牙轮钻头保径结构设计的新方法

针对目前牙轮钻头保径设计存在的问题，系统地分析了牙轮钻头的保径结构，提出了牙轮背锥临界保径线的新概念。根据牙轮背锥临界保径线的特殊性质，利用ＡｕｔｏＣＡＤ绘图软件包建立了镶齿钻头保径结构设计的计算机图解法和相应的计算机程序，为钻头保径结构设计提供了一种简便、直观、准确的新方法。     

关于PDC钻头破岩效率的研究

钻头作为钻进过程中主要的破岩工具,其质量的优劣直接影响钻进速度以及钻井的质量和成本。PDC钻头作为金刚石钻头的一种,其在低钻压下可以获得比较好的进尺和钻速,因而得到了广泛的应用。对于PDC钻头,其切削齿尺寸、后倾角和布齿密度是影响其性能的重要参数,本文通过对PDC钻头的室内试验,探讨了切削齿尺寸、后倾角和布齿密度对PDC钻头破岩效率的影响。     

冲旋钻井条件下的岩石破碎机理

冲旋钻井因其具有较高的钻速和较小的井斜,而广泛应用于矿山、石油与天然气领域的钻井工程中.为了揭示冲旋钻井的破碎机理,考虑静压、冲击和旋转的耦合作用,分别建立了牙齿和12 1/4″全尺寸平底钻头与岩石的三维冲击动力学模型.对所建立的模型进行有限元求解,结果显示:拉应力破碎是岩石破碎的主要形式,剪切应力、压应力破碎次之;岩石的破碎主要发生在岩石的拉应力失效阶段和卸载后的静压-旋转剪切破岩阶段;岩石在单齿的作用下可以显著地分成4个半球形区域;全尺寸钻头的破岩过程可以分成5个破碎阶段;边齿倾角越大,破岩侵深越小,破碎体积越大,齿顶应力越高;钻头边齿齿顶和齿孔应力均远高于中心齿,极易最先破坏;岩石越硬,牙齿侵入深度越小,破岩体积越大.研究结果与一系列的室内实验研究结果一致,可用于冲旋钻井钻头的优化设计及冲旋钻井参数的优选.     

地层的各向异性对钻头侧向力的影响

应用有限元法,考虑地层的层理性,假设地层为横观各向同性的,根据弹性理论,对下部钻具组合及地层进行三维分析。把钻柱及相关地层作为整体考虑,钻柱部分采用三维梁单元,地层部分采用六面体等参单元附以四面体单元填充,通过适当的简化和处理,解决了微机内存不够的困难。编制了相应的计算程序,应用该程序,可以得到不同的地层倾角和地层倾向变化时钻头侧向力(并斜力和方位力)的变化情况。给出地层对钻头侧向力影响的定量解答。     

高锰钢ZGMn13的钻削加工

高锰钢ZGMn13作为一种典型的难加工材料,由于其优良的耐磨性,价格低廉,所以广泛的应用于受冲击较大的零部件,本文在介绍高锰钢ZGMn13基本性能和钻削加工性的基础上,阐述了实践中可以用于ZGMn13钻削加工的刀具结构和材料。     

基于扭转振动的PDC钻头布齿角度对复合片磨损规律的影响研究

针对PDC钻头布齿角度对复合片磨损的研究现状与不足,本文提出了一种基于扭转振动的PDC钻头布齿角度对复合片磨损规律影响的研究方法。利用PDC钻头典型的几何学知识,分析PDC钻头布齿角度之间的关系以及对切削弧长、切削面积等的影响,建立PDC钻头的扭转振动模型,得到在振动下的位移、速度、转速等关键参数,然后利用磨损理论分析布齿角度对复合片磨损规律的影响。结果表明：前倾角的不同取值会引起PDC钻头复合片的磨损规律发生显著变化,而刃倾角对于PDC钻头体积磨损速度的影响非常复杂。作为布齿的重要参数,前倾角与刃倾角的取值会显著影响PDC钻头的性能,对其进行优化与合理取值,有利于提高PDC钻头复合片的使用寿命。本文的方法与结论对于进行PDC钻头复合片失效机理的研究具有参考意义。     

环空大挠度钻柱力学分析的动坐标迭代法及其简化应用

应用动坐标迭代法分析环空钻柱的边界待定问题与几何非线性受力变形问题。将摩擦引入平衡计算中，导出了三维分析模型。计算说明该方法和模型简便可靠，实际应用可以简化计算。     

热丝法批量制备金刚石涂层钻头参数仿真优化

基于有限容积法,研究了采用热丝化学气相沉积法常规工艺在批量化YG6硬质合金钻头工作表面制备金刚石涂层过程中基体表面的温度场分布状况,并通过测温对照试验验证了仿真方法及仿真结果的合理性和正确性.在传统的等间距热丝排布方式基础上系统研究了不同热丝参数(间距D、长度L、半径r、温度T和高度H)对基体温度场分布的影响,并进一步提出了不等间距的热丝排布形式以提高批量化基体表面温度场分布的均匀性,据此确定了用于批量制备金刚石涂层钻头的最优沉积参数.采用最优参数批量制备的金刚石涂层钻头具有较好的涂层质量和一致性,进一步验证了基于仿真的沉积参数优化方法的可靠性.     

测井资料在钻头选型方面的应用

利用测井资料进行钻头选型是一项新技术，可以用来解决目前国内在钻头选型方面存在的困难和问题。通过室内实验和现场资料统计，建立了地层岩石声波时差与岩石可钻性的关系模型，利用该模型并结合新疆塔西南巴楚地区的地震、地质、测井及钻井资料进行了钻头的选型，确定了适合该地区的钻头类型，并在现场进行了应用，取得了良好效果