过分析气动潜孔冲击器内部关键结构及其工作原理,建立气动冲击器的冲击系统数学仿真模型,再结合MATLAB语言以及其系统仿真工具SIMULINK,以市场上应用得比较广泛的一种气动冲击器作为实例进行仿真计算,并对影响气动冲击器性能参数的主要因素进行了分析。

可控式气动冲击器

简单地介绍了罗斯矿业矿究院研制的可控制式气动冲击器的结构和工作特点。

WQ-75A型气动潜孔冲击器的电算模型的建立及其应用

根据WQ－75A型冲击器结构原理，将其视为一热力系统，以气体热力学和动力学理论为基础，建立了冲击器动力过程数学模型，并为计算机模拟气动冲击暴动力过程和分析动力参数提供了理论依据和方法。

气动冲击旋转钻进在煤矿硬岩钻进中的应用

分析了当今煤矿井下施工硬岩钻孔的几种方法,通过对比,着重介绍了采用气动冲击器结合全液压钻机进行气动冲击旋转组合钻进的方法施工硬岩钻孔,同时列举出了该方法的优点,给出了主要参数的计算确定方法,并在现场应用过程中进行了进一步的验证,得出了该方法施工硬岩效率较高、经济性好的结果,同时给出了应用该工艺的合理建议,为该工艺的推广奠定了基础。

煤矿井下硬岩气动冲击回转钻进技术与装备

针对煤矿井下穿层钻孔钻遇硬岩时钻进效率降低,PDC钻头磨损快、进尺少,影响矿井生产接替等问题,提出了“三专两配套”技术方案,即采用专用钻机、专用空压机、专用管路、配套高效气动冲击器、配套专业化钻孔施工机组。通过改善钻机与工艺的匹配性,提升空压机工作能力,发挥气动冲击器最优工作性能,保障整套技术方案的高效实施,形成了一套完整的煤矿井下硬岩气动冲击回转钻进技术与装备。在淮南潘三矿2121(1)运顺瓦斯治理巷的现场试验结果表明,在含有坚固性系数超过11的石英砂岩坚硬地层中,考察的11个完整钻孔的单孔硬岩段平均机械钻速为15.94 m/h,与采用该技术方案之前的8.48 m/h提高了88%。