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钻头在钻进复杂非均质地层时，由于其冠部形状的限制，钻头各部位切削齿受力不均匀，局部切削齿受到较大的冲击载荷，导致钻头发生“涡动”现象。为了解决上述问题，提出“多级力平衡”的切削齿周向布齿方案，通过建立全尺寸钻头破岩有限元仿真模型，分析顺时针、逆时针以及“多级力平衡”3种周向布齿模式下切削齿及钻头的受力特性。模拟结果表明:相对于顺时针和逆时针周向布齿，“多级力平衡”布齿模式下各刀翼载荷分布比较均匀，钻头的稳定性和攻击性均得到较大改善，钻头的破岩效率提高28%以上；顺时针布齿模式下钻头的侧向力最大，其稳定性相对最差；逆时针布齿模式下钻头的钻压最大，其攻击性相对较差，并且钻头的破岩效率最低。上述研究成果能够为指导PDC钻头切削齿的周向布齿设计提供理论依据。建议今后加强“多级力平衡”周向布齿模式下切削齿载荷沿钻头径向分布规律方面的研究，以指导防涡稳定PDC钻头的优化设计。 相似文献
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目前关于锥形PDC齿的研究主要集中于数值模拟、现场及室内试验,而关于其切削力学特性的理论分析未见相关报道。通过数值模拟阐述了锥形PDC齿拉伸剪切破岩机理,以及切削载荷分布特性;根据能量平衡原理,推导了锥形PDC齿切削载荷理论公式。结果表明,相比于常规PDC齿,锥形PDC齿破岩过程更加稳定,其切削载荷受岩石性质、齿的形状参数、切削深度以及切削角度的影响,且切削载荷随着锥顶半径、切削角度以及吃入岩石深度的增加而增加。研究成果可为锥形PDC齿及钻头的设计提供理论支撑。 相似文献
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大直径定向钻进成孔技术的发展, 为“以孔代巷”技术抽采采空区上隅角瓦斯提供了技术支持。受限于井下设备条件, 常规大直径钻孔主要采用逐级扩孔工艺。然而, 逐级扩孔钻进需要多次提钻、下钻, 辅助时间长、工人劳动强度大。为提高煤层顶板大直径钻孔成孔效率, 开发了双级双速钻进工艺, 该工艺采用螺杆马达与钻机分别驱动一级、二级钻头进行单次双级扩孔钻进, 可大大提高成孔效率。通过分析双级双速钻进工艺特点、拟钻地层岩性等, 从剖面形状、切削齿排布、水路设计以及导向器设计等方面设计了双级双速钻头, 该钻头采用球头螺旋形导向器, 更容易沿既有钻孔轨迹钻进; 采用等切削布齿, 提高破岩效率、降低切削齿不均匀磨损, 进而提高钻头寿命与钻进效率。设计的双级双速钻头进行了现场试验, 试验表明双级双速钻头能够沿先导孔钻进, 较常规逐级扩孔钻头综合效率提高25%以上, 使用后钻头磨损均匀, 满足了双级双速工艺要求, 大大提高了煤层顶板大直径钻孔施工效率。 相似文献
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为提高钻探装备用低碳高强钢材料的力学性能,可通过调节不同热处理回火温度以获得不同材料组织成分来有效实现。分别以610、630、650℃为试验设定热处理回火温度,并利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)对回火后低碳高强钢材料显微组织进行对比分析;利用显微硬度仪、万能材料试验机、冲击试验机对试验材料显微组织硬度、拉伸性能及抗冲击性进行试验测试。研究结果表明:经过调质处理后的材料性能较原材料有所提升。当回火温度为610℃时,显微组织为回火马氏体+回火索氏体,其屈服强度最高为1 020 MPa,显微硬度为332 HV,且具有较好的塑性。随着回火温度的增加,显微组织发生回复,转变为回火索氏体。此时其屈服强度与抗拉强度下降,冲击功提升,650℃下冲击功最高。随着回火温度的变化,冲击与拉伸断口呈现出韧性断裂、准解理断裂以及混合断裂多种失效形式。回火工艺可有效提升该低碳高强钢的力学性能,且该工艺在生产中易得到大面积使用。 相似文献
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