仿生耦合孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析

为了提高孕镶金刚石钻头的时效和寿命,将仿生耦合理论引入钻头设计中,并加工仿生耦合孕镶金刚石钻头。对仿生耦合钻头的碎岩机理进行阐述,并对岩粉进行对比分析。研究结果表明:与普通孕镶金刚石钻头相比,其机械钻速提高42.7%,寿命提高73.8%;仿生耦合钻头底唇面上的比压增加有利于钻头的自锐,也有利于岩石表面微裂纹的扩展,增加岩石的润湿层;非光滑表面的存在能产生微型流场,改善金刚石的冷却条件;仿生耦合钻头碎岩产生的岩粉颗粒直径远大于普通孕镶金刚石钻头产生的岩粉颗粒直径。

仿生孕镶金刚石钻头高效碎岩机理

将仿生学的非光滑原理应用到孕镶金刚石钻头的设计中，研制出新型的仿生孕镶金刚石钻头，比普通金刚石钻头钻进时效提高了30％～80％。仿生钻头破碎岩石后岩粉的颗粒比普通钻头破碎的岩粉颗粒大，可节省能量消耗，提高破碎效率；仿生非光滑表面使得钻头唇面的比压增加，有利于钻头的锐化，从而提高了时效；另外非光滑表面改善了钻头和岩石的冷却条件，因此提高了金刚石钻头的钻进效率。

胎体耐损性弱化孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析

为了提高孕镶金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层的钻进效率,将胎体耐磨损性弱化理论引入钻头设计中,对胎体耐磨损性弱化孕镶金刚石钻头碎岩机理进行探讨并对胎体进行扫描电镜分析。研究结果表明:与普通孕镶金刚石钻头相比,胎体耐磨损性弱化孕镶金刚石钻头的机械钻速提高了64%;经弱化处理的钻头在钻进过程中,弱化颗粒易于从胎体表面脱落,使其表面形成非光滑形态,减少了钻头唇面与孔底岩石面之间的接触面积,提高了钻头唇面与岩石的单位面积压力,改善了金刚石颗粒的冷却效果,降低了金刚石颗粒的热损耗;脱落的弱化颗粒在孔底参与磨损钻头胎体,增加了孔底岩粉的研磨能力,促进了胎体中新颗粒金刚石的出刃。

热能-机械碎岩机理及其应用

通过对高温下岩百力学性质变化现津的试验研究及结果分析，证明了热能-机械碎岩的可行性，并对其碎岩机理和应用前景进行了探讨。

气动潜孔锤球齿碎岩机理研究

气动潜孔锤钻进技术作为一种高效钻进手段已普遍应用于各种工程孔钻进,为进一步促进该项技术的发展,深入研究潜孔锤球齿碎岩机理,是十分必要的。球齿碎岩过程是一个动态、非线性破坏过程,常规实验手段不能反映岩石内部应力变化和破坏过程。利用软件ANSYS/LS-DYNA对球齿冲击碎岩过程进行模拟仿真,并总结球齿碎岩机理,为设计潜孔锤钻头,优化钻进参数提供理论基础。由此机理指导设计的贯通式潜孔锤钻头在生产试验中取得良好的钻进效果。

冲击回转碎岩机理探讨

地下岩体中,天然地存在有许多微观裂纹与节理。在冲击回转的联合作用下,冲击使近钻头的岩石发生裂纹断裂、破碎,形成破碎小坑;使远离钻头的岩石中的微观裂纹扩展、连通、甚至断裂。在离钻头更远区域,使岩石产生新的微观裂纹。回转使冲击产生的破碎小坑沿圆周方向扩大,并使钻头上的金刚石颗粒换位。在回转冲击的联合作用下,岩石中的裂纹不断产生、扩展、断裂,从而达到高速碎岩的目的。

冲击回转碎岩机理研究

地下岩体中,天然地存在有许多微观裂纹与节理。在钻头的冲击回转合作用中,冲击使近钻头的岩石发生裂纹断裂、破碎,形成破碎小坑;使远离钻头的岩石中的微观裂纹扩展、连通、甚至断裂;在离钻头更远区域,使岩石产生新的微观裂纹。回转使冲击产生的破碎小坑沿圆周方向扩大;并使钻头上的金刚石颗粒换位。在回转冲击的联合作用下,岩石中的裂纹不断产生、扩展、断裂,从而达到高速碎岩的目的。本文简单回顾了冲击破碎岩石理论的发展,并着重从与冲击回转钻井技术密切相关的角度从数量关系上介绍了裂纹的萌生和扩展。更分别介绍了冲击作用和回转作用分别对岩石中裂纹的萌生与扩展的影响。

牙轮钻头动静耦合碎岩机理及旋挖成桩应用

总结了在不同高温状态下冷却、不同加载速率及随机裂隙发育状态下花岗岩动态抗拉力学特性的变化规律;结合牙轮钻头孔底碎岩过程,分析了动静载荷耦合作用下岩石破碎的载荷-侵深特性曲线,认为动、静载荷耦合作用的加载点(即动载的施加点)应是在静载处于卸载阶段;并根据加载能量大小讨论了不同动静耦合工况下产生的岩石破裂深度及破碎体积,表明通过一定范围内增大静载荷及冲击力、预加静压对岩石进行预应力损伤、加载—卸载—加载的破碎循环模式,有利于高效碎岩及裂纹的发育。嵌岩桩基础工程实践表明,通过改造牙轮钻头等钻具结构形式及布齿方式,利用动静耦合加载方式及对钻头冷却处理,可实现牙轮钻头在微风化花岗岩高效钻进的目的,为牙轮钻头的旋挖钻进成桩应用提供了重要的技术支撑。

冲击回转碎岩机理试验研究

在模拟孔底冲击回转钻进条件的试验台上 ,对岩石的冲击回转碎岩机理进行了试验研究 ,提出了大直径潜孔钻头的合理布齿及钻进参数选择依据。

金刚石钻进碎岩机理模拟试验研究

1989年11月,由8个学会联合发起,在四川省成都市召开了第四届全国岩石破碎学术讨论会。会上评选出了20篇中青年优秀论文,本文即是其中之一。现发表,以飨读者。

热机碎岩新技术

热机碎岩目前在我国尚属于一项新技术。介绍了热机碎岩工艺在国内外的发展状况 ,分析其碎岩机理及提高钻效的原因 ,对热机碎岩的前景及目前尚须完善之处做了进一步阐述。

摩擦热-机械碎岩技术的研究应用现状及新进展

摩擦热 -机械碎岩是传统的热力碎岩工艺与机械碎岩工艺的有机结合。介绍了热机碎岩技术的国内外研究发展现状以及碎岩机理、测温、钻具结构、钻头 +结构、钻进工艺等方面的最新研究成果。

水射流切削碎岩技术

水射流虽是很细的喷流 ,但是 ,单位面积上的加工能量却是极大的 ,在水射流中加入相应的磨料 ,形成水喷砂流 ,则喷砂切削碎岩的实用性就更强了。

冲击载荷侵入软岩特征分析

冲击破岩技术因其钻进效率高的优势在硬岩钻进方面应用广泛,但冲击载荷作用下软岩的侵入及破碎特征不明晰。基于正交设计实验理论,设计了相似材料选型和配比方案,浇筑制备了与软岩岩体力学特征相符合的软岩相似材料,研制了包含冲击落锤、球齿—砧体和试样夹具等结构的室内冲击破岩实验装置,开展了动力学仿真,得出了冲击载荷曲线图;以此为基础进行了多体动力学和瞬态动力学有限元联合仿真和冲击破岩室内模拟实验。结果表明:软岩在冲击载荷作用下呈现出典型的塑性变形特征,压碎特征不明显,所形成的冲击坑形貌比较规整、岩屑体积较小;冲击球齿在软岩中的侵入深度与冲击功、冲击次数、球齿规格密切相关,球齿在软岩侵入过程中存在极限侵入值。

针对钻进的软岩特性研究及软岩地层相似模拟

针对软岩地层钻进分析了软岩的工程特性及软岩的破碎机理,运用相似原理采用相似材料模拟出泥岩(包括页岩、粉砂质泥岩)地层模型,并分析了各种主材及养护条件对模型性质的影响因素,为软岩地层中大口径钻进参数的研究提供了很好的基础。

钻孔—高压气体膨胀破岩新技术

钻孔—高压气体膨胀破岩新技术美国森伯斯特岩石开挖公司研究了一种岩体开挖新方法。它利用一种小药包在受控条件下依惜剪切破碎机理连续破碎岩石。此法有以下特点；（ｌ）是最节省能量、有效破碎岩石的方法之一３（２）飞石速度极低５（３）对帮壁岩体破坏最小；（４）岩...

PZ系列组合式牙轮钻头在大直径嵌岩桩施工中的应用效果

本文通过大口径桩孔基岩钻进，探讨了ＰＺ系列组合式牙轮钻头结构特点、合理钻进参数的确定及碎岩机理。工程实践证明，牙轮钻头是我国目前大直径桩孔嵌岩施工较为理想的工具，应用效果良好。

金刚石-硬质合金超硬复合柱齿优化设计探讨

通过研究常规超硬复合柱齿碎岩机理 ,提出了超硬球齿部分外形的优化设计 ,分析了其碎岩机理 ,推导出合理的双唇面超硬球齿半径之间的关系式 ,这为冲击回转化钻进提供了依据。

坚硬致密弱研磨性地层孕镶金刚石钻头性能优化

基于金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层钻进时易出现进尺效率低的现象，将SiC磨粒作为胎体耐磨损性弱化颗粒添加至胎体中，采用室内钻进及正交试验设计法从金刚石粒度、金刚石浓度、胎体耐磨损性弱化颗粒浓度、胎体硬度4方面对钻头性能进行优化，并探讨了钻进工艺参数对钻进效率的影响。结果表明：将适当材质的胎体耐磨损性弱化颗粒添加至钻头胎体中，能够有效提高钻头的钻进效率，避免钻头打滑的现象；胎体硬度HRC25，金刚石粒度40/50目、金刚石体积分数55%，胎体弱化颗粒体积分数30%是本次试验最优的设计方案；在相同主轴转速条件下，轴向压力不宜超过3.5MPa，在相同轴向压力的条件下，其主轴转速以750~850r/min为宜。

切削齿型结构对金刚石钻头钻进性能影响的仿真分析

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了孕镶金刚石钻头的三维有限元模型,研究了钻头切削齿结构对钻进性能的影响并进行现场试验验证,提出了一种基于Image-Pro Plus的应力面积分布对比方式。结果表明:同心环齿型钻头在钻进初期沿旋转方向切削齿前缘出现应力集中现象,花齿型钻头未出现明显的应力集中;2种齿型钻头在钻进后期均会不同程度出现内外径边缘靠近水口部位应力集中现象,易导致钻头内外径部位变相磨损;花齿型钻头的钻进效率要优于同心环型钻头,但是钻进寿命有所下降。